Brevet FR2869643A1 — publié le 20051104

PROCEDE DE COMMANDE DU FONCTIONNEMENT D'UN CYLINDRE DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande du fonctionnement d'un cylindre de moteur à combustion interne. La présente invention concerne plus particulièrement la mise hors service ou en service des soupapes d'un cylindre de moteur. Les moteurs à combustion interne et notamment les moteurs équipant les véhicules automobiles ou routiers ne sont sollicités la plupart du temps qu'à une fraction de leur puissance nominale. Dans ces phases de fonctionnement qui ne réclament pas de délivrer un couple important, les moteurs font face à des pertes de pompage qui affectent leur rendement et sont à l'origine d'une consommation excessive de carburant. Ces pertes de pompage correspondent au travail qui doit être fournit pour aspirer le mélange air/carburant qui se trouve dans le collecteur d'admission à une relative faible pression et l'introduire dans la chambre de combustion lors de la phase d'admission. Pour réduire ces pertes de pompage, il est connu de désactiver une partie des cylindres. Les cylindres désactivés voient leurs soupapes d'admission et d'échappement fermées et ne sont donc plus traversés par aucun flux de gaz. Ces cylindres désactivés ne génèrent quasiment pas de pertes car ils fonctionnent alors comme des ressorts pneumatiques alternant les phases de compression et décompression de l'air emprisonné dans ces cylindres. Quant aux cylindres demeurant actifs, ils doivent produire un couple plus important et donc requièrent un débit plus important de l'air d'admission dans le collecteur ce qui augmente la pression dasn le collecteur et donc réduit les pertes par pompage du moteur. La désactivation est classiquement opérée par un mécanisme approprié agissant sur la distribution des cylindres suivant les conditions de fonctionnement du moteur. Dans le cas d'une distribution par arbres à cames et linguets, il est ainsi connu d'agir sur les poussoirs hydrauliques ou butées hydrauliques sur lesquels reposent une extrémité des linguets. Le brevet FR2837871 illustre un tel dispositif. l0 La présente invention se propose d'améliorer encore le bénéfice de la désactivation de cylindre sur le rendement des moteur en proposant un procédé et un dispositif perfectionnés de mise hors service ou en service des soupapes. Le procédé selon l'invention concerne la commande du fonctionnement d'un cylindre de moteur à combustion interne du type multicylindre à cycle quatre temps, ledit cylindre coopérant avec au moins un injecteur de carburant, une soupape d'admission, une soupape d'échappement, des organes de manoeuvre pour commander l'ouverture des soupapes selon le déroulement du cycle et des moyens pilotés par un calculateur de contrôle moteur selon des conditions prédéterminées de fonctionnement dudit moteur pour mettre sélectivement en service ou hors service lesdites soupapes dudit cylindre. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que la mise hors service des soupapes est opérée simultanément, et en ce que la mise hors service desdites soupapes s'opère à l'intérieur d'un cycle, à un instant coïncidant sensiblement au milieu de la période s'étendant entre les instants consécutifs théoriques d'ouverture de la soupape d'admission et d'ouverture de la soupape d'échappement. Selon une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, la remise en service des soupapes est opérée simultanément, et en ce que la remise en service des soupapes s'opère à l'intérieur d'un cycle, à un instant coïncidant sensiblement au milieu de la période s'étendant entre les instants consécutifs théoriques d'ouverture de la soupape d'admission et d'ouverture de la soupape d'échappement. Selon une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, ce sont deux cylindres dudit moteur à combustion interne du type multicylindre à cycle quatre temps dont le fonctionnement est commandé ; la mise hors service ou en service des soupapes de chacun des deux cylindres est alors opérée séquentiellement un cylindre après l'autre en respectant l'ordre d'allumage théorique