Brevet FR2906297A1 — publié le 20080328

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande d'une soupape d'admission d'un moteur thermique, tel que ceux utilisés pour mouvoir les véhicules automobiles. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Un moteur thermique comprend généralement des cylindres délimitant chacun une chambre de combustion fermée d'un côté par une culasse et de l'autre côté par un piston mobile qui coulisse entre une position haute (point mort haut) et une position basse (point mort bas) et qui est relié par une bielle à un vilebrequin. Un conduit d'alimentation de la chambre de combustion en combustible et un conduit d'échappement des gaz brûlés sont ménagés dans la culasse et sont équipés respective- ment d'une soupape d'admission et d'une soupape d'échappement mobiles entre une position d'ouverture et une position de fermeture. Les soupapes sont habituellement dé-placées entre leurs deux positions au moyen d'un arbre à came. Le cycle de fonctionnement d'un tel moteur comprend quatre temps calés par convention sur les mouvements du piston, à savoir un temps d'admission du combustible dans la chambre de combustion, un temps de compression du combustible dans le cylindre, un temps de combus- tion des gaz après l'explosion, et un temps d'échappement des gaz brûlés. Le piston coulisse vers la position basse lors des temps d'admission et de détente et vers la position haute lors des temps de compression et d'échappement. Lors du temps d'admission, la soupape d'admission est en position d'ouverture et le piston qui descend de sa position haute vers sa position basse aspire le combustible au travers du passage laissé par la soupape d'admission en position d'ouverture. La soupape d'admission a été ouverte lors du temps d'échappement précédent, un peu avant la fin de celui-ci (avance à l'ouverture de 2906297 2 l'admission) et est fermée au début du temps de compression (retard à la fermeture de l'admission). Lors du temps de compression et de la majeure partie du temps de combustion, la soupape d'admission et la soupape d'échap- 5 pement sont en position de fermeture. La soupape d'échappement est ouverte à la fin du temps de combustion (avance à l'ouverture de l'échappement) et est maintenue ouverte tout le temps d'échappement pour permettre aux gaz brûlés d'être évacués de la chambre de combustion par 10 le piston coulissant vers sa position haute. La soupape d'échappement est fermée au début du temps d'admission qui suit (retard à la fermeture de l'échappement). Il existe maintenant une nouvelle technologie de déplacement des soupapes mettant en oeuvre des actionneurs 15 électromagnétiques. Un actionneur électromagnétique comprend un organe mobile d'actionnement de la soupape et deux électroaimants qui s'étendent de part et d'autre d'une palette solidaire de l'organe mobile et qui sont commandés pour attirer alternativement la palette de ma- 20 nière à permettre le déplacement de la soupape entre sa position d'ouverture et sa position de fermeture. Un lubrifiant est amené entre les pièces mobiles pour en faciliter le mouvement. Un inconvénient de ce type d'actionneur est qu'il consomme une énergie relativement impor-25 tante lorsque la température ambiante est basse car les électroaimants sont obligés de fournir un effort suffisant pour vaincre les frottements qui sont importants du fait de la viscosité élevée du lubrifiant à basse température et qui s'opposent au déplacement de la soupape. 30 Ce problème intervient surtout au niveau de la soupape d'admission au démarrage du moteur lorsqu'il n'y a pas encore eu de combustion, ou un nombre suffisant de combustions, pour élever la température du cylindre en question. On pourrait imaginer de dimensionner les élec- 35 troaimants en fonction de l'effort à fournir au démarrage 2906297 du moteur à basse température. 1l en résulterait toute-fois une augmentation de poids et d'encombrement de l'actionneur. OBJET DE L'INVENTION 5 Un but de l'invention est de fournir un moyen permettant notamment d'optimiser, à températures relativement basses, le démarrage de tels moteurs. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un 10 procédé de commande d'une soupape d'admission mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture et associée à un cylindre équipé d'un piston mobile entre une position basse et une position haute selon un cycle alternatif, comprenant, lors d'un mode de fonctionnement 15 nominal, l'étape de commander la soupape d'admission pour commencer l'ouverture alors que le piston coulisse vers sa position haute, le procédé comprenant, lors d'un mode de fonctionnement palliatif, l'étape de commander la sou-pape d'admission pour commencer l'ouverture alors que le 20 piston coulisse vers sa position basse. Ainsi, l'ouverture de la soupape est facilitée par la dépression créée dans le cylindre par le piston descendant vers sa position basse. L'effort à fournir pour déplacer la soupape d'admission est donc relative- 25 ment faible et le déplacement de la soupape d'admission de sa position de fermeture vers sa position à l'ouverture est relativement rapide. Avantageusement, la soupape étant associée à un lubrifiant ayant une viscosité inversement proportion- 30 pelle à une température ambiante, le procédé comprend l'étape de détecter un paramètre représentatif de la viscosité du lubrifiant et de commander la soupape d'admission selon le mode de fonctionnement palliatif tant que le paramètre a une valeur inférieure à un seuil 35 prédéterminé. 2906297 4 Le passage du mode de fonctionnement palliatif au mode de fonctionnement normal avec avance de l'ouverture de l'admission peut alors être réalisé automatiquement. Avantageusement, le paramètre est une température 5 ambiante et/ou le paramètre est une caractéristique d'une cinématique de la soupape. La mise en œuvre du procédé de l'invention est alors relativement simple. L'invention a également comme objet un dispositif 10 de commande d'une soupape d'admission mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture et associée à un cylindre équipé d'un piston mobile entre une position basse et une position haute selon un cycle alternatif, le dispositif comportant un actionneur électro- 15 magnétique associé à une unité de gestion incorporant un programme de pilotage agencé pour : - lors d'un mode de fonctionnement nominal, commander la soupape d'admission pour commencer l'ouverture alors que le piston coulisse vers sa position haute, et, 20 - lors d'un mode de fonctionnement palliatif, commander la soupape d'admission pour commencer l'ouverture alors que le piston coulisse vers sa position basse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui 25 suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : 30 - la figure 1 est une vue schématique en perspec- tive d'un moteur thermique conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue schématique partielle en coupe transversale de ce moteur, - la figure 3 est une vue schématique en coupe 35 représentant l'actionneur de la soupape d'admission, 2906297 5 - la figure 4 est un diagramme montrant le déplacement de la soupape d'admission en fonction du temps. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures, le moteur thermique 5 conforme à l'invention comporte un bloc 10 délimitant quatre cylindres 1, 2, 3, 4 en ligne. Les cylindres 1 et 4 encadrent les cylindres 2 et 3. Chaque cylindre 1, 2, 3, 4 définit une chambre 5 fermée d'un côté par une culasse 6 et de l'autre côté par un piston 7 mobile à 10 coulissement dans le cylindre 1, 2, 3, 4 entre une position haute (point mort haut) et une position basse (point mort bas) et reliée par une bielle 8 à un vilebrequin 9 monté à pivotement dans le bloc 10. Dans chaque chambre de combustion 5, débouchent 15 un conduit d'admission 11 et un conduit d'échappement 12 qui sont ménagés dans la culasse 6. Le conduit d'admission 11 et le conduit d'échappement 12 sont équipés respectivement d'une soupape d'admission 13 et d'une soupape d'échappement 14 déplacées entre deux positions d'ouver- 20 ture et de fermeture par des actionneurs électromagnétiques 15, 16 respectivement. De manière connue en elle-même, chaque actionneur 15, 16 comprend un corps 17 où sont montés deux électroaimants 18.1, 18.2 entre lesquels est montée une palette magnétique 19 solidaire d'une ex- 25 trémité d'une tige d'actionnement 20 ayant une extrémité opposée agencée pour prendre appui sur une queue de sou-pape. Les électroaimants sont commandés via une unité de commande 28, 29 de façon connue en elle-même via des moyens non représentés d'asservissement par exemple à 30 partir d'un courant de consigne et d'une vitesse de dé-placement de la tige d'actionnement obtenue par dérivation d'un signal de position fourni par un capteur 21 de position de la tige. L'actionneur comprend également, de façon connue 35 en soi, des moyens élastiques de déplacement comprenant 2906297 6 de façon connue en elle-même un ressort 22 intercalé entre une face du corps de l'actionneur et un épaulement de la tige d'actionnement,pour rappeler la palette 19 en position d'ouverture de la soupape et un ressort 23 inter- 5 calé entre une face de la culasse et un épaulement de la queue de soupape pour rappeler la soupape en position de fermeture. De manière connue en elle-même, un lubrifiant est utilisé pour lubrifier les zones de frottement de la tige 10 20 et du corps 17, de la queue de soupape et de la culasse 6. Un tel lubrifiant présente en général une viscosité augmentant lorsque la température diminue. Une bougie 25 est montée sur la culasse 6 pour déboucher dans la chambre de combustion 5. La bougie 17 15 est reliée à un circuit d'allumage connu en lui-même et non représenté ici. Un injecteur 26 d'un dispositif d'alimentation en carburant est monté également sur la culasse 6. Un détecteur 27 de température ambiante est monté 20 au voisinage du moteur. Le moteur comprend en outre une unité de gestion (ou ECU, "Engine Control Unit"). Cette unité de gestion, représentée avec la référence 30, est reliée notamment aux injecteurs 18, aux unités de commande 28, 29 des ac- 25 tionneurs électromagnétiques 15, 16, et au circuit d'allumage pour commander ceux-ci. L'unité de gestion 30 est également reliée au détecteur 19 et aux capteurs 21. L'unité de gestion 30, connue en elle-même, comprend un module de calcul 22, par exemple un processeur 31 associé 30 à une mémoire 32 contenant des programmes exécutés par le microprocesseur 31. De façon connue en soi, le cycle de fonctionne- ment de chacun des cylindres est un cycle à quatre temps comportant une phase (ou temps) d'admission, une phase de 35 compression, une phase de détente et une phase d.'échappe- 2906297 7 ment. Chaque phase représente un quart de cycle de fonctionnement, soit un demi-tour de vilebrequin 9. Ainsi, en référence à la figure 4, les phases du mouvement du piston de chaque cylindre sur un cycle de 5 720 du vilebrequin sont référencées ADM pour admission, COMP pour compression, DET pour détente et ECH pour échappement et représentent chacune un demi-tour de vilebrequin. "A" indique l'allumage et "I" l'injection du carburant. De façon connue en soi, les pistons se trou- 10 vent au point mort haut ("PMH") à la fin des phases de compression et d'échappement, et au point mort bas à la fin des phases d'admission et de détente. A la figure 4, la courbe montre le déplacement de l'organe d'actionnement 24 de l'actionneur 15 (constitué 15 par la tige d'actionnement 20 et la palette 19), tel que détecté par le capteur 21. Le début et la fin du mouvement, dans la zone marquée "rattrapage jeu", correspondent au déplacement de l'organe d'actionnement 24 seul respectivement avant qu'il entre en contact avec la queue 20 de soupape et après qu'il ait perdu le contact avec la queue de soupape. Ce déplacement seul de l'organe d'actionnement est le résultat de l'existence d'un jeu, nommé jeu de distribution, entre la tige d'actionnement 20 en position extrême haute et la soupape en position de fer- 25 meture. En mode de fonctionnement normal, pour chaque cylindre 1, 2, 3, 4 : - la soupape d'admission 13 est commandée pour s'ouvrir pendant la phase d'échappement alors que le pis- 30 ton se déplace du point mort bas au point mort haut (on parle d'une avance à l'ouverture de l'admission) et est commandée pour se fermer au début de la phase de compres- sion alors que le piston amorce son déplacement du point mort bas vers le point mort haut (on parle d'un retard à 35 la fermeture de l'admission), 2906297 8 - la soupape d'échappement 14 est commandée pour s'ouvrir à la fin de la phase de détente alors que le piston se déplace du point mort haut vers le point mort bas (on parle d'une avance à l'ouverture de l'échappe- 5 ment) et pour se fermer au début de la phase d'admission alors que le piston se déplace du point mort haut vers le point mort bas (on parle d'un retard à la fermeture de l'échappement), - la bougie 17 est commandée pour générer une 10 étincelle à la fin de la phase de compression, - l'injecteur 18 est commandé pour injecter du carburant lors de la phase d'échappement. L'actionnement de la soupape d'admission est alors pilotée selon un mode de fonctionnement nominal. 15 Il existe un mode de fonctionnement palliatif dans lequel, pour chaque cylindre 1, 2, 3, 4, la soupape d'admission est commandée pour s'ouvrir pendant la phase d'admission lorsque le piston amorce son déplacement du point mort haut au point mort bas (il n'y a donc plus 20 d'avance à l'ouverture de l'admission mais un retard à l'ouverture de l'admission) et est commandée pour se fer-mer lors de la phase de compression alors que le piston se déplace du point mort bas au point mort haut. On notera sur la figure 4 que l'électroaimant d'ouverture de la 25 soupape est excité à la fin de la phase d'échappement de sorte que le rattrapage du jeu de distribution a lieu lors de la phase d'échappement et l'ouverture effective de la soupape commence lors de la phase d'admission. Au démarrage du moteur, l'unité de gestion véri- 30 fie si la température ambiante est supérieure ou inférieure à un seuil prédéterminé. Ce seuil correspond par exemple à la température en-dessous de laquelle la viscosité du lubrifiant utilisé pour la lubrification de la soupape et de la tige d'actionnement est telle que l'ef- 35 fort nécessaire pour déplacer la soupape engendrerait une 2906297 9 consommation trop importante de l'actionneur en mode de fonctionnement nominal. Si la température détectée est inférieure au seuil, l'unité de gestion commande l'actionneur de ma- 5 nière à piloter la soupape d'admission en mode de fonctionnement palliatif. La dépression engendrée par la descente du piston facilite alors l'ouverture de la soupape d'admission. Lorsque la température détectée dépasse le seuil 10 (on a représenté sur la figure 4 le cas où une combustion avait suffi pour élever la température détectée par le détecteur 27 au-dessus du seuil), l'unité de gestion commande le module de commande 28 de l'actionneur 15 de manière à piloter la soupape d'admission en mode de fonc- 15 tionnement nominal. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des va-riantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. 20 En particulier, tout paramètre représentatif de la viscosité du lubrifiant peut être utilisé pour déterminer l'opportunité d'un passage en mode de fonctionne-ment palliatif et par exemple une caractéristique de ci-nématique de la soupape comme l'accélération de celle-ci 25 déduite de l'information fournie par le capteur 21. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'une soupape d'admission (13) mobile entre une position d'ouverture et une posi- tion de fermeture et associée à un cylindre (10) équipé d'un piston (7) mobile entre une position basse et une position haute selon un cycle alternatif, comprenant, lors d'un mode de fonctionnement nominal, l'étape de commander la soupape d'admission pour commencer l'ouverture alors que le piston coulisse vers sa position haute, caractérisé en ce que le procédé comprend, lors d'un mode de fonctionnement palliatif, l'étape de commander la sou-pape d'admission pour commencer l'ouverture alors que le piston coulisse vers sa position basse. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, la soupape (13) étant associée à un lubrifiant ayant une viscosité inversement proportionnelle à une température ambiante, le procédé comprend l'étape de détecter un paramètre représentatif de la viscosité du lubrifiant et de commander la soupape d'admission selon le mode de fonctionnement palliatif tant que le paramètre a une valeur inférieure à un seuil prédéterminé. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le paramètre est une température ambiante. 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le paramètre est une caractéristique d'une cinématique de la soupape (13). 5. Dispositif de commande d'une soupape d'admission (13) mobile entre une position d'ouverture et une position de fermeture et associée à un cylindre (10) équipé d'un piston (7) mobile entre une position basse et une position haute selon un cycle alternatif, comportant un actionneur électromagnétique (15) associé à une unité de gestion (21, 28) incorporant un programme de pilotage agencé pour : 2906297 11 - lors d'un mode de fonctionnement nominal, com- mander la soupape d'admission pour commencer l'ouverture alors que le piston coulisse vers sa position haute, et, lors d'un mode de fonctionnement palliatif, 5 commander la soupape d'admission pour commencer l'ouver- ture alors que le piston coulisse vers sa position basse. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans le- quel l'unité de gestion (21) est relié à un détecteur (27) d'un paramètre représentatif d'une viscosité d'un 10 lubrifiant associé à la soupape. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans le-quel le détecteur est un détecteur (27) de température ambiante. 8. Dispositif selon la revendication 5, dans le- 15 quel le détecteur est un capteur (21) d'une position d'un organe d'actionnement monté mobile dans l'actionneur pour agir sur la soupape.