Brevet FR2902835A3 — publié le 20071228

FR 2902835 A3 20071228 FR 0605564 A 20060621 La présente invention concerne le contrôle des moteurs à combustion interne. Plus particulièrement l'invention concerne un procédé de détermination de la pression moyenne indiquée, PMI, et l'application dudit procédé à la commande asservie d'un moteur à taux de compression variable. Dans le domaine des moteurs à taux de compression variable (Variable Compression Rate en anglais, ou encore VCR), il est connu de nombreux moyens de variation permettant de faire varier le taux de compression en cours de fonctionnement. On peut ainsi citer les brevets US 4834031, US 6412453 et US 6736091 qui utilisent des dispositifs hydrauliques disposés au niveau du palier entre le piston et le vilebrequin permettant de faire varier la longueur apparente de la bielle. D'autres réalisations sont connues telles que des mécanismes faisant varier la géométrie du piston, de la bielle ou encore le volume de la chambre de combustion. Un tel moyen de variation du taux de compression permet avantageusement d'augmenter le taux de compression lorsque le moteur est soumis à une charge faible afin d'améliorer la puissance délivrée tout en diminuant les émissions polluantes et de diminuer le taux de compression lorsque la charge augmente afin d'éviter des désagréments tels que par exemple l'apparition de cliquetis. Cependant, s'il est possible de commander un moyen de variation du taux de compression au moyen d'une cartographie indiquant un taux de compression résultant en fonction d'une consigne de position dudit moyen de variation, une telle commande en boucle ouverte ne garantit pas l'obtention du taux de compression souhaité. Ceci est dû notamment à une dispersion des caractéristiques dimensionnelles des composants du système moteur. Cette dispersion peut provenir de la tolérance des différentes pièces ou encore de l'usure ou du vieillissement. Cette dispersion rend délicate l'utilisation efficace d'une cartographie de fonctionnement dans un contrôle en boucle ouverte du moyen de variation du taux de compression. Dans la pratique le taux de compression réalisé par une telle commande en boucle ouverte diffère grandement de sa consigne. Les dispositifs de l'état de l'art présentent des commandes en boucle ouverte. Seul US 6666177 propose une commande en boucle fermée. Cette dernière est cependant basée sur un capteur de cliquetis et le système est commandé pour réaliser le taux de compression limite le plus élevé possible ne provoquant pas de cliquetis. La présente invention remédie à ces inconvénients en proposant un procédé permettant de déterminer la pression moyenne indiquée qui constitue un observateur du taux de compression effectivement réalisé par un moteur. Ce procédé est avantageusement appliqué à la réalisation d'une commande asservie d'un moteur VCR comprenant une correction adaptative. L'invention a pour objet un procédé de détermination de la pression moyenne indiquée, PMI, d'un moteur rotatif à combustion interne comprenant au moins un capteur capable de mesurer une grandeur indicative de la pression moyenne indiquée, comportant les étapes successives suivantes: a) mesure de ladite grandeur indicative de la pression moyenne indiquée au moyen du capteur, b) calcul de la pression moyenne indiquée en fonction de ladite grandeur indicative. Selon une autre caractéristique de l'invention, la 5 grandeur indicative de la pression moyenne indiquée est une pression p. Selon une caractéristique alternative de l'invention, la grandeur indicative de la pression moyenne indiquée est une vitesse instantanée de rotation 10 v de vilebrequin. Avantageusement cette caractéristique alternative évite la mise en place d'un capteur de pression dans une chambre de combustion. L'invention concerne encore un procédé de commande 15 asservie d'un système moteur comprenant un moyen de variation du taux de compression, comprenant les étapes successives suivantes . - calcul d'une erreur par comparaison d'une consigne de pression moyenne indiquée avec une pression 20 moyenne indiquée réalisée, - génération d'une consigne de taux de compression par un correcteur (moyen de correction) en fonction de ladite erreur, - commande du