Brevet FR2900200A1 — publié le 20071026

Procédé de création d'un couple négatif par un moteur à combustion interne et de réglage de la valeur dudit couple 1] La présente invention concerne la création d'un couple négatif par un moteur à combustion interne. Le procédé permet également de régler la valeur du couple négatif créé à une valeur de consigne souhaitée, laquelle peut être variable au cours du temps. [0002] Il est souhaitable, dans certaines conditions d'utilisation d'un véhicule automobile, de créer un couple négatif dont la valeur absolue est maximale. Par exemple, afin de ralentir un véhicule on créé un couple négatif, désigné par couple frein moteur, en relâchant la pédale d'accélérateur. De même, pour passer à un rapport supérieur de la boite de vitesses, quelque soit son type, on fait chuter rapidement le régime moteur en créant un couple négatif, la chute de régime étant d'autant plus rapide que le couple négatif, en valeur absolue, est important. On diminue ainsi le temps nécessaire pour passer à un rapport de vitesse supérieur et on diminue également l'usure de l'embrayage. [0003] De façon conventionnelle et évidente, un couple négatif est créé par coupure de l'injection de carburant dans les cylindres du moteur, qu'il soit de type essence ou Diesel, et en fermant le papillon d'entrée d'air pour les moteurs à essence. [0004] Des méthodes plus sophistiquées ont été proposées, consistant à agir sur le cycle d'ouverture et de fermeture des soupapes. Ainsi le brevet français FR 2 547 352, publié le 14 décembre 1984, décrit un dispositif de frein moteur provoquant l'ouverture de la soupape d'échappement d'un cylindre à la fin du temps de compression. Le brevet français FR 2 798 701, publié le 23 mars 2001, concerne un dispositif assurant le freinage moteur en compression moteur à deux cycles. Pour ce faire, au moins une soupape d'échappement est ouverte au voisinage de la position du point mort haut du piston associé à ladite soupape d'échappement, tandis qu'au moins une 2 soupape d'admission est ouverte au voisinage de la position du point mort bas du piston associé à ladite soupape d'admission. [0005] La présente invention propose un procédé de création d'un couple négatif qui est relativement simple par rapport aux procédés de l'art antérieur, en ne modifiant que le fonctionnement d'une ou plusieurs soupapes d'admission. Lorsque les soupapes d'admission sont pilotées de façon électromagnétique ou électrohydraulique, le procédé utilise la flexibilité des diagrammes d'admission afin d'augmenter sensiblement le couple négatif permis par le moteur. Cette stratégie, qui mise sur le cycle d'ouverture/fermeture d'une ou plusieurs soupapes d'admission, permet d'améliorer l'asservissement de la valeur du couple négatif créé à une valeur de consigne, laquelle est généralement variable dans le temps. [0006] De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de création d'un couple négatif par un moteur à combustion interne fonctionnant selon un cycle à quatre phases, chaque cylindre du moteur comportant au moins une soupape d'échappement et au moins une soupape d'admission, selon lequel on fait varier le diagramme d'ouverture/fermeture des soupapes du moteur. Selon l'invention, durant le cycle à quatre phases, la soupape d'admission d'au moins l'un des cylindres du moteur est fermée pendant sensiblement toute la phase d'admission et est ouverte pendant au moins une partie de la phase de compression. [0007] Selon un mode de réalisation, la soupape d'admission est ouverte au voisinage du point mort bas de la phase d'admission et refermée au voisinage du point mort haut de la phase de combustion. [0008] La quantité d'air admis dans le cylindre durant la période d'ouverture de la soupape d'admission peut être réglable, afin d'ajuster la valeur absolue du couple négatif créé à une valeur de consigne souhaitée. La quantité d'air peut être réglée en contrôlant la durée d'ouverture de la soupape d'admission et/ou le temps du début d'ouverture de la soupape d'admission. 