Brevet FR2779182A1 — publié le 19991203

La présente invention concerne un procédé de commande d'un dispositif de levée de soupapes. Un tel dispositif est notamment mis en oeuvre dans les moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles. Il est déjà connu des dispositifs de levée de soupapes dont la fonction est de gérer correctement l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement montées sur les cylindres d'un moteur à combustion. A cet effet, ces dispositifs de levée de soupapes provoquent un décalage angulaire prédéterminé entre l'arbre à cames et le vilebrequin. Jusqu'à présent, pour chaque type de moteur, on établissait sur banc d'essai, en fonction du régime moteur, de la quantité d'air admise et de la position du papillon des gaz, quelle était la valeur de consigne de décalage angulaire à appliquer. Cette valeur de consigne était appliquée par l'intermédiaire du dispositif de levée de soupapes. Le décalage angulaire réel entre l'arbre à cames et le vilebrequin était vérifié en continu et si le décalage angulaire réel et le décalage angulaire de consigne ne coïncidait pas, une correction était appliquée. On s'est en fait rapidement rendu compte que selon cette méthode de fonctionnement, il fallait sans cesse corriger le décalage angulaire entre l'arbre à cames et le vilebrequin. En outre, la précision et la stabilité d'un décalage angulaire imposé en tant que consigne, ainsi que la rapidité avec laquelle cette valeur de consigne est atteinte n'est pas satisfaisante. Le but de la présente invention est d'améliorer la commande du dispositif de levée de soupapes et notamment d'en améliorer la précision, la stabilité et la rapidité. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de commande d'un dispositif de levée de soupapes, associé à un moteur à combustion interne, ce procédé étant du type consistant à déterminer, en fonction de cartographies appropriées, le décalage angulaire devant être appliqué entre un arbre à cames et un vilebrequin et à appliquer ce décalage par l'intermédiaire d'une commande de type PID, le dit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à: (a)- déterminer la valeur de référence ao du décalage angulaire lorsque le dispositif de levée de soupape est inactif, à chaque fois que le moteur entre en régime de ralenti stabilisé et en tenir compte lors de toute commande de décalage angulaire ultérieure, et en ce qu'il comporte au moins l'une des étapes suivantes: (b)- effectuer une cartographie d'un rapport cyclique d'ouverture (RCO) d'une vanne hydraulique commandé par le PID de commande du dispositif de levée de soupapes en fonction de la température d'eau du moteur, et ajuster le décalage angulaire à appliquer (par modification de la valeur de référence ao) en fonction de cette température d'eau, (c)- déterminer l'écart entre la commande (RCO) appliquée et la commande calculée à l'étape (b) en observant le terme I du PID de commande du dispositif de soupapes et en mémorisant sa valeur dans un terme adaptatif, (d)déterminer le temps de réponse du dispositif de levée de soupapes suite à un échelon de commande déterminé et en fonction de ce temps de réponse, modifier le terme proportionnel P du PID, (e)- vérifier que le décalage angulaire entre l'arbre à cames et le vilebrequin n'oscille pas quand la valeur de consigne est stable, et modifier en conséquence le terme P du PID pour éviter cette oscillation. Le procédé selon l'invention permet ainsi d'une part d'améliorer le calcul du décalage angulaire c(x devant être appliqué par le dispositif de levée de soupapes, mais aussi de corriger les termes P et adapatatif du PID de commande de ce dispositif de levée de soupapes. Le fait de mesurer, à chaque fois que le moteur présente une période de ralenti stabilisé, la valeur oco de décalage entre l'arbre à cames et le vilebrequin, en l'absence de toute activité du dispositif de levée de soupapes, permet de tenir compte de l'évolution de ce décalage pendant toute la durée d'un trajet et non uniquement au démarrage. Ce décalage a tendance en effet à évoluer en fonction de la température moteur, et ne réaliser qu'une seule acquisition au moment du démarrage est insuffisant. En outre, le procédé selon l'invention permet également de diagnostiquer des dysfonctionnements du dispositif de levée de soupapes en statique ou en dynamique. En effet, les temps de réponse du dispositif de levée de soupapes pour réaliser un échelon de commande prédéterminé sont mesurés et analysés. Si ces temps de réponse sont trop longs, un témoin de dysfonctionnement du dispositif de levée de soupapes est activé. De même, un dysfonctionnement en mode statique est détecté lorsque l'écart entre un décalage angulaire de consigne et le décalage angulaire mesuré est supérieur à un seuil un certain nombre de fois. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront d'ailleurs mieux compris à la lecture de la description qui suit, en référence à la figure 1 ci-annexée, représentant, la chaîne de commande d'un dispositif de levée de soupapes ainsi que les moyens de mesure de l'écart angulaire associés. Selon la forme de réalisation représentée à la figure 1, un moteur à combustion interne classique (non représenté) présente un vilebrequin et un arbre à cames. On rappelle que le vilebrequin a pour fonction d'entraîner en un mouvement alternatif une pluralité de pistons disposés chacun à l'intérieur d'un cylindre. L'arbre à cames a, quant à lui, pour fonction de provoquer l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement à certains moments déterminés du cycle de combustion. Pour pouvoir régler de manière optimum l'instant d'ouverture (et de fermeture) de chacune des soupapes, il est connu de faire varier le décalage angulaire entre l'arbre à cames et le vilebrequin. Ce décalage est réalisé par l'intermédiaire d'un dispositif de levée de soupapes comportant une vanne hydraulique. Bien entendu, la précision du décalage angulaire entre les deux arbres (à cames et vilebrequin) dépend de la précision, la stabilité et la rapidité de cette vanne hydraulique. De manière classique, la commande de cette vanne hydraulique est réalisée par celle de son rapport cyclique d'ouverture RCO, à l'aide d'un circuit PID (proportionnel, intégral, dérivé) approprié. Selon le mode de réalisation représenté à la figure 1, le dispositif de levée de soupapes (CVVT - Continuous Variable Valve Timing) est commandé par un actionneur (un solénoïde) recevant d'une part de l'huile moteur, et d'autre part des ordres de commande (RCO) de la part d'un calculateur central (ECU- Electronic Central Unit). Ce dispositif de levée de soupape est constitué de deux parties: lI'une est fixe par rapport à l'arbre à cames et l'autre mobile par rapport à l'arbre à cames mais fixe par rapport à la poulie (donc par rapport au vilebrequin). Un déséquilibre des pressions entre les deux chambres du dispositif de levée de soupape entraîne une rotation de la partie fixe par rapport à la partie mobile et fait donc tourner l'arbre à cames du décalage angulaire choisi par rapport à sa position neutre (c'est-à-dire sans CVVT) et donc par rapport au vilebrequin. Des cibles associées à chacun des arbres (cames et vilebrequin) permettent à des capteurs de position de détecter la position de chacun de ces arbres. Le décalage angulaire entre chacun de ces arbres est ensuite calculé, à partir de la connaissance de la position de chacun des arbres. Ce décalage angulaire mesuré est transmis à l'unité centrale de calcul ECU. L'unité centrale de calcul compare le décalage angulaire mesuré à celui qu'elle avait imposé à l'actionneur et modifie le rapport cyclique d'ouverture RCO de l'actionneur en fonction de la différence existant entre le décalage angulaire mesuré et le décalage angulaire imposé. Selon l'invention, pour déterminer avec une meilleure précision le décalage angulaire à imposer entre les deux arbres, on réalise un certain nombre d'étapes supplémentaires. Tout d'abord la position lue (c'est-à-dire mesurée par le capteur) en l'absence de toute action du dispositif de levée de soupape est mémorisée pour servir de référence aO dans le positionnement ultérieur. Cette position ac est définie comme étant la position 0 . Cependant, lorsque le moteur s'échauffe, la température du moteur évolue. De ce fait, la valeur de la position de référence mesurée par le capteur (en l'absence de toute action du dispositif de levée de soupapes) évolue elle aussi. Selon l'invention, pour pallier cette dérive normale du décalage angulaire de référence ao, on le mesure non seulement au démarrage mais à chaque fois que le moteur entre en régime de ralenti stabilisé. En effet, lorsque le moteur est dans un tel état, l'action du dispositif de levée de soupapes est minimale voire nulle. Dans ce cas, le décalage angulaire mesuré est a.. Le décalage angulaire de référence est ainsi continuellement remis à jour pendant un trajet. Le procédé selon l'invention consiste également à tenir compte des imprécisions de commande dues aux variations de courant dans l'actuateur. Cet actuateur est en général un solénoïde qui commande la répartition de l'huile dans la vanne hydraulique de la CVVT. Ces variations de courant dans l'actuateur sont dues à des variations de résistances provoquées par des variations de la température d'eau moteur. Ces variations de courant provoquent pour une même valeur de consigne de position (c'est-à-dire de décalage angulaire) à respecter par l'actuateur un temps de réponse différent. Pour tenir compte de ces variations de courant, I'invention propose de réaliser une cartographie du RCO de la vanne en fonction de la température d'eau du moteur. Le but de l'invention est d'obtenir un temps de réponse constant de l'actuateur (c'est-à-dire un courant constant dans cet actuateur). Donc, lorsqu'une dérive du courant (en raison d'une modification de la température d'eau moteur) est détectée, on compense à courant constant. Ainsi, si le courant diminue (en raison d'une variation de la température d'eau), on augmente le RCO. La cartographie réalisée permet de calculer la correction à appliquer au RCO en fonction de la température d'eau, en ajustant la valeur de référence xo en fonction de cette température. Les