Brevet FR2838779A1 — publié le 20031024

L'invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle du couple d'un moteur à combustion interne, par l'intermédiaire d'une action sur l'angle d'avance à l'allumage de ce moteur. Pour de nombreuses fonctions telles que l'antipatinage de roues, la régulation de régime de ralenti, la suppression d'à-coups de couple, etc. il est nécessaire de pouvoir agir rapidement sur le couple fourni par le moteur. Pour agir sur le couple, il est connu de régler la quantité d'air, ou la quantité de carburant admis dans les cylindres. Cependant, cette méthode est relativement lente car elle nécessite plusieurs cycles moteur. Il est également connu d'utiliser l'angle d'avance à l'allumage qui permet une action beaucoup plus rapide. La variation de couple en fonction de l'angle à l'allumage (IGA) est représentée en figure 1 où le couple est en ordonnée et l'angle moteur en abscisse. Le point 0 avec la flèche verticale est le point mort haut (PMH) du cylindre considéré. La plage A représente une variation théoriquement possible pour l'angle d'allumage ; au-delà, la combustion n'est plus assurée. La zone B est la zone de couple maximum, mais présente un fort risque de cliquetis, c'est pourquoi l'angle d'avance IGA0 est considéré comme optimal et stocké dans les tables de calibration (pour un régime et une charge donnés). Cependant, l'intervention sur l'angle d'allumage est limitée par une autre barrière (C) qui représente le maximum de retard par rapport à IGA0 que l'on considère habituellement, en fonctionnement normal, comme pouvant être appliqué sans risque de surchauffe de la ligne d'échappement, surchauffe due à une combustion incomplète dans le cylindre, et qui se poursuivrait dans le pot catalytique. De ce fait, la plage utile D de variation de couple que l'on peut atteindre par intervention sur l'avance à l'allumage est typiquement réduite. Pour augmenter cette plage utile, il a déjà été proposé dans FR-A- 2 811 029 de gérer par un contrôle de la température de la tubulure d'échappement (typiquement, en entrée du catalyseur), les incursions temporaires du réglage moteur en dessous de ladite barrière (C) (angle référencé IGA-MIN-TEG), c'est-àdire suivant un angle d'avance à l'allumage plus proche du régime calé que celui correspondant à ladite barrière (C). Dans FR-A-2 811 029, on procède par mesures ou estimations modélisées de cette température à l'échappement. Cependant, il s'agit d'une solution coûteuse, soit en raison de la présence d'au moins un capteur supplémentaire, soit du fait de la puissance de calcul supplémentaire requise. La solution proposée ci-après dans l'invention s'exonère de ces moyens et/ou étapes de calculs. Plus précisément, la solution proposée dans l'invention est telle que, pour une demande de variation (diminution) de couple supérieure à un seuil déterminé : a) on détermine un angle minimum d'avance à l'allumage (IGA-MINTEG) intermédiaire entre le régime calé où le moteur ne produit aucune puissance et un angle d'avance nominal (typiquement IGA0 proche de l'angle d'avance correspondant au couple maximum pour un régime moteur donné, b) on détermine une durée maximum autorisée pendant laquelle un fonctionnement du moteur avec un angle d'avance à l'allumage inférieur à l'angle d'avance minimum est autorisé, c) et, pour cette demande de variation de couple, on fait fonctionner le moteur avec un angle d'avance à l'allumage inférieur à l'angle minimum d'avance, pour une durée inférieure ou égale à la durée maximum autorisée. Le "seuil" précité pourrait être un paramètre de temps, tel que la rapidité de réaction requise pour satisfaire la demande de couple. De préférence, la durée maximum autorisée "de transgression" de la limite de sécurité établie par la barrière (C) sera définie expérimentalement, par essais au banc moteur, préalablement à la mise en oeuvre des étapes a), b), c) précitées. Par ailleurs, pour des questions en particulier de sécurité et de fiabilité du moteur, il est conseillé que les caractéristiques suivantes soient en tout ou partie en outre respectées : - ladite durée maximum autorisée est une fonction