Brevet FR2790086A1 — publié le 20000825

DESCRIPTION La présente invention se rapporte à un système et à un procédé de mesure destinés à être utilisés dans une commande de rétroaction de moteurs à combustion interne à synchronisation de cames variable. Les moteurs classiques maintiennent une relation fixe entre la rotation de l'arbre à cames et la rotation du vilebrequin, en préservant ainsi la relation entre les événements concernant les soupapes d'admission et d'échappement et le déplacement du piston. Au contraire, ce que l'on appelle les moteurs à synchronisation de cames variable utilisent un mécanisme destiné à ajuster cette relation en vue de divers avantages associés à une économie de carburant accrue et à des émissions régulées réduites. Pour obtenir ces bénéfices, la commande précise de la synchronisation des cames est essentielle. Un premier procédé connu de commande d'une synchronisation de cames variable sera maintenant décrit. Tout d'abord, la synchronisation de cames réelle est mesurée en utilisant une roue à dents sur l'arbre à cames et une roue à dents sur le vilebrequin. Le temps, ou bien l'angle, entre la réception des impulsions provenant de la roue sur le vilebrequin et la roue sur l'arbre à cames représente la synchronisation de cames réelle. Deuxièmement, une synchronisation de cames désirée est déterminée en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. Troisièmement, un signal d'erreur est créé à partir de la différence de la synchronisation de cames désirée et de la synchronisation de cames réelle. Quatrièmement, des signaux de commande fondés sur le signal d'erreur sont émis vers des actionneurs capables d'ajuster la synchronisation de cames. Un tel système est décrit dans le document US 5 363 817. Les présents inventeurs ont identifié plusieurs inconvénients du système ci-dessus. Tout d'abord, le signal de synchronisation de cames réelle est susceptible de subir des oscillations pendant la rotation de l'arbre à cames. Ceci résulte en des oscillations de mesure de fréquences élevées indésirables qui amènent le système de commande à répondre d'une manière qui n'est pas du tout optimale. Les procédés de filtrage classiques, tels que les filtres passe- bas, peuvent être appliqués pour réduire ces oscillations. Cependant, ces filtres réduisent la réponse du système en ajoutant un retard, ce qui provoque des performances plus lentes. La durée du retard est proportionnelle à la valeur de filtrage qui est nécessaire. Sur des moteurs réels en fonctionnement, le filtrage nécessaire pour éliminer ces oscillations provoque une réduction inacceptable de la réponse du système. Un second inconvénient est que le signal de synchronisation de cames réelle contient d'autres oscillations sauf si les tolérances de fabrication de l'emplacement des dents de l'arbre à cames sont maintenues extrêmement serrées. La nécessité de tolérances de fabrication serrées augmente le coût du système, ce qui est inacceptable. Un but de l'invention revendiquée ici consiste à fournir un procédé de commande des systèmes de synchronisation de cames variable avec des performances de réponse et une précision acceptables tout en réduisant les tolérances de fabrication imposées sur les parties mécaniques. Le but ci-dessus est atteint et les inconvénients des approches antérieures sont surmontés grâce à un procédé de mesure de la position d'arbre à cames d'un arbre à cames à position variable relié à un vilebrequin d'un moteur à combustion interne. Le procédé comprend la génération d'un premier signal indiquant une position du vilebrequin, la génération d'un second signal indiquant une position d'un arbre à cames à un nombre prédéterminé de positions angulaires par tour de l'arbre à cames, le calcul d'une position d'arbre à cames en cours par rapport au vilebrequin sur la base dudit premier signal et dudit second signal, et la détermination par calcul d'une position d'arbre à cames filtrée en filtrant ladite position d'arbre à cames en cours avec un filtre de moyennage, avec un certain nombre de moyennes fondé sur ledit nombre prédéterminé d'occurrences. De manière avantageuse, ladite étape de calcul ou de détermination est exécutée lorsque ledit second signal est généré. Préférentiellement, ledit second signal est généré à partir d'une roue munie de dents reliée à l'arbre à