Brevet FR2787511A1 — publié le 20000623

Etat de la technique La présente invention concerne un procédé pour égaliser les contributions des différents cylindres d'un mo- teur à combustion interne à son couple. Le point de départ de l'invention est un moteur à combustion interne avec une course variable de la soupape d'admission constituée de telle sorte qu'au moyen de sa posi- tion (zéro ouverture complète) une commande de la charge du moteur puisse être exempte d'étranglement. En complément ou en variante on peut aussi partir d'une durée variable d'ou- verture de la soupape d'admission. Une commande de ce type d'un moteur à cycle Otto sans clapet d'étranglement est connue par le document EP- 433 632. La commande connue prévoit entre autres des durées d'ouverture de la soupape d'admission propres à chaque cylin- dre, prédéterminées en fonction d'une position de la pédale d'accélérateur et de la vitesse de rotation du moteur. De cette façon on peut compenser des différences dues aux pro- blèmes de construction dans l'amenée de l'air. En conséquence on doit arriver à ce que tous les cylindres actifs aspirent une quantité sensiblement égale de mélange d'air et de carbu- rant, de telle sorte que l'on ait une répartition très régu- lière du couple et une émission aussi faible que possible de matières polluantes pour tous les cylindres. L'invention a pour objet d'améliorer encore la stabilité de la marche des moteurs à combustion interne ayant une commande individuelle des soupapes par cylindre. Pour résoudre ce problème, la présente invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on détermine au moins une mesure des contributions in- dividuelles des différents cylindres à son couple, et on l'amène à un régulateur, et la grandeur de sortie du régula- teur exerce une influence propre à chaque cylindre sur le remplissage de ce cylindre en air ou en gaz frais. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: * la grandeur de sortie du régulateur exerce une influence sur le fonctionnement à l'ouverture d'au moins l'une des soupapes du cylindre individuel; r TIi î * le fonctionnement à l'ouverture est influencé au moyen d'une variation de la course et/ou de la durée d'ouverture de la soupape; * dans le cas d'une intervention ayant lieu sur un cylindre déterminé, le remplissage des autres cylindres est in- fluencé en sens contraire, de telle sorte que le couple délivré au total par le moteur à combustion interne soit modifié le moins possible; * en complément aux interventions sur le remplissage on exerce une influence sur l'alimentation en carburant pro- pre à chaque cylindre, de telle sorte que la composition du mélange d'air et de carburant qui brûle dans le cylin- dre si possible ne varie pas. Un autre objet de l'invention consiste à réduire davantage l'émission de matières polluantes. L'invention repose sur la constatation qu'en plus des différences de remplissage dues aux conditions de cons- truction, le jeu des soupapes d'admission en fonction de leur vieillissement et les tolérances de fabrication peuvent en- traîner des quantités différentes de remplissage des diffé- rents cylindres d'un moteur à combustion interne. Ces tolérances de remplissage conduisent dans le cas d'un dosage du carburant identique pour chaque cylindre à des contribu- tions différentes au couple par cylindre et se sont révélées dans la zone inférieure de la vitesse de rotation en particu- lier au ralenti comme une source d'instabilité dans la marche du moteur à combustion interne. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: * la mesure des contributions des différents cylindres à son couple est déterminée sur la base d'une exploitation de l'instabilité de la marche du moteur à combustion in- terne; * la mesure des contributions des différents cylindres à son couple est déterminée sur la base des pressions détectées dans les chambres de combustion propres à chaque cylindre. La présente invention concerne également un dis- positif électronique de commande servant à égaliser les con- tributions des différents cylindres d'un moteur à combustion interne à son couple, caractérisé en ce que le système de commande détermine au moins une mesure des contributions in- dividuelles des différents cylindres à son couple et forme à partir de là une grandeur de sortie, qui exerce une influence propre à chaque cylindre sur le remplissage d'au moins un cy- lindre en air ou en gaz frais. Selon l'invention les tolérances de remplissage sont détectées au moyen d'une exploitation de la stabilité ou de l'instabilité de la marche, elles sont amenées à un régu- lateur et elles sont compensées au moyen d'une intervention du régulateur, propre à chaque cylindre, sur le fonctionne- ment des soupapes à l'ouverture. L'invention peut s'appuyer sur un système de détection et de retraitement de signaux pour exploiter l'instabilité de la marche du moteur. Ceci existe déjà dans le cas des moteurs à combustion interne mo- dernes pour faire un diagnostic à bord des ratés de