Brevet FR3035920A1 — publié le 20161111

PROCÉDÉ DE GESTION DE LA DÉSACTIVATION TOURNANTE DE CYLINDRES D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [0001] L'invention a trait au domaine du contrôle des moteurs à allumage commandé comprenant plusieurs cylindres et plus précisément aux procédés de désactivation tournante d'un ou plusieurs cylindres. [0002] Un moteur à explosion (appellation faisant référence à la combustion interne qui le caractérise) et à allumage commandé est alimenté, lors de chaque cycle (cycle à deux temps ou à quatre temps), par un mélange comprenant de l'air et du carburant (mélange air/carburant). [0003] Chaque cycle comprend deux temps ou quatre temps, et notamment, un temps de "combustion-détente". Ce temps de 15 "combustion-détente" est initié par un allumage, via une bougie d'allumage, du mélange air/carburant comprimé. [0004] Afin d'optimiser les performances du moteur, tant en termes de puissance qu'en termes de consommation, l'allumage est déclenché en amont d'une position extrême dite de point mort haut (PMH) d'un 20 piston dans le cylindre. Afin de pouvoir régler l'allumage, les motoristes utilisent un paramètre, appelé "avance à l'allumage", permettant au mélange air/carburant de s'enflammer au moment le plus favorable correspondant à un écart angulaire (ou angle de rotation) ayant pour référentiel un vilebrequin, entre l'instant de l'allumage et l'instant du 25 passage du piston en position de point mort haut (PMH), la position de point mort haut étant la position de référence. [0005] Il est connu, lorsqu'une charge demandée au moteur est faible et que le couple moyen du moteur, développé par les cylindres, est sensiblement constant, par exemple lors d'un roulage en ville, de 30 désactiver, via un calculateur, un ou plusieurs cylindres du moteur, passant alors à un état inactif, et d'augmenter un couple fourni par les autres cylindres, restant alors à un état actif, vers un couple dit de charge partielle, supérieur au couple moyen, afin de réduire la consommation du véhicule. Le couple de charge partiel fourni par les 35 cylindres à l'état actif produit le couple moyen du moteur. [0006] Ainsi, dans le but de passer d'une phase dite de pleine charge, où tous les cylindres sont à l'état actif, à une phase dite de 3035920 2 charge partielle, où un ou plusieurs cylindres sont à l'état inactif, le document FR 2 895 457 décrit une phase dite transitoire durant laquelle tous les cylindres du moteur à allumage commandé sont à l'état actif et fournissent le couple moyen. 5 [0007] Nous étudierons, ci-après, un moteur à allumage commandé dont la désactivation des cylindres est dite tournante, c'est-à-dire que, lors de la phase de charge partielle, chaque cylindre commute constamment entre l'état actif et l'état inactif. [0008] Pour un moteur à allumage commandé et à désactivation 10 tournante, lors du passage entre la phase transitoire et la phase de charge partielle, un ou plusieurs cylindres sont désactivés, passant à l'état inactif. Cette désactivation modifie une fréquence de combustion des cylindres, et les cylindres à l'état actif, qui fournissaient un couple de pleine charge, fournissent subitement un couple de charge partielle. La modification de la fréquence de combustion des cylindres alliée à l'évolution du couple fourni par les cylindres à l'état actif sont franches et provoquent un à-coup en terme de ressenti utilisateur. [0009] Un premier objectif est de proposer un procédé de gestion d'une phase transitoire vers une désactivation tournante d'un ou plusieurs cylindres, apte à préparer un changement de fréquence de combustion. [0010] Un deuxième objectif est de proposer un procédé de gestion d'une phase transitoire vers une désactivation tournante d'un ou plusieurs cylindres, apte à minimiser un changement de couple pour des cylindres à l'état actif. [0011] Un troisième objectif est de proposer un véhicule automobile comprenant un moteur dont