cames, ledit nombre prédéterminé de positions angulaires est égal à un nombre de dents sur ladite roue munie de dents, ledit nombre de moyennes est égal audit nombre prédéterminé d'occurrences et ledit nombre de moyennes est fondé sur ledit nombre prédéterminé de positions angulaires et sur une fréquence de torsion de soupapes. Le procédé peut comprendre en outre l'étape consistant à mémoriser ladite position d'arbre à cames en cours lors de chaque exécution du procédé. De plus, ledit procédé peut comprendre l'étape consistant à calculer ladite position d'arbre à cames filtrée en établissant la moyenne de ladite position d'arbre à cames en cours et de ladite position d'arbre à cames mémorisée à partir de deux exécutions précédentes lorsque ledit nombre prédéterminé de positions angulaires est de quatre, ainsi que l'étape consistant à calculer ladite position d'arbre à cames filtrée en établissant la moyenne de ladite position d'arbre à cames en cours et de ladite position d'arbre à cames mémorisée à partir de deux exécutions précédentes lorsque ladite fréquence de torsion de soupapes est de trois périodes par tour de l'arbre à cames. En utilisant un filtre qui fonctionne de façon synchrone avec la réception des informations de synchronisation de cames, dans lequel l'ordre du filtre est fondé sur le nombre de dents, les oscillations liées aux tolérances de fabrication peuvent être éliminées. En outre, certaines oscillations présentant une fréquence périodique associée à la rotation du moteur peuvent être éliminées. En outre, le procédé, non seulement minimise l'impact de ces certaines oscillations, mais présente également un impact minimal sur la réponse du système, en surmontant ainsi les inconvénients des approches antérieures. Un avantage de l'aspect ci-dessus de l'invention est l'amélioration des performances du système de commande de synchronisation de cames. Un autre avantage plus spécifique de la présente invention est une commande d'émission améliorée. Un autre avantage de l'aspect ci-dessus de l'invention est une économie de carburant améliorée. Encore un autre avantage de l'aspect ci-dessus de l'invention est un coût réduit du système. D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention seront facilement estimés par le lecteur de cette description. Le but et les avantages décrits ici seront plus complètement compris en lisant un exemple d'un mode de réalisation dans lequel l'invention est utilisée à son avantage, appelé ici description du mode de réalisation préféré, en faisant référence aux dessins dans lesquels: La figure 1 est un schéma synoptique d'un moteur comprenant la présente invention, Les figures 2 à 5 sont des organigrammes de haut niveau de diverses opérations exécutées par une partie du mode de réalisation représenté sur la figure 1, et La figure 6 est un graphe des mesures de synchronisation de cames dans lesquelles les résultats de l'invention sont illustrés. Un moteur à combustion interne 10, comprenant une pluralité de cylindres, dont un cylindre est représenté sur la figure 1, est commandé par un contrôleur électronique de moteur 12. Le moteur 10 comprend une chambre de combustion 30 et des parois de cylindre 32, un piston 36 étant positionné dans celles-ci et relié au vilebrequin 40. La chambre de combustion 30 est représentée communiquant avec le collecteur d'admission 44 et le collecteur d'échappement 48 par l'intermédiaire de la soupape d'admission 52 et de la soupape d'échappement 54, respectivement. Le collecteur d'admission 44 est représenté communiquant avec le corps de papillon des gaz 58 par l'intermédiaire du papillon des gaz 62. Le capteur de position de papillon des gaz 69 mesure la position du papillon des gaz 62. Le collecteur d'échappement 48 est représenté. Le collecteur d'admission 44 est également représenté, comportant un injecteur de carburant relié à celui-ci afin de délivrer un carburant liquide en proportion avec la largeur d'impulsion du signal FPW provenant du contrôleur 12. Le carburant est délivré à l'injecteur de carburant 80 par un système de carburant classique (non représenté), comprenant un réservoir à carburant, une pompe à carburant, et une rampe à carburant (non représentée). En variante, le moteur peut être configuré de telle manière que le carburant soit injecté directement dans le cylindre du