Brevet FR3063110A1 — publié le 20180824

PROCEDE DE COORDINATION DU PILOTAGE D'UNE PRESSION D'ADMISSION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A LEVEE DE SOUPAPES VARIABLE [0001] La présente invention porte sur un procédé de coordination du pilotage d'une pression d'admission d'un moteur à combustion interne à levée de soupapes variable. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles équipés d'un tel moteur. [0002] Les moteurs dits "classiques" ou sans levée variable de soupapes se distinguent par une gestion de la charge du moteur (ou du remplissage du moteur) utilisant la variation de pression dans le répartiteur d'admission. Cette variation de pression dans le répartiteur d'admission est gérée par la vanne papillon des gaz. Ce type de moteur se distingue également par une levée de soupapes fixe. [0003] Les moteurs dits à levée de soupapes variable se distinguent par une gestion de la charge du moteur (ou du remplissage du moteur) utilisant la variation de la levée de soupapes d'admission, et une gestion de la pression du répartiteur d'admission par la vanne papillon ayant pour objectif de maintenir un écart de pression donné entre la pression atmosphérique et la pression d'admission. [0004] La particularité d'un moteur à levée de soupapes variable à l'admission réside dans le fait qu'il peut fonctionner selon le point de fonctionnement régime-charge visé, soit en pilotant la charge (ou le remplissage du moteur) par la levée de soupapes d'admission dans une première zone de fonctionnement, soit en pilotant la charge (ou le remplissage du moteur) par la variation de la pression dans le répartiteur d'admission via la vanne papillon des gaz dans une deuxième zone de fonctionnement. Dans cette deuxième zone de fonctionnement, la variation de la levée de soupapes n'a pas ou peu d'impact sur la charge (ou le remplissage du moteur). [0005] Toutefois, l'une des problématiques de pilotage d'un moteur à levée de soupapes variable à l'admission est de pouvoir maîtriser et donc de piloter la charge (ou le remplissage du moteur) de façon transparente et continue du point de vue du conducteur, en fonction du point de fonctionnement régime-charge voulu. Cette maîtrise de la charge nécessite de pouvoir contrôler la pression dans le répartiteur d'admission lors de la 3063110 2 transition de la première zone de fonctionnement à la deuxième zone de fonctionnement, et inversement. [0006] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de coordination du pilotage d'une pression d'admission dans un répartiteur 5 d'admission appliqué à un moteur à combustion interne muni d'au moins une soupape à levée variable, caractérisé en ce que, - lors d'une transition entre une première zone de fonctionnement dans laquelle une charge du moteur à combustion interne est pilotée par une levée de soupapes, et une deuxième zone de fonctionnement dans laquelle la charge du moteur à combustion interne 10 est pilotée par une variation de pression dans le répartiteur d'admission via une vanne papillon, ou inversement, le procédé comprend: - une étape de détermination d'une première consigne de pression dans le répartiteur d'admission pour la première zone de fonctionnement, - une étape de détermination d'une deuxième consigne de pression dans le répartiteur 15 d'admission pour la deuxième zone de fonctionnement, - une étape de coordination de la première et de la deuxième consigne de pression dans le répartiteur d'admission pour obtenir une consigne de pression coordonnée, et - une étape de pilotage de la vanne papillon en fonction de la consigne de pression coordonnée précédemment obtenue. 