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Title:
INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH VARIABLE COMPRESSION RATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/048949
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method of adjusting a control cartography of a mobile actuator (2) such as to vary the compression rate of at least one combustion chamber of an internal combustion engine (1). The inventive method comprises the following steps consisting in: receiving a compression rate set value, generating a position set value for the actuator as a function of pre-stored relations between compression rate set values and position set values of the actuator, determining the real compression rate of the combustion chamber obtained after the position set value of the actuator has been generated, and updating the stored relations as a function of the determined real compression rate.

Inventors:
DEVAUD, Emmanuel (13 rue du Maine, Clamart, F-92140, FR)
EMERY, Pascal (42 rue Kilford, Courbevoie, F-92400, FR)
Application Number:
FR2006/050984
Publication Date:
May 03, 2007
Filing Date:
October 03, 2006
Export Citation:
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Assignee:
RENAULT S.A.S (13-15 Quai Le Gallo, Boulogne Billancourt, F-92100, FR)
DEVAUD, Emmanuel (13 rue du Maine, Clamart, F-92140, FR)
EMERY, Pascal (42 rue Kilford, Courbevoie, F-92400, FR)
International Classes:
F02D35/02; F02D15/02
Foreign References:
FR2854436A12004-11-05
EP1529940A22005-05-11
US6871617B12005-03-29
DE10261446A12004-07-08
DE102004039047A12005-03-24
US4834031A1989-05-30
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 217 (M - 828) 22 May 1989 (1989-05-22)
Attorney, Agent or Firm:
CAPRE, Didier (RENAULT TECHNOCENTRE, Sce 00267 TCR GRA 2 36 1 avenue du Golf, Guyancourt, F-78288, FR)
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Claims:

REVENDICATIONS

1. Procédé de réglage d'une cartographie de commande d'un actionneur mobile (2) de façon à faire varier le taux de compression d'au moins une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne (1), comprenant les étapes suivantes :

-recevoir une consigne de taux de compression ; -générer une consigne de position de l' actionneur en fonction de relations mémorisées au préalable entre consignes de taux de compression et consignes de positions de l' actionneur ;

-déterminer le taux de compression réel de la chambre de combustion obtenu suite à ladite génération de la consigne de position de l' actionneur ;

-mettre à jour les relations mémorisées en fonction du taux de compression réel déterminé.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le taux de compression réel de la chambre de combustion est déterminé à partir de mesures de pression dans la chambre de combustion.

3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel : -le moteur (1) est du type à quatre temps ;

-on mesure la pression maximale Pmax sur un cycle moteur, on mesure la pression moyenne Pmoy durant une période où les soupapes ferment la chambre de combustion ; -on détermine le taux de compression réel Ter par l'une des formules suivantes :

Tcr= A* (Pmax/Pmoy) 2 +B (Pmax/Pmoy) +C, ou

Tcr= [ (B*Pmax/Pmoy) / (A-C*Pmax/Pmoy) ] 1/γ , A, B et C étant des constantes prédéterminées et γ étant le rapport des capacités calorifiques à pression et à volume constants.

4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel : -le moteur (1) est du type à quatre temps;

-on mesure la pression maximale Pmax et la pression minimale Pmin sur un cycle moteur ;

-on détermine le taux de compression réel Ter par la formule suivante :

Tcr= (Pmax/Pmin) 1/γ , γ étant le rapport des capacités calorifiques à pression et à volume constants.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la position réelle de l'actionneur (2) est déterminée suite à ladite génération de la consigne de position de l'actionneur, et dans lequel la mise à jour des relations mémorisées est également effectuée en fonction de la position réelle de l'actionneur déterminée.

6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la position réelle de l'actionneur est déterminée par un capteur (8) de position de l'actionneur.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les relations mémorisées comprennent des couples associant chacun une

valeur discrète de consigne de taux de compression et une valeur discrète de consigne de position de l' actionneur .

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les valeurs de taux de compression mémorisées dans les couples s'échelonnent entre une valeur maximale et une valeur minimale de taux de compression.

9. Procédé selon les revendications 5 et 8, dans lequel la mise à jour comprend le remplacement de la consigne de position de l' actionneur par la position réelle déterminée dans le couple incluant la consigne de taux de compression la plus proche du taux de compression réel déterminé.

10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la mise à jour n'est effectuée que si la différence entre le taux de compression réel déterminé et la consigne de taux de compression la plus proche est inférieure à un seuil prédéterminé.

11. Procédé selon les revendications 5 et 8, dans lequel on détermine une fonction polynomiale de la position de l' actionneur en fonction du taux de compression par interpolation des couples mémorisés et du couple réel déterminé, puis dans lequel la mise à jour comprend le calcul de consignes de position de l' actionneur en appliquant la fonction polynomiale déterminée aux consignes de taux de compression mémorisées et la mémorisation des nouvelles consignes de position dans les couples correspondants.

12. Procédé selon les revendications 5 et 8, dans lequel la mise à jour comprend le remplacement de la consigne de taux de compression de l'actionneur par le taux de compression réel déterminé dans le couple incluant la consigne de position de l'actionneur la plus proche de la position réelle de l'actionneur déterminée.

13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la mise à jour n'est effectuée que si la différence entre la position réelle déterminée et la consigne de position de l'actionneur la plus proche est inférieure à un seuil prédéterminé .

14. Procédé selon les revendications 5 et 8, dans lequel on détermine une fonction polynomiale du taux de compression en fonction de la position de l'actionneur par interpolation des couples mémorisés et du couple réel déterminé, puis dans lequel la mise à jour comprend le calcul de consignes de taux de compression en appliquant la fonction polynomiale déterminée aux consignes de position de l'actionneur et la mémorisation des nouvelles consignes de taux de compression dans les couples associés .

15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes mis en œuvre lorsque des conditions de fonctionnement spécifiques du moteur sont remplies, lesdites conditions étant choisies dans le groupe comprenant : une rotation du moteur en absence de combustion, une rotation du moteur au ralenti, une

position de l'actionneur constante pendant une durée prédéterminée, une vitesse de rotation du moteur comprise dans une plage de valeurs prédéterminée pendant une durée prédéterminée en fonctionnement normal.

16. Procédé de réglage d'une cartographie de commande de plusieurs actionneurs mobiles de façon à faire varier le taux de compression de chambres de combustion respectives, dans lequel le procédé de réglage selon l'une