moteur, ce qui est connu de l'homme de l'art sous le nom de moteur à injection directe. Le système d'allumage sans distributeur classique 88 fournit une étincelle d'allumage à la chambre de combustion par l'intermédiaire de la bougie d'allumage 92 en réponse au contrôleur 12. Un capteur d'oxygène de gaz d'échappement à deux états 16 est représenté relié au collecteur d'échappement 48 en amont du pot catalytique 97. Le capteur 16 applique un signal EGO au contrôleur 12 qui convertit le signal EGO en un signal à deux états EGOS. Un état de tension haute du signal EGOS indique que les gaz d'échappement sont riches par rapport à un rapport air/carburant de référence, et un état de tension basse du signal EGO converti indique que les gaz d'échappement sont pauvres par rapport au rapport air/carburant de référence. Le contrôleur 12 est représenté sur la figure 1 comme étant un microcalculateur classique comprenant: une unité de microprocesseur 102, des ports d'entrée/sortie 104, une mémoire morte 106, une mémoire vive 108, et un bus de données classique. Le contrôl61eur 12 est représenté recevant divers signaux des capteurs reliés au moteur 10, en plus des signaux qui ont été présentés précédemment, comprenant: une température d'agent de refroidissement du moteur (ECT) provenant du capteur de température 112 relié au manchon de refroidissement 114, une mesure de la valeur de débit massique d'air (MAF) provenant du capteur de débit massique 116 relié au collecteur d'admission 44, et un signal de profil de détection d'allumage (PIP) provenant du capteur à effet Hall 118 relié au vilebrequin 40. Dans un aspect préféré de la présente invention, le capteur de régime du moteur 119 produit un nombre prédéterminé d'impulsions également espacées pour chaque tour du vilebrequin. L'arbre à cames 130 du moteur 10 est représenté communiquant avec des bras de culbuteur 132 et 134 destinés à actionner la soupape d'admission 52 et la soupape d'échappement 54. L'arbre à cames 130 est relié directement au logement 136. Le logement 136 forme une roue munie de dents comportant une pluralité de dents 138. Le logement 136 est relié hydrauliquement à un arbre interne (non représenté), qui est à son tour relié directement à l'arbre à cames 130 par l'intermédiaire d'une chaîne de synchronisation (non représentée). De ce fait, le logement 136 et l'arbre à cames 130 tournent à une vitesse pratiquement équivalente à l'arbre à cames intérieur. L'arbre à cames intérieur tourne à un rapport de vitesse constant par rapport au vilebrequin 40. Cependant, grâce à la manipulation du couplage hydraulique que l'on décrira plus loin ici, la position relative de l'arbre à cames 130 par rapport au vilebrequin 40 peut être amenée à varier par des pressions hydrauliques dans la chambre d'avance 142 et la chambre de retard 144. En permettant qu'un fluide hydraulique à haute pression entre dans la chambre d'avance 142, la relation relative entre l'arbre à cames 130 et le vilebrequin 40 est avancée. Ainsi, la soupape d'admission 52 et la soupape d'échappement 54 s'ouvrent et se ferment à un instant qui est plus précoce que la normale par rapport au vilebrequin 40. D'une manière similaire, en permettant qu'un fluide hydraulique à haute pression entre dans la chambre de retard 144, la relation relative entre l'arbre à cames 130 et le vilebrequin 40 est retardée. Ainsi, la soupape d'admission 52 et la soupape d'échappement 54 s'ouvrent et se ferment à un moment plus tardif que la normale par rapport au vilebrequin 40. Les dents 138, qui sont liées au logement 136 et à l'arbre à cames 130, permettent une mesure de la position de came relative par l'intermédiaire du capteur de synchronisation de cames 150 fournissant un signal VCT au contrôleur 12. Les dents 1, 2, 3 et 4 sont de préférence utilisées pour la mesure de la synchronisation des cames et sont également espacées (par exemple dans un moteur de type V-8 en deux groupes, sont espacées de 90 degrés les unes des autres), alors que la dent 5 est de préférence utilisée pour l'identification du cylindre, comme décrit plus loin ici. En outre, le contrôleur 12 envoie des signaux de commande (LACT, RACT) à des électrovannes classiques (non représentées), pour commander le débit du fluide hydraulique soit dans la chambre d'avance 142, la chambre de retard 144, soit ni l'une ni