3 9] Selon un autre mode de réalisation, la valeur absolue du couple négatif créé par le moteur est ajustée à une valeur de consigne souhaitée en choisissant le nombre de soupapes d'admission du moteur fonctionnant selon le procédé défini précédemment. [0010] La valeur de consigne souhaitée étant généralement variable dans le temps, la valeur absolue du couple négatif créé est ajustée en fonction de l'évolution de la valeur de consigne. [0011] Les soupapes d'admission sont avantageusement commandées de façon électromagnétique ou électrohydraulique. [0012] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : 15 • la figure 1 illustre un exemple d'application de l'invention pour lequel la création d'un couple négatif est utile, • la figure 2 est un diagramme qui couvre un cycle à quatre phases et qui montre la levée L des soupapes d'échappement et d'admission, conformément à l'invention, en fonction de l'angle de rotation Vil du 20 vilebrequin du moteur, et • la figure 3 est un diagramme montrant les variations de la pression Pcyll dans un cylindre (désigné cylindre 1) en fonction du volume du cylindre au cours du déplacement du piston dans le cylindre. [0013] La figure 1 illustre un exemple de demande de création d'un couple 25 négatif par un moteur de véhicule automobile associé à une boite de vitesse pilotée ou automatique. Il s'agit de passer d'un rapport de boîte de vitesse au rapport supérieur, sous contrôle d'un superviseur (un circuit logique ou10 4 un microprocesseur) qui pilote le régime moteur en fonction de valeurs de consigne de couple moteur. L'axe des abscisses représente le temps t et l'axe des ordonnées représente le régime de rotation du moteur, de 800 à 1.800 tours/minute, ou la valeur du couple de consigne commandé au moteur. Les valeurs de consigne sont déterminées par le superviseur selon un algorithme et en fonction de paramètres propres à chaque motoriste. Le changement de rapport de boîte de vitesse est illustré par la courbe 10 : au temps tC, on passe du rapport illustré par le segment de droite 12 au rapport supérieur illustré par le segment de droite 14. Les courbes 16 et 18 représentent respectivement la valeur consignée du couple commandé au moteur et le régime réel du moteur en fonction du temps t. On remarque qu'à partir du moment où le couple moteur chute, le régime moteur chute également et qu'une demande de couple négatif existe à partir du temps t1 jusqu'à sensiblement l'instant tC. Plus la valeur absolue du couple négatif est élevée, plus la chute de régime moteur est importante et plus le laps de temps pour passer au rapport supérieur est court. D'autre part, la chute de régime plus rapide permet de diminuer l'énergie dissipée dans l'embrayage lors du passage de vitesse et ainsi d'augmenter sa durée de vie. [0014] Selon l'invention, on modifie le diagramme de distribution des soupapes d'admission (ou au moins de l'une d'entre elles) d'un moteur à combustion interne, de façon à obtenir un couple de valeur négative et donc une chute de régime moteur en un temps donné. La figure 2 représente la levée L de la soupape d'échappement 20 et de la soupape d'admission 22 d'un cylindre en fonction de l'angle de rotation Vil du vilebrequin du moteur. Le moteur fonctionne selon un cycle classique à quatre phases (ou temps) et peut être un moteur essence ou Diesel. Le cycle commence sur la figure 2 par le point mort haut de la phase de combustion PMH COMB. L'ouverture de la soupape d'échappement, représentée par la courbe 20, s'effectue de façon classique sensiblement du point mort bas de la phase d'échappement PMB ECH au point mort haut du cycle d'admission PMH ADM, le vilebrequin ayant effectué une rotation d'un angle Vil égal à 180 (entre deux points morts successifs de la figure 2, le vilebrequin effectue une rotation d'un angle Vil égal à 180 ). [0015] Dans un cycle classique, la soupape d'admission est ouverte sensiblement du point mort haut PMH ADM jusqu'au point mort bas PMB 5 ADM de la phase d'admission. Selon l'invention, la soupape d'admission reste fermée pendant cette phase, sensiblement entre PMH ADM et PMB ADM, mais est levée et donc placée en position ouverte pendant au moins une partie de la phase suivante qui est la phase de compression. De préférence, et comme représenté sur la figure 2, la soupape d'admission est levée pour être placée en position ouverte légèrement avant que le piston atteigne son point mort bas de la phase d'admission PMB ADM, puis est abaissée pour être placée en position fermée juste avant que le piston atteigne le point mort haut de la phase de combustion PMH COMB. [0016] Pendant la phase d'admission, la soupape d'admission (et d'échappement) est fermée. Lors de la descente du piston, l'air emprisonné dans le cylindre est détendu jusqu'à une pression voisine de 0,2 bar. La soupape d'admission étant ouverte pendant au moins une partie de la phase de compression, le cylindre est alors en communication avec le collecteur d'admission et l'air emprisonné dans le piston est refoulé dans le collecteur. Lorsque la soupape d'admission est fermée à la fin de la phase de compression, la pression dans le cylindre est voisine de la pression atmosphérique. Il n'y a pas injection de carburant dans le cylindre et il n'y a donc pas de combustion (également parce que l'air n'a pas été comprimé pendant la phase de compression). [0017] Le cycle illustré sur la figure 2 peut être mis en oeuvre, lorsque l'on souhaite obtenir un couple négatif, pour chacun des cylindres du moteur ou pour quelques uns d'entre eux ou pour seulement un seul cylindre. De plus, lorsqu'un cylindre comporte plus d'une soupape d'admission (généralement deux), toutes les soupapes du cylindre peuvent être commandées selon le cycle de la figure 2 ou une seule uniquement. 6 8] La figure 3 représente la pression Pcyll dans un cylindre (désigné cylindre 1) en fonction du volume du cylindre, pour les quatre phases d'un cycle. Le volume minimal est indiqué égal en zéro par convenance : en fait il n'est pas nul mais il est égal à la différence des volumes du cylindre lorsque le piston est au point mort bas et lorsque le piston est au point mort haut. La pression Pcyll dans le cylindre est donné en pourcentage de la pression maximale atteinte lors du cycle, sensiblement au point mort haut de la phase de combustion PMH COMB. Cette pression est voisine de la pression atmosphérique. On remarque que le diagramme de la figure 3 se compose de deux boucles basse pression: l'une, compression ù détente, formée des deux courbes 30 et 32 représentant les phases respectivement de compression COMP et de détente DET, et l'autre, échappement ù admission, formée des deux courbes 34 et 36 représentant les phases respectivement d'échappement ECH et d'admission ADM. Le diagramme est parcouru selon le sens des flèches. [0019] En parcourant la boucle compression ù détente, la phase de compression commence au point mort bas de la phase d'admission PMB ADM. Le volume du cylindre est maximal et la pression dans le cylindre est minimale, voisine de 0,2 bar, puisque pendant le cycle d'admission la soupape d'admission est restée fermée et donc l'air n'a pas pu être admis dans le cylindre. Lorsque le piston remonte (courbe 30), la soupape d'admission est ouverte, le cylindre est en communication avec le collecteur d'admission, la pression s'élève rapidement pour se stabiliser à une valeur sensiblement égale à la pression atmosphérique et le volume diminue jusqu'à atteindre sa valeur minimale lorsque le piston arrive au point mort haut de la phase de combustion PMH COMB. La soupape d'admission est fermée juste avant que le piston n'atteigne le PMH COMB. Commence alors la phase de détente : comme la combustion n'a pas eu lieu (l'air n'ayant pas été comprimé pendant la phase précédente de compression) et que les soupapes sont fermées, l'air emprisonné se détend lorsque le piston descend. La pression chute rapidement jusqu'à atteindre sa valeur minimale, 7 voisine de 0,2 bar, lorsque le volume est maximal. La soupape d'échappement étant ouverte un peu avant que le piston soit au point mort bas de la phase d'échappement PMB ECH, la pression remonte rapidement. [0020] En continuant avec la boucle échappement 34 û admission 36, la pression dans le cylindre atteint rapidement sa valeur maximale (courbe 34), voisine de la pression atmosphérique, et le volume diminue jusqu'à atteindre sa valeur minimale lorsque le piston atteint son point mort haut de la phase d'admission PMH ADM. La pression diminue durant la phase d'admission (courbe 36) du point mort haut PMH ADM jusqu'au point mort bas PMB ADM. Pendant cette phase, l'air est emprisonné dans le cylindre puisque la soupape d'admission n'est pas ouverte. L'air se détend et la pression diminue jusqu'à environ 0,2 bar, en suivant pratiquement la courbe 32 de la phase de détente. La perte d'énergie due à la détente de l'air est importante. [0021] Pour un cycle classique, c'est-à-dire avec ouverture de la soupape d'admission pendant la phase d'admission, fermeture de cette soupape pendant le cycle de compression et combustion du mélange carburant û air, la pression dans le cylindre pendant la phase de détente est supérieure à la pression pendant la phase de compression. En effet, dû à la combustion, la pression augmente dans le cylindre. Dans le procédé de l'invention, donc sans combustion, c'est l'inverse qui se produit : la pression dans le cylindre pendant la phase de détente est inférieure à la pression pendant la phase de compression. Il en est de même de la pression dans le cylindre pendant la phase admission qui est inférieure à la pression dans le cylindre pendant la phase d'échappement. Les deux boucles compression û détente et échappement û admission sont deux boucles basse pression dans le procédé de l'invention. [0022] La surface formée par chacune des deux boucles correspond à un travail indiqué fourni par le moteur. Ce travail est appelé indiqué car il résulte d'un calcul effectué à partir des courbes Pression -Volume alors que le travail effectif est le travail mesuré directement à la sortie de l'arbre 8 moteur ou du vilebrequin. La différence entre le travail indiqué et le travail effectif provient des frottements internes dans le moteur. Le travail, indiqué ou effectif, se traduit directement en couple moteur. Le travail indiqué calculé à partir de chacune des deux boucles 30-32 et 34-36 est un travail négatif d'une part parce que la courbe 32 de détente est en dessous de la courbe 30 de compression et d' autre part parce que la courbe 36 d'admission est en dessous de la courbe 34 d'échappement. Il en est de même du couple correspondant à ce travail négatif. On a donc bien création d'un couple négatif. [0023] Des essais effectués sur un moteur, dont les soupapes d'admission étaient pilotées conformément à l'invention et de façon électromagnétique, ont montré un gain de 70% sur la valeur absolue du couple négatif par rapport à la valeur du couple négatif produit par un moteur dont les soupapes étaient commandées à l'aide d'un arbre à cames. [0024] De façon avantageuse, les soupapes d'admission sont commandées de façon électromagnétique ou électrohydraulique, donc sans arbre à cames, ni dispositif supplémentaire pour modifier le diagramme classique de l'ouverture/fermeture des soupapes. Il en résulte une très grande flexibilité pour actionner les soupapes d'admission à un temps et pour une durée souhaités. [0025] Selon l'invention, on peut pour chaque cycle régler la valeur absolue du couple négatif créé en fonction d'une valeur de consigne. En effet, il suffit pour cela de faire varier la quantité d'air admis dans le cylindre lors de l'ouverture de la soupape d'admission. Pour ce faire, il suffit d'ajuster, soit la durée de la période pendant laquelle la soupape est en position ouverte (largeur à mi-hauteur de la courbe 22, figure 2), soit le temps du début d'ouverture de la soupape d'admission (position du front montant de la courbe 22, figure 2, sur l'axe des abscisses Vil, soit les deux paramètres à la fois. 9 6] En considérant le couple négatif fourni par l'ensemble des pistons, et donc fourni par le moteur et non plus par un seul cylindre comme précédemment, il est possible de régler la valeur absolue du couple négatif en agissant sur le nombre des pistons fournissant un couple négatif, certains produisant un couple négatif conformément à l'invention, d'autres fonctionnant selon le cycle normal à quatre phases et produisant en conséquence un couple négatif de valeur absolue plus faible. Par exemple, pour un moteur à quatre cylindres, un seul pourrait fonctionner selon l'invention pendant une certaine période de temps alors que les trois autres fonctionneraient selon le cycle classique à quatre phases. Cependant, pendant une autre période de temps, plusieurs cylindres (tous les quatre par exemple) pourraient fonctionner selon l'invention si la demande en couple négatif, en valeur absolue, est plus importante pendant cette autre période. De plus, si chaque cylindre comporte deux soupapes d'admission, il est possible de régler la valeur du couple négatif créé en ouvrant une seule ou les deux soupapes d'admission selon le procédé de l'invention. De façon générale, on peut choisir le nombre de soupapes du moteur qui seront pilotées selon l'invention en fonction de la valeur de consigne du couple négatif, cette valeur de consigne étant généralement variable dans le temps. [0027] On remarque que l'invention procure une grande souplesse permettant d'asservir à chaque instant la valeur du couple négatif créé à une valeur de consigne variable dans le temps. L'invention permet également d'obtenir une grande dynamique de commande de couple, aussi bien négatif que positif, puisque l'on passe aisément de l'un à l'autre par la simple adaptation du diagramme d'ouverture/fermeture des soupapes d'admission. REVENDICATIONS 1. Procédé de création d'un couple négatif par un moteur à combustion interne fonctionnant selon un cycle à quatre phases, chaque cylindre du moteur comportant au moins une soupape d'échappement (20) et au moins une soupape d'admission (22), procédé selon lequel on fait varier le diagramme d'ouverture/fermeture des soupapes du moteur, caractérisé en ce que, durant le cycle à quatre phases, la soupape d'admission (22) d'au moins l'un des cylindres du moteur est fermée pendant sensiblement toute la phase d'admission et est ouverte pendant au moins une partie de la phase de compression. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la soupape d'admission est ouverte au voisinage du point mort bas de la phase d'admission PMB ADM et refermée au voisinage du point mort haut de la phase de combustion PMH COMB. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'ouverture de la soupape d'admission débute un peu avant que le piston atteigne le point mort bas du cycle d'admission PMB ADM. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la fermeture de la soupape d'admission débute un peu avant que le piston atteigne le point mort haut de la phase de combustion PMH COMB. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la quantité d'air admis dans le cylindre durant la période d'ouverture de la soupape d'admission est réglable, afin d'ajuster la valeur absolue du couple négatif créé à une valeur de consigne souhaitée. 11 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que la quantité d'air est réglée en contrôlant la durée d'ouverture de la soupape d'admission. 7. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que la quantité d'air est réglée en contrôlant le temps du début d'ouverture de la soupape d'admission. 8. Procédé selon les revendications 6 et 7 caractérisé en ce que la quantité d'air est réglée en contrôlant la durée d'ouverture et le temps du début d'ouverture de la soupape d'admission. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la valeur absolue du couple négatif créé par le moteur est ajustée à une valeur de consigne souhaitée en choisissant le nombre de soupapes d'admission du moteur fonctionnant selon le procédé défini à l'une des revendications précédentes. 10. Procédé selon l'une des revendications 5 à 9 caractérisé en ce que, la valeur de consigne souhaitée étant variable dans le temps, la valeur absolue du couple négatif créé est ajustée en fonction de l'évolution de la valeur de consigne. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les soupapes d'admission sont commandées de façon électromagnétique ou électrohydraulique.