Brevet FR2891869A1 — publié le 20070413

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne selon lequel une installation de réglage commande un élément de soupape d'un système d'admission et/ou de gaz d'échappement du moteur à combustion interne par une grandeur de réglage. L'invention concerne également un programme d'ordinateur ainsi qu'une mémoire électrique et une installation de commande et/ ou de régulation pour l'application de ce procédé. Etat de la technique Les moteurs à combustion interne actuels ont leur alimentation en air du système d'admission et/ou la veine de gaz d'échappement du système de gaz d'échappement commandés ou régulés par des installations de soupape ou de vanne électronique. Les installations de soupape ou de vanne correspondantes sont par exemple constituées par le volet d'étranglement, la soupape de recyclage des gaz d'échappement, la sou-pape de dérivation d'un turbocompresseur, etc.... De telles installations de soupape ou de vanne comportent normalement un canal traversé par la veine d'air ou la veine de gaz d'échappement, un élément de soupape pi- votant ou coulissant et qui commande le débit de la veine en fonction de sa position, ainsi qu'une installation de réglage ou d'actionnement électrique, par exemple un moteur à courant continu, une liaison mécanique entre l'élément de soupape et l'installation d'actionnement ou de réglage, un capteur qui saisit la position actuelle de l'élément de soupape et une installation de commande et de régulation ; cette dernière détermine le signal d'actionnement appliqué à l'installation de réglage pour arriver à la position souhaitée pour l'élément de soupape. Les installations de commande et de régulation connues ont de façon caractéristique une boucle de régulation fermée, numérisée, qui détermine le signal de réglage ou d'actionnement appliqué à l'installation de réglage. Le fondement est la valeur réelle de la position de l'élément de soupape saisie par le capteur ainsi qu'une valeur de consigne. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé du type défini ci-dessus, permettant de faire fonctionner le moteur à combustion interne avec un rendement aussi élevé que possible pour optimiser la consommation de carburant et réduire les émissions de matières polluantes. Exposé de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'installation de réglage est sollicitée au moins de temps en temps par un signal de compensation périodique. D'autres solutions de ce problème sont un programme d'ordinateur, une mémoire électrique et une installation de commande et de régulation mettant en oeuvre ce procédé. Avantages de l'invention Dans les moteurs à combustion interne habituels, en fonctionnement normal, l'écoulement dans le canal d'admission et dans le canal d'échappement subit des variations périodiques de pression engendrées par l'écoulement discontinu entre et à partir des chambres de combustion du fait de l'ouverture et de la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement. Ces variations de pression génèrent des 15 forces perturbatrices, périodiques, au niveau d'un élément de soupape d'une installation de soupape placée dans ce canal et conduisant à des oscillations gênantes (oscillations perturbatrices) de cet élément de sou-pape se traduisant à leur tour par une réduction du rendement du canal d'écoulement. 20 Le procédé selon l'invention commande de telles oscillations perturbatrices de l'élément de soupape de façon opposée à l'aide d'une installation de soupape placée dans le canal d'écoulement en générant un signal de compensation qui applique à l'élément de soupape une force antagoniste périodique de direction opposée à la force périodique exercée 25 par la veine d'air sur l'élément de soupape. Les oscillations perturbatrices de l'élément de soupape sont ainsi réduites, voire totalement éliminées, si bien que la veine d'air ou de gaz d'échappement peut passer sur l'élément de soupape avec un rendement élevé. Enfin, cela permet d'abaisser la con-sommation en carburant du moteur à combustion interne et son compor- 30 terrent vis-à-vis des gaz d'échappement. Il en résulte les avantages de l'invention sans détérioration de la dynamique de l'installation de soupape, par exemple par des éléments d'amortissement mécanique. Enfin, les avantages de l'invention peuvent être obtenus uniquement par une solution par programme qui 35 génère un signal de compensation supplémentaire ajouté par exemple à la grandeur de réglage proprement dite et qui agit en opposition de phase et avec la même fréquence et la même amplitude que celles des oscillations perturbatrices , observées. 35 Il est particulièrement avantageux que le procédé selon l'invention soit subdivisé en un segment d'initialisation et un segment de compensation. Pendant le segment ou phase d'initialisation, on prépare la compensation proprement dite des oscillations gênantes en déterminant des grandeurs de départ et/ou fixées utilisées pour générer le signal de compensation. Le signal de compensation proprement dit est seulement généré pendant le segment de compensation ; il est fondé au moins initialement sur les valeurs de départ obtenues pendant le segment d'initialisation. Les valeurs de départ sont avantageusement tout d'abord l'amplitude et la phase des oscillations actuelles de l'élément de soupape. Pendant le segment de compensation, on continue de saisir les propriétés des oscillations perturbatrices subsistant dans l'élément de soupape et on les détermine pour les utiliser pour générer et/ou optimiser le signal de compensation. Le signal de compensation se caractérise de façon générale par trois paramètres essentiels : amplitude, fréquence et différence de phase, par rapport aux oscillations perturbatrices. L'amplitude du signal de compensation se détermine avantageusement en tenant compte de l'amplitude de départ déterminée pendant le segment d'initialisation constituant une valeur fixe et de la fréquence des oscillations actuelles de l'élément de soupape. Cela est possible avec des moyens de calcul réduits et conduit à une optimisation stable et d'une efficacité surprenante. En pratique, par une analyse de fréquence, on peut saisir préalablement par exemple des valeurs obtenues sur un banc d'essai pour former un tableau de références donnant, à l'aide des fréquences utilisées pour les oscillations perturbatrices et l'amplitude de départ fixe, l'amplitude correspondante du signal de compensation. La fréquence du signal de compensation est de façon optimale égale à la fréquence des oscillations perturbatrices et dans de nom- breux cas elle peut se déduire très simplement de la vitesse de rotation actuelle du moteur à combustion interne, à savoir dans tous les cas dans lesquels les oscillations perturbatrices sont liées à une charge ou une évacuation discontinue des chambres de combustion en fonction de la vitesse de rotation. La différence de phase entre le signal de compensation et les oscillations perturbatrices ou parasites de l'élément de soupape cor-respond tout d'abord à une valeur de départ. Celle-ci se détermine de façon analogue à l'amplitude, en fonction de la fréquence des oscillations perturbatrices et de la phase de départ obtenue pendant le segment d'initialisation ; cela se traduit par une réduction rapide des oscillations perturbatrices tout en ne nécessitant que des moyens de calcul réduits. Le procédé selon l'invention est particulièrement simple et efficace si le paramètre d'optimisation utilisé est cette différence de phase. Cela signifie que l'on modifie la différence de phase dans cette plage auto-risée pour que l'amplitude déterminée des oscillations perturbatrices actuelles soit minimale. Selon l'invention, pour la commutation entre le segment d'initialisation et le segment de compensation, il est prévu un algorithme de surveillance qui assure la commutation en fonction de conditions dé-terminées. Cela se réalise très simplement sous la forme d'un programme. Les conditions sont choisies pour garantir que le signal de compensation ne présente pas d'effets non voulus sur la position de l'élément de sou- pape. En particulier, on termine le segment de fonction et l'application de l'élément de réglage avec le signal de compensation et on lance de nouveau un segment d'initialisation si certains paramètres se situent en de-hors de plages pré-définies et/ou si l'optimisation effectuée de la différence de phase n'aboutit à aucun résultat satisfaisant. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne 25 équipé d'un élément de soupape en forme de volet d'étranglement ins-tallé dans le canal d'admission, - la figure 2 montre un ordinogramme présentant la formation d'une grandeur de réglage pour commander une installation de réglage du volet d'étranglement de la figure 1 ainsi qu'un signal de compensation 30 appliqué à l'installation de réglage, - la figure 3 montre un ordinogramme décrivant un procédé pour générer le signal de compensation, - la figure 4 montre un ordinogramme décrivant le segment d'initialisation du procédé de la figure 3, et 35 - la figure 5 montre un ordinogramme décrivant le segment de compensation du procédé de la figure 3. Description du mode de réalisation La figure 1 montre un moteur à combustion interne portant globalement la référence 10. Ce moteur à combustion interne comprend un bloc-moteur 12 à plusieurs chambres de combustion n'apparaissant toutefois pas à la figure 1. Ces chambres sont alimentées en air comburant par l'intermédiaire d'un canal d'admission 14 équipé d'un volet d'étranglement 16. Le volet d'étranglement