combus- tion. Avantages La réalisation de la comparaison des tolérances de remplissage dues aux conditions de fabrication, pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, agrandit en ce point l'espace nécessaire à la construction du système varia- ble de soupape d'admission. Ceci peut conduire d'une manière avantageuse à une construction plus économique. L'utilisation de la détection et de l'exploita- tion de l'instabilité de la marche du moteur, qui existe déjà pour détecter les ratés de combustion, permet de réaliser l'invention avec un coût additionnel faible. Une configuration de l'invention permet d'avoir une compensation des tolérances de remplissage pour des con- tributions compensées au couple en conservant une valeur lambda moyenne constante de façon voulue du mélange d'air et de carburant dans les différents cylindres. La présente invention va être décrite ci-après plus en détail à partir de modes de réalisation, représenté sur les dessins annexés, sur lesquels: * la figure 1 montre l'environnement technique de l'inven- tion, * la figure 2 fait apparaître les différents fonctionnements à l'ouverture de soupapes de moteur à combustion interne et, * la figure 3 divulgue un diagramme schématique en tant qu'exemple de réalisation du procédé selon l'invention. La référence 1 représente un moteur à combustion interne avec une chambre de combustion 2, un injecteur 3, une soupape d'admission 4, un organe de réglage 5 de la soupape d'admission, une soupape d'échappement 6, un organe de ré- glage 7 de la soupape d'échappement, un tuyau d'admission 8, un clapet d'étranglement 9, un capteur 10 pour l'angle alpha du clapet d'étranglement, un appareil de mesure de la masse d'air 11, un détecteur 12 de la pression dans le tuyau d'ad- mission, un détecteur 13 de la température du moteur, un dé- tecteur de la vitesse de rotation ou un capteur à induction 14, un capteur angulaire à roue 18 avec des repères 19 et des segments 20 et la sonde lambda 15 dans le tuyau d'échappement 16, ainsi qu'un système électronique de commande 17. Le sys- tème électronique de commande 17 retraite les signaux repré- sentés en fonction de la masse d'air aspirée ml, de l'angle d'ouverture du clapet d'étranglement alpha, de la pression p dans le tuyau d'admission, de la température du moteur tmot, de la vitesse de rotation n et de la composition lambda du mélange d'air et de carburant pour envoyer des signaux de commande au moteur à combustion interne, par exemple des lar- geurs d'impulsions ti pour l'injection du carburant, des si- gnaux d'allumage, et autres. Sur la représentation de la figure 1 l'appareil de commande délivre aussi des signaux EVS et AVS, qui déterminent les fonctionnements à l'ouverture des soupapes 4 et 6 du moteur. La réalisation concrète de l'actionnement des soupapes, que ce soit de manière hydrauli- que, mécanique, individuelle ou en groupe, n'est pas déci- sive. Il est essentiel que le système de commande puisse régler des fonctionnements différents à l'ouverture des sou- papes d'admission. La figure 2 montre des exemples de fonc- tionnements différents à l'ouverture avec une représentation de la course VH de la soupape en fonction de la position an- gulaire de l'arbre du vilebrequin (angle de rotation en de- grés de l'arbre du vilebrequin).Le fonctionnement à l'ouver- ture en tirets produit un effet d'étranglement plus fort sur l'air qui entre et réalise un remplissage plus réduit du cy- lindre. Selon un exemple préféré de réalisation on appré- cie l'instabilité de marche en exploitant le déroulement dans le temps de la rotation de l'arbre du vilebrequin ou de l'ar- bre à cames. Pour détecter le déroulement dans le temps on associe à une zone déterminée du mouvement du piston dans chaque cylindre une zone angulaire de rotation 20 de l'arbre du vilebrequin, désignée comme segment. Les segments sont ma- térialisés par exemple par des repères 19 (dents) sur une roue phonique 18 couplée avec l'arbre du vilebrequin. Le mouvement de rotation de la roue phonique 18 couplée avec l'arbre du vilebrequin 18 est converti à l'aide du détecteur angulaire 14, réalisé sous la forme d'un détec- teur par induction en un signal électrique, dont la périodi- cité constitue une image du passage périodique des repères devant le détecteur angulaire. Le temps qui s'écoule entre une montée et une descente du niveau du signal correspond en conséquence au temps durant lequel l'arbre du vilebrequin a continué à tourner sur une zone angulaire qui correspond à la dimension d'un repérage. Ces laps de temps sont retraités dans l'appareil de commande 5, réalisé sous la forme d'un or- dinateur, pour obtenir une mesure de l'instabilité du moteur à combustion interne. Le temps ti, qui correspond à un seg- ment, pendant lequel l'arbre du vilebrequin décrit une zone angulaire avec l'index i, constitue déjà une mesure de l'in- stabilité de la marche du moteur à combustion interne. Moins les temps qui correspondent aux segments s'écartent les uns des autres, plus