moyen de variation du taux de 25 compression par ladite consigne de taux de compression, - détermination de la pression moyenne indiquée réalisée, par un procédé selon l'un des modes de réalisation précédents. Le procédé de détermination de la PMI, en réalisant 30 un observateur (moyen d'observation) du taux de compression réalisé, permet avantageusement de réaliser un asservissement de la commande de taux de compression d'un système VCR. Une telle commande permet d'atteindre le point de fonctionnement correspondant réellement à la consigne de PMI ou de taux de compression demandée en s'adaptant aux performances réelles du système moteur. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1 présente un schéma d'un moteur apte 10 aux procédés selon l'invention, la figure 2 illustre un capteur de vitesse instantanée, - la figure 3 présente un schéma bloc du procédé de commande asservie d'un système moteur VCR. 15 La figure 1 présente schématiquement un moteur 1 à combustion interne. Ce moteur 1 peut être de tout type essence ou diesel et comporte classiquement une pluralité de cylindres semblables. Afin d'illustration un unique cylindre 2 est représenté. Ce cylindre 2 forme une 20 chambre de combustion 3 limitée par un piston 4. Ce piston 4 est mobile en translation dans le cylindre 2 grâce à un assemblage comprenant une bielle 5 associée à une manivelle 6 solidaire d'un vilebrequin 7 rotatif et commun aux différents cylindres 2 de ladite pluralité. 25 Afin de mesurer une grandeur indicative de la pression moyenne indiquée, le moteur 1 comprend au moins un capteur 8 et/ou 9. Le capteur 8 figure un capteur de pression dans la chambre de combustion 3. Le capteur 9 figure un capteur de vitesse instantanée du vilebrequin 30 7. Ces deux capteurs 8, 9 sont généralement (de préférence) exclusifs l'un de l'autre, chacun étant suffisant pour mettre en œuvre un des modes de réalisation. Le système moteur 16 complet comporte encore un moyen de variation 10, 11, du taux de compression. Ce moyen 10, 11, peut être de tout type connu. A titre illustratif un type à "cinématique modifiée" 11 est figuré. Un tel moyen de variation 10, 11 comprend un actionneur 10 dont le déplacement permet de modifier la conformation de la cinématique 11 (moyens d'entraînement). Ceci entraîne une modification de la course du piston 4 qui modifie le taux de compression en conséquence. Une unité de calcul et de commande 17 permet l'asservissement de l'actionneur 10. Une connexion montante 12 permet à l'unité 17 de transmettre une valeur de consigne à l'actionneur 10. Une liaison descendante 13 indique à l'unité 17, la valeur réalisée par l'actionneur 10 afin d'asservissement. La valeur ainsi utilisée, consigne ou réalisée, est par exemple la position. Ladite unité 17 crée, selon le mode de réalisation retenu, une interface entre le, ou chaque, capteur de pression 8 et le moyen de connexion 14, et/ou le capteur de vitesse 9 et le moyen de connexion 15. Un but du procédé selon l'invention est de déterminer le taux de compression ou, ce qui est équivalent, la pression moyenne indiquée, PMI, effectivement réalisée par le moteur 1. Pour cela, ce procédé comporte deux étapes successives : une première étape mesure la grandeur indicative de la pression moyenne indiquée au moyen du capteur 8, 9. Une seconde étape procède au calcul de la pression moyenne indiquée, PMI, en fonction de ladite grandeur indicative. Pour mémoire, on rappelle que le couple développé dans un moteur tel qu'ici en cause dépend de la cylindrée et de la pression moyenne effective (PME.). La PME dérive de la notion de PMI, ou pression moyenne indiquée, qui est la pression spécifique moyenne sur la surface de piston durant une course double 5 compression-expansion. La PMI. n'est cependant pas entièrement transformée en couple disponible au volant moteur, car une fraction de l'ordre de 15 à 25% est typiquement absorbée par les frictions internes, pour l'éjection des gaz d'échappement 10 et l'aspiration des gaz frais (pertes par pompage), ainsi que pour l'entraînement de la distribution et des auxiliaires (pompes à huile, à eau, d'alimentation et d'injection, générateur, voire compresseur et ventilateur). 15 Selon un premier mode de réalisation, la grandeur indicative de ladite pression moyenne indiquée est une pression p mesurée dans la chambre de combustion 3 par un capteur de pression 8. Le calcul de la seconde étape applique la formule suivante : PMI = 4~c r p dV de , Vu d9 Cycle où PMI désigne la pression moyenne indiquée, 9 l'angle vilebrequin, Vu la cylindrée unitaire, 25 V le volume de la chambre de combustion 3, et p la pression dans la chambre de combustion 3. Avantageusement, afin d'améliorer la précision de la détermination de PMI, la pression p mesurée dans la chambre de combustion 3 est filtrée après sa mesure, 30 avant transmission à l'étape de calcul. 20 Le filtrage peut être réalisé par un filtre numérique. Un tel filtre, du fait du délai qu'il introduit peut cependant s'avérer pénalisant pour le procédé. Alternativement le filtrage peut être réalisé par un filtre analogique non linéaire. Un tel filtre réalise avantageusement un filtrage adéquat sans pénaliser le procédé. Toujours dans le cadre du premier mode de 10 réalisation, la dérivée du volume en fonction de l'angle vilebrequin dans la précédente formule, est calculée dV d8 selon la formule suivante : dV ,rZDZ - L sine d8 720 m s' 1+ L.cos9 Lb iL \2 Lm Lb i sin2 8 où 15 D désigne l'alésage d'un cylindre 2, Lb la longueur de bielle 5, Lm la longueur de manivelle 6, et 8 l'angle vilebrequin. Selon la configuration du moteur 16 il est possible 20 qu'il présente un moyen de variation 10, 11, du taux de compression unique commun aux différents cylindres 2 de ladite pluralité ou un moyen 10, 11, dédié à chaque cylindre 2. Dans le second cas, un capteur de pression 8 peut être disposé dans chaque cylindre 2 afin de 25 déterminer individuellement la PMI pour chaque cylindre 2 et ainsi de procéder à une commande asservie du taux de compression individualisée pour chaque cylindre 2. Cependant avantageusement (obligatoirement dans le premier cas) un unique capteur de pression 8 disposé dans un seul des cylindres 2 peut être employé pour déterminer une unique PMI commune considérée indicative pour tous les cylindres. La commande asservie du taux de compression est alors unique et appliquée globalement au(x) moyen(s) de variation 10, 11 du taux de compression. Toute combinaison intermédiaire entre un unique capteur 8 dans un des cylindres et un capteur 8 par cylindre 2 est possible. Selon un second mode de réalisation, la grandeur indicative de la pression moyenne indiquée, PMI, est une vitesse instantanée de rotation v du vilebrequin 7 mesurée par un capteur de vitesse instantanée 9. Le calcul de la pression moyenne indiquée à la seconde étape comprend alors les étapes suivantes. Une cartographie de la PMI en fonction de la vitesse instantanée de rotation v est préalablement établie sous forme de facteurs de corrélation ai, au moyen d'une analyse harmonique de cette vitesse v dans différentes conditions de valeur de PMI. Cette cartographie est établie une fois pour toute. Le procédé de détermination de la PMI comprend une étape de mesure, par ledit capteur 9, de la vitesse instantanée v et sa décomposition en harmoniques H(lai). L'étape suivante de calcul détermine la PMI en appliquant aux harmoniques H(o ) obtenues par la décomposition, les facteurs de corrélation ai issus de la cartographie précédente, selon la formule suivante : PMI = 1 a; .H(w; ) Un tel mode de réalisation basé sur un capteur de vitesse 9 permet avantageusement d'éviter la mise en œuvre complexe d'un capteur de pression 8 dans la chambre de combustion 3. Le capteur de vitesse instantanée 9 est avantageusement un capteur "N-n dents" bien connu de l'homme du métier. En se référant à la figure 2, un tel capteur comprend une roue dentée 19 tournant en synchronisme avec le vilebrequin 7. Cette roue encore dénommée roue cible peut par exemple être solidaire du volant moteur. Cette roue dentée 19 présente N dents 20 régulièrement réparties sur la périphérie de ladite roue dentée 19. Parmi lesdites N dents 20, n dents 21 ont été supprimées (ou jamais réalisées). Sur l'exemple de la figure 2, la roue 19 présentait "à l'origine" N=56 dents équiréparties angulairement. Parmi ces 56 dents, n=2 dents 21 ont été "supprimées" (ces dents absentes sont figurées en pointillés sur la figure 2) afin de réaliser un capteur 56-2 deux. Un détecteur 22 de présence de dent fixe voit défiler les dents 20 (ou les dents "manquantes" 21) devant sa tête de détection lors de la rotation de ladite roue 19. Un moyen électronique 23, traite le signal issu du détecteur 22 en mesurant un temps de passage de chaque dent 20, 21, pour produire un signal encore nommé "durée dent". La cartographie sous forme de facteurs de corrélation ai par analyse harmonique et la décomposition harmonique sont alors effectuées sur la base dudit signal "durée dents". Selon un mode de réalisation particulier du capteur 9, la roue dentée 19 comprend N=60 dents 20 moins n=2 dents 21. Les 2 dents supprimées 21 peuvent être contiguës (cf. figure 2) ou encore diamétralement opposées (non représenté). Les systèmes d'injection existants utilisent typiquement des capteurs d'injection d'origine du type 60-2 dents décrits précédemment. Le procédé selon l'invention réutilise avantageusement le signal issu d'un tel capteur. Sur la base d'un tel procédé de détermination de la PMI, il est possible, disposant d'un observateur (moyen d'observation) de la PMI, grandeur indicative du taux de compression, de réaliser une commande asservie d'un moteur 16 à taux de compression variable. La figure 3 montre un schéma bloc d'un tel asservissement. Ce procédé de commande asservie d'un système moteur 16 comprenant un moteur 1, 34, et un moyen de variation 10, 11, 32, du taux de compression comprend les étapes successives et réitérées suivantes. Une erreur 27 est calculée en comparant une consigne de pression moyenne indiquée 24 avec une pression moyenne indiquée réalisée 37. Cette comparaison est typiquement réalisée par une soustraction effectuée par un comparateur 25. En fonction de cette erreur 27, un correcteur 28 génère une consigne de taux de compression 29. Ledit correcteur 28 et la consigne générée peuvent le cas échéant dépendre du régime moteur 26. Ladite consigne de taux de compression 29 est ensuite utilisée pour commander le moyen de variation 10, 11, 30, 32, du taux de compression du moteur 1, 34. Ceci est par exemple réalisé en deux sous étapes. Une cartographie 30 transforme ladite consigne de taux de compression 29 en une consigne de commande 31 (par exemple une consigne de position) de l'actionneur 10, 32. Cette consigne de commande 31 est appliquée à l'actionneur 10, 32, qui modifie en conséquence la cinématique 11. La position effectivement réalisée 33 de l'actionneur 10, 32, produit en fonction des caractéristiques intrinsèques du moteur 1, 34, un taux de compression réalisé. Ce taux de compression réalisé est observé au moyen d'une grandeur mesurable 35 indicative de la PMI. Un module de calcul 36 détermine la PMI 37 réalisée en fonction de ladite grandeur 35. Le module 36 implémente un procédé de détermination de la PMI selon l'un des modes de réalisation précédemment décrits. L'asservissement est bouclé par le calcul de l'erreur 27 en fonction de la PMI 37 réalisée. Le correcteur 28 comprend par exemple un contrôleur PI (permettant donc de réaliser une boucle fermée de contrôle de la position de l'actionneur VCR) et/ou un contrôleur PID (à fonctions proportionnelle-dérivéeintégrale). REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la pression moyenne indiquée, PMI, d'un moteur rotatif à combustion interne (1) comprenant une pluralité de cylindres, chaque cylindre (2) formant une chambre de combustion (3) limitée par un piston (4), lequel est associé à une bielle (5), elle-même associée à une manivelle (6) solidaire d'un vilebrequin (7) commun, et au moins un capteur (8, 9) capable de mesurer une grandeur indicative de la pression moyenne indiquée, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes : a) mesure de ladite grandeur indicative de la pression moyenne indiquée au moyen du capteur (8, 9), b) calcul de la pression moyenne indiquée en fonction de ladite grandeur indicative. 2. Procédé de détermination de la pression moyenne indiquée selon la revendication 1, où la grandeur indicative de la pression moyenne indiquée est une pression p mesurée dans la chambre de combustion (3) par un capteur de pression (8) et le calcul de l'étape b) est effectué selon la formule suivante : PMI = 4e r p dV de Vu dO cycle où PMI désigne la pression moyenne indiquée, O l'angle vilebrequin, Vu la cylindrée unitaire, V le volume de la chambre de combustion (3), et p la pression dans la chambre de combustion (3). 