l'autre. La synchronisation relative des cames est mesurée en utilisant le procédé décrit dans le document US 5 548 995 qui est incorporé ici par référence. En termes généraux, le temps, ou l'angle de rotation entre le front montant du signal PIP et la réception d'un signal provenant d'une dent parmi la pluralité de dents 138 sur le logement 136 fournit une mesure de la synchronisation de cames relative. Pour l'exemple particulier d'un moteur V-8, avec deux groupes de cylindres et une roue à cinq dents, une mesure de synchronisation de cames pour un groupe particulier est reçue quatre fois par tour, le signal supplémentaire étant utilisé pour l'identification du cylindre. En se référant maintenant à la figure 2, un organigramme d'un sousprogramme exécuté par le contrôleur 12 pour générer une synchronisation de cames filtrée du groupe de cylindres droit est décrit pour l'application particulière d'un moteur de type V-8 avec deux groupes de cylindres. Chaque groupe est muni de cinq dents, quatre étant régulièrement espacées pour mesurer une position de came et une destinée à l'identification du cylindre, positionné entre deux des quatre dents régulièrement espacées. Le sous-programme est exécuté à la réception d'un signal provenant de l'une quelconque des quatre dents régulièrement espacées du groupe de droite. A l'étape 210, la synchronisation de cames la plus récente RCAM_A, pour le groupe de droite, est lue. Ensuite, à l'étape 212, la synchronisation de cames filtrée pour le groupe de droite, FILTERED_RCAM_A, est calculée comme étant la moyenne de la synchronisation de cames en cours et des trois dernières mesures de synchronisation de cames. Ces quatre mesures sont sélectionnées sur la base du nombre des dents également espacées utilisé pour mesurer la synchronisation de cames. Si par exemple, un moteur en V comportant six cylindres utilise trois dents également espacées, alors la moyenne des trois dernières mesures est utilisée. Comme le nombre des moyennes correspond au nombre des dents également espacées dans un tour, une variation périodique due aux imperfections de fabrication de l'emplacement des dents est supprimée. De même, ce procédé supprimera les oscillations qui proviennent des mouvements de l'arbre à cames en raison des effets de torsion de soupapes que l'on décrira plus loin ici en faisant particulièrement référence à la figure 6. Les effets de torsion de soupapes sont des couples cinématiques appliqués à l'arbre à cames 130 depuis les soupapes 52 et 54. En termes généraux, lors de l'ouverture d'une soupape, il y a un couple positif sur l'arbre à cames 130 et lors de la fermeture d'une soupape, il y a un couple négatif sur l'arbre à cames 130. En se référant maintenant à la figure 3, un organigramme d'un sousprogramme exécuté par le contrôleur 12 pour générer une synchronisation de cames filtrée du groupe de cylindres de gauche est décrit pour l'application particulière d'un moteur de type V-8 avec deux groupes de cylindres. Le sous-programme est exécuté à la réception d'un signal provenant de l'une quelconque des quatre dents régulièrement espacées du groupe de gauche. A l'étape 310, la synchronisation de cames la plus récente, LCAMA pour le groupe de gauche, est lue. Ensuite, à l'étape 312, la synchronisation de cames filtrée pour le groupe de gauche, FILTERED LCAM A, est calculée comme étant la moyenne de la synchronisation de cames en cours et des trois dernières mesures de synchronisation de cames. Ces quatre mesures sont sélectionnées sur la base du nombre des dents également espacées utilisé pour mesurer la synchronisation de cames. Si par exemple, un moteur en V avec six cylindres utilise trois dents également espacées, alors la moyenne des trois dernières mesures est utilisée. Dans un mode de réalisation en variante de la présente invention o il est inutile de supprimer les oscillations dues aux tolérances de fabrication, mais o il est nécessaire de supprimer les oscillations dues à des effets de torsion de soupapes, un filtre différent est utilisé sur la base du nombre des dents régulièrement espacées et de la fréquence des effets de torsion des soupapes. Dans cet exemple particulier, les effets de torsion des soupapes se produisent à une cadence de 3 périodes par tour de l'arbre à cames. Dans le cas d'un moteur de type V-8 avec deux groupes et 4 dents également espacées, les effets de torsion des soupapes à repliement de spectre provoquent des oscillations de la mesure à la fréquence de 1 période par tour de l'arbre à cames. Comme cela est évident pour l'homme de l'art au vu de cette description, ce type de repliement de spectre et d'analyse de fréquence peut être exécuté pour toute combinaison du nombre de dents et de la fréquence de torsion des soupapes pour obtenir un filtre de moyennage qui supprimera les oscillations indésirables. Les équations générales de la détermination d'une fréquence observée (fJO) étant donnée la fréquence d'échantillonnage (f5), et la fréquence réelle (ft) du signal sont trouvées en utilisant l'équation ci-dessous. La fréquence d'échantillonnage (frs) est déterminée sur la base du nombre de dents également espacées de l'arbre à cames 130. o = ft- g ft + 1]cos[ tg(2f] o, g() arrondit la valeur de l'entrée jusqu'au nombre entier le plus proche vers moins l'infini. Ensuite, une fois que la fréquence observée (Jo) est connue, le filtre approprié peut être conçu en utilisant l'équation ci- dessous. H(z) = 1 - e a ze 'z o, H(z) est un filtre discret, z est un opérateur discret, et i représente la racine carrée de moins un. Pour l'exemple particulier précédemment décrit ici en utilisant un moteur de type V-8, le procédé décrit plus loin ici en faisant référence à la figure 4 est applicable. Pour cet exemple, la fréquence réelle représente trois quarts de la fréquence d'échantillonnage et la fréquence observée est d'un quart de la fréquence d'échantillonnage. Ainsi, le filtre devient: 1 + z2 Un facteur de mise à l'échelle de est utilisé pour obtenir un gain unité. En se référant à la figure 4, à l'étape 410, la synchronisation de cames la plus récente, RCAM_A, pour le groupe de droite est lue. Ensuite, à l'étape 412, la synchronisation de cames filtrée pour le groupe de droite, FILTEREDRCAMA est calculée comme étant la moyenne de la synchronisation de cames en cours et de la mesure de synchronisation de cames deux événements plus tôt. Ceci correspond à l'utilisation d'un filtre de la forme: 1 + z-2 En appliquant une moyenne à la présente mesure de la synchronisation de cames et à la mesure de deux événements plus tôt, il est possible d'annuler les oscillations de la mesure qui se produisent une fois par tour. Ceci correspond exactement à des effets de torsion de cames pour un moteur V-8 dans lequel les effets de torsion de cames apparaissent avec une fréquence de 3 périodes par tour d'arbre à cames. La fréquence de torsion de soupapes peut être calculée par l'homme de l'art sur la base de l'ordre d'allumage. L'ordre d'allumage se réfère à l'ordre selon lequel les cylindres sur les groupes respectifs sont allumés. Pour l'exemple du moteur V-8 décrit ici, l'ordre d'allumage est GAUCHE-DROIT- GAUCHE-GAUCHE-DROIT-GAUCHE-DROIT-DROIT. En se référant à la figure 5, à l'étape 510, la synchronisation de cames la plus récente, LCAMA, pour le groupe de gauche est lue. Ensuite, à l'étape 512, la synchronisation de cames filtrée pour le groupe de gauche, FILTEREDCALM A est calculée comme étant la moyenne de la synchronisation de cames en cours et de la mesure de synchronisation de cames deux événements plus tôt. Ceci correspond à l'utilisation d'un filtre de la forme: 1 + Z-2 Pour des raisons similaires à celles exposées ci-dessus en faisant référence à la figure 4, le filtre élimine les oscillations indésirables avec un impact minimal sur le temps de réponse. En se référant maintenant à la figure 6, un tracé d'un exemple de la présente invention est représenté. Le tracé indique le signal non filtré LCAM_A, indiqué par la ligne en traits interrompus et des cercles ouverts, mesuré par les dents 1 à 4. Le signal non filtré présente une oscillation liée aux effets de torsion de cames. Le signal filtré (FILTERED LCAM A), calculé conformément au bloc 512 de la figure 5 est représenté par la ligne à traits et points et les croix. En utilisant le procédé décrit précédemment ici en faisant particulièrement référence à la figure 5, les oscillations indésirables sont supprimées, en fournissant un signal plus avantageux pour une commande en boucle fermée de la synchronisation de cames. En se référant maintenant à la figure 7, un sous- programme destiné à exécuter une commande en boucle fermée de la synchronisation de cames est décrit. A l'étape 710, une synchronisation de cames souhaitée pour les groupes de gauche et de droite (LCAMADESIRED, RCAMADESIRED) est déterminée sur la base des conditions de fonctionnement du moteur. Par exemple, une synchronisation de cames souhaitée est déterminée sur la base du régime du moteur, du débit d'air du moteur, et de la position du papillon des gaz (TP). Ensuite, à l'étape 720, l'erreur du groupe de gauche, LE, et l'erreur du groupe de droite, RE, sont calculées sur la base de la synchronisation de cames souhaitée et de la synchronisation de cames filtrée pour chaque groupe. Ensuite, à l'étape 730, des signaux d'actionnement LACT et RACT, sont calculés sur la base des erreurs RE et LE en utilisant les fonctions fl et f2. Dans un mode de réalisation préféré, les fonctions fl et f2 représentent des contrôleurs à commande proportionnelle, intégrale et dérivée. Cependant, tout contrôleur quelconque, soit à précompensation, soit à rétroaction, connu de l'homme de l'art, peut être utilisé. Comme il est évident pour l'homme de l'art au vu de cette description, une variante aux modes de réalisation ci- dessus serait de sélectionner volontairement le nombre des dents sur les arbres à cames sur la base de la fréquence décrite et de l'analyse du repliement de spectre de sorte que la fréquence de torsion de soupapes se replierait à une fréquence de zéro, en ne nécessitant ainsi aucun filtre. Bien que le meilleur mode de réalisation de l'invention ait été décrit en détail, l'homme de l'art auquel cette invention se rapporte, percevra diverses conceptions et modes de réalisation en variante, y compris ceux mentionnés ci-dessus. REVENDICATIONS 1. Procédé destiné à mesurer une position d'arbre à cames d'un arbre à cames à position variable relié à un vilebrequin d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que le procédé comprend: la génération d'un premier signal (PIP) indiquant une position d'un vilebrequin (40), la génération d'un second signal (VCT) indiquant une position d'un arbre à cames (130) à un nombre prédéterminé de positions angulaires par tour de l'arbre à cames, le calcul d'une position d'arbre à cames en cours par rapport au vilebrequin (40) sur la base dudit premier signal et dudit second signal, et la détermination d'une position d'arbre à cames filtrée en filtrant ladite position d'arbre à cames en cours avec un filtre de moyennage, avec un certain nombre de moyennes fondé sur ledit nombre prédéterminé d'occurrences. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de calcul est exécutée lorsque ledit second signal est généré. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de détermination est exécutée lorsque ledit second signal est généré. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit second signal est généré à partir d'une roue (136) munie de dents (138) reliée à l'arbre à cames (130). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit nombre prédéterminé de positions angulaires est égal à un nombre de dents (138) sur ladite roue (136) munie de dents. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit nombre de moyennes est égal audit nombre prédéterminé d'occurrences. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit nombre de moyennes est fondé sur ledit nombre prédéterminé de positions angulaires et sur une fréquence de torsion de soupapes. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à mémoriser ladite position d'arbre à cames en cours lors de chaque exécution du procédé. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite étape de détermination comprend en outre l'étape consistant à calculer ladite position d'arbre à cames filtrée en établissant la moyenne de ladite position d'arbre à cames en cours et de ladite position d'arbre à cames mémorisée à partir de deux exécutions précédentes lorsque ledit nombre prédéterminé de positions angulaires est de quatre. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite étape de détermination comprend en outre l'étape consistant à calculer ladite position d'arbre à cames filtrée en établissant la moyenne de ladite position d'arbre à cames en cours et de ladite position d'arbre à cames mémorisée à partir de deux exécutions précédentes lorsque ladite fréquence de torsion de soupapes est de trois périodes par tour de l'arbre à cames (130).