20 [0007] L'invention permet ainsi, en contrôlant la pression d'admission en stabilisé et en transitoire de charge, de maîtriser de manière optimale la charge et donc le remplissage du moteur à combustion interne. On améliore ainsi l'agrément de conduite tout en limitant la consommation et les émissions de particules polluantes. [0008] Selon une mise en oeuvre, la première consigne de pression dans la première 25 zone de fonctionnement est déterminée à partir de la pression atmosphérique à laquelle est soustraite une valeur de pression calibrée dépendant d'un régime moteur et d'une consigne de remplissage. [0009] Selon une mise en oeuvre, la deuxième consigne de pression dans la deuxième zone de fonctionnement est déterminée notamment en fonction d'une consigne de 30 remplissage, d'une valeur de décalage à appliquer à la consigne de remplissage, et d'une consigne de pente de remplissage. 3063110 3 [0010] Selon une mise en oeuvre, la deuxième consigne de pression du répartiteur d'admission est définie à partir de la relation suivante: Padm_c_Z2 = (rempl_c + of fset_c)/ (pente_c x Z) avec: - Padm c Z2 étant une consigne de pression à l'admission dans la deuxième zone de 5 fonctionnement; - rempLc étant une consigne de remplissage; - of f set_c étant une valeur de décalage à appliquer à la consigne de remplissage; - pente_c étant une consigne de pente de remplissage; - Z étant un facteur pondérateur qui dépend de quatre entrées telles qu'un régime moteur, 10 une consigne de déphaseur d'admission, une consigne de déphaseur d'échappement, et une consigne de levée de soupapes maximale dans la première zone de fonctionnement. [0011] Selon une mise en oeuvre, les consignes de déphaseurs d'admission et d'échappement sont pilotées à partir de cartographies dépendantes d'un régime moteur et de la consigne de remplissage. 15 [0012] Selon une mise en oeuvre, l'étape de coordination de la première et de la deuxième consigne de pression dans le répartiteur d'admission consiste à sélectionner le maximum parmi ces deux consignes de pression pour obtenir la consigne de pression coordonnée. [0013] Selon une mise en oeuvre, pour piloter la vanne papillon, une consigne de surface 20 ouverte de la vanne papillon est déterminée à partir d'une équation de Barré Saint Venant. [0014] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de coordination du pilotage d'une pression d'admission dans un répartiteur d'admission appliqué à un moteur à combustion interne tel que précédemment défini. 25 [0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 3063110 4 [0016] La figure 1 représente une vue en coupe schématique partielle d'un moteur à combustion interne apte à mettre en oeuvre le procédé de coordination du pilotage de la pression d'admission du moteur à combustion interne selon la présente invention; [0017] La figure 2 est une représentation graphique représentant le remplissage en air 5 de la chambre de combustion du moteur à combustion interne en fonction de la levée de soupapes et mettant en évidence deux zones de pilotage de la levée de soupapes; [0018] La figure 3 est une représentation schématique des blocs fonctionnels permettant la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention; [0019] La figure 4 est un diagramme fonctionnel des différentes étapes du procédé selon 10 la présente invention. [0020] La figure 1 montre une vue en coupe schématique partielle d'un moteur à combustion interne 1 comportant une pluralité de cylindres 2 par exemple au nombre de trois ou quatre. [0021] Chaque cylindre 2 comporte un piston 3, une chambre de combustion 5, un 15 injecteur 6 de carburant, une bougie d'allumage 8 associée à un système 9 de réglage d'angle d'avance à l'allumage, au moins une soupape d'admission 11, au moins une soupape d'échappement 12. La chambre de combustion 5 est ainsi définie dans le cylindre 2 entre la face inférieure d'une culasse 13 et la face supérieure du piston 3. [0022] La bougie d'allumage 8 liée à la culasse 13 est dotée d'électrodes qui produisent 20 une étincelle dans la chambre de combustion 5 lorsque le piston 3 est au voisinage de son point mort haut. Les soupapes d'admission 11 et d'échappement 12 sont montées mobiles dans la culasse 13 et sont disposées de part et d'autre d'un plan axial médian P du cylindre 2 de manière à définir un côté admission et un côté échappement. [0023] Les soupapes d'admission 11 sont