3. Procédé de détermination de la pression moyenneindiquée selon la revendication 2, où la pression p mesurée dans la chambre de combustion (3) est ensuite filtrée avant le calcul de l'étape b). 4. Procédé de détermination de la pression moyenne 5 indiquée selon la revendication 3, où le filtrage est réalisé par un filtre numérique. 5. Procédé de détermination de la pression moyenne indiquée selon la revendication 3, où le filtrage est réalisé par un filtre analogique non linéaire. 10 6. Procédé de détermination de la pression moyenne indiquée selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, où la dérivée du volume en fonction de l'angle vilebrequin j est calculée à l'étape b) selon la formule suivante : dV ir2D2 L sine de 720 m 1+ "L mcosO Lb i L \2 Lm Lb i 15 sine8 où D désigne l'alésage d'un cylindre (2), Lb la longueur de bielle (5), Lm la longueur de manivelle (6), et 20 0 l'angle vilebrequin. 7. Procédé de détermination de la pression moyenne indiquée selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, où au moins un cylindre (2) de la pluralité de cylindres comprend un capteur (8) de pression. 25 8. Procédé de détermination de la pression moyenne indiquée selon la revendication 1, où la grandeur indicative de la pression moyenne indiquée est unevitesse instantanée de rotation v de vilebrequin (7) mesurée par un capteur de vitesse instantanée (9) et le calcul de la pression moyenne indiquée à l'étape b) comprend les étapes suivantes - détermination initiale d'une cartographie de la pression moyenne indiquée par analyse harmonique sous forme de facteurs de corrélation ai, - décomposition en harmoniques HM) de la vitesse instantanée de rotation v du vilebrequin (7) mesurée par 10 ledit capteur (9), - calcul de la pression moyenne indiquée à l'étape b) selon la formule suivante : PMI = > a; .H(w;) . 9. Procédé de détermination de la pression moyenne 15 indiquée selon la revendication 8, où le capteur de vitesse instantanée (9) est un capteur "N-n dents" comprenant une roue dentée (19) tournant en synchronisme avec le vilebrequin (7), présentant N dents (20) régulièrement réparties sur la périphérie de ladite roue 20 dentée (19), n dents (21) parmi lesdites N dents (20) ayant été supprimées, un détecteur de présence (22) de dent (20, 21) et un moyen électronique (23), capable de mesurer un signal de temps de passage de chaque dent (20, 21) encore nommé "durée dent", et où l'analyse et la 25 décomposition harmoniques sont effectuées sur la base dudit signal "durée dents". 10. Procédé de détermination de la pression moyenne indiquée selon la revendication 9, où N = 60, n = 2 et où les 2 dents (21) supprimées sont diamétralement opposées. 30 11. Procédé de détermination de la pression moyenne indiquée selon la revendication 9, où N = 60, n = 2 et oùles 2 dents (21) supprimées sont contiguës. 12. Procédé de détermination de la pression moyenne indiquée selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, où le capteur "N-n dents" est confondu avec un capteur d'injection d'origine. 13. Procédé de commande asservie d'un système moteur (16) comprenant un moteur (1, 34) et un moyen de variation (10, 11, 32) du taux de compression, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes . - calcul d'une erreur (27) par comparaison d'une consigne de pression moyenne indiquée (24) avec une pression moyenne indiquée réalisée (37) - génération d'une consigne de taux de compression 15 (29) par un correcteur (28) en fonction de ladite erreur (27), - commande du moyen de variation (10, 11, 30, 32) du taux de compression par ladite consigne de taux de compression (29), 20 - détermination de la pression moyenne indiquée réalisée (37), par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. 17. Procédé de commande asservie selon la revendication 13, où le correcteur (28) comprend un 25 contrôleur PI ou PID. 18. Moteur (16) à taux de compression variable asservi par un procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 13 à14.