Brevet FR3046631A1 — publié le 20170714

Domaine technique La présente invention concerne un procédé de détermination et/ou de vérification de la position d'un élément de génération de tourbillon dans le circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion interne. Le procédé est destiné à fournir une information sur la position de l'élément de génération de tourbillons et/ou à vérifier que la position déterminée est conforme à une position de consigne. Etat de la technique Dans les moteurs à combustion interne, il est connu d'employer des dispositifs de génération de turbulences ou tourbillons (ou "swirl" dans la littérature anglo-saxonne) au niveau de l'admission en air du moteur pour améliorer la combustion dans celui-ci. La figure 1 illustre de manière schématique le circuit d'admission d'air 1 d'un moteur à combustion interne à quatre cylindres 20, ledit circuit d'admission d'air étant destiné à alimenter en air lesdits cylindres, chacun des cylindres 20 étant muni de deux soupapes d'admission 21 et deux soupapes d'échappement 22. Le circuit d'admission d'air 1 comporte une chambre 10 recevant de l'air d'un tuyau d'admission (non représenté) et débouchant, pour chaque cylindre, sur deux conduits d'admission 11 et 12 alimentant chacun une soupape d'admission du moteur. Un dispositif de génération de tourbillon 3 est implanté au niveau de ce circuit d'admission d'air pour créer des tourbillons dans les cylindres. Ce dispositif 3046631 2 comprend un élément de génération de tourbillon 30 disposé au niveau du conduit d'admission 12 des cylindres. Dans l'exemple de la figure 1, l'élément de génération de tourbillon est un volet 30, qui est monté 5 mobile en rotation autour d'un arbre 31. La rotation de l'arbre 31 est commandée par un moteur 32. En variante, le volet 30 peut être remplacé par un dispositif à guillotine. Le volet 30 présente au moins deux positions: une 10 position fermée ou position d'obturation dans laquelle il empêche toute circulation d'air dans le conduit d'admission 12 et une ou plusieurs positions ouvertes dans laquelle (ou lesquelles) il laisse passer plus ou moins d'air dans ledit conduit 12. 15 La génération de tourbillon est obtenue en créant un déséquilibre entre les deux flux d'air circulant dans les conduits d'admission 11 et 12. En bouchant plus ou moins le conduit d'admission 12 au moyen du volet 30, on crée un déséquilibre entre les deux flux d'air 20 entrant dans le cylindre. Cela entraine alors une mise en rotation de la masse d'air dans le cylindre, ce qui crée le tourbillon (ou « swirl » en langue anglaise). Afin de s'assurer du bon fonctionnement du moteur, il est nécessaire de connaitre de manière fiable la 25 position de l'élément de génération de tourbillon, c'est-à-dire du volet 30. Pour cela, il est connu d'utiliser un capteur dit de recopie de position. Ce capteur est généralement placé au niveau du moteur 32 entrainant la rotation de l'arbre 31. Il permet de déterminer à chaque instant la 3046631 3 position exacte des volets 30 générant les tourbillons. Dès qu'un écart est constaté entre la position de consigne et la position mesurée par le capteur, un défaut est déclaré dans le système de surveillance du 5 moteur. Cette solution a pour inconvénient de nécessiter la pose d'un capteur supplémentaire, à savoir le capteur de recopie de position, dans le moteur. Résumé de l'invention 10 Un objet de l'invention est de proposer un procédé et un système permettant de déterminer la position de l'élément de génération de tourbillon sans avoir recours à un capteur de recopie de position. Selon l'invention, il est proposé de déterminer la 15 position de l'élément de génération de tourbillon en se basant sur le signal issu d'un capteur de pression d'air déjà présent dans le circuit d'admission d'air du moteur. A cet effet, l'invention concerne un procédé de 20 détermination de la position d'un élément de génération de tourbillon dans un circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion interne, ledit circuit d'admission d'air comportant une chambre débouchant sur au moins deux conduits alimentant en air au moins un cylindre du 25 moteur, ledit élément de génération de tourbillon étant disposé dans l'un des deux conduits et agencé pour commuter entre une position fermée dans laquelle il empêche le passage d'air dans le conduit et au moins une position ouverte dans laquelle il laisse passer au 3046631 4 moins partiellement de l'air dans le conduit, ledit procédé comportant les étapes suivantes: - mesure d'un signal de pression d'air dans la chambre du circuit d'admission d'air, 5 - détermination de l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de pression mesuré, et - détermination de la position dudit élément de génération de tourbillon à partir de ladite amplitude. Selon un mode de réalisation, l'amplitude de la 10 fréquence fondamentale du signal de pression mesuré est déterminée par application d'une transformée de Fourier au signal de pression mesuré. Selon un mode de réalisation, l'étape de détermination de la position du circuit de génération de tourbillon 15 comporte une étape de comparaison de l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de pression mesuré avec une ou plusieurs valeurs d'amplitude prédéterminée représentatives de différentes positions de l'élément de génération de tourbillon. 20 L'invention concerne également un procédé de vérification de la position d'un élément de génération de tourbillon dans un circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion interne, ledit circuit d'admission d'air comportant une chambre débouchant sur au moins 25 deux conduits alimentant en air au moins un cylindre du moteur, ledit élément de génération de tourbillon étant disposé dans l'un des deux conduits et apte à commuter entre une position fermée dans laquelle il empêche le passage d'air dans le conduit et au moins une position 30 ouverte dans laquelle il laisse passer au moins 3046631 5 partiellement de l'air dans le conduit, ledit procédé comportant les étapes suivantes: - mesure d'un signal de pression d'air dans la chambre du circuit d'admission d'air, 5 - détermination de l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de pression mesuré, - détermination de la position dudit élément de génération de tourbillon à partir de ladite amplitude, et 10 comparaison de la position déterminée avec une position de consigne dudit élément de génération de tourbillon. L'invention concerne également un système de détermination de la position d'un élément de génération 15 de tourbillon dans un circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion interne, ledit circuit d'admission d'air comportant une chambre débouchant sur au moins deux conduits alimentant en air au moins un cylindre du moteur, ledit élément de génération de tourbillon étant 20 disposé dans l'un des deux conduits et agencé pour commuter entre une position fermée dans laquelle il empêche le passage d'air dans le conduit et au moins une position ouverte dans laquelle il laisse passer au moins partiellement de l'air dans le conduit, ledit 25 système comportant: un capteur de mesure de pression d'air pour mesurer la pression d'air dans la chambre du circuit d'admission d'air et, - une unité de traitement pour déterminer l'amplitude 30 de la fréquence fondamentale du signal de pression 3046631 6 mesuré et déterminer la position dudit élément de génération de tourbillon à partir de ladite amplitude. D'autres caractéristiques ou avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des 5 exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre illustratif. Brève description des figures La figure 1 est une vue schématique d'un circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion 10 interne; La figure 2 illustre la propagation d'onde de pression dans le circuit d'admission d'air de la figure 1 lorsque l'élément de génération de turbulence est en position fermée; 15 La figure 3 est un schéma représentant les ondes de pression en différents points du circuit d'admission d'air de la figure 1 lorsque l'élément de génération de turbulence est en position fermée; La figure 4 illustre la propagation d'onde de 20 pression dans le circuit d'admission d'air de la figure 1 lorsque l'élément de génération de turbulence est en position ouverte; La figure 5 est un schéma représentant les ondes de pression en différents points du circuit 25 d'admission d'air de la figure 1 lorsque l'élément de génération de turbulence est en position ouverte; et La figure 6 est un organigramme du procédé de l'invention. 3046631 7 Description détaillée de l'invention Selon l'invention, il est proposé de déterminer la position de l'élément de génération de tourbillon à partir du signal de pression d'air à l'intérieur du 5 circuit d'admission d'air du moteur. Cette solution présente l'avantage de ne nécessiter aucun capteur supplémentaire, le capteur de mesure de la pression d'air d'admission étant déjà présent dans la plupart des moteurs à combustion interne. Ce capteur est 10 référencé 4 dans le schéma de la figure 1. Lors du fonctionnement du moteur à combustion interne, le déplacement des pistons dans les cylindres provoque des oscillations de pression dans le circuit d'admission. La période de cette oscillation de 15 pression est représentative de la vitesse de rotation du moteur. L'amplitude de cette oscillation dépend quant à elle de la vitesse de rotation et de la charge du moteur ainsi que du volume du circuit d'admission. Le déphasage de cette oscillation de pression dépend de 20 la distance entre le capteur mesurant la pression d'air et le piston générant l'oscillation de pression, ainsi que de l'instant d'ouverture de la ou des soupapes d'admission. En effet, si le piston commence sa descente avant l'ouverture des soupapes d'admission, 25 alors c'est l'instant d'ouverture des soupapes qui constitue l'origine de l'onde de pression. A l'inverse, si le piston commence sa descente après l'ouverture des soupapes d'admission, alors c'est le début de la descente du piston qui constitue l'origine de l'onde de 30 pression. 3046631 8 Comme on peut le voir sur la figure 1, l'élément de génération de tourbillon (volet 30) est présent dans l'un des deux conduits d'admission 11, 12 amenant de l'air dans chacun des cylindres 20. L'élément de 5 génération de tourbillon 30 est donc positionné entre les cylindres 20 et le capteur de pression d'air 4. Il modifie donc, en fonction de sa position ouverte ou fermée, l'onde de pression mesurée par le capteur de pression 4. Il en résulte que l'onde de pression 10 mesurée par le capteur de pression 4 est une fonction de la position de l'élément de génération de tourbillon (volet 30). Dans la suite de la description, nous décrivons les modifications des ondes de pression d'air mesurées par 15 le capteur de pression d'air 4 en fonction de la position de l'élément de génération de tourbillon. Par souci de simplification, nous considérerons tout d'abord un élément de génération de tourbillons mobile entre deux positions: une position complètement fermée 20 (conduit d'admission 12 complètement fermé) notée P1 et une position complètement ouverte (conduit d'admission 12 complètement ouvert) notée P2. Dans la position Pl, le conduit d'admission 12 est complètement fermé. Cela signifie que seule l'onde de 25 pression passant par le conduit d'admission 11 peut circuler jusqu'au capteur de pression 4 comme montré sur la figure 2. Le capteur de pression 4 mesure alors une unique onde de pression. La figure 3 représente l'onde de pression présente dans le conduit d'admission 30 11, l'onde de pression présente dans le conduit d'admission 12 en amont du volet 30 et l'onde de 3046631 9 pression mesurée par le capteur de pression 4. L'onde de pression présente dans le conduit d'admission 12 en amont du volet 30 est d'amplitude nulle (volet fermé) et l'onde de pression mesurée par le capteur 4 est 5 égale à l'onde présente dans le conduit d'admission 11. Dans la position P2, les deux conduits d'admission 11 et 12 sont complètement ouverts. Les deux ondes de pression passant par ces deux conduits peuvent donc circuler dans le circuit d'admission jusqu'au capteur 10 de pression 4 comme montré sur la figure 4. Ce dernier mesure alors un signal qui est l'addition des ondes de pression circulant dans les conduits 11 et 12. Il est alors possible de déterminer la position du volet 30 à partir de l'amplitude de la fréquence 15 fondamentale du signal de pression mesuré par le capteur de pression 4. Cette valeur d'amplitude de la fréquence fondamentale permet de déterminer si le capteur de pression reçoit une ou deux ondes de pression et, par voie de conséquence, de déterminer si 20 le volet 30 est à la position P1 ou à la position P2. On détermine cette amplitude sur l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de pression mesuré par le capteur 4. On applique une transformée de Fourier sur le signal mesuré pour obtenir la fréquence 25 fondamentale du signal de pression. Ce traitement est appliqué par un circuit de traitement du véhicule. Notons Al la valeur de l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de pression d'admission lorsque le volet 30 est dans la position P1 (conduit 12 fermé) 30 et A2 la valeur de l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de pression d'admission lorsque 3046631 10 le volet 30 est dans la position P2 (conduit 12 ouvert). A2 est supérieure à Al puisque A2 est représentative de la pression générée par deux ondes de pression et Al est représentative de la pression 5 générée par une seule onde de pression. Si l'amplitude A du signal de pression mesuré par le capteur 4 est sensiblement égale à Al, cela signifie que le volet 30 est dans la position Pl. A l'inverse, si l'amplitude A du signal de pression mesuré par le 10 capteur 4 est sensiblement égale à A2, cela signifie que le volet 30 est dans la position P2. Cette détermination de la position du volet est réalisée pour confirmer ou non la position du volet fournie par le circuit de commande du moteur 32. Si le 15 volet 30 est censé être dans la position P1 et que l'amplitude A est supérieure à Al, alors le volet 30 ou son circuit de commande est défaillant car bloqué en position complètement ou partiellement ouverte. De la même façon, si le volet 30 est censé être dans la 20 position P2 et que l'amplitude A est inférieure à A2, alors le volet 30 ou son circuit de commande est défaillant car bloqué en position complètement ou partiellement fermée. Les amplitudes Al et A2 sont déterminées préalablement 25 par des essais au banc moteur. L'invention a été décrite ci-dessus dans le cas d'un volet 30 apte à commuter entre deux positions extrêmes P1 et P2 pour lesquelles des valeurs d'amplitude Al et A2 représentatives de ces positions ont été 30 prédéterminées et préenregistrées. Bien entendu, 3046631 11 l'invention pourra être utilisée pour déterminer des positions intermédiaires (conduit 12 partiellement ouvert) entre les positions P1 et P2. Des valeurs d'amplitudes représentatives de chacune de ces 5 positions intermédiaires seront déterminées préalablement et enregistrées dans le système. Un organigramme des étapes de l'invention est représenté à la figure 6 : - Etape El : mesure du signal de pression d'air par le 10 capteur de pression 4 ; - Etape E2 : détermination de l'amplitude A de la fréquence fondamentale du signal mesuré ; - Etape E3 : détermination de la position du volet à partir de l'amplitude A, et 15 - Etape E4 comparaison de la position déterminée avec une position de consigne du volet. Le procédé de l'invention a pour avantage d'être simple à mettre en oeuvre puisqu'il ne nécessite pas l'utilisation d'un capteur supplémentaire, en dehors de 20 ceux qui sont déjà présents pour le fonctionnement normal du moteur. REVENDICATIONS1) Procédé de détermination de la position d'un élément de génération de tourbillon (30) dans un circuit d'admission d'air (1) d'un moteur à combustion interne, ledit circuit d'admission d'air comportant une chambre (10) débouchant sur au moins deux conduits (11,12) alimentant en air au moins un cylindre (20) du moteur, ledit élément de génération de tourbillon (30) étant disposé dans l'un (12) des deux conduits et agencé pour commuter entre une position fermée dans laquelle il empêche le passage d'air dans ledit conduit (12) et au moins une position ouverte dans laquelle il laisse passer au moins partiellement de l'air dans ledit conduit (12), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - mesure (El) d'un signal de pression d'air dans la chambre (10) du circuit d'admission d'air, - détermination (E2) de l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de pression mesuré, et - détermination (E3) de la position dudit élément de génération de tourbillon (30) à partir de ladite amplitude. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de pression mesuré est déterminée par application d'une transformée de Fourier au signal de pression mesuré. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de détermination de la 3046631 13 position de l'élément de génération de tourbillon (30) comporte une étape de comparaison de l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de pression mesuré avec au moins une valeur d'amplitude prédéterminée. 5 4) Procédé de vérification de la position d'un élément de génération de tourbillon (30) dans un circuit d'admission d'air (1) d'un moteur à combustion interne, ledit circuit d'admission d'air comportant une 10 chambre (10) débouchant sur au moins deux conduits (11,12) alimentant en air au moins un cylindre (20) du moteur, ledit élément de génération de tourbillon étant disposé dans l'un (12) des deux conduits et apte à commuter entre une position fermée dans laquelle il 15 empêche le passage d'air dans ledit conduit (12) et au moins une position ouverte dans laquelle il laisse passer au moins partiellement de l'air dans ledit conduit (12), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il 20 comporte les étapes suivantes: - mesure (El) d'un signal de pression d'air dans la chambre (10) du circuit d'admission d'air, - détermination (E2) de l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de pression mesuré, 25 - détermination (E3) de la position dudit élément de génération de tourbillon (30) à partir de ladite amplitude, et - comparaison (E4) de la position déterminée avec une position de consigne dudit élément de génération de 30 tourbillon (30). 3046631 14 5) Système de détermination de la position d'un élément de génération de tourbillon (30) dans un circuit d'admission d'air (1) d'un moteur à combustion interne, ledit circuit d'admission d'air comportant une 5 chambre (10) débouchant sur au moins deux conduits (11,12) alimentant en air au moins un cylindre (20) du moteur, ledit élément de génération de tourbillon étant disposé dans l'un (12) des deux conduits et apte à commuter entre une position fermée dans laquelle il 10 empêche le passage d'air dans ledit conduit (12) et au moins une position ouverte dans laquelle il laisse passer au moins partiellement de l'air dans ledit conduit (12), ledit système étant caractérisé en ce qu'il 15 comporte: un capteur de mesure de pression d'air (4) pour mesurer la pression d'air dans la chambre du circuit d'admission d'air et, - une unité de traitement pour déterminer 20 l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de pression mesuré et déterminer la position dudit élément de génération de tourbillon à partir de ladite amplitude. 25