imprécisions du décalage angulaire entre les deux arbres (à cames et vilebrequin) peuvent également être dues aux disparités entre vannes. Ces vannes ne sont jamais strictement identiques (pour des questions de processus de fabrication) et le RCO prévu sur banc moteur pour un moteur déterminé et une vanne spécifique peut différer légèrement pour un autre véhicule (même équipé du même moteur et du même type de vanne). Pour tenir compte de ces disparités, on mesure l'écart A entre la commande (RCO) appliquée et la commande calculée (issue de la cartographie précédemment définie) en observant le terme I du PID de commande du dispositif de soupapes et en mémorisant sa valeur dans un terme adaptatif. La correction appliquée est calculée de telle sorte que le terme I du PID tende vers 0 lorsque la position du dispositif de levée de soupapes est stabilisée. On peut garder en mémoire les A calculés pendant le trajet précédent l'arrêt du véhicule ou ne pas sauvegarder ces valeurs et refaire leur acquisition lors du premier ralenti suivant le redémarrage du véhicule. Une autre source d'imprécision dans le décalage angulaire des deux arbres peut être due à la température d'huile dans la vanne et/ou à son vieillissement. Ces deux paramètres (température et vieillissement) provoquent des perturbations du temps de réponse du dispositif de levée de soupapes. Or, ce temps de réponse ne peut être supérieur à un seuil maximum fixé par le constructeur du véhicule. Par exemple, ce temps de réponse ne doit pas être supérieur à 500 ms. Pour déterminer si le temps de réponse reste en deçà de sa valeur limite, on mesure le temps de réponse du dispositif de levée de soupapes lorsque l'on impose un échelon de commande. On mesure combien de temps met l'actuateur pour réaliser un certain pourcentage de cet échelon de commande. Par exemple, on mesure combien il faut de temps à l'actuateur pour réaliser 40 à % de cet échelon. En fonction de ce temps de réponse partiel, on modifie la valeur du terme proportionnel P du PID. On notera que cet échelon de commande n'est pas imposé, on attend en effet qu'une telle variation se réalise au cours du fonctionnement normal du moteur pour mesurer ce temps de réponse partiel et agir en conséquence sur le terme P. Une autre imprécision dans le décalage angulaire imposé entre les deux arbres peut provenir d'oscillations du dispositif de levée de soupapes autour d'une valeur de décalage angulaire. Pour pallier cet inconvénient, on surveille le décalage angulaire à l'aide de deux filtres du premier ordre de manière à détecter toute oscillation. Si des oscillations sont détectées, on modifie en conséquence le terme P du PID. Chacune des étapes d'amélioration de la précision du décalage angulaire ci-dessus évoquées peut être réalisée seule ou en combinaison avec I'une au moins des autres étapes. La meilleure précision de ce décalage angulaire est néanmoins obtenue en réalisant l'ensemble de ces étapes. Le procédé de commande d'un dispositif de levée de soupapes selon la présente invention consiste également à diagnostiquer tout dysfonctionnement du dispositif de levée de soupapes. A cet effet, ce diagnostic peut être réalisé en mode statique ou en mode dynamique. Le diagnostic en mode statique est effectué lorsque le dispositif de levée de soupapes est à une position de consigne stable. Dans ce cas, on mesure l'écart entre la valeur cartographiée du décalage angulaire et la valeur mesurée par les capteurs (arbres à cames et vilebrequin). Si cet écart est supérieur à une valeur limite fixée un certain nombre de fois, on active un témoin de dysfonctionnement du dispositif de levée de soupape. Par exemple, si pendant à 10 fois, l'écart est de 0 à 5 sur le vilebrequin, le témoin de dysfonctionnement est activé. Le diagnostic en mode dynamique peut être réalisé pendant deux moments différents, à savoir: en coupure décélération ou au ralenti. De préférence, ce diagnostic est réalisé pendant une coupure décélération. En effet, à ce moment là (coupure momentanée de l'alimentation en carburant pour répondre à une demande de décélération brutale), un échelon de position CWT ne provoque aucune perturbation sur le régime moteur. Pour effectuer ce diagnostic, il suffit d'imposer un échelon de consigne au dispositif de levée de soupapes. On mesure alors le temps de réponse du dispositif de levée de soupapes et on vérifie qu'il reste toujours en deçà d'une valeur limite. Si c'est le cas, le dispositif de levée de soupapes fonctionne correctement, sinon si cette valeur limite est dépassée un certain nombre de fois, alors un témoin de dysfonctionnement est activé. On peut également effectuer cet échelon de commande pendant une période de ralenti stabilisé du moteur. Cependant, pour ne pas perturber le régime moteur, il est alors nécessaire de compenser cet échelon par un ajustement de l'avance à l'allumage et/ou de la phase d'injection et/ou du temps d'injection. Comme dans le cas de la coupure décélération, on mesure le temps de réponse du dispositif de levée de soupapes à cet échelon. Si ce temps est inférieur à une limite fixée, le dispositif de levée de soupapes fonctionne correctement, sinon si cette valeur limite est dépassée un certain nombre de fois, alors un témoin de dysfonctionnement est activé. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. Ainsi, ces diagnostics sont aussi effectués lors d'un fonctionnement normal du véhicule et de la CVVT quand un échelon de consigne apparaît naturellement. On pourrait aussi effectuer un diagnostic de rapidité de réponse en observant la vitesse de déplacement en la comparant à un seuil minimum. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un dispositif de levée de soupapes, associé à un moteur à combustion interne, ce procédé étant du type consistant à déterminer, en fonction de cartographies appropriées, le décalage angulaire devant être appliqué entre un arbre à cames et un vilebrequin et à appliquer ce décalage par l'intermédiaire d'une commande de type PID, le dit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à: (a)- déterminer la valeur de référence cx0 du décalage angulaire lorsque le dispositif de levée de soupape est inactivé, à chaque fois que le moteur entre en régime de ralenti stabilisé et en tenir compte lors de toute commande de décalage angulaire ultérieure, et en ce qu'il comporte au moins l'une des étapes suivantes: (b)- effectuer une cartographie d'un rapport cyclique d'ouverture (RCO) d'une vanne hydraulique commandée par le PID du dispositif de levée de soupapes en fonction de la température d'eau du moteur, et ajuster le décalage angulaire à appliquer (par modification de la valeur de référence ao) en fonction de cette température d'eau, (c)déterminer l'écart entre la commande (RCO) appliquée et la commande calculée à l'étape (b) en observant le terme I du PID de commande du dispositif de soupapes et en mémorisant sa valeur dans un terme adaptatif, (d)- déterminer le temps de réponse du dispositif de levée de soupapes suite à un échelon de commande déterminé et en fonction de ce temps de réponse, modifier le terme proportionnel P du PID, (e)- vérifier que le décalage angulaire entre l'arbre à cames et le vilebrequin n'oscille pas quand la valeur de consigne est stable, et modifier en conséquence le terme P du PID pour éviter cette oscillation. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (c) permet de tenir compte des disparités entre dispositifs de levée de soupapes, l'écart A entre la commande (RCO) appliquée et la commande calculée à l'étape b) étant mesuré et mémorisé dans un terme adapatatif, la correction appliquée étant calculée de telle sorte que le terme I du PID tende vers 0 lorsque la position du dispositif de levée de soupapes est stabilisée. 3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que la détermination de l'écart A est réalisé uniquement lorsque le dispositif de levée de soupapes est en position stable. 4. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans l'étape (d) l'échelon de commande n'est pas imposé, la détermination du temps de réponse étant effectué lorsqu'un tel échelon se réalise au cours de la conduite. 5. Procédé de commande selon la revendication 4, caractérisé en ce que le temps de réponse déterminé correspond en fait au temps mis par le dispositif de levée de soupape pour réaliser un certain pourcentage de l'échelon de commande. 6. Procédé de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pourcentage est de préférence de l'ordre de 40 à 70 % de l'échelon de commande. 7. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, dans l'étape (e), I'oscillation du dispositif de levée de soupapes autour de la valeur de décalage angulaire est déterminée par l'association de deux filtres du premier ordre. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à diagnostiquer le bon fonctionnement du dispositif de levée de soupapes en comparant l'écart A avec un écart de référence, et en considérant que le dispositif de levée de soupape présente un dysfonctionnement lorsque cet écart A est supérieur à cette valeur de référence un certain nombre de fois. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à diagnostiquer le bon fonctionnement du dispositif de levée de soupapes en attendant la survenue d'une coupure d'alimentation en carburant pendant une phase de décélération pour mesurer le temps de réponse du dispositif de levée de soupapes, si ce temps de réponse est supérieur à un temps de réponse prédéterminé un certain nombre de fois alors le dispositif de levée de soupapes présente un dysfonctionnement. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à diagnostiquer le bon fonctionnement du dispositif de levée de soupapes en provoquant un échelon de commande pendant une période de ralenti stabilisée du véhicule et en le compensant par un ajustement de l'avance à l'allumage et/ou de la phase à l'injection et/ou du temps d'injection pour éviter toute perturbation du régime moteur, et à mesurer le temps de réponse du dispositif de levée de soupapes pour réaliser cet échelon de commande et si ce temps est supérieur à un temps de réponse prédéterminé un certain nombre de fois, alors le dispositif de levée de soupapes présente un dysfonctionnement.