constitue un élément de sou-pape permettant de régler la quantité d'air frais passant par le canal d'admission 14 pour arriver dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne 10. La position du volet d'étranglement 16 est influencée par une installation de réglage ou d'actionnement 18, par exemple un moteur à courant continu ou un moteur pas à pas. La position actuelle du volet d'étranglement 16 est captée par un capteur de position 20. La rotation du vilebrequin 22 du moteur à combustion interne 10 est captée par un capteur de vitesse de rotation 24. Le fonctionnement du moteur à combustion interne 10 est commandé ou régulé par une installation de commande et de régulation 16. Pour cela, on génère entre autre une grandeur de réglage dans l'installation de commande et de régulation 26 ; cette grandeur est appli- quée à l'installation de régulation 18. La grandeur de réglage dépend entre autre du signal fourni par le capteur de position 20 de sorte que l'on a ainsi formé une boucle de régulation fermée. La vitesse d'écoulement dans le canal d'admission 14 subit des oscillations périodiques provoquées par la charge discontinue des chambres de combustion du moteur à combustion interne 10. Ces oscillations de la vitesse d'écoulement dans le canal d'admission 14 peuvent aboutir à des oscillations gênantes (oscillations perturbatrices) du volet d'étranglement 16. Comme cela apparaît à la figure 2, l'installation de réglage ou d'actionnement 18 reçoit une grandeur de réglage S composée d'un si- gnal de position Spos et d'un signal de compensation Scomp. Le signal de position Spos est généré dans le cadre d'une boucle de régulation fermée dans un bloc de régulation 28. Dans le bloc de régulation 28 on fournit entre autre un signal Sreel (grandeur réelle) correspondant à la position actuelle du volet d'étranglement 16 ; ce signal est fourni par un capteur de réglage 20 ; on fournit également un signal Scons correspondant à la posi- tion souhaitée du bolet d'étranglement 16 (grandeur de consigne). Cette grandeur se détermine par exemple en fonction du couple souhaité pour le moteur à combustion interne 10. Le signal de compensation Seomp se détermine au point 30 et cela sur la base de la vitesse de rotation actuelle nmot du vilebrequin 22 du moteur à combustion interne 10 déterminée par le capteur 24 déterminée ainsi que de la grandeur réelle Sreei et de la grandeur de consigne Scons. Le signal de compensation Scomp permet de compenser ou au moins de réduire les variations de position du volet d'étranglement 16 ; ces variations sont produites par les oscillations d'écoulement évoquées ci-dessus dans le canal d'admission 14. Pour générer le signal de compensation Scomp, le bloc 32 procède selon deux segments séparés (voir figure 3) : Dans un segment d'initialisation 32 on définit les grandeurs de départ Alnl et Fini (voir plus bas) de la détermination du signal de corn- 15 pensation Scomp. Aussi longtemps que ce segment d'initialisation 32 se dé-roule, il n'y a pas émission de signal de compensation Scomp. Dans un segment de compensation 34 on détermine les paramètres proprement dits Acomp, Fcomp, dPcomp du signal de compensation Scomp ainsi que le signal de compensation Scomp lui-même. Le paramètre Acomp est l'amplitude ; le 20 paramètre Feomp représente la fréquence et le paramètre dPcomp représente la différence de phase du signal de compensation Scomp par rapport aux oscillations perturbatrices. Le déroulement de l'étape d'initialisation 32 sera décrit de manière plus précise ci-après en référence à la figure 4. Dans le segment d'initialisation 32 on détermine une am- 25 plitude de départ Alnl et une phase de départ Fini des oscillations perturbatrices actuelles. Pour cela, dans le bloc 36 on forme tout d'abord la différence entre les deux signaux Sreel et Sc. (signal de différence) et à partir de là on forme l'amplitude absolue. Au point 38 on saisit les valeurs maximales qui en résultent et au point 40 on filtre par un filtre passe-bas 30 le signal formé à partir des valeurs maximales. Ce traitement non linéaire des signaux Sreel et Scons donne finalement l'amplitude de départ Alnl. Un traitement non linéaire analogue est effectué en 42 pour la phase de départ Fini. Pour cela, on saisit le dernier passage par zéro de l'amplitude absolue du signal de différence défini dans 36, avant la fin du 35 segment d'initialisation 32 ; on détermine également la phase de départ résultante Fini comme valeur de référence pour le signal de compensation périodique Seomp qui se déduit. La figure 5 montre le détail du déroulement du segment de compensation 34 : le segment de compensation 34 comprend trois étapes : - dans une première étape 44 on détermine ou on actualise les propriétés des oscillations perturbatrices actuelles ; ici il s'agit de la fréquence F et de l'amplitude A des oscillations perturbatrices. Les oscillations perturbatrices considérées dans le cas présent dans le canal d'admission 14 sont, comme décrit ci-dessus, occasionnées par le rem-plissage discontinu des différentes chambres de combustion du moteur à combustion interne 10. Cela est couplé directement à la vitesse de rotation nmot du moteur à combustion interne 10 ; cette vitesse est détectée par le capteur 24. La fréquence F des oscillations perturbatrices s'obtient ainsi dans le présent exemple de réalisation directement à partir de la vitesse de rotation actuelle nmot du vilebrequin 22 du moteur à combustion interne 10. L'amplitude A des oscillations perturba- trices actuelles s'obtient de nouveau de façon analogue au procédé décrit à l'aide de la figure 4. dans une seconde étape 46 on détermine dans le segment de compen- sation 34, les propriétés ou paramètres Feomp, Acomp et dPcomp du signal de compensation périodique Scomp et cela en se fondant sur les para- mètres déterminés pendant le segment d'initialisation 32 et pendant la première étape 44 à l'intérieur du segment de compensation 34. La fréquence Fcomp du signal de compensation Scomp est rendue égale à la fréquence F des oscillations perturbatrices déterminées dans la première étape 44. L'amplitude Acomp du signal de compensation Scomp est déterminée à l'aide de la formule en se fondant sur l'amplitude Aini que l'on a déterminé pendant l'étape d'initialisation 32 et de la fréquence F. Dans le présent exemple de réalisation, on obtient la relation mathématique en 48 par le traitement des éléments d'un tableau de mise à jour. Les éléments du tableau de mise à jour ont eux-mêmes été obtenus à partir de valeurs fournies par une analyse de fréquence faite sur un banc d'essai. La différence de phase dPcomp s'obtient par une optimisation en ligne en 49. Dans le présent exemple de réalisation, on prend à cet effet le signal de compensation Scomp à partir d'une valeur initiale dPini que l'on modifie pour que l'amplitude A des oscillations de perturbations détermi- nées en 44 diminue. La valeur de départ dPini de la différence de phase se déduit d'une formule fondée sur la position de phase Fini, déterminée pen- dant l'étape d'initialisation 32 et de la fréquence F. Dans ce cas également la réalisation de relation par formule en 50 se fait par le traitement de va-leurs enregistrées dans un tableau de références. Ces valeurs ont été obtenues elles-mêmes par une analyse en fréquence de tels types de valeurs mesurés sur un ban d'essai. Le segment de compensation 34 avec l'optimisation en ligne 49 est parcouru de manière répétée par itération pour optimiser la différence de phase dPcomp du signal de compensation Scomp à partir de la va-leur de départ dP;ni pour minimiser l'amplitude A des oscillations perturbatrices. Comme algorithme d'optimisation en ligne on appliquera de préférence un algorithme fondé sur un gradient. Une troisième étape (référence 52) à la figure 5 du segment de compensation 34 comprend la détermination et l'émission du signal de compensation proprement dit Scomp sur la base des paramètres obtenus Acomp, Fcomp et dPcomp. La détermination du signal de compensation Scomp est fondée sur une fonction mathématique périodique dans le temps ; cette fonction est caractérisée par une fréquence, une amplitude et une phase. Dans le cas présent on a choisi pour cette fonction périodique dans le temps un signal rectangulaire ou en créneau 54. La commutation entre le segment d'initialisation 32 et le segment de compensation 34 se fait à l'aide d'un algorithme de surveillance 56. On commute du segment d'initialisation 32 vers le segment de compensation 34 si les propriétés Aini et Fini nécessaires au segment de compensation 34 et correspondant aux oscillations perturbatrices actuel-les du volet d'étranglement 16 ont été saisies ou déterminées. La commutation dans la direction opposée, c'est-à-dire à partir du segment de compensation 34 vers le segment d'initialisation 32 se fait si le signal de compensation Scomp ne peut compenser ou réduire les oscillations perturbatrices ou ne peut le faire comme souhaité. Pour cela, dans le présent exemple, on reconnaît qu'une fréquence F et/ou l'amplitude A se situent à l'extérieur d'une certaine plage de fréquence ou d'amplitude. La même remarque s'applique au cas où la position absolue du volet d'étranglement 16 est au-delà d'une plage prédéterminée. Enfin, le segment fonctionnel 34 commute dans le segment d'initialisation 32 si l'optimisation en ligne de la différence de phase dPcomp au point 49 n'est pas (ou plus) en mesure de réduire de manière significative l'amplitude A des oscillations perturbatrices. Dans ce cas également, on peut avoir une valeur limite. REVENDICATIONS 1) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (10) selon lequel une installation de réglage (18) commande un élément de soupape (16) d'un système d'admission et/ou de gaz d'échappement (14) du moteur à combustion interne (10) par une grandeur de réglage (S), caractérisé en ce que l'installation de réglage (18) est sollicitée au moins de temps en temps par un signal de compensation périodique (Scomp). 