inverse de la différence angulaire entre l'angle d'avance minimum et l'angle d'avance le plus faible atteint pendant la durée maximum autorisée, - on enregistre des données parmi la durée et/ou l'amplitude (écart angulaire) des diminutions d'angle d'avance à l'allumage en dessous dudit angle minimum, - la durée maximale de la diminution d'angle d'avance à l'allumage en dessous dudit angle minimum qui suit la dernière durée enregistrée est fonction de ces données enregistrées, - à l'issue d'une diminution déterminée de l'angle d'avance à l'allumage en dessous de la valeur d'angle minimum, on interdit, pendant une durée prédéterminée, toute diminution supplémentaire de l'angle d'avance à l'allumage en dessous de cette valeur d'angle minimum, - on enregistre des données parmi la durée et/ou l'amplitude des diminutions d'angle d'avance à l'allumage en dessous dudit angle minimum, et la durée pendant laquelle toute autre diminution de l'angle d'avance à l'allumage en dessous de la valeur d'angle minimum est interdite est fonction des données enregistrées, - on détermine un taux de variation maximum d'angle d'avance à l'allumage en fonction du temps, - et/ou, après que ledit angle d'avance à l'allumage est descendu en dessous de l'angle d'avance minimum, au plus pendant ladite durée maximum autorisée, l'angle d'avance à l'allumage augmente progressivement, si nécessaire, dans la limite du taux de variation maximum, jusqu'à atteindre (de nouveau) au moins l'angle d'avance minimum. Concernant les moyens utilisés pour mettre en #uvre le procédé de l'invention, on notera dès à présent qu'ils comprendront de préférence : - des moyens de calcul (ou calculateur) pour extraire de tables de données préalablement établies et stockées en mémoire, un angle minimum d'avance à l'allumage intermédiaire entre le régime calé où le moteur ne produit aucune puissance et un angle d'avance nominal proche de l'angle d'avance correspondant au couple maximum, et pour déterminer "une durée maximum autorisée" pendant laquelle un fonctionnement du moteur avec un angle d'avance à l'allumage inférieur à l'angle minimum d'avance est autorisé, ceci pour le régime courant et pour la charge (load) courante du moteur, à l'instant considéré, - des moyens de commande pour que le moteur fonctionne avec un angle d'avance à l'allumage déterminé, en fonction de la valeur fournie par les moyens de calcul, - et un compteur de temps lié de façon opératoire aux moyens de commande et aux moyens de calcul pour faire fonctionner le moteur avec un angle d'avance à l'allumage inférieur à l'angle minimum d'avance, ceci pour une durée inférieure ou égale à la durée maximum autorisée par les moyens de calcul. On précisera ici que les "tables de données" précitées auront typiquement été établies, comme déjà évoqué, lors d'une phase préalable de tests, sur banc d'essai, dans différentes conditions de fonctionnement du moteur. Une description encore plus détaillée de l'invention va maintenant être fournie en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre en particulier la courbe d'évolution du couple d'un moteur à combustion interne en fonction de l'angle d'allumage exprimé en degrés vilebrequin, - et la figure 2, montre un organigramme simplifié du procédé de l'invention On ne sera pas sans remarquer que cette figure 2 se rapproche de la figure 2 de FR-A-2 811 029. Ceci n'a rien de surprenant dès lors que, comme déjà indiqué, tant la présente invention que celle divulguée dans FR-A-2 811029, ont pour objet de faire fonctionner le moteur avec un angle d'avance à l'allumage situé temporairement en dessous de cette barrière C pour laquelle on n'encourt pas de risques notables de température élevée susceptible d'endommager la tubulure d'échappement. Comme déjà indiqué, dans FR-A-2 811029, il n'est en réalité proposé de ramener pendant certaines périodes l'angle d'avance à l'allumage en dessous de IGA-MIN-TEG qu'en relation avec la nécessaire présence d'au moins un capteur supplémentaire de température et/ou l'utilisation d'une puissance de calcul permettant de contrôler "en temps réel" la température à l'échappement. L'invention permet de