l'avance à l'allumage est pilotée par un calculateur utilisant un procédé répondant aux deux premiers objectifs. [0012] A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un procédé de gestion d'un moteur à allumage commandé comprenant des cylindres munis chacun d'un piston, ce procédé comprenant : une phase de pleine charge, comprenant : - l'injection, dans les cylindres, d'un mélange air/carburant à une quantité de pleine charge, - l'allumage, dans les cylindres, du mélange air/carburant à une position du piston dite de degré d'avance optimale à 3035920 3 l'allumage, en amont d'une position dite de point mort haut du piston, une phase transitoire, comprenant : - l'injection, dans les cylindres, du mélange air/carburant à une 5 quantité transitoire, allant croissant de la quantité de pleine charge à une quantité de charge partielle, - l'allumage, dans les cylindres, du mélange air/carburant à une position du piston de degré transitoire d'avance à l'allumage, allant décroissant en moyenne du degré d'avance optimale à 10 l'allumage à un degré minimum d'avance à l'allumage, une phase de charge partielle, comprenant : - la coupure de l'injection dans au moins un cylindre dit dans un état inactif, - l'injection, dans les autres cylindres, dits dans un état actif, 15 du mélange air/carburant à la quantité de charge partielle, - l'allumage, dans chaque cylindre à l'état actif, du mélange air/carburant à la position du piston de degré d'avance optimale à l'allumage, ce procédé comprenant, en outre : 20 pendant la phase transitoire, l'allumage du mélange air/carburant réalisé, dans chaque cylindre, à un degré d'avance instantanée à l'allumage variant en dent de scie autour du degré transitoire d'avance à l'allumage définissant une transition tournante, pendant la phase de charge partielle, une commutation constante 25 de chaque cylindre entre l'état actif et l'état inactif, définissant une désactivation tournante des cylindres. [0013] La variation en dent de scie du degré d'avance à l'allumage instantanée permet de réduire progressivement une différence de couple entre les cylindres pendant la phase transitoire et pendant la 30 phase de charge partielle. Cette différence de couple très faible, diminue considérablement un ressenti utilisateur lors d'un changement de fréquence de combustion des cylindres entre la phase transitoire et la phase de charge partielle. [0014] La commutation constante de chaque cylindre permet de 35 réaliser une désactivation des cylindres d'un moteur requérant une désactivation tournante des cylindres. 3035920 4 [0015] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : une valeur de limitation inférieure limite le degré d'avance instantanée à l'allumage ; 5 un premier cylindre à l'état inactif dans la phase de charge partielle, succède à un cylindre dont le degré d'avance instantanée est supérieur à la valeur de limitation inférieure, dans la phase transitoire ; une courbe de limitation d'avance limite le degré transitoire 10 d'avance à l'allumage ; une droite définit la courbe de limitation d'avance est définie par ; deux droites sécantes définissent la courbe de limitation d'avance ; une fonction dérivée du degré transitoire d'avance à l'allumage définit la courbe de limitation d'avance ; 15 une fonction quadratique définit la courbe de limitation d'avance. [0016] Il est proposé, en deuxième lieu, un calculateur apte à réaliser la mise en oeuvre d'un procédé de gestion du moteur à allumage commandé tel que précédemment décrit. [0017] Il est proposé, en troisième lieu, un véhicule automobile 20 comprenant un moteur à allumage commandé par un calculateur tel que précédemment décrit. [0018] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en 25 référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente un véhicule automobile comprenant un moteur à allumage commandé ; la figure 2 représente schématiquement le moteur à allumage commandé lié à un calculateur ; 30 - la