desdits cylindres. Selon une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, les moyens pilotés présentent un temps de retard entre leur commande par le calculateur et la mise en service ou hors service effective des soupapes et en ce que l'on tient compte de ce temps de retard pour opérer la commande desdits moyens. Selon une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, la valeur du temps de retard est cartographiée en fonction du point de fonctionnement moteur ainsi que du vieillissement dudit moteur. Selon une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, une valeur d'erreur est déterminée sur la mesure du retard, ladite valeur d'erreur étant de préférence cartographiée en fonction du point de fonctionnement moteur ainsi que du vieillissement dudit moteur. Selon une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, la mise en hors service des soupapes du cylindre n'est commandée que si la valeur d'erreur est inférieure à la moitié de l'intervalle de temps séparant l'instant théorique d'ouverture de la soupape d'admission et l'instant théorique d'ouverture de la soupape d'échappement. La présente invention concerne également un dispositif pour la mise en 5 oeuvre du procédé selon l'invention. Selon une caractéristique du dispositif objet de l'invention, le calculateur de contrôle moteur comprend un programme approprié, ce programme étant apte à opérer la commande des moyens de mise en service ou hors service des soupapes du cylindre de sorte que la mise hors service ou la mise en service des soupapes du cylindre s'opère, à l'intérieur du déroulement du cycle, sensiblement au milieu de la période s'écoulant entre l'instant théorique d'ouverture de la soupape d'admission (OA) et l'instant théorique d'ouverture de la soupape d'échappement (0E). Selon une autre caractéristique du dispositif objet de l'invention, les moyens pilotés comprennent des poussoirs hydrauliques débrayables interposés entre lesdites soupapes et lesdits organes de commande et un circuit hydraulique contrôlé par une électrovanne commandée par le calculateur de contrôle moteur. Selon une autre caractéristique du dispositif objet de l'invention, les moyens pilotés comprennent des actuateurs électromécaniques commandant l'ouverture des soupapes. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une vue en coupe schématique et partielle 30 d'un moteur à combustion pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 2 représente un chronogramme détaillant le procédé selon l'invention. En se reportant à la figure 1, on a représenté un moteur, référencé 1, à quatre temps et allumage commandé destiné notamment à équiper un véhicule automobile. Ce moteur 1 mettant en oeuvre le procédé de déconnexion de cylindres objet de la présente invention, comporte classiquement quatre cylindres en ligne identifiés respectivement Cl, C2, C3 et C4. Seul le cylindre C2 a été détaillé. Le cylindre C2 présente un alésage 3 ménagé dans un bloc carter cylindres 2. Cet alésage 3 est fermé à son extrémité supérieure par une culasse 4 surmontant ledit carter 2. Un piston 5 est monté coulissant dans l'alésage 3 du cylindre 2. Ce piston est relié par une bielle non figurée à un vilebrequin également non figuré. La surface supérieure 6 du piston 5, le haut de l'alésage 3 et la surface inférieure en regard de la culasse 4, délimitent la chambre de combustion 7. La culasse 4 comprend un circuit d'admission de gaz d'admission formé par au moins un conduit 8. Ce conduit 8 débouche dans le toit de la chambre 7 par une ouverture 9 coopérant avec une soupape de commande 10 apte à être actionnée entre une position fermée d'obturation de l'ouverture 9 et une position ouverte d'admission des gaz. La soupape 10 comprend une tige de commande 11 et une tête d'obturation 12 de forme tronconique, dont la surface périphérique inclinée vient en contact avec une surface correspondante de l'ouverture 9 formant siège de soupape pour fermer l'ouverture 9. L'ouverture de la soupape 10 est opérée contre le ressort de soupape 13 par une came 14 portée par un arbre à cames 15 par le biais d'un levier pivotant 16 encore appelé linguet. Ce linguet repose d'une part, sur l'extrémité de la tige de soupape 11 et d'autre part, sur un poussoir ou butée hydraulique 17. La butée 17 sert normalement de point de pivotement pour le linguet et de rattrapage de jeu. La culasse 4 comprend également un circuit d'échappement des gaz brûlés formé par au moins un conduit d'échappement 18 débouchant dans le toit de la chambre 7 par une ouverture 19 apte à être fermée par une soupape de commande 20 comprenant une tige d'actionnement 21 et une tête d'obturation 22. De façon similaire à l'admission, l'ouverture de la soupape 20 est opérée contre le ressort de soupape 23 par une came 24 portée par un arbre à cames 25 par le biais d'un linguet 26. Ce linguet repose d'une part sur l'extrémité de la tige de soupape 21 et d'autre part sur un poussoir ou butée hydraulique 27 similaire à la butée 17. La culasse 4 comprend un moyen d'injection de carburant formé par un injecteur 28 piloté recevant à une entrée extérieure le carburant sous une pression adaptée et possédant une extrémité formant le nez d'injection débouchant dans le circuit d'admission du cylindre C2, en amont de la soupape 10. La culasse 4 comprend également une bougie d'allumage 29. La commande de l'injecteur 28, quant à l'instant d'injection et quant à la quantité de carburant injectée, est opéré par un calculateur de contrôle moteur 30 à partir d'informations appropriées tels que le régime moteur, la charge et la position du piston 5 dans le cylindre 3 fournie par un capteur de position vilebrequin non figuré. Le calculateur 30 piloté également l'instant d'allumage de la bougie 29 selon le point de fonctionnement du moteur. Classiquement l'ordre d'injection et d'allumage des cylindres est le suivant: Cl, C3, C4 et C2. Cet ordre d'allumage qui est l'ordre dans lequel les cylindres s'allument successivement a pour objet de favoriser l'équilibrage de l'équipage mobile non figuré, composé du vilebrequin, des bielles et des pistons. Conformément à l'invention, le moteur 1 est équipé d'un mécanisme de déconnexion de cylindres destiné à réduire les pertes par pompage lors de certaines plages de fonctionnement, et notamment lors des fonctionnements à charge partielle. Ce mécanisme de déconnexion, également piloté par le calculateur de contrôle moteur 30, a pour objet, lorsque le moteur fonctionne dans des conditions prédéterminées, de déconnecter (c'est-à-dire de ne plus faire fonctionner) deux cylindres sur quatre et ainsi de faire fonctionner le moteur sur seulement deux cylindres. La déconnexion des cylindres est opérée par la mise hors service des soupapes l'admission et l'échappement des gaz. Pour réduire les problèmes de dilatation culasse et bloc moteur dû au refroidissement générés par un fonctionnement réduit à deux cylindres, ce sont les cylindres intermédiaires C3 et C2 qui sont désactivés tandis que les cylindres extrêmes Cl et C4 demeurent actifs. Ce mécanisme opère naturellement la re-connexion des cylindres désactivés dès lors que le fonctionnement du moteur quitte les plages de fonctionnement prédéterminées précitées. Dans la description ci-après on décrira une stratégie de déconnexion où la déconnexion du cylindre C3 puis du cylindre C2 s'opère en se suivant. Cette stratégie n'est pas limitative de la présente invention, on peut également prévoir de déconnecter le cylindre C2 après le cylindre C3, après un laps de temps prédéterminé. Le mécanisme de déconnexion illustré à titre d'exemple non limitatif, utilise les butées hydrauliques 17 et 27 adaptées pour permettre d'être débrayées et ainsi, de mettre hors service les soupapes, c'est-à-dire d'immobiliser ces dernières sur leur siège en position fel mée et ce, quel que soit la position de l'arbre à cames. Ce type de butées hydrauliques débrayables fonctionne selon deux modes: un premier mode où la butée est verrouillée en position dans la culasse 4 et sert alors de point de basculement pour le linguet correspondant, et un second mode où la butée est mobile dans son logement et où le point de basculement du linguet sous l'effet de la came associée devient l'extrémité de la tige de soupape laquelle demeure alors immobile sur son siège. Les opérations de verrouillage et déverrouillage des butées 17 et 27 sont, selon l'exemple de réalisation figuré, opérées via un même circuit hydraulique sous pression 31 commandé par une électrovanne pilotée 32. Classiquement lorsque la soupape associée à l'une ou l'autre des butées 17,27 est en phase d'ouverture, la commande de déverrouillage de la butée correspondante est alors inopérante, le déverrouillage d'une butée ne s'effectue que lorsque la soupape associée repose sur son siège. De telles butées sont connues en elles-mêmes et ne seront pas détaillées plus avant. On pourra par exemple se reporter au document FR2837871 25 qui décrit un mode de réalisation de telles butées débrayables. Selon le mode de réalisation du dispositif de déconnexion illustré, la mise hors service des soupapes d'admission et d'échappement du cylindre C2 est donc opérée simultanément par un circuit hydraulique 31 commandé par une première électrovanne pilotée 32 encore appelée EV2 tandis que la déconnexion des soupapes d'admission et d'échappement du cylindre C3 non figuré est opérée par un autre circuit hydraulique distinct du premier et commandé par une seconde électrovanne EV3 pilotée. En se reportant à la figure 2 on a présenté le chronogramme du processus de commande des soupapes du cylindre C2 utile à la compréhension du procédé de mise hors service selon l'invention. Le processus de déconnexion du cylindre C3 étant identique à celui du cylindre C2, seule, donc, la déconnexion du cylindre C2 sera détaillée plus avant. Le chronogramme décrit la commande des soupapes lorsqu'elles sont en service pendant le déroulement du cycle moteur dans le cylindre C2, demi tour vilebrequin par demi-tour vilebrequin. Un cycle s'étale sur deux tours vilebrequin soit 720 vilebrequin. Par commodité, tous les instants seront identifiés sous la foi me de valeurs d'angle vilebrequin. Peu avant le point mort haut PMH (0 ) débutant un nouveau cycle à quatre temps, la soupape d'admission 10 s'ouvre à l'instant OA, alors que la soupape d'échappement 20 est, elle, encore ouverte. Peu après ce PMH de croisement (0 ), la soupape d'échappement se ferme à l'instant FE et, la soupape d'admission étant ouverte, le piston descendant peut aspirer de les gaz frais. Ce premier temps "admission" dure pratiquement jusqu'après le point mort bas PMB (180 ) où s'opère alors la fermeture de la soupape d'admission 10 à l'instant FA. Les deux temps suivant, respectivement "compression" et "combustion/détente", succèdent ensuite au temps "admission". Le temps "compression" accompagne la remontée du piston jusqu'au PMH allumage (360 ) tandis que le temps "détente", temps moteur du cycle, correspond à la descente du piston jusqu'au PMB (540 ). Au voisinage du point mort bas PMB (540 ), la soupape d'échappement s'ouvre à l'instant 0E. Pendant le temps "échappement", le piston remontant 5 au PMH (720 ) assure l'élimination quasi totale des gaz de combustion de la chambre de combustion 7. Puis le cycle reprend par une nouvelle phase "admission", etc.. Dans le cas où le moteur est équipé de système de distribution variable à déphaseur ou autre mécanisme permettant de faire varier les instants de levée, alors ces instants 0E, FE, OA, FA varient en fonction des conditions de fonctionnement du moteur 1 et notamment des conditions de régime et de charge et ce, tout comme l'instant d'allumage AL de la bougie 29 qui se produit au voisinage du PMH, en fin de temps de compression. Conformément à l'invention, le procédé de mise hors service des soupapes est conforme pour réaliser l'emprisonnement de gaz brûlés dans la chambre 7 lorsque le cylindre C2 va se trouver au PMB. Pour ce faire le débrayage des butées 17 et 27 doit s'opérer avant la phase "échappement" d'un cycle en cours, c'est-à-dire après le début de la phase d'admission OA du mélange carburé et avant le début OE de l'ouverture des soupapes d'échappement. En effet, la demanderesse a mis en évidence que la présence de gaz brûlés chauds dans les cylindres déconnectés permettait de réduire considérablement l'acyclisme du moteur et ce, par rapport à des cylindres déconnectés remplis d'air frais ou vide. Confot inément à l'invention, l'instant de déverrouillage effectif théorique DET des butées 17 et 27 est donc détel miné comme étant sensiblement le milieu de l'intervalle séparant les instants théoriques OA et OE consécutifs correspondants au point de fonctionnement considéré, soit: (OE-OA)/2, c'est à dire sensiblement au milieu du temps de compression soit encore, au voisinage de 270 vilebrequin. Si nous considérons un instant OA avec une avance de l'ordre de 20 et un instant OE avec une avance de 60 par rapport respectivement au point mort haut et au point mort bas, alors l'instant effectif théorique de déverrouillage vaut 250 . Compte tenu du temps de réponse RET du circuit hydraulique 31 et de la vanne EV2, le calculateur30 doit anticiper l'instant DET et déclencher donc la commande de la vanne EV2 à un instant T, tel que T + RET soit égal DET. Le temps de réponse RET du circuit hydraulique 31 et de la vanne EV2 est cartographié selon les conditions de fonctionnement du moteur et notamment les paramètres de pression et de régime ainsi notamment que selon le vieillissement des pièces du circuit hydraulique. Compte tenu des dispersions de fabrication et du vieillissement des pièces, la détermination du temps RET comporte une imprécision, cette imprécision pouvant être elle-même estimée par une valeur DeltaRET. Ainsi, lorsque le calculateur déclenche le déverrouillage à l'instant T (DET RET), le déverrouillage effectif réel survient à l'intérieur de la plage de temps: [DET - DeltaRET; DET + DeltaRET]. Compte tenu de ce qui précède, à savoir que le déverrouillage effectif réel survienne à l'intérieur de la plage [OA; 0E], il est donc important que le circuit hydraulique soit dimensionné pour répondre avec un DeltaRET bien inférieur à 270 vilebrequin, ce qui par exemple à un régime de 3000tr/mn correspond à 15 ms et à 30 ms à 1500tr/mn. Inversement s'il n'est pas possible de conserver dans toutes les plages de déconnexion une valeur de DeltaRET bien inférieure à 270 vilebrequin, alors la déconnexion n'est plus opéré dans les plages initiales mais seulement dans celles qui per mettent de garantir une valeur DeltaRET inférieure à 270 . La cartographie utilisée par le calculateur de contrôle moteur 30 prend donc en compte l'ensemble de ces différentes valeurs pour opérer la commande de la déconnexion du cylindre C2. La gestion de la remise en service des soupapes est sensiblement similaire. En effet, il convient alors de procéder d'abord à l'évacuation des gaz brûlés avant d'admettre à nouveau un mélange carburé ou de l'air et ce, pour ne pas évacuer trop de gaz brûlés à l'admission. Pour ce faire, il faut ouvrir l'échappement avant l'admission. Confoluiément à l'invention, l'instant de verrouillage effectif théorique VET des butées 17 et 27 est donc déterminé comme étant sensiblement le milieu de l'intervalle séparant les instants OA de 0E, c'est à dire sensiblement au milieu du temps de compression soit encore, au voisinage de 270 vilebrequin. La remise en service des soupapes est donc piloté par le calculateur de contrôle moteur de la même façon que lors de la mise hors service de ces soupapes. Ce qui a donc été décrit ci-dessus quant à la commande de l'électrovanne pilotée s'applique de façon parfaitement similaire et ne sera donc pas détaillé plus avant. Il est toutefois à noter qu'il pourra être souhaitable de prendre en compte une valeur de retard spécifique à la remise en service, distincte de la valeur correspondant à la mise en service. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation que l'on vient de décrire, et on peut apporter à ceux-ci de nombreux changements et modifications sans sortir de la présente invention. Ainsi, la présente invention s'applique également aux moteurs possédant des distributions électromagnétiques. Dans ce cas ce sont les actuateurs commandant les soupapes qui sont commandés de façon à mettre hors service les soupapes des cylindres à désactiver. Ainsi, la présente invention s'applique quel que soit le nombre total de 5 cylindres du moteur (quatre, cinq, six, sept, huit, etc.) et quel que soit le nombre de cylindres à déconnecter (un, deux, trois, quatre, etc.). REVENDICATIONS [1] Procédé de commande du fonctionnement d'un cylindre de moteur à combustion interne du type multicylindre à cycle quatre temps, ledit cylindre coopérant avec au moins un injecteur de carburant, une soupape d'admission, une soupape d'échappement, des organes de manoeuvre pour commander l'ouverture des soupapes selon le déroulement du cycle et des moyens pilotés par un calculateur de contrôle moteur selon des conditions prédéterminées de fonctionnement dudit moteur pour mettre sélectivement en service ou hors service lesdites soupapes dudit cylindre, caractérisé en ce que la mise hors service desdites soupapes est opérée simultanément, et en ce que la mise hors service desdites soupapes s'opère à l'intérieur d'un cycle, à un instant coïncidant sensiblement au milieu de la période s'étendant entre les instants consécutifs théoriques d'ouverture de la soupape d'admission (OA) et d'ouverture de la soupape d'échappement (0E). [2] Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la remise en service desdites soupapes est opérée simultanément, et en ce que la remise en service desdites soupapes s'opère à l'intérieur d'un cycle, à un instant coïncidant sensiblement au milieu de la période s'étendant entre les instants consécutifs théoriques d'ouverture de la soupape d'admission (OA) et d'ouverture de la soupape d'échappement (0E). [3] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ce sont deux cylindres dudit moteur à combustion interne du type multicylindre à cycle quatre temps dont le fonctionnement est commandé et en ce que la mise hors service ou en service des soupapes de chacun des deux cylindres est opérée séquentiellement un cylindre après l'autre en respectant l'ordre d'allumage théorique desdits cylindres. [4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que lesdits moyens pilotés présentent un temps de retard entre leur commande par ledit calculateur et la mise en service ou hors service effective desdites soupapes et en ce que l'on tient compte de ce temps de retard pour opérer la commande desdits moyens. [5] Procédé selon la revendications 4, caractérisé en ce que la valeur dudit temps de retard est cartographiée en fonction du point de fonctionnement moteur ainsi que du vieillissement dudit moteur. [6] Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que l'on détermine une valeur d'erreur sur la mesure dudit retard, ladite valeur d'erreur étant de préférence cartographiée en fonction du point de fonctionnement moteur ainsi que du vieillissement dudit moteur. [7] Procédé selon la revendications 6, caractérisé en ce que la mise en hors service desdites soupapes dudit cylindre n'est commandée que si la valeur d'erreur est inférieure à la moitié de l'intervalle de temps séparant l'instant théorique d'ouverture de la soupape d'admission (OA) et l'instant théorique d'ouverture de la soupape d'échappement (0E). [8] Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit calculateur de contrôle moteur comprend un programme approprié, ledit programme étant apte à opérer la commande desdits moyens de mise en service ou hors service des soupapes dudit cylindre de sorte que la mise hors service ou la mise en service des soupapes dudit cylindre s'opère, à l'intérieur du déroulement du cycle, sensiblement au milieu de la période s'écoulant entre l'instant théorique d'ouverture de la soupape d'admission (OA) et l'instant théorique d'ouverture de la soupape d'échappement (0E). [9] Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens pilotés comprennent des poussoirs hydrauliques débrayables interposés entre lesdites soupapes et lesdits organes de commande et un circuit hydraulique contrôlé par une électrovanne commandée par le calculateur de contrôle moteur. [10] Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits moyens pilotés comprennent des actuateurs électromécaniques commandant l'ouverture des soupapes.