s'exonérer de ces moyens supplémentaires, tout en permettant donc de ramener l'angle d'avance à l'allumage à une valeur IGA-MIN repérée sur la figure 1 qui soit donc inférieure à IGA-MIN-TEG, c'est-à-dire à une valeur d'angle d'avance à l'allumage tout à fait minimale, le moteur pouvant même tourner uniquement parce qu'il est entraîné par le mouvement du véhicule. Et c'est ici par un contrôle de temps que l'on va permettre au moteur de fonctionner ainsi, en gérant les durées pendant lesquelles la combustion pourra être incomplète dans les cylindres du moteur et se poursuivre dans la tubulure d'échappement, voire dans le pot catalytique. Ainsi, comme dans FR-A-2 811029, on pourra (mais à coûts réduits) obtenir une variation rapide du couple moteur lorsque par exemple le conducteur lâche l'accélérateur, typiquement pour ralentir ou changer de vitesse. Les moyens utilisés s'articulent autour d'un calculateur 3 de contrôle de couple associé à une unité mémoire 5 et un compteur de temps ("timer") 7. Le calculateur qui va donc gérer la manière de limiter temporairement l'angle d'avance à l'allumage peut en particulier être un calculateur TQM, tiré de l'anglais "Torque Management System". Comme indiqué sur la figure 2, dans une première étape E1, la demande (D) de couple instantané est déterminée par le calculateur 3, en fonction en particulier de l'état de fonctionnement ou non de certains organes du véhicule, telles la climatisation, la direction assistée ... Sur la base de cette demande et de données complémentaires contenues en mémoire 5, le calculateur détermine dans l'étape E2 la valeur d'IGAMIN utilisable à cet instant. IGA-MIN dépend en particulier de IGA-MIN-TEG dont le calculateur extrait alors avantageusement la valeur desdites "tables préétablies de données" stockées en mémoire 5, ceci pour le régime courant (N) et la charge courante (L) du moteur au moment où la demande de couple est reçue. L'obtention de la valeur IGA-MIN-TEG s'opérera typiquement par interpolation. Comme déjà indiqué, des essais préalables sur banc test auront typiquement permis, avec tout le matériel utile (capteurs divers, enregistreurs ...) et à différents régimes moteur et plus généralement pour différentes conditions de fonctionnement de ce moteur, de calculer, entrer dans les tables et mettre en mémoire différentes données permettant d'obtenir notamment cette valeur attendue d'IGA-MIN-TEG. D'autres données permettant d'obtenir des valeurs d'angles telles que IGA0 auront pu être également traitées, acquises et stockées en mémoire 5 au cours de ces essais préalables, ces valeurs ou ces données tenant compte typiquement de la température TEG réellement mesurée ou, de préférence, modélisée en entrée du catalyseur (ou en un autre point sensible de la ligne d'échappement). Dans l'étape E3, qui peut être menée simultanément avec l'étape E2, le calculateur détermine la durée maximum autorisée TM' pendant laquelle cette valeur IGA-MIN va pouvoir être maintenue en tant qu'angle d'avance à l'allumage du moteur (en particulier si les conditions de demande de couple ne changent pas). La valeur de cette durée maximum autorisée est typiquement fonction d'une "durée maximum nominale" TM elle aussi avantageusement extraite, par le calculateur, des "tables préétablies de données" stockées en mémoire 5 suite aux essais sur banc tests. De préférence, le calculateur sera au demeurant conçu pour conserver en mémoire l'historique, sur une certaine durée, des (au moins récentes) diminutions d'angle d'avance à l'allumage en dessous de la barrière C, alors que le véhicule roule et est normalement utilisé par son conducteur (service courant). Ainsi, la durée maximum autorisée "nominale" qui aurait été prise en compte le moment venu si seules les données expérimentales d'origine avaient été considérées, pourra être corrigée en tenant compte de la, ou des quelques dernière (s) diminution (s) de l'angle d'avance à l'allumage en dessous de IGA-MINTEG. On déterminera, en fonction de la précision souhaitée, si l'on désire prendre en compte la durée et/ou l'amplitude de l'historique de ces transgressions pour corriger cette durée