figure 3 illustre une quantité du mélange air/carburant injectée dans des cylindres, un couple minimum du moteur, un couple instantané du moteur et un couple moyen du moteur, en fonction d'un nombre de passages de pistons, entre un temps de compression et un temps de combustion/détente, à une position de 35 point mort haut (PMH) ; 3035920 5 la figure 4 illustre un degré d'avance instantanée à l'allumage du moteur et un degré d'avance moyenne à l'allumage des cylindres, en fonction du nombre de passages des pistons, entre le temps de compression et le temps de combustion/détente, à la position de 5 point mort haut (PMH) ; la figure 5 est une figure similaire à la figure 3, où le couple instantané du moteur est limité par une courbe de limitation de couple ; la figure 6 est une figure similaire à la figure 4, où le degré 10 d'avance instantanée à l'allumage du moteur est limité par une courbe de limitation d'avance. [0019] Sur la figure 1 est représenté un véhicule 1 automobile comprenant un moteur 2 à allumage commandé (plus couramment appelé moteur essence). 15 [0020] Le moteur 2 comprend, au minimum, deux cylindres 3 définissant chacun une chambre 4 de combustion, auxquels est associée, dans une portion supérieure, une bougie 5 d'allumage permettant de produire une étincelle nécessaire à une combustion d'un mélange air/carburant. Les cylindres 3 sont chacun associés à une 20 soupape 6 d'admission qui contrôle une injection du mélange air/carburant à l'intérieur de la chambre 4 de combustion par une tubulure 7 d'admission. Les cylindres 3 sont chacun associés à une soupape 8 d'échappement qui contrôle une évacuation de gaz d'échappement, issus de la combustion du mélange air/carburant, hors 25 de la chambre 4 de combustion par une tubulure 9 d'échappement. [0021] Un moteur 2 à allumage commandé peut comprendre entre deux et douze cylindres 3 auxquels, pour chaque cylindre 3, est associée une bougie 5 d'allumage. Afin de simplification, nous étudierons ci-après un moteur 2 à trois cylindres 3. 30 [0022] Les cylindres 3 du moteur 2 fonctionnent selon un cycle de quatre temps définit dans l'ordre suivant : un temps d'admission, un temps de compression, un temps de combustion et de détente, et un temps d'échappement. [0023] Un couple C moyen produit par le moteur 2 est égal à la 35 somme des couples produits par chaque cylindre 3, provenant de la combustion, initiée par la bougie 5 d'allumage, du mélange 3035920 6 air/carburant compressé au sein du cylindre 3 par un piston 10 se déplaçant suivant une translation rectiligne dans de la chambre 4 de combustion, de façon alternative entre une position extrême haute et une position extrême basse par rapport au cylindre, respectivement 5 appelées position Point Mort Haut (PMH) et position Point Mort Bas (PMB). Le mouvement alternatif des pistons 10 permet l'entrainement en rotation d'un vilebrequin 11 par l'intermédiaire de bielles 12 reliant les pistons 10 au vilebrequin 11. [0024] Lors d'un cycle moteur, l'allumage du mélange air/carburant, 10 via les bougies 5 d'allumage, se produit en amont de la position dite de point mort haut (PMH) de chacun des pistons 10 à l'issue du temps de compression. Afin de calibrer l'allumage, les motoristes définissent un paramètre appelé « avance à l'allumage » correspondant à un écart angulaire (exprimé par exemple en degré), ayant pour référentiel le 15 vilebrequin 11, entre l'instant de l'allumage et l'instant du passage du piston 10 en position point mort haut (PMH), la position point mort haut (PMH) du piston 10 correspondant à la position de référence. [0025] Tel qu'illustré sur la figure 2, les bougies 5 d'allumage, les soupapes 6 d'admission et les soupapes 8 d'échappement sont pilotées 20 par un calculateur 13. Le calculateur 13 permet de contrôler indépendamment l'ouverture ou la fermeture de chaque soupape 6 d'admission et de chaque soupape 8 d'échappement ainsi que l'allumage de chaque cylindre 3 et par conséquent un degré D d'avance à l'allumage. 25 [0026] Pour des raisons de gain en consommation, lorsqu'une charge demandée au moteur 2 est faible et lorsque le couple C moyen du moteur 2 est sensiblement constant, le calculateur 13 applique un procédé 14 de gestion du moteur 2, apte à désactiver un ou plusieurs cylindres 3, c'est-à-dire couper l'injection dans des cylindres 3 dits 30 dans un état El inactif, par opposition à des cylindres 3 dits dans un état EA actif. [0027] Le moteur 2 étudié pourrait être un moteur 2 comprenant plus de trois cylindres 3 et dont chaque cylindre 3 commute constamment entre l'état EA actif et l'état El inactif définissant une désactivation 35 tournante des cylindres 3. [0028] Le couple produit par un cylindre 3 peut être contrôlé par le calculateur 13, grâce à différents paramètres tels que le degré D 3035920 7 d'avance à l'allumage et une quantité O du mélange air/carburant injectée dans le cylindre 3. Plus la quantité O du mélange air/carburant injectée dans le cylindre 3 est importante, plus le couple fourni par le cylindre 3 est grand. 5 [0029] Les figures 3 et 5 illustrent un graphique dont une ordonnée de gauche représente la quantité O du mélange air/carburant injectée dans les cylindres 3, une ordonnée de droite représente le couple et une abscisse représente un nombre NB de passages des pistons 10, entre le temps de compression et le temps de combustion/détente, à la 10 position de point mort haut (PMH). [0030] Les figures 4 et 6 illustrent un graphique dont une ordonnée représente le degré D d'avance à l'allumage et une abscisse représente le nombre NB de passages des pistons 10, entre le temps de compression et le temps de combustion/détente, à la position de point 15 mort haut (PMH). [0031] Un degré DI d'avance instantanée et un degré DM moyen d'avance à l'allumage, illustrés sur les figures 4 et 6, sont représentés comme un retard de l'avance à l'allumage par rapport à un degré DO d'avance optimale à l'allumage, c'est-à-dire un allumage de la bougie 5 20 à une position plus proche du point mort haut (PMH) du piston 10 que la position de l'allumage au degré DO d'avance optimale à l'allumage, de sorte que la combustion du mélange air/carburant n'est pas complète. [0032] Le degré DI d'avance instantanée à l'allumage et un couple CI instantané sont les résultats des sommes respectives du degré D 25 d'avance à l'allumage et des couples de chacun des cylindres 3. [0033] Sur les courbes représentatives du degré Dl d'avance instantanée à l'allumage et du couple CI instantané, un premier cylindre 3 est représenté par des triangles, un deuxième cylindre 3 est représenté par des ronds et un troisième cylindre 3 est représenté par 30 des carrés. [0034] Le procédé 14 de gestion pour la désactivation tournante des cylindres 3, comprend une phase PT transitoire et une phase PP de charge partielle, en aval d'une phase PC de pleine charge. [0035] Pendant la phase PC de pleine charge, les trois cylindres 3 du 35 moteur 2 à allumage commandé sont à l'état EA actif. Ils produisent le couple C moyen du moteur 2 pour une quantité OC de pleine charge du mélange air/carburant. Un couple CM minimum que le moteur 2 est 3035920 8 capable de fournir à la quantité OC de pleine charge, est égal à un couple CMC de pleine charge minimum. Le degré DM moyen d'avance à l'allumage est alors égal au degré DO d'avance optimale à l'allumage. [0036] Pendant la phase PT transitoire, les trois cylindres 3 du 5 moteur 2 sont à l'état EA actif. Une quantité OC transitoire du mélange air/carburant croît jusqu'à une quantité OP de charge partielle égale au double de la quantité OC de pleine charge. Le couple CM minimum croît alors du couple CMC de pleine charge minimum à un couple CMP de charge partielle minimum. Le couple C moyen demandé par le 10 conducteur du véhicule 1 étant sensiblement constant, un degré DT transitoire d'avance à l'allumage des cylindres 3 décroît vers un degré DMin minimum d'avance à l'allumage. [0037] Le degré DI d'avance instantanée à l'allumage varie en dent de scie, suivant des valeurs VDS de degré supérieures et des valeurs 15 VDI de degré inférieures, autour du degré DT transitoire d'avance à l'allumage impliquant une évolution du couple CI instantané en dent de scie, suivant des valeurs VCS de couple supérieures et des valeurs VCI de couple inférieures, autour du couple C moyen. [0038] Le couple CI instantané étant limité par le couple CM 20 minimum, lorsque les valeurs VCI de couple inférieures sont égales au couple CM minimum, les valeurs VDI de degré inférieures sont limitées à une valeur VI de limitation inférieure, de telle sorte que les valeurs VCI de couple inférieures restent égales au couple CM minimum et les valeurs VDS de degré supérieures sont limitées à une valeur VS de 25 limitation supérieure, de telle sorte que le couple C moyen reste constant. [0039] Le moteur 2 comprend trois cylindres 3 dont le couple et le degré d'avance à l'allumage de chaque cylindre 3 commute constamment entre respectivement les valeurs VCS de couple 30 supérieures et les valeurs VCI de couple inférieures ainsi que les valeurs VDS de degré supérieures et les valeurs VDI de degré inférieures. La phase PT transitoire est dite tournante. [0040] Pendant la phase PP de charge partielle, la quantité O du mélange air/carburant est égale à la quantité OP de charge partielle. 35 Les cylindres 3 commutent entre l'état EA actif et l'état El inactif. Le degré DM moyen d'avance à l'allumage est égal au degré DO d'avance optimale à l'allumage. Le couple CI instantané du moteur 2 oscille donc 3035920 9 entre un couple CN nul et un couple CP de charge partielle égal au double du couple C moyen, permettant de produire un couple C moyen du moteur 2 constant alors qu'un cylindre 3 sur deux est à l'état El inactif. 5 [0041] Une différence A entre la valeur VCS de couple supérieure des cylindres 3 en fin de phase PT transitoire et le couple CP de charge partielle en début de phase PP de charge partielle est égale à une différence A' entre la valeur VCI de couple inférieure des cylindres 3 en fin de phase PT transitoire et le couple CN nul en début de phase PP 10 de charge partielle. [0042] Le premier cylindre 3 à l'état El inactif en phase PP de charge partielle est un cylindre 3 (dans le mode de réalisation représenté, le deuxième cylindre 3, illustré par un rond) suivant un dernier cylindre 3 dont le couple CI instantané, dans la phase PT transitoire, est égal à la 15 valeur VCS de couple supérieure (dans le mode de réalisation représenté, le premier cylindre 3, illustré par un triangle). [0043] Selon un mode différent de réalisation illustré sur les figures 5 et 6, les valeurs VCS de couple supérieures sont limitées par une courbe CLC de limitation de couple permettant d'obtenir une phase PT 20 transitoire moins rapide. Cette limitation du couple CI instantané est obtenue grâce à une limitation du degré D d'avance à l'allumage en phase PT transitoire par une courbe CLA de limitation d'avance. La courbe CLC de limitation de couple est inférieure ou égale à la croissance de la quantité OC transitoire de mélange air/carburant. 25 [0044] Selon différents modes de réalisation, la courbe CLC de limitation de couple et la courbe CLA de limitation d'avance peuvent être sensiblement définies par une droite (comme représenté sur les figures 5 et 6), deux droites sécantes, une fonction dérivée respectivement de la quantité OC transitoire de mélange air/carburant 30 et du degré DT transitoire d'avance à l'allumage ou une fonction quadratique. [0045] La commutation constante de chaque cylindre 3 permet de réaliser une désactivation des cylindres 3 d'un moteur 2 requérant une désactivation tournante des cylindres 3. 