déplacées par un premier arbre à cames 171 25 de manière à mettre la chambre de combustion 5, à un instant choisi précédant la compression, en communication avec un conduit d'admission 18 relié à un répartiteur d'admission 19. Une vanne 20, sous forme d'un papillon, assure la gestion du débit d'air issu du répartiteur 19 introduit dans le cylindre 2. [0024] De façon analogue, les soupapes d'échappement 12 sont déplacées par un 30 deuxième arbre à cames 172 de manière à mettre la chambre de combustion 5 à un 3063110 5 instant choisi postérieur à la combustion, en communication avec un conduit d'échappement 23. [0025] La position relative de chaque arbre à cames 171, 172 par rapport au vilebrequin du moteur 1 (non représenté) peut être modifiée respectivement au moyen d'un premier 5 déphaseur 211 dit d'admission et d'un deuxième déphaseur 212 dit d'échappement. Chaque déphaseur 211, 212 pourra être commandé hydrauliquement ou électriquement. Les déphaseurs 211, 212 permettent, suivant les conditions de fonctionnement, d'avancer ou de retarder l'ouverture et/ou la fermeture des soupapes d'admission 11 et d'échappement 12 par rapport à un mode de fonctionnement de référence. 10 [0026] Un calculateur moteur 33 assure la commande des différents éléments de l'architecture du moteur 1 en fonction notamment de données issues de différents capteurs implantés dans le système. Ce calculateur 33 comporte à cet effet une mémoire 331 stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de coordination du pilotage de la pression d'admission dans le répartiteur d'admission 19 lors d'une 15 transition entre une première zone de fonctionnement Z1 dans laquelle une charge du moteur 1 est pilotée par une levée de soupapes L c, et une deuxième zone de fonctionnement Z2 dans laquelle la charge du moteur 1 est pilotée par une variation de pression dans le répartiteur d'admission 19 via la vanne papillon 20, ou inversement (cf. figure 2). 20 [0027] Suivant ce procédé dont les étapes sont représentées à la figure 4, le calculateur moteur 33 détermine dans une étape 101 une première consigne de pression Padm c Z1 dans le répartiteur d'admission 19 pour la première zone de fonctionnement Z1, ainsi qu'une deuxième consigne de pression Padm ç Z2 dans le répartiteur d'admission 19 pour la deuxième zone de fonctionnement Z2, dans une étape 102. Le calculateur moteur 33 25 coordonne, dans une étape 103, la première et la deuxième consigne de pression Padm c Z1, Padm c Z2 dans le répartiteur d'admission 19 pour obtenir une consigne de pression coordonnée Padm_c. Le calculateur moteur 33 pilote ensuite, dans une étape 104, la vanne papillon 20 en fonction de la consigne de pression coordonnée Padm_c précédemment définie. 30 [0028] Plus précisément, dans la première zone de fonctionnement Z1, la gestion de la pression à l'admission par la vanne papillon 20 a pour objectif de maintenir un écart de pression entre la pression atmosphérique Patmo et la pression d'admission Padm c Z1 de "x" millibars dans le répartiteur d'admission 19 calibrable par une cartographie dépendante 3063110 6 d'un régime moteur r et d'une consigne de remplissage rempl c issue du bloc 36, comme cela est représenté sur la figure 3. Généralement, cet écart x de pression est proche de 50 millibars afin de minimiser les pertes par pompage. [0029] Ainsi, pour la première zone de fonctionnement Z1, la consigne de pression 5 Padm c Z1 du répartiteur admission 19 à respecter, déterminée par le module 37, vaut: Padm c Z1= Patmo - x [0030] Pour déterminer la consigne de pression Padm c Z2 de la deuxième zone de fonctionnement Z2, on se place dans le cas d'un moteur dit "classique" ou sans levée variable de soupapes. La gestion de la charge du moteur 1 (ou du remplissage rempl du 10 moteur 1) est alors réalisée en utilisant la variation de pression dans le répartiteur d'admission 19. Cette variation de pression dans le répartiteur d'admission 19 est gérée par la vanne papillon 20. [0031] Ainsi, dans la deuxième zone de