maximum autorisée. Une fois déterminés, l'angle IGA-MIN et la durée maximum autorisée TM', ladite valeur d'angle est appliquée au moteur et le compteur de temps 7 est déclenché. A noter que cette durée maximum autorisée TM' sera avantageusement une fonction inverse de la différence angulaire entre IGA-MIN et IGA-MIN-TEG. En pratique, il s'agit là d'une évolution type qui pourrait être constatée sur les courbes ou abaques, ou plus généralement sur les données, dont on aura alimenté l'unité mémoire 5 du calculateur embarqué, après avoir constaté l'effet favorable d'une telle évolution lors des essais préalables sur banc test. Pour éventuellement pondérer ladite durée maximum autorisée lors de la demande de couple instantané dans l'étape E1, on notera encore que le calculateur tiendra avantageusement compte, en tant que données "historiques" des transgressions précédentes, de la durée de ces transgressions et/ou de l'amplitude de celles-ci par rapport à IGA-MIN-TEG. Bien que l'on conseille un retour progressif à cette valeur IGA-MINTEG après avoir atteint la valeur IGA-MIN, la durée d'une transgression sera malgré tout de préférence d'autant plus importante que l'amplitude de la diminution de l'angle sera faible. Concernant ce retour à la valeur IGA-MIN-TEG après une transgression en dessous de cette valeur, il est conseillé que pour assurer le retour progressif souhaité, on ait enregistré en mémoire soit une évolution type préétablie, soit un taux prédéterminé de variation maximum de l'angle d'avance à l'allumage en fonction du temps, et que ce retour s'effectue alors dans la limite de ce taux maximum. Ainsi, sur la base d'une durée maximum autorisée (TM ) définie par le calculateur 3 à partir notamment des données contenues dans l'unité mémoire 5, et en ayant éventuellement tenu compte de l'historique des dernières transgressions, la valeur appropriée d'une durée maximum autorisée corrigée (TM' avec TM' # TM) pendant laquelle cette valeur IGA-MIN sera maintenue peut alors finalement être prise en compte par le compteur de temps 7, la durée réelle (TR) de cette transgression en cours étant de toute façon fonction de l'évolution du fonctionnement du véhicule, avec bien sûr la limitation TR # TM'# Finalement, dans l'étape E4, la valeur d'IGA-MIN, en tant qu'angle' d'avance à l'allumage suite à la demande de couple, est appliquée au moteur, de même que la valeur de la durée maximum autorisée pendant laquelle cette transgression va pouvoir être maintenue, si les conditions de fonctionnement du moteur relativement à cette demande de couple (instantané) ne changent pas. Comme indiqué ci-avant, cette durée tiendra de préférence compte du temps de retour à la valeur IGA-MIN-TEG, dès lors que ce temps de retour sera avantageusement défini pour permettre un retour progressif et non pas "instantané", de l'angle à cette valeur IGA-MIN-TEG. De préférence pour tenir à jour l'historique des transgressions d'angle en dessous de cette barrière C, l'application de la valeur d'IGA-MIN au moteur et/ou de la durée d'une transgression donnée sera fournie à l'unité mémoire 5, tandis que le calculateur pourra alors déterminer si la ligne d'échappement est en mesure de supporter encore une nouvelle transgression. A cet égard, toujours de préférence sur la base des données fournies par les essais préalables sur banc test, on préférera que le calculateur interdise, pendant une durée prédéterminée, toute diminution supplémentaire de l'angle d'avance à l'allumage en dessous de IGA-MIN-TEG, en fonction de l'historique récent enregistré, et en particulier en fonction des toutes dernières transgressions, voire de la dernière si par exemple une dizaine de minutes se sont écoulées entre les deux dernières transgressions. Une autre manière de procéder pourrait être qu'à l'issue d'une transgression donnée en dessous de IGA-MIN-TEG, la transgression suivante ne soit autorisée exclusivement qu'après écoulement d'une durée prédéterminée enregistrée dans l'unité mémoire 5 et décomptée par le compteur de temps 7. Pendant cette durée de transgression interdite, l'angle de calage minimum est a priori IGA-MIN-TEG. A partir de la