Brevet FR3035918A1 — publié le 20161111

PROCEDE DE COMMANDE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE, A ALLUMAGE COMMANDE ET A LOI DE LEVEE VARIABLE La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne et plus particulièrement au contrôle des moteurs à allumage commandé à loi de levée variable. Les nouvelles motorisations doivent répondre à une problématique de plus en plus contraignante, notamment à des limites réglementaires d'émissions de polluants et des émissions de CO2 de plus en plus sévères. Dans le même temps les exigences à propos de leurs performances sont croissantes. Sur un moteur à combustion interne à allumage commandé, il est possible avec un système adapté de combiner plusieurs lois de levée de soupapes afin d'optimiser la consommation de carburant et la puissance du moteur. Il est aussi possible de combiner également un déphaseur permettant de modifier le calage angulaire de l'arbre à cames par rapport au vilebrequin et donc le réglage des valeurs des instants d'ouverture et de fermeture des soupapes. Les systèmes de double levée les plus simplifiés consistent à faire varier la distribution, autrement dit à modifier la loi de levée par commutation entre deux profils de cames montés sur le même arbre à cames. Dans ces systèmes existant, les lois de levée des différents profils de cames sur l'arbre à cames ont calées suivant les mêmes angles, autrement dit le calage angulaire de leur point de levée maximum est le même. Ainsi une même pression admission, une grande loi de levée permettra un remplissage en air plus important et donc un couple plus important. Cependant durant cette période de transition, le rendement moteur diminue car il est nécessaire de diminuer la pression d'admission, par exemple en réduisant l'ouverture du papillon de dosage d'air. On connait encore du document U520140150743 un système de distribution avec un arbre à cames équipé de cames formées chacune de deux cames partielles présentant un décalage angulaire de leur levée maximum pour l'actionnement d'une soupape. Les deux cames partielles sont séparées par une encoche circulaire. Une telle encoche séparant les deux cames partielles ne favorise pas la dynamique de passage d'une loi de levée à une autre. 3035918 2 Il existe donc un besoin pour améliorer le rendement moteur pendant la commutation entre deux profils de cames. Un but de la présente invention est de proposer une solution technique qui permet 5 améliorer le rendement moteur pendant la transition associée à la commutation de la loi de levée d'une soupape. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de commande d'un moteur à combustion interne et à allumage commandé comprenant : 10 -des moyens de dosage de l'air à admettre dans ce moteur, -des moyens d'allumage de la combustion, -une soupape actionnée au moyen d'une came portée par un arbre à cames, cette came comportant un premier profil adjacent à un second profil, le premier profil définissant une première loi de levée de la soupape à une première levée maximale, et le second profil 15 définissant une seconde loi de levée de la soupape à une seconde levée maximale, la première levée maximale étant décalée d'un angle fixe et ayant une amplitude différente de la seconde levée maximale, -des moyens de déplacement de la came pour faire coopérer la soupape avec l'une ou l'autre des profils. 20 Le moteur étant en consigne de fonctionnement sur une des deux lois de levée, le procédé est caractérisé en ce qu'il comprend une étape de : -détection d'un changement de consigne de fonctionnement requérant un passage à l'autre loi de levée, -déplacement de la came pour faire activer la soupape selon l'autre loi de levée, et dans 25 le même temps ajustement de la position des moyens de dosage de l'air correspondant au remplissage en air requis pour la nouvelle consigne de fonctionnement, pendant la phase de transition de remplissage en air compris entre le début de l'activation de la soupape selon l'autre loi de levée et le moment où le remplissage en air déterminé par la position du papillon est atteint : 30 -ajustement de l'avance à l'allumage de sorte que pendant cette phase de transition de remplissage en air la nouvelle consigne de fonctionnement soit respectée. L'effet technique est que la dégradation d'avance est moins importante avec cet agencement que dans le cas où les deux profils ne sont pas décalés angulairement. La 35 phase de transition en air est donc plus courte, ce qui améliore ainsi l'efficacité globale. 3035918 3 Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : - la première levée maximale est décalée de la seconde levée maximale d'un angle 5 compris entre 10 et 400 par rapport à l'axe de rotâion de l'arbre à cames. -la levée maximale d'amplitude la plus élevée est décalée positivement dans le sens de rotation du moteur par rapport à la levée maximale la moins élevée. 