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend un segment d'initialisation (32) et un segment de compensation (34), pendant le segment d'initialisation (32) on détermine les grandeurs de démarrage et/ou grandeurs fixes (Aini, Pini) pour déterminer le signal de compensation (Scomp), mais on n'applique pas le signal de compensation (Scomp) à l'installation de réglage (18), et pendant le segment de compensation (34) on applique le signal de compensation (Scomp) à l'installation de réglage (18). 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplitude de départ (Aini) et/ou une phase de départ (Pini) se déterminent par un traitement non linéaire (36) d'un signal de différence entre la va- leur réelle (Sreel) et une valeur de consigne (Scons) de la position de l'élément de soupape (16). 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que pour obtenir l'amplitude de départ (Aini) on exécute les étapes suivantes : - on détermine (36) l'amplitude absolue du signal de différence, - on saisit (38) la valeur maximale, et - on filtre (40) le signal de valeur maximale à l'aide d'un filtre passe-bas. 5) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que 35 10 pour obtenir la phase de départ (Pipi) on effectue une analyse (42) du der-nier passage par zéro du signal de différence avant la fin du segment d'initialisation (32). 6) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pendant le segment de compensation (34) on saisit ou on détermine (44) les propriétés (A, F, P) des oscillations actuelles de l'élément de soupape (16) et on les utilise pour générer et/ ou optimiser le signal de compensation (Scomp) 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' on détermine l'amplitude (Acomp) du signal de compensation (Scomp) en te- 15 nant compte de l'amplitude de départ (Aini) déterminée pendant le segment d'initialisation (32) et d'une fréquence (F) des oscillations actuelles de l'élément de soupape (16). 8) Procédé selon la revendication 6, 20 caractérisé en ce qu' on détermine la fréquence (F) des oscillations actuelles à partir d'une vitesse de rotation actuelle (nmot) du moteur à combustion interne (10). 9) Procédé selon la revendication 6, 25 caractérisé en ce qu' on adapte (51) une différence de phases (dPcomp) entre le signal de compensation (Scomp) et les oscillations actuelles de l'élément de soupape (16) à partir de la valeur de départ (dPini), de façon à diminuer l'amplitude (A) des oscillations actuelles. 30 10) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu' on détermine (50) la valeur de départ (dPini) en utilisant la phase de départ (Pipi) et la fréquence déterminée (F) des oscillations actuelles. 11) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend un algorithme de surveillance (56) qui commute des conditions du segment d'initialisation (32) vers le segment de compensation (34) et inversement. 12) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'algorithme de surveillance (56) commute du segment d'initialisation (32) dans le segment de compensation (34) si toutes les propriétés (Aini, Fini) nécessaires au segment de compensation (34) et correspondant aux os-cillations actuelles de l'élément de soupape (16) ont été saisies. 13) Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'algorithme de surveillance (56) commute du segment de compensation (34) dans le segment d'initialisation (32) si la fréquence (F) et/ou l'amplitude (A) et/ou la position absolue (Sreel) de l'élément de soupape (16) se situent respectivement en dehors d'une plage déterminée et/ou si une réduction des oscillations actuelles de l'élément de soupape (16) est inférieure ou égale à une valeur limite du fait de l'application du signal de compensation (Seomp) par l'installation de réglage (18). 14) Programme d'ordinateur, caractérisé en ce qu' il est programmé pour appliquer un procédé selon l'une des revendications 25 précédentes. 15) Mémoire électrique pour une installation de commande et/ou de régulation (26) d'un moteur à combustion interne (10), caractérisée en ce qu' 30 elle contient un programme d'ordinateur pour appliquer le procédé selon l'une des revendications 1 à 13. 16) Installation de commande et/ou de régulation (26) d'un moteur à combustion interne (10), 35 caractérisée en ce qu' elle est programmée pour appliquer le procédé selon l'une des revendications 1 à 13.