description qui précède, il doit être clair que l'invention vise à définir une durée maximum de fonctionnement du moteur avec un angle d'avance à l'allumage inférieur à IGA-MIN-TEG. En d'autres termes, il se peut tout à fait que la durée réelle soit inférieure à la durée maximum autorisée, ceci étant fonction de l'évolution de la demande de couple instantané. A noter qu'en outre, cette durée réelle de la transgression pourra être adaptée si, en plus de la modification de la valeur d'avance à l'allumage, d'autres paramètres permettant d'agir sur le couple fourni par le moteur sont pris en considération, tel par exemple que le réglage de l'injection ou celui du papillon d'admission d'air. Ainsi, on doit comprendre qu'il pourra être prévu de recourir aussi (même si les effets sur le couple sont typiquement plus lents) à des modifications des valeurs de réglage d'autres paramètres que l'angle d'avance à l'allumage pour atteindre le couple désiré. REVENDICATIONS 1.- Procédé de contrôle du couple d'un moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'une action sur l'angle d'avance à l'allumage de ce moteur, caractérisé en ce que, pour une variation requise du couple supérieure à un seuil déterminé : - on détermine un angle minimum d'avance (IGA-MIN-TEG) à l'allumage intermédiaire entre le régime calé où le moteur ne produit aucune puissance et un angle d'avance nominal (IGA0) proche de l'angle d'avance correspondant au couple maximum pour un régime moteur donné, - on détermine une durée maximum autorisée pendant laquelle un fonctionnement du moteur avec un angle d'avance à l'allumage (IGA-MIN) inférieur à l'angle minimum d'avance (IGA-MIN-TEG) est autorisée, - puis, pour ladite variation requise du couple, on fait fonctionner le moteur avec un angle d'avance à l'allumage inférieur à l'angle d'avance minimum, pour une durée inférieure ou égale à la durée maximum autorisée. 2.- Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite durée maximum autorisée est définie par un calculateur (3) en tenant compte de données expérimentales préalablement enregistrées en mémoire (5). 3. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite durée maximum autorisée est une fonction inverse de la différence angulaire entre l'angle d'avance minimum et l'angle d'avance le plus faible atteint pendant la durée maximum autorisée. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : - on enregistre des données parmi la durée et/ou l'amplitude des diminutions d'angle d'avance à l'allumage en dessous dudit angle minimum (IGAMIN-TEG), - et la durée maximale de la diminution d'angle d'avance à l'allumage en dessous dudit angle minimum qui suit la précédente diminution d'angle est fonction des données enregistrées. 5. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'issue d'une diminution donnée de l'angle d'avance à l'allumage en dessous de la valeur d'angle minimum (IGA-MIN-TEG), on interdit, pendant une durée prédéterminée, une diminution supplémentaire de l'angle d'avance à l'allumage en dessous de cette valeur d'angle minimum. 6. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que : - on enregistre des données parmi la durée et/ou l'amplitude des diminutions d'angle d'avance à l'allumage en dessous dudit angle minimum (IGAMIN-TEG), - et la durée pendant laquelle toute autre diminution de l'angle d'avance à l'allumage en dessous de la valeur d'angle minimum est interdite est fonction des données enregistrées. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après que ledit angle d'avance à l'allumage est descendu en dessous de l'angle d'avance minimum, au plus pendant ladite durée maximum autorisée, l'angle d'avance à l'allumage (IGA-MIN) augmente progressivement, jusqu'à atteindre au moins l'angle d'avance minimum (IGA-MIN-TEG). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que : - on détermine un taux de variation maximum d'angle d'avance à l'allumage en fonction du temps, - et l'augmentation progressive de l'angle d'avance à l'allumage jusqu'à ce qu'il retrouve une valeur égale au moins à celle de l'angle d'avance minimum s'effectue dans la limite du taux de variation maximum.