le moteur tourne rond et plus son instabili- té de marche est petite. En variante à cette exploitation en temps, on peut avoir une exploitation en fréquence. Dans le cas de con- tributions régulières au couple le mouvement de rotation de l'arbre du vilebrequin d'un moteur à quatre temps est pério- dique avec la période P égale au quotient de l'angle de l'ar- bre du vilebrequin (KWW) de 720 par le nombre de cylindres. Quand un cylindre délivre par exemple de façon systématique un couple trop bas, ceci conduit à un freinage périodique du mouvement de rotation de l'arbre du vilebrequin avec la pé- riode de deux rotations de l'arbre du vilebrequin, c'est-à- dire de 720 KWW. Des contributions inégales au couple sont en conséquence délivrées par des fractions de fréquences plus basses que la fréquence d'allumage dans le spectre de fré- quences de la rotation de l'arbre du vilebrequin. Ceci peut être déterminé par une analyse des fréquences. La survenance de ces fractions additionnelles de basses fréquences indique de cette façon des contributions inégales de couples. Les deux procédés délivrent chacun selon son coût d'exploitation des informations sélective par cylindre ou non sélective, sur l'instabilité de marche du moteur à combustion interne. Dans le cas d'une information sélective par cy- lindre on peut déterminer quel est le cylindre qui contribue moins ou plus que la valeur moyenne de tous les cylindres. Ceci est représenté sur la figure 3 comme exemple de réalisation: lors d'une étape 3.1 a lieu la formation d'une mesure mi pour le remplissage d'un cylindre avec l'in- dex 1. Par exemple ceci a lieu au moyen de la mesure du temps correspondant à un segment pour le temps de l'explosion dans le cylindre avec l'index i. Un temps prolongé Ti de segment est causé par un couple relativement grand mk et signale de cette façon un remplissage relativement grand du cylindre. Dans ce cas les lettres k et i numérotent des cycles d'allu- mage ou des cylindres. En variante on peut détecter aussi le remplissage au moyen de la pression dans la chambre de com- bustion. Aussi bien la pression dans la chambre de combustion que le temps correspondant à un segment permettent de se ré- férer au couple qui détermine la stabilité de marche du mo- teur à combustion interne. Lors d'une étape 3.2 a lieu la formation d'une valeur moyenne des mesures mi, propres à chaque cylindre pour les remplissages des différents cylindres. La valeur moyenne mquer sert lors des étapes 3.3 ou 3 4 de critère de comparai- son pour détecter des écarts propres à chaque cylindre. Si par exemple le couple du cylindre i augmente, il est répondu affirmativement à l'interrogation lors de l'étape 3.3 et il se produit à l'étape 3.5 une réduction du remplissage de ce cylindre. Selon l'invention ceci a lieu au moyen d'une inter- vention dans le fonctionnement à l'ouverture des soupapes de ce cylindre. Par exemple le fonctionnement à l'ouverture VH de la soupape d'admission de ce cylindre varie à la figure 2 de la ligne en trait plein à la ligne représentée en tirets. Si l'on détecte par contre à l'étape 3.4 un cou- ple qui a diminué, c'est qu'à lieu à l'étape 3.6 une varia- tion du fonctionnement à l'ouverture en tirets en direction du fonctionnement à l'ouverture en trait plein, pour augmen- ter le remplissage. De manière avantageuse pour un cylindre lors de la variation du fonctionnement à l'ouverture le fonctionne- ment à l'ouverture des autres cylindres varie en sens con- traire de telle sorte que le remplissage total des chambres de combustion du moteur additionné pour tous les cylindres ne varie pas. Voir pour cela les étapes 3.6 et 3.7. En d'autres termes: si par exemple un cylindre délivre plus de couple que les autres cylindres, son remplis- sage diminue et celui des autres cylindres augmente, de telle sorte que le couple délivré au total par les cylindres si possible ne varie pas. L'augmentation du remplissage des autres cylin- dres, comme la diminution du remplissage de l'un des cylin- dres, sert entre autres à étalonner le couple du moteur. En outre cela doit aussi conduire à avoir un cou- ple global constant du moteur à combustion interne. A cela s'ajoute l'avantage que la vitesse de rotation du moteur n'est pas modifiée par les interventions d'égalisation. Ceci est représenté par les étapes 3.7 et 3.8. De manière avantageuse a lieu en parallèle avec les interventions dans la commande des soupapes une interven- tion dans le dosage du carburant propre à chaque cylindre. Dans les cylindres dont le remplissage est diminué, a lieu une diminution de la quantité du carburant à doser. La quan- tité de carburant pour les autres cylindres est augmentée de telle sorte que la quantité globale de carburant à doser sur tous les cylindres ne varie pas. A cela s'ajoute l'avantage que la valeur lambda ne varie pas dans les gaz d'échappement du fait des interventions d'égalisation. Dans le cas du procédé propre à chaque cylindre on essaie par une augmentation et une diminution répétitive et alternée du remplissage propre à chaque cylindre d'amélio- rer la stabilité globale de marche du moteur à combustion in- terne. Comme mesure de cette stabilité de marche on prend par exemple en compte l'amplitude des oscillations des segments de temps mesurés. Par exemple dans le cas d'un cylindre volontaire- ment choisi, on peut entreprendre à titre d'essai une inter- vention quant à son remplissage et exploiter alors la réaction qui s'en suit sur la stabilité de la marche. La réaction de l'instabilité de la marche à une première sé- quence de modification fournit un signal permettant de savoir si la sélection du cylindre et du sens de la variation ont conduit à l'objectif. Si la stabilité de la marche ne s'est pas améliorée, c'est qu'on a rendu la variation rétrograde: en d'autres termes on règle à nouveau les paramètres que l'on a utilisés avant les interventions d'égalisation pour la com- mande de la soupape et le dosage du carburant. Si par contre la stabilité de marche a été amé- liorée par les interventions d'égalisation, on met alors en mémoire les nouveaux paramètres de la commande de la soupape et du dosage du carburant pour le point de fonctionnement considéré du moteur à combustion interne, afin d'en disposer tout de suite lors du démarrage suivant du même point de fonctionnement. De cette manière a lieu une adaptation, c'est-à- dire un ajustement des temps de commande des soupapes aux conditions modifiées de fonctionnement. Le procédé itératif peut être constitué d'une ma- nière telle que l'on maintienne aussi bien le coefficient lambda constant que la vitesse de rotation au ralenti cons- tante aussi. - - T1I La mise en mémoire des temps de commande optimi- sés adaptés aux conditions modifiées de fonctionnement peut être réalisée pour les deux procédés. En d'autres termes: en utilisant l'invention sous la forme d'un procédé d'adapta- tion, on ajuste les valeurs des corrections au ralenti et proches du ralenti propres à chaque cylindre, pour le rem- plissage pendant les phases de ralenti du moteur, et on les dépose dans une mémoire non volatile. Un jeu modifié de la soupape constitue un exemple d'une condition de fonctionne-10 ment modifiée. X1 -11 R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé pour égaliser les contributions des différents cylindres d'un moteur à combustion interne à son couple, caractérisé en ce que on détermine au moins une mesure des contributions indivi- duelles des différents cylindres à son couple, et on l'amène à un régulateur, et la grandeur de sortie du régulateur exerce une influence propre à chaque cylindre sur le remplis- sage de ce cylindre en air ou en gaz frais. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur de sortie du régulateur exerce une influence sur le fonctionnement à l'ouverture d'au moins l'une des soupapes du cylindre individuel. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fonctionnement à l'ouverture est influencé au moyen d'une variation de la course et/ou de la durée d'ouverture de la soupape. 4 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le cas d'une intervention ayant lieu sur un cylindre dé- terminé, le remplissage des autres cylindres est influencé en sens contraire, de telle sorte que le couple délivré au total par le moteur à combustion interne soit le moins possible mo- difié. ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que en complément aux interventions sur le remplissage on exerce une influence sur l'alimentation en carburant propre à chaque cylindre, de telle sorte que la composition du mélange d'air et de carburant qui brûle dans le cylindre si possible ne va- rie pas. Il 6 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure des contributions des différents cylindres à son couple est déterminée sur la base d'une exploitation de l'in- stabilité de la marche du moteur à combustion interne. 7 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure des contributions des différents cylindres à son couple est déterminée sur la base des pressions détectées dans les chambres de combustion propres à chaque cylindre. 8 ) Dispositif électronique de commande servant à égaliser les contributions des différents cylindres d'un moteur à com- bustion interne à son couple, caractérisé en ce que le système de commande détermine au moins une mesure des con- tributions individuelles des différents cylindres à son cou- ple et forme à partir de là une grandeur de sortie, qui exerce une influence propre à chaque cylindre sur le remplis- sage d'au moins un cylindre en air ou en gaz frais. 9 ) Dispositif électronique de commande selon la revendica- tion 8, caractérisé en ce que la grandeur de sortie exerce une influence sur le fonctionne- ment à l'ouverture d'au moins une soupape du cylindre indivi- duel. 10 ) Dispositif électronique de commande selon la revendica- tion 8, caractérisé en ce que le fonctionnement à l'ouverture est influencé au moyen d'une variation de la course et/ou de la durée de l'ouverture de la soupape. -T Tir-,