fonctionnement Z2, la consigne de pression Padm c Z2 du répartiteur d'admission 19 est obtenue via le module 38, en inversant le 15 modèle de remplissage pour un moteur 1 à levée de soupapes variable dont le détail est fourni dans la demande de brevet français publiée sous le numéro FR2942503A1. On obtient alors la relation suivante: rempl_c = Padm_c_Z2 x pente_c x Z- of fset_c avec: 20 - rempl_c étant une consigne de remplissage, soit rempl_c = Ma_c / Mref avec Ma_c étant une consigne de masse d'air frais dans un cylindre (connue via la consigne de couple C cons et donc la position de la pédale 34 demandée par le conducteur), et Mref étant une masse d'air de référence sous une pression de 101300Pa et une température de 273K; 25 - offset_c étant une valeur de décalage à appliquer à la consigne de remplissage qui est fonction des consignes des déphaseurs d'admission et d'échappement, et de la consigne de levée de soupapes; - Padm_c_Z2 étant une consigne de pression à l'admission dans la deuxième zone de fonctionnement Z2; 30 - pente_c étant une consigne de pente de remplissage qui est fonction de la consigne de déphaseurs d'admission; 3063110 7 - Z étant un facteur pondérateur dépendant de quatre entrées telles qu'un régime moteur r, une consigne du déphaseur d'admission 211, une consigne du déphaseur d'échappement 212, et une consigne de levée de soupapes maximale dans la première zone de fonctionnement Z1. Ce facteur Z est obtenu de préférence à partir d'un réseau de 5 neurones artificiels. [0032] La consigne de levée de soupapes maximale de la première zone de fonctionnement Z1 est définie, fonctionnellement, de façon à avoir le maximum de remplissage du moteur 1 pour un régime spécifique, un écart de pression x spécifique, par exemple de l'ordre de 50 millibars, et pour des positions de déphaseurs d'admission 211 et 10 de déphaseurs d'échappement 212 optimum visées. [0033] Ainsi, la consigne de levée de soupapes maximale de la première zone de fonctionnement Z1 est définie par une cartographie à deux entrées telles que le régime moteur r et la position du déphaseur d'admission 211. La consigne de position filtrée du déphaseur d'admission 211 est privilégiée en entrée de la cartographie. 15 [0034] On note que les consignes de déphaseur d'admission 211 et d'échappement 212 sont pilotées à partir de cartographies gérées par le bloc 40 qui dépendent du régime moteur r et de la consigne de remplissage rempl_c. [0035] Ainsi, pour la deuxième zone de fonctionnement Z2, la consigne de pression Padm_c_Z2 du répartiteur d'admission 19 est donc définie de la manière suivante : Padm_c_Z2 = (rempl_c + of fset_c)/ (pente_c x Z) 20 [0036] Une fois les deux consignes de pression Padm c Z1 et Padm c Z2 trouvées, il est nécessaire de les coordonner au cours de l'étape 103 avant de piloter la vanne papillon 20. A cet effet, la coordination de pression est effectuée en sélectionnant, au moyen du module 39, le maximum des deux pressions Padm c Z1 et Padm c Z2. Ainsi, une fois que la consigne de pression coordonnée Padm c et la consigne de remplissage rempl c 25 émanant de la volonté du conducteur sont connues, il est possible de piloter la vanne papillon 20 lors de l'étape 104. Le pilotage de la vanne papillon 20 est effectué par le biais d'une consigne de surface ouverte S de la vanne papillon 20, en utilisant l'équation de Barré Saint Venant implémentée dans le bloc 42 établissant une relation entre la surface S de la vanne papillon 20 et le débit massique q, la consigne de pression coordonnée 30 Padm c, une pression Pus en amont de la vanne papillon 20, et une température Tus en amont de la vanne papillon 20. 