10 -la consigne de fonctionnement est une consigne de couple moteur. - l'arbre à cames est un arbre à cames admission et / ou un arbre à cames échappement. L'invention a aussi pour objet un calculateur électronique caractérisé en ce qu'il comprend 15 les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des variantes précédemment décrites. L'invention a aussi pour objet un moteur à combustion interne et à allumage commandé 20 comprenant : -des moyens de dosage de l'air à admettre dans ce moteur, -des moyens d'allumage de la combustion, -une soupape actionnée au moyen d'une came portée par un arbre à cames, cette came comportant un premier profil adjacent à un second profil, le premier profil définissant une 25 première loi de levée de la soupape à une première levée maximale, et le second profil définissant une seconde loi de levée de la soupape à une seconde levée maximale, la première levée maximale étant décalée d'un angle fixe et ayant une amplitude différente de la seconde levée maximale, -des moyens de déplacement de la came pour faire coopérer la soupape avec l'une ou 30 l'autre des profils, Caractérisé en ce qu'il comprend un tel calculateur électronique de l'invention pour la mise en oeuvre d'un procédé de commande de l'invention. En variante, le moteur comprend un déphaseur d'arbre de l'arbre à cames destiné à 35 parfaire l'obtention du calage optimum de la loi de levée de la soupape choisie. 3035918 4 L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur de l'invention. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après 5 d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un moteur à allumage commandé. 10 - La figure 2 est une représentation schématique en perspective d'une came double. - La figure 3 présente sous forme de chronogramme, un exemple de changement de loi de levée, avec de haut en bas sur la figure, respectivement le remplissage en air, l'ouverture des moyens de dosage d'air, le rendement d'avance, le couple moteur. - La figure 4 montre graphiquement la différence en remplissage en fonction du décalage 15 angulaire entre les deux profils de la came, à pression admission constante, en fonction du régime moteur, pour des décalages de 5, 10, 15, 200. La courbe supérieure de chaque graphe représentant le remplissage optimum de référence. La figure 1 présente un premier mode de réalisation préféré d'un moteur 1 à combustion 20 interne à allumage commandé conforme à l'invention. Sur la figure 1, le moteur 1 comporte un bloc moteur comprenant une culasse 2 et un cylindre 3. Le moteur peut comporter plusieurs cylindres 3 identiques, par exemple quatre. Le cylindre 3 accueille un piston (non représenté), définissant chacun avec la culasse 1 une 25 chambre de combustion. Chaque cylindre 3 comporte une soupape d'admission d'air 4, et une soupape d'échappement 5 des gaz brûlés. Le moteur 1 comprend encore un répartiteur d'air d'admission 6 permettant la distribution d'air d'admission dans les cylindres 3 par l'intermédiaire des soupapes d'admission 4, un 30 collecteur d'échappement 7 permettant l'évacuation des gaz d'échappement des cylindres 3 par l'intermédiaire de la soupape d'échappement 5. Le moteur 1 comprend encore des moyens 8 de dosage de l'air à admettre dans ce moteur 1 ainsi que des moyens 9 d'allumage du mélange carburé dans le cylindre 3. 35 Les soupapes d'admission 4 des cylindres 3 coopèrent avec un premier arbre à cames 10 doté de cames 11 à double profil. Ce premier arbre à cames 10 permet d'actionner les 3035918 5 soupapes d'admission 4 et de commander leur ouverture et fermeture à des instants déterminés au cours d'un cycle moteur. Un aspect plus détaillée de la came 11 à double profil est donné en figure 2. Sur la figure 5 2 la came comprend un premier profil 20 définissant une première loi de levée de la soupape 4 et un second profil 21 définissant une seconde loi de levée de la soupape 4. Les deux profils 20, 21 sont adjacents, autrement dit placé côte à côte. La première loi de levée présente un premier maximum Lmax1 tandis que la seconde loi 10 de levée présente un second maximum Lmax2. Ces maximum, Lmax1, Lmax2 sont déterminés par rapport à l'axe 17 de rotation de l'arbre à came 10. Dans cet exemple le premier maximum, Lmax1 est différent du second maximum, Lmax2. Par exemple Lmax2 > Lmax1. Le second profil 21 permet donc un remplissage en air plus important et donc un couple moteur plus important. 15 Sur cette came 11 à double profil, ces maximum, Lmax1, Lmax2 sont également décalés par rapport à l'axe 17 de rotation du premier arbre à came 10 d'un angle 2a fixe. Pour un moteur à combustion interne à quatre temps, on a deux tours de vilebrequin pour un tour d'arbre à cames l'angle a correspond à un angle de rotation du vilebrequin encore 20 désigné DV. De préférence cet angle 2a est compris entre 10 et 40°. De préférence, la levée maximale d'amplitude la plus élevée, ici Lmax2 est décalée positivement dans le sens de rotation du moteur en fonctionnement, qui est aussi celui de l'arbre 10 à came, par rapport à la levée maximale la moins élevée. 25 En revenant à la figure 1, les soupapes d'échappement 5 coopèrent avec un second arbre à cames 12 dotés de cames simples 13. Ce second arbre à cames 12 permet d'actionner les soupapes d'échappement 5 et de commander leur ouverture et fermeture à des instants déterminés au cours d'un cycle moteur. Ces instants peuvent classiquement s'exprimer en degré vilebrequin. On peut alors parler de calage angulaire par rapport à la 30 position du vilebrequin du moteur. Le moteur 1 comprend encore des moyens 14 moyens de déplacement de la came double 11 pour faire coopérer la soupape 4 avec l'un ou l'autre des profils de la came 11. 35 Le premier arbre à cames 10 peut être relié à un actionneur dénommé « déphaseur » 15 d'arbre à cames permettant de modifier le calage angulaire de l'ensemble du premier 3035918 6 arbre à cames 10 par rapport au vilebrequin et donc le réglage des valeurs des instants d'ouverture et de fermeture de la soupape d'admission 4. Le moteur 1 comprend encore une unité de commande électronique 16, tel qu'un 5 calculateur électronique. Cette unité de commande électronique 16 est notamment configurée pour piloter les moyens 8 de dosage d'air, le déphaseur 15, les moyens d'actionnement de la came double, les moyens 9 d'allumage et notamment l'avance à l'allumage. 10 L'unité de commande électronique 16 comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre du procédé de l'invention détaillé plus loin. En référence à la figure 3, qui prend l'exemple d'un passage du premier profil 20 au 15 second profil 21 permettant un remplissage en air plus important, ici à couple moteur constant. Dans le cas d'une demande de changement de couple moteur, la consigne de fonctionnement peut être une consigne de couple moteur. Le fonctionnement pendant le passage du premier profil 20 au second profil 21est le suivant : 20 Préalablement à l'instant tO, le moteur est en fonctionnement sur la première loi de levée définie par le premier profil 20 selon une consigne de fonctionnement déterminée. A l'instant tO, un changement de consigne de fonctionnement requérant un passage à l'autre loi de levée est détecté, 25 Suite à cette détection, à l'instant t1, la came 11 est déplacée par les moyens 14 de déplacement pour faire activer la soupape 4 selon la loi de levée définie par le second profil 21. Lors de l'activation la soupape 4 par le second profil 21 le remplissage en air augmente. Dans le même temps, afin de compenser l'augmentation de remplissage en 30 air, la position des moyens 8 de dosage de l'air est ajustée, il est refermé à la position correspondant au remplissage en air requis pour la nouvelle consigne de fonctionnement, Suite à l'instant t1, il existe une phase de transition de remplissage en air, lié aux volumes d'air de la ligne d'admission, pendant laquelle le remplissage en air converge vers le 35 remplissage déterminé par la position des moyens 8 de dosage de l'air. 3035918 7 Ainsi pendant la phase de transition de remplissage en air compris entre le début de l'activation de la soupape 4 à l'instant t1, selon la seconde loi de levée et le moment, matérialisé sur la figure 3 par l'instant t2 où le remplissage en air déterminé par la position du papillon est atteint, les moyens 9 d'allumage sont pilotés de sorte à ajuster l'avance à 5 l'allumage pour respecter la nouvelle consigne de fonctionnement, ici à couple constant. Sur la figure 3, la ligne en pointillé indique l'évolution du remplissage en air et du rendement d'allumage relativement à une situation matérialisé en trait plein où les deux profils de la came 11 ne seraient pas décalés angulairement de l'angle 2a. Grâce à 10 l'invention, la convergence est réalisée à l'instant t2 tandis que dans le cas où les deux profils ne seraient pas décalés angulairement la convergence serait réalisée à l'instant t3 postérieur à t2. On réduit ainsi la dégradation du rendement d'avance, ainsi que le temps de transition, ce qui améliore ainsi l'efficacité globale et permet de réduire la consommation et les rejets de 002. 15 En effet, comme le montre la figure 4, on constate que pour une même pression à l'admission, en déphasant de plusieurs degrés le second profil 21 vis-à-vis du premier profil 20, on modifie le remplissage en air et donc le couple réalisable par l'air aux avances optimales. Le décalage angulaire à pour impact de dégrader le remplissage en 20 air lors de l'activation du second profil 21, si bien que pour maintenir le couple moteur constant lors du passage du premier profil 20 vers le second profil 21, la dégradation d'avance sera moins importante que dans le cas où les deux profils ne seraient pas décalés angulairement. 25 Le rôle du déphaseur 15 est ensuite de parfaire l'obtention du calage optimum de la loi de levée de la soupape 4 choisie. L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation décrit. L'exemple de la figure 3 décrit le passage du premier profil 20 au second profil 21, autrement dit de la loi de levée 30 réduite à la loi de levée plus importante, cependant le procédé fonctionne aussi pour le passage de la loi de levée la plus importante vers la loi de levée réduite. En variante la came peut comprendre plus de deux profils de levée adjacents, mais discontinus. En variante encore la came peut être portée par l'arbre à came échappement 35 12. En variante encore les deux arbres à cames, admission et échappement peuvent porter des cames à lois de levée différentes et décalées angulairement. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un moteur (1) à combustion interne à soupapes et à allumage commandé comprenant : -des moyens (8) de dosage de l'air à admettre dans ce moteur (1), -des moyens (9) d'allumage de la combustion, -une soupape (4) actionnée au moyen d'une came (11) portée par un arbre (10) à cames, cette came (11) comportant un premier profil (20) adjacent à un second profil (21), le premier profil (20) définissant une première loi de levée de la soupape (4) à une première levée maximale, et le second profil (21) définissant une seconde loi de levée de la soupape (4) à une seconde levée maximale, la première levée maximale étant décalée d'un angle (2a) fixe et ayant une amplitude différente de la seconde levée maximale, -des moyens de déplacement de la came (11) pour faire coopérer la soupape (4) avec l'une ou l'autre des profils. Le moteur étant en consigne de fonctionnement sur une des deux lois de levée, le procédé est caractérisé en ce qu'il comprend une étape de : -détection d'un changement de consigne de fonctionnement requérant un passage à l'autre loi de levée, -déplacement de la came (11) pour faire activer la soupape (4) selon l'autre loi de levée, et dans le même temps ajustement de la position des moyens (8) de dosage de l'air correspondant au remplissage en air requis pour la nouvelle consigne de fonctionnement, pendant la phase de transition de remplissage en air compris entre le début de l'activation de la soupape (4) selon l'autre loi de levée et le moment où le remplissage en air déterminé par la position du papillon est atteint : -ajustement de l'avance à l'allumage de sorte que pendant cette phase de transition de remplissage en air la nouvelle consigne de fonctionnement soit respectée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première levée maximale est décalée de la seconde levée maximale d'un angle (2a) compris entre 10 et 40° par rapport à l'axe de rotation de l'arbre (10)à cames. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la levée maximale d'amplitude la plus élevée est décalée positivement dans le sens de rotation du moteur par rapport à la levée maximale la moins élevée. 3035918 9 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la consigne de fonctionnement est une consigne de couple moteur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'arbre (10) à cames est un arbre (10) à cames admission et / ou un arbre à cames 5 (12) échappement. 6. Calculateur électronique (16) caractérisé en ce qu'il comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 5. 10 7. Moteur à combustion interne et à allumage commandé comprenant : -des moyens (8) de dosage de l'air à admettre dans ce moteur (1), -des moyens (9) d'allumage de la combustion, -une soupape (4) actionnée au moyen d'une came (11) portée par un arbre (10) à cames, cette came (11) comportant un premier profil (20) adjacent à un second profil 15 (21), le premier profil (20) définissant une première loi de levée de la soupape (4) à une première levée maximale, et le second profil (21) définissant une seconde loi de levée de la soupape (4) à une seconde levée maximale, la première levée maximale étant décalée d'un angle (2a) fixe et ayant une amplitude différente de la seconde levée maximale, 20 -des moyens de déplacement de la came (11) pour faire coopérer la soupape (4) avec l'une ou l'autre des profils, Caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur électronique (16) selon la revendication 6 pour la mise en oeuvre d'un procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 25 8. Moteur selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comprend un déphaseur d'arbre de l'arbre (10) à cames destiné à parfaire l'obtention du calage optimum de la loi de levée de la soupape (4) choisie. 9. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur selon la revendication 7 ou la revendication 8. 30