Brevet FR3036737A1 — publié le 20161202

PROCEDE DE DESACTIVATION DE CYLINDRES D'UN MOTEUR A COMBUSTION L'invention concerne les moteurs à combustion de véhicule automobile lorsque de tels moteurs sont équipés d'un système de désactivation de cylindre(s) de combustion. L'invention se situe dans le domaine technique du système de contrôle de la combustion d'un moteur notamment à allumage commandé, et plus précisément la stratégie visant à construire la coupure d'injection sélective de cylindres. Lors de situations de vie particulières telles qu'un changement de rapport sur boîte de vitesses automatique, une requête d'anti-patinage ou une requête d'agrément par exemple, la consigne de couple reçue par le moteur peut devenir tellement faible que le moteur ne parvient plus à la respecter. Pour « suivre » cette consigne, le contrôle moteur utilise différents leviers. Sur la branche avance, la dégradation de l'avance à l'allumage diminue le rendement du moteur et donc le couple produit. Ce levier est utilisé pour des phases transitoires vives, car il a une dynamique rapide. Sur la branche air, la solution consiste à diminuer au maximum l'alimentation en air du moteur en fermant le papillon par exemple. Ce levier a une dynamique plutôt lente en raison du pilotage des actionneurs, le boîtier papillon en l'occurrence et en raison de la dynamique de l'air. Mais ces actions, qui peuvent être combinées, ne sont pas toujours suffisantes pour assurer le suivi de la consigne de couple envoyée au moteur. En d'autres termes, pour suivre une consigne de couple faible avec une forte dynamique, comme par exemple dans le cas d'un changement de rapport sur boîte de vitesses automatique, le levier sur la branche air seul ne peut pas être utilisé, car son potentiel de dégradation du couple est élevé mais sa dynamique est faible. Ce qui a pour impact d'avoir un mauvais suivi du couple et une qualité de changement de rapport dégradée, voire un mauvais ressenti pour le client. A l'opposé, la dégradation d'avances à l'allumage offre un potentiel sur le couple plutôt faible, mais une dynamique très élevée et là aussi, le suivi de couple n'est pas toujours assuré, avec les impacts vus plus haut. L'autre inconvénient de ce levier est qu'il dégrade fortement le rendement du moteur ce qui engendre de fortes contraintes thermiques avec une augmentation de la température à l'échappement avec risque de casse. La coupure d'injection sélective de cylindre apporte donc un levier supplémentaire lors d'une demande de réduction de couple très dynamique. Cependant, à l'heure actuelle, les normes antipollution et le souhait de limiter au maximum la consommation des moteurs amènent les constructeurs automobiles à faire appel au « downsizing », expression anglo- 3036737 2 américaine pour « diminution de taille » en français, c'est-à-dire, la production de moteurs thermiques à faible cylindrée, avec un nombre de cylindres en diminution. Aussi pour conserver un niveau de performance équivalent à celui d'un moteur à plus forte cylindrée, le moteur se trouve alors très chargé, ce qui crée des « zones mortes » de couple dans le 5 champ moteur, entre un fonctionnement avec tous les cylindres injectant et avec un cylindre coupé par exemple. Le but de la présente invention est de mettre en place une stratégie visant à demander la coupure d'injection d'un ou plusieurs cylindres avec pour avantage d'améliorer le suivi de 10 couple par un meilleur potentiel de couple atteignable et une dynamique équivalente à celle de la branche avance. Un objectif est également de diminuer le débit de gaz en sortie du moteur et donc de mieux contenir la température à l'échappement. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de pilotage de 15 combustion d'un moteur à combustion comportant une pluralité de cylindres de combustion, le procédé comprenant l'étape consistant à diminuer le nombre de cylindres actifs en cas de diminution de couple de consigne, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de test de recouvrement dans laquelle on évalue d'une part si un fonctionnement avec un cylindre actif en moins présente un couple maximal atteignable supérieur au 20 couple minimal atteignable avec le nombre de cylindres actifs actuel et on évalue d'autre part si le couple de consigne est inférieur au couple maximal atteignable avec un cylindre actif en moins et dans l'affirmative de cette étape de recouvrement réduire le nombre de cylindres actifs. 25 L'effet technique est de demander la coupure cylindre dès que le moteur peut fonctionner avec un cylindre de moins lorsque la consigne de couple moteur se situe dans une zone de couple moteur dite couvrante. Dans le cas d'un moteur à allumage commandé ce procédé évite une trop grande dégradation de l'avance à l'allumage et donc du rendement de combustion. 30 Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : - le procédé comporte dans la négative de l'étape de test de recouvrement, une étape 35 additionnelle consistant à évaluer si le couple de consigne est inférieur à un couple seuil de désactivation compris entre le couple minimal atteignable avec le nombre de cylindres 3036737 3 actifs actuel et le couple maximal atteignable avec un cylindre actif en moins et réduire le nombre de cylindres actifs dans l'affirmative de ces évaluations. - le couple seuil de désactivation est à moitié entre le couple minimal atteignable avec le 5 nombre de cylindres actifs actuel et le couple maximal atteignable avec un cylindre actif en moins. - le procédé comporte une autre étape de recouvrement dans laquelle on évalue d'une part si un fonctionnement avec un cylindre actif en plus présente un couple minimal 10 atteignable inférieur au couple maximal atteignable avec le nombre de cylindres actuel et d'autre part à évaluer si le couple de consigne est supérieur au couple maximal atteignable avec le nombre de cylindre actifs actuel et dans l'affirmative de cette autre étape de recouvrement augmenter le nombre de cylindres actifs. 15 - le procédé comporte dans la négative de l'autre étape de recouvrement, une étape additionnelle dans laquelle on évalue si le couple de consigne est supérieur à un couple seuil d'activation compris entre le couple maximal atteignable avec le nombre de cylindres actifs actuel et le couple minimal atteignable avec un cylindre actif en plus et augmenter le nombre de cylindres actifs dans l'affirmative de ces évaluations. 20 - le couple seuil d'activation est à moitié entre le couple maximal atteignable avec le nombre de cylindres actifs actuel et le couple minimal atteignable avec un cylindre actif en plus. 25 L'invention concerne encore un module de commande électronique 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 quelconque des variantes précédemment décrites. 30 L'invention concerne encore un moteur à combustion comportant une pluralité de cylindres de combustion, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un tel module de commande électronique pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des variantes précédemment décrites. 35 Dans une variante le moteur à combustion est un moteur à allumage commandé. 3036737 4 L'invention concerne encore un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur à combustion de l'invention. 5 D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 représente une stratégie de coupure sélective dans le cas d'un moteur à 10 quatre cylindres avec surveillance de recouvrement du couple moteur. - La figure 2 est une représentation schématique d'une stratégie de coupure sélective sans recouvrement du couple moteur. 15 On décrira maintenant le pilotage d'un moteur à combustion à allumage commandé en référence au diagramme de la figure 1. Lorsque la consigne de couple devient trop faible, il peut devenir impossible pour le moteur de la suivre de par la limitation par l'avance minimale. Il est alors nécessaire de 20 recourir à la coupure d'injection sélective de cylindre(s). La coupure sélective consiste à couper l'injection sur un certain nombre de cylindres afin de réduire le couple optimal. Le rendement de consigne se trouve alors automatiquement accru dans la même proportion : rlcons -Ccons Copti 25 Lorsque le couple sur n cylindres, n étant le nombre de cylindres injectant à l'instant donné, recouvre celui sur n-1 cylindre dans le cas d'une coupure ou respectivement n+1 cylindres dans le cas d'une réactivation d'injection, on parle de « zone couvrante ». Dans ce cas, la consigne de couple dépasse à la baisse le couple maximum réalisable avec n-1 cylindres, alors, la stratégie demande immédiatement la coupure d'injection d'un cylindre. 30 Si par la suite, la consigne de couple diminue toujours, un autre cylindre peut être coupé, jusqu'à atteindre la limite de cylindres autorisée à être coupée. A l'inverse, lorsque le couple augmente suffisamment pour dépasser à la hausse le couple minimal atteignable avec n+1 cylindres, n étant le nombre de cylindres injectant à 35 l'instant donné, la stratégie demande la remise d'injection d'un cylindre. 3036737 5 A l'inverse, lorsque le couple sur n cylindres ne recouvre pas celui sur n-1 cylindres dans le cas d'une coupure, respectivement n+1 cylindres dans le cas d'une réactivation d'injection, on parle de « zone non couvrante » ou de zone morte. Dans ce cas, lorsque la consigne de couple devient inférieure au couple maximal réalisable avec un cylindre de 5 moins, alors la stratégie demande la coupure d'injection d'un cylindre. Si par la suite la consigne de couple diminue toujours, un autre cylindre peut être coupé, jusqu'à atteindre la limite de cylindres autorisée à être coupée. A l'inverse, lorsque la consigne de couple devient supérieure au couple minimal réalisable 10 avec un cylindre de plus, alors la stratégie demande la remise d'injection d'un cylindre. Dans une première étape, le système demande la coupure sélective d'injection sur un ou plusieurs cylindres lorsque la consigne de couple demandée au moteur sur la branche avance ne peut plus être suivie. 15 Ainsi, à l'étape 1, le contrôle moteur fournit une consigne de couple Ccons. A l'étape 2, le contrôle moteur réalise un test pour examiner si le couple minimal atteignable avec quatre cylindres est inférieur au couple maximal atteignable avec trois 20 cylindres, afin de déterminer s'il y a une « zone couvrante », et si la consigne de couple, Ccons, est inférieure au couple maximal atteignable avec trois cylindres. Si ces deux conditions sont réunies, alors à l'étape 3 le module de contrôle moteur commande la coupure d'un cylindre. Le cylindre coupé peut être un cylindre fixe ou bien 25 la coupure peut être une coupure tournante, c'est-à-dire que le cylindre coupé peut être différent à chaque cycle de combustion du moteur. Au contraire dans le cas où l'une des deux conditions testées n'est pas réalisée, cela signifie que l'on est dans le cas d'une « zone non couvrante », alors le contrôle moteur 30 réalise, à l'étape 4, un test consistant à examiner si le couple de consigne est inférieur à un couple seuil Cseuil de désactivation, qui est calibrable, compris entre le couple minimal atteignable avec les quatre cylindres actifs et le couple maximal atteignable avec trois cylindres. Si tel est le cas, alors on réalise l'étape 3 consistant en la diminution du nombre de cylindres actifs. 35 La figure 2 illustre plus précisément ce cas et présente l'évolution d'un couple de consigne 20. Une zone 21 représente une zone de valeurs de couple atteignable avec un 3036737 6 nombre de quatre cylindres, cette zone 21 présentant une limite basse 22 correspondant à la valeur de couple minimale accessible avec quatre cylindres actifs. Une zone 23 représente quant à elle la zone de couple accessible avec trois cylindres 5 actifs, la zone 23 présentant une limite supérieure 24 constant en la valeur maximale atteignable avec trois cylindres actifs. La bande horizontale 25 située entre les zones 21 et 23 consiste en une bande de valeurs de couple qui ne sont ni accessibles avec quatre cylindres, ni avec trois cylindres, cette bande consistant en une zone morte telle que définie plus haut. 10 Ainsi, en référence à la figure 2, la coupure d'injection est demandée lorsque la consigne 20 de couple moteur atteint le couple seuil Cseuil de désactivation, compris entre le couple 22 minimal atteignable avec les quatre cylindres actifs et le couple 24 maximal atteignable avec trois cylindres. Dans cette situation, après que le couple effectif ait suivi 15 la valeur de couple minimal selon la flèche 26, lorsque le couple 20 de consigne atteint au cours de sa progression le couple seuil Cseuil, alors un cylindre est désactivé selon la flèche 27 puis le couple effectif suit selon la flèche 28, la valeur de couple 24 maximal avec trois cylindres jusqu'à rejoindre la valeur du couple de consigne 20 lorsque celui-ci rejoint la zone 23. Dans ce cas la consigne de couple est suivie de manière optimale. Le 20 seuil de couple calibrable à partir duquel la désactivation est demandée est un pourcentage de la zone morte. Le meilleur compromis est obtenu pour un pourcentage autour de 50%, à quelques pourcent près, autrement dit lorsque le couple seuil, Cseuil, est à moitié entre le couple minimal atteignable avec le nombre de cylindres actifs actuel et le couple maximal atteignable avec un cylindre actif en moins. 25 On réalise alors en parallèle et de manière répétitive les tests consistant respectivement à examiner si le couple de consigne, Ccons, est inférieur au couple maximal sur deux cylindres et à examiner si le couple de consigne est supérieur au couple maximal atteignable avec trois cylindres. 30 Si le couple de consigne décroit encore, à l'étape 5, on examine si le couple de consigne, Ccons, est inférieur au couple maximal atteignable avec deux cylindres et si le couple minimal atteignable avec trois cylindres est inférieur au couple maximal atteignable avec deux cylindres, afin de déterminer s'il y a une « zone couvrante », alors à l'étape 6 un 35 cylindre est désactivé. Si l'une des deux conditions testées n'est pas réalisée, cela signifie que l'on est dans le cas d'une « zone non couvrante », alors le contrôle moteur réalise, à l'étape 7, un test consistant à examiner si le couple de consigne est inférieur à un couple 3036737 7 seuil de désactivation, qui est calibrable, compris entre le couple minimal atteignable avec les trois cylindres actifs et le couple maximal atteignable avec deux cylindres. Si tel est le cas, alors on réalise l'étape 6 consistant en la diminution du nombre de cylindres actifs. 5 Si au contraire le couple de consigne remonte, à l'étape 8, on examine si le couple de consigne, Ccons, est supérieur au couple maximal atteignable avec trois cylindres et si le couple minimal atteignable avec quatre cylindres est inférieur au couple maximal atteignable avec trois cylindres, afin de déterminer s'il y a une « zone couvrante ». 10 Si ces deux conditions sont réunies, alors à l'étape 9 on rend actif un cylindre supplémentaire. Si l'une des conditions n'est pas remplie, cela signifie que l'on est dans le cas d'une « zone non couvrante », alors le contrôle moteur réalise, à l'étape 10, un test consistant à 15 examiner si le couple de consigne est supérieur à un couple seuil d'activation, qui est calibrable, compris entre le couple maximal atteignable avec les trois cylindres actifs et le couple minimal atteignable avec quatre cylindres. Si tel est le cas, alors on réalise l'étape 9 consistant à rendre actif un cylindre supplémentaire. 20 Dans cette situation ou la réactivation d'un cylindre est demandée, après que le couple effectif ait suivi la valeur de couple maximal avec les trois cylindres actifs, lorsque le couple de consigne atteint au cours de sa progression à la hausse le couple seuil d'activation, alors un cylindre est activé puis le couple effectif suit la valeur de couple minimal avec quatre cylindres jusqu'à rejoindre la valeur du couple de consigne lorsque 25 celui-ci rejoint la zone de couple accessible avec quatre cylindres actifs. Dans ce cas la consigne de couple est suivie de manière optimale. Le seuil de couple calibrable à partir duquel l'activation est demandée est un pourcentage de la zone morte. Dans ce cas encore, le meilleur compromis est obtenu pour un pourcentage autour de 50%, à quelques pourcent près, autrement dit lorsque le couple seuil d'activation est à moitié 30 entre le couple maximal atteignable avec le nombre de cylindres actifs actuel et le couple minimal atteignable avec un cylindre actif en plus. Dans le cas d'un fonctionnement avec deux cylindres, si la consigne de couple décroit encore on réalise de la même manière les tests ci-dessus et référencé globalement A 35 consistant à examiner s'il est opportun de passer en mode à un seul cylindre actif. Si la consigne de couple remonte on réalise de la même manière les tests ci-dessus et 3036737 8 référencé globalement B à la figure 1, consistant à examiner s'il est opportun de repasser à trois cylindres actifs. Ce procédé convient au pilotage d'un moteur à combustion comportant une pluralité de 5 cylindres de combustion en particulier un moteur équipant un véhicule automobile. Le moteur peut être un moteur à allumage commandé. Un module de commande électronique comprenant 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 décrit est également prévu pour piloter le moteur à 10 combustion. La stratégie proposée permet d'améliorer le suivi en temps réel du couple par le moteur lors de situations de vie à très fortes dynamiques qui peuvent être critique pour le moteur lui-même et les systèmes consommateurs tels que la boîte de vitesses ou les actionneurs 15 d'anti-patinage avec pour impact un mauvais ressenti par le client, voire un risque pour sa sécurité. Ainsi, cette stratégie apporte un gain dans le suivi de couple en permettant une dynamique élevée combinée à un potentiel de diminution de couple élevé. Elle apporte également un gain en termes de protection du moteur car la dégradation d'avances à l'allumage est moindre et comme l'injection est coupée sur un ou plusieurs cylindres, le 20 débit de gaz à l'échappement est plus faible, ce qui diminue la température des gaz à l'échappement. Sur un moteur à allumage commandé équipé d'un filtre à particules, cette stratégie permet d'améliorer sa régénération par un apport d'oxygène à l'échappement. Ces gains sont obtenus sans nécessiter de coût supplémentaire, car cette stratégie peut être mise en oeuvre par le contrôle moteur seul, sans besoin de capteur et/ou d'actionneur 25 supplémentaire. REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage de combustion d'un moteur à combustion comportant une pluralité de cylindres de combustion, le procédé comprenant l'étape consistant à diminuer le nombre de cylindres actifs (3,6) en cas de diminution de couple de consigne (1), caractérisé en ce qu'il comporte une étape de test de recouvrement (2,5) dans laquelle on évalue d'une part si un fonctionnement avec un cylindre actif en moins présente un couple maximal atteignable supérieur au couple minimal atteignable avec le nombre de cylindres actifs actuel et on évalue d'autre part si le couple de consigne est inférieur au couple maximal atteignable avec un cylindre actif en moins et dans l'affirmative de cette étape de recouvrement réduire le nombre de cylindres actifs (3,6). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte dans la négative de l'étape de test de recouvrement, une étape additionnelle consistant à évaluer si le couple de consigne est inférieur à un couple seuil (Cseuil) de désactivation compris entre le couple minimal atteignable avec le nombre de cylindres actifs actuel et le couple maximal atteignable avec un cylindre actif en moins (4,7) et réduire le nombre de cylindres actifs dans l'affirmative de ces évaluations. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le couple seuil (Cseuil) de désactivation est à moitié entre le couple minimal atteignable avec le nombre de cylindres actifs actuel et le couple maximal atteignable avec un cylindre actif en moins. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une autre étape de recouvrement (8) dans laquelle on évalue d'une part si un fonctionnement avec un cylindre actif en plus présente un couple minimal atteignable inférieur au couple maximal atteignable avec le nombre de cylindres actuel et d'autre part à évaluer si le couple de consigne est supérieur au couple maximal atteignable avec le nombre de cylindre actifs actuel et dans l'affirmative de cette autre étape de recouvrement augmenter le nombre de cylindres actifs (9). 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte dans la négative de l'autre étape de recouvrement (8), une étape additionnelle dans laquelle on évalue si le couple de consigne est supérieur à un couple seuil d'activation compris entre le couple maximal atteignable avec le nombre de cylindres actifs actuel et le couple minimal atteignable avec un cylindre actif en plus (10) et augmenter le nombre de cylindres actifs dans l'affirmative de ces évaluations. 3036737 10 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le couple seuil d'activation est à moitié entre le couple maximal atteignable avec le nombre de cylindres actifs actuel et le couple minimal atteignable avec un cylindre actif en plus. 7. Module de commande électronique caractérisé en ce qu'il comprend les moyens 5 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 quelconque des revendications 1 à 6. 8. Moteur à combustion comportant une pluralité de cylindres de combustion, caractérisé en ce qu'il est équipé d'un module de commande électronique selon la 10 revendication 7 pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 9. Moteur à combustion selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il s'agit d'un moteur à allumage commandé. 10. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur à combustion 15 selon la revendication 8 ou la revendication 9.