35 [0046] Le procédé 14 de gestion propose donc une phase PT transitoire permettant d'atteindre une différence A très faible préparant 3035920 10 ainsi à un changement de fréquence de combustion des cylindres 3 entre la phase PC de pleine charge, où tous les cylindres 3 sont à l'état EA actif, et la phase PP de charge partielle, où une moitié des cylindres 3 est à l'état El inactif. 5 [0047] Un ressenti des utilisateurs du véhicule 1 automobile de ce changement de phase pour un couple C moyen constant, est donc atténué par la différence A de faible valeur. REVENDICATIONS1. Procédé (14) de gestion d'un moteur (2) à allumage commandé comprenant des cylindres (3) munis chacun d'un piston (10), ce procédé (14) comprenant : une phase (PC) de pleine charge, comprenant : - l'injection, dans les cylindres (3), d'un mélange air/carburant à une quantité (OC) de pleine charge, - l'allumage, dans les cylindres (3), du mélange air/carburant à une position du piston (10) dite de degré (DO) d'avance optimale à l'allumage, en amont d'une position dite de point mort haut du piston, une phase (PT) transitoire, comprenant : - l'injection, dans les cylindres (3), du mélange air/carburant à une quantité (OC) transitoire, allant croissant de la quantité (OC) de pleine charge à une quantité (OP) de charge partielle, - l'allumage, dans les cylindres (3), du mélange air/carburant à une position du piston (10) de degré (DT) transitoire d'avance à l'allumage, allant décroissant en moyenne du degré (DO) d'avance optimale à l'allumage à un degré (DMin) minimum d'avance à l'allumage, une phase (PP) de charge partielle, comprenant : - la coupure de l'injection dans au moins un cylindre (3) dit dans un état (El) inactif, - l'injection, dans les autres cylindres (3), dits dans un état (EA) actif, du mélange air/carburant à la quantité (OP) de charge partielle, - l'allumage, dans chaque cylindre (3) à l'état (EA) actif, du mélange air/carburant à la position du piston (10) de degré (DO) d'avance optimale à l'allumage, ce procédé (14) étant caractérisé en ce que : pendant la phase (PT) transitoire, l'allumage du mélange air/carburant est réalisé, dans chaque cylindre (3), à un degré (DI) d'avance instantanée à l'allumage variant en dent de scie autour 3035920 12 du degré (DT) transitoire d'avance à l'allumage définissant une transition tournante, pendant la phase (PP) de charge partielle, une commutation constante de chaque cylindre (3) entre l'état (EA) actif et l'état (El) 5 inactif, définit une désactivation tournante des cylindres (3). 2. Procédé (14) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une valeur (VI) de limitation inférieure limite le degré (DI) d'avance instantanée à l'allumage. 3. Procédé (14) selon la revendication précédente, caractérisé 10 en ce qu'un premier cylindre (3) à l'état (El) inactif, dans la phase (PP) de charge partielle, succède à un cylindre (3) dont le degré (DI) d'avance instantanée est supérieur à la valeur (VI) de limitation inférieure, dans la phase (PT) transitoire. 4. Procédé (14) selon l'une quelconque des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce qu'une courbe (CLA) de limitation d'avance limite le degré (DT) transitoire d'avance à l'allumage. 5. Procédé (14) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une droite définit la courbe (CLA) de limitation d'avance. 6. Procédé (14) selon la revendication 4, caractérisé en ce que 20 deux droites sécantes définissent la courbe (CLA) de limitation d'avance. 7. Procédé (14) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une fonction dérivée du degré (DT) transitoire d'avance à l'allumage définit la courbe (CLA) de limitation d'avance. 25 8. Procédé (14) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une fonction quadratique définit la courbe (CLA) de limitation d'avance. 9. Calculateur (13) apte à réaliser la mise en oeuvre d'un procédé (14) de gestion du moteur (2) à allumage commandé selon 30 l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Véhicule (1) automobile comprenant un moteur (2) à allumage commandé par un calculateur (13) selon la revendication précédente.