3063110 8 [0037] Il est à noter que le débit massique q est déterminé à partir de la consigne de remplissage rempl c par le bloc 41. Cette consigne de remplissage rempl c est issue du bloc 36 qui utilise en entrée la consigne de couple C cons générée par le bloc 35 à partir de la volonté d'accélération du conducteur correspondant à un enfoncement de la pédale 5 34. REVENDICATIONS: 1. Procédé de coordination du pilotage d'une pression d'admission dans un répartiteur d'admission (19) appliqué à un moteur à combustion interne (1) muni d'au moins une soupape à levée variable (11, 12), caractérisé en ce que, - lors d'une transition entre une première zone de fonctionnement (Z1) dans laquelle une charge dudit moteur à combustion interne (1) est pilotée par une levée de soupapes (L c), et une deuxième zone de fonctionnement (Z2) dans laquelle ladite charge dudit moteur à combustion interne (1) est pilotée par une variation de pression dans ledit répartiteur d'admission (19) via une vanne papillon (20), ou inversement, ledit procédé comprend: - une étape (101) de détermination d'une première consigne de pression (Padm c Z1) dans ledit répartiteur d'admission (19) pour ladite première zone de fonctionnement (Z1), - une étape (102) de détermination d'une deuxième consigne de pression (Padm c Z2) dans ledit répartiteur d'admission (19) pour ladite deuxième zone de fonctionnement (Z2), - une étape (103) de coordination de ladite première et de ladite deuxième consigne de pression (Padm c Z1, Padm c Z2) dans ledit répartiteur d'admission (19) pour obtenir une consigne de pression coordonnée (Padm_c), et - une étape (104) de pilotage de ladite vanne papillon (20) en fonction de ladite consigne de pression coordonnée (Padm c) précédemment obtenue. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première consigne de pression (Padm c Z1) dans ladite première zone de fonctionnement (Z1) est déterminée à partir de la pression atmosphérique à laquelle est soustraite une valeur de pression calibrée dépendant d'un régime moteur (r) et d'une consigne de remplissage (rempl c). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite deuxième consigne de pression (Padm c Z2) dans ladite deuxième zone de fonctionnement (Z2) est déterminée notamment en fonction d'une consigne de remplissage (rempl_c), d'une valeur de décalage à appliquer à la consigne de remplissage (rempl_c), et d'une consigne de pente de remplissage. 3063110 10 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite deuxième consigne de pression (Padm c Z2) dudit répartiteur d'admission (19) est définie à partir de la relation suivante: Padm_c_Z2 = (rempl_c + of fset_c)/ (pente_c x Z) avec: 5 - Padm c Z2 étant une consigne de pression à l'admission dans la deuxième zone de fonctionnement (Z2); rempl_c étant une consigne de remplissage; offset_c étant une valeur de décalage à appliquer à la consigne de remplissage; pente_c étant une consigne de pente de remplissage; 10 Z étant un facteur pondérateur qui dépend de quatre entrées telles qu'un régime moteur (r), une consigne de déphaseur d'admission (211), une consigne de déphaseur d'échappement (212), et une consigne de levée de soupapes maximale dans la première zone de fonctionnement (Z1). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites consignes de 15 déphaseurs d'admission (211) et d'échappement (212) sont pilotées à partir de cartographies dépendantes d'un régime moteur (r) et de ladite consigne de remplissage (rempl_c). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape (103) de coordination de ladite première et de ladite deuxième consigne de 20 pression (Padm c Z1, Padm c Z2) dans ledit répartiteur d'admission (19) consiste à sélectionner le maximum parmi ces deux consignes de pression (Padm c Z1, Padm c Z2) pour obtenir ladite consigne de pression coordonnée (Padm c). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour piloter ladite vanne papillon (20), une consigne de surface ouverte (S) de ladite 25 vanne papillon (20) est déterminée à partir d'une équation de Barré Saint Venant. 8. Calculateur moteur (33) comportant une mémoire (331) stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de coordination du pilotage d'une pression d'admission dans un répartiteur d'admission (19) appliqué à un moteur à combustion interne (1) tel que défini selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes.