Brevet FR2795133A1 — publié le 20001222

"Procédé de commande d'un moteur à combustion en vue de l'obtention d'un effet de frein moteur" La présente invention concerne un moteur à combustion, notamment un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de commande d'un moteur à combustion à quatre temps en vue de l'obtention d'un effet de frein moteur. L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion dont les soupapes d'admission et d'échappement de chaque cylindre sont chacune commandées individuelle ment au moyen d'un actionneur, notamment d'un actionneur électromagnétique, chaque actionneur d'une soupape étant relié à une unité électronique de commande du moteur. Un tel moteur à combustion sans arbres à cames, aussi appelé moteur "camless", offre de grandes possibilités pour la commande individualisée des soupapes d'admission et d'échappement indépendamment du ou des diagrammes généraux de distribution du moteur. L'invention vise à proposer un procédé de commande d'un tel moteur sans arbres à cames en vue de l'obtention d'un effet de frein moteur qui soit applicable sur une grande plage de régimes. Dans ce but, l'invention propose un procédé de commande d'un tel moteur à combustion à quatre temps, du type dans lequel un piston décrit un mouvement de va et vient dans le cylindre comprenant une course descendante du piston du point mort haut vers le point mort bas et une course ascendante du piston du point mort bas vers le point mort haut, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en place, pendant la course ascendante du piston, à partir d'un instant de début jusqu'à un instant de fin, une phase dite de compression durant laquelle on commande la fermeture de toutes les soupapes et à mettre en place une phase dite de détente/admission durant laquelle on commande l'ouverture d'au moins une soupape, dès l'instant de fin de la phase de compression et jusqu'à un instant de fermeture de la soupape. Grâce à un tel procédé, il est possible d'obtenir un effet de frein moteur même à des régimes sensiblement élevés. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la durée de la phase de compression est fonction de l'intensité de l'effet de frein moteur souhaité ; - l'instant de fermeture de la soupape est, soit symétrique de l'instant de début de la phase de compression par rapport au point mort bas, soit confondu avec l'instant de début de la phase de compression ; - l'instant de fin de la phase de compression a lieu au voisinage du point mort haut ; - l'instant de fin de la phase de compression a lieu avant le point mort haut ; - l'instant de fermeture de la soupape a lieu au voisinage du point mort bas ; - l'instant de fermeture de la soupape a lieu avant le point mort bas ; - la soupape ouverte pendant la phase de détente/admission est la soupape d'échappement ; - la soupape ouverte pendant la phase de détente/admission est la soupape d'admission ; - dès l'instant de fin de la phase de compression on commence par ouvrir la soupape d'échappement puis on ouvre la soupape d'admission puis on ferme cette soupape d'échappement, et à l'instant de fermeture de la soupape on ferme la soupape d'admission. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'une partie d'un moteur à combustion interne à soupapes sans arbres à cames et commandé selon un procédé conforme aux enseignements de l'invention ; - la figure 2 est un diagramme illustrant une loi de distribution s'étalant sur deux courses du piston ; - la figure 3 est un diagramme de commande des soupapes selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est un diagramme de commande des soupapes selon un second mode de réalisation de l'invention. On a représenté à la figure 1 un cylindre 10 d'un moteur à combustion interne à quatre temps et dont la partie supérieure forme une chambre de combustion 12 délimitée par un piston mobile 14 et par une culasse 15. Le cylindre 10 est alimenté en mélange air/carburant par un circuit d'admission 16 qui débouche dans la chambre de combustion 12 au travers d'une soupape d'admission 18 dont les déplacements sont commandés par un actionneur électro magnétique linéaire 11 afin d'obturer ou non la communication entre le circuit d'admission 16 et la chambre de combustion 12. Un circuit d'échappement 17 est prévu pour l'évacuation des gaz brûlés hors de la chambre de combustion 12 au travers d'une soupape d'échappement 19 également commandée par un actionneur linéaire électromagnétique 13. La commande des soupapes d'admission 18 et d'échappement 19 est assurée par une unité électronique de commande (non représentée) qui pilote les actionneurs 11 et 13, et qui commande aussi l'injection de carburant, ici indirecte, au moyen d'un injecteur 20, de même que l'allumage au moyen d'une bougie (non représentée). L'unité électronique de commande comporte notamment des moyens de mémorisation d'une ou plusieurs cartographies de fonctionnement du moteur. L'unité électronique de commande reçoit des signaux représentatifs de paramètres de fonctionnement tels que le régime du moteur, la pression atmosphérique, la pression dans chaque cylindre, le débit des gaz d'admission et/ou d'échappement, le couple instantané fourni, etc. Selon le principe du cycle à quatre temps d'un moteur à combustion, celui-ci s'effectue en deux rotations du vilebrequin et en quatre courses du piston, les quatre temps du cycle étant l'admission, la compression, la combustion et l'échappement. En considérant la représentation simplifiée du cylindre de la figure 1, comportant à titre d'exemple une soupape d'admission 18 et une soupape d'échappement 19, lors de l'admission, la soupape d'admission 18 est ouverte et le piston descend. L'augmentation du volume du cylindre crée une dépression qui provoque l'aspiration du mélange air/carburant. Lors de la compression, les soupapes d'admission 18 et d'échappement 19 sont fermées et le piston 14 monte et comprime le mélange dans la chambre de combustion 12. Quelques degrés d'angle de rotation avant que le piston atteigne le point mort haut PMH de sa course ascendante, l'allumage est déclenché ou se produit. Lors de l'explosion, combustion puis détente, le piston 14 est poussé vers le bas de sa course sous l'action des gaz, c'est à dire qu'il est dans une course descendante du point mort haut PMH vers le point mort bas PMB. Quelques degrés d'angle de rotation avant le point mort bas PMB, la soupape d'échappement 19 s'ouvre. Le piston 14 entame alors une course ascendante pendant laquelle il pousse les gaz brûlés vers le circuit d'échappement 17 au travers de la soupape d'échappement 19. C'est le temps d'échappement. Au voisinage du point mort haut PMH la soupape d'échappement 19 est fermée et la soupape d'admission 18 est ouverte. On entame alors un nouveau cycle. Lors des phases transitoires de décélération, c'est à dire lorsque le conducteur lève le pied de l'accélérateur, il est souhaitable d'obtenir un effet de frein moteur, notamment pour des raisons d'agrément de conduite. L'intensité de l'effet de frein moteur souhaité dépend du point de fonctionnement. Lors d'une phase transitoire de décélération, l'unité électronique de commande coupe l'alimentation en carburant du moteur. On est alors libre de commander le fonctionnement du cylindre 10 à notre convenance car il n'y a plus de carburant admis dans le cylindre 10. On cherche donc à optimiser les lois de distribution des soupapes pour obtenir un effet de frein moteur. A ce stade du fonctionnement du moteur on peut décider de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention en modifiant le fonctionnement normal du moteur, dans le but d'obtenir un effet de frein moteur. On passe alors d'une loi de distribution s'étalant sur quatre courses du piston 14 à une loi de distribution s'étalant sur deux courses du piston 14. Le schéma de la figure 2 illustre ce principe. Durant la course ascendante du piston 14 on met en place une phase dite de compression Pc pendant laquelle on ferme toutes les soupapes. A la fin de la phase de compression P. et durant la course descendante du piston 14 on met en place une phase dite de détente/admission Pp/A pendant laquelle on ouvre au moins une soupape. La phase de compression Pc est adaptée à l'intensité du frein moteur souhaité. Elle se caractérise par une durée D, un instant de début T, et un instant de fin T2. Pendant cette phase de compression Pc toutes les soupapes demeurent fermées. A l'instant de fin T2 on ouvre au moins une soupape. Sitôt l'ouverture de la soupape marquant la fin de la phase de compression PC, débute la phase de détente/admission Po,A. Elle comprend tout d'abord la détente des gaz comprimés puis, au-delà du point mort haut PMH, l'admission des gaz par la descente du piston 14. Cette phase de détente/ad mission Po,A s'étale lors de la course descendante du piston 14 jusqu'à la fermeture de la soupape. L'instant de fermeture T3 de la soupape est choisi de façon à ne pas modifier le travail de compression. C'est à dire qu'il correspond soit, dans un premier cas, exactement à l'instant de début T, de la phase de compression Pc (T3=T,), soit, dans un deuxième cas, à un instant symétrique de l'instant de début T, par rapport au point mort bas PMB comme représenté sur la figure 2. Dans le deuxième cas il y a une phase intermédiaire P,, entre l'instant de fermeture T3 de la soupape et l'instant de début T, de la phase de compression P., pendant laquelle les soupapes sont fermées. Mais cela n'a aucun effet sur le travail prélevé sur le vilebrequin, car l'énergie consommée pendant la fin de la course descendante est restitué au début de la course ascendante du piston 14. On expliquera maintenant un premier mode de réalisation, illustré par la figure 3, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. L'alimentation en carburant étant coupée, on commande le maintien en position fermée de la soupape d'échappement 19 lors de la quatrième course du piston 14 correspondant au temps d'échappement . Ainsi, pendant la course ascendante du piston 14, les gaz d'échappement sont comprimés ce qui freine le piston 14. Quelques degrés d'angle de rotation avant le point mort haut PMH, on commande l'ouverture OE de la soupape d'échappement 19, comme on peut le voir sur le diagramme de la figure 3. Cela permet aux gaz d'échappement de se détendre dans le circuit d'échappement 17. Le piston se trouve dans une course descendante. On commande la fermeture FE de la soupape d'échappement 19 à un moment approprié, notamment en fonction du régime du moteur. Parallèlement on commande l'ouverture OA de la soupape d'admission 18 afin de remplir la chambre de combustion 12 en air frais. Quelques degrés d'angle de rotation avant le point mort bas PMB, on commande la fermeture FA de la soupape d'admission 18. Toutes les soupapes sont donc fermées. Lors de la course ascendante l'air frais est comprimé par le piston 14 ce qui le freine. A la fin de la course ascendante, on a terminé un cycle et, soit l'on continue sur le même principe pour maintenir l'effet de frein moteur, soit l'on reprend un cycle de fonctionnement normal du moteur en rétablissant l'alimentation en carburant. L'ouverture OA de la soupape d'admission 18 permet de remplacer, dans la chambre de combustion 12, les gaz d'échappement par de l'air frais. Or, la compression d'air frais consomme plus d'énergie que la compression de gaz d'échappement. Par conséquent, l'admission d'air frais permet d'obtenir un effet de frein moteur plus important qu'avec des gaz d'échappement. Par ailleurs, ce fonctionnement de type pompe à air permet de vidanger la ligne d'échappement de tous les gaz brûlés résiduels. Dans des variantes de ce premier mode de réalisation, on peut commander l'ouverture OE de la soupape d'échappement 19 après le point mort haut PMH, et/ou commander la fermeture FA de la soupape d'admission 19 après le point mort bas PMB. Selon un deuxième mode de réalisation simplifié, schématisé à la figure 2, on peut se dispenser d'admettre de l'air frais dans la chambre de combustion 12. Dans ce cas on n'agit pas sur la soupape d'admission 18, qui demeure fermée tout le temps de la phase dite de frein moteur, mais uniquement sur la soupape d'échappement 19. On commande la fermeture FE de la soupape d'échappement 19 quelques degrés d'angle de rotation avant le point mort bas PMB. Dans cette configuration, lors de chaque course ascendante, le piston 14 comprime les gaz provenant du circuit d'échappement 17, et à chaque course descendante il réaspire les mêmes gaz. Dans une variante de ce deuxième mode de réalisation on peut commander la fermeture FE de la soupape d'échappement 19 après le point mort bas PMB. Selon un troisième mode de réalisation, on agit de façon similaire au deuxième mode mais en commandant la soupape d'admission 18 en lieu et place de la soupape d'échappement 19. Dans ce troisième mode de réalisation, la soupape d'échappement 19 demeure fermé tout le temps de la phase dite de frein moteur et le piston 14 comprime et réaspire à chaque course de l'air en provenance du circuit d'admission 16. On note que le procédé selon l'invention permet de doser l'effet de frein moteur en contrôlant la phase de compression Pc par des variations sur les instants d'ouverture et de fermeture des soupapes. Le maintien d'une soupape ouverte pendant la course descendante du piston 14 empêche le phénomène de pompe à vide qui se produirait si toutes les soupapes étaient fermées pendant cette course. Ce phénomène serait préjudiciable au fonctionnement du moteur, car il conduirait à aspirer de l'huile dans les cylindres. Les principes mis en ceuvre dans le cadre du procédé selon l'invention, qui ont été expliqués en considérant un seul cylindre comportant lui-même une seule soupape d'admission et une seule soupape d'échappement, s'appliquent bien entendu à un moteur à plusieurs cylindres dont chacun comporte le cas échéant plusieurs soupapes d'admission et plusieurs soupapes d'échappement et dont chacune est commandée individuellement par l'unité électronique de commande au moyen d'un actionneur individuel associé à chaque soupape. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur à combustion à quatre temps, du type comportant un circuit d'admission d'air (16) ou de mélange air/carburant et un circuit d'échappement (17) de gaz brûlés qui communiquent avec une chambre de combustion (12) d'au moins un cylindre (10) du moteur, du type dans lequel les communications des circuits d'admission (16) et d'échappement (17) avec la chambre (12) sont susceptibles d'être obturées chacune respectivement par au moins une soupape, respectivement d'admission (18) et d'échappement (19), à ouverture commandée par un actionneur, notamment par un actionneur électromagnétique, relié â une unité électronique de commande, du type dans lequel un piston (14) décrit un mouvement de va et vient dans le cylindre (10) comprenant une course descendante du piston (14) du point mort haut (PMH) vers le point mort bas (PMB) et une course ascendante du piston (14) du point mort bas (PMB) vers le point mort haut (PMH), en vue de l'obtention d'un effet de frein moteur, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en place, pendant la course ascendante du piston (14), à partir d'un instant de début (T,) jusqu'à un instant de fin (T2), une phase dite de compression (Pc) durant laquelle on commande la fermeture de toutes les soupapes et à mettre en place une phase dite de détente/admission (Po,A) durant laquelle on commande l'ouverture d'au moins une soupape, dès l'instant de fin (T2) de la phase de compression (Pc) et jusqu'à un instant de fermeture (T3) de la soupape. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la durée (D) de la phase de compression (Pc) est fonction de l'intensité de l'effet de frein moteur souhaité. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'instant de fermeture (T3) de la soupape est, soit symétrique de l'instant de début (T,) de la phase de compression (Pc) par rapport au point mort bas (PMB), soit confondu avec l'instant de début (T,) de la phase de compression (P.). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'instant de fin (T2) de la phase de compression (Pc) a lieu au voisinage du point mort haut (PMH). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'instant de fin (T2) de la phase de compression (Pj a lieu avant le point mort haut (PMH). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'instant de fermeture (T3) de la soupape a lieu au voisinage du point mort bas (PMB). 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'instant de fermeture (T3) de la soupape a lieu avant le point mort bas (PMB). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soupape ouverte pendant la phase de détente/admission (Pp,A) est la soupape d'échappement (19). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la soupape ouverte pendant la phase de détente/admission (Pp,A) est la soupape d'admission (18). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, dès l'instant de fin (T2) de la phase de compression (P.) on commence par ouvrir la soupape d'échappement (19) puis on ouvre la soupape d'admission (18) puis on ferme cette soupape d'échappement (19), et à l'instant de fermeture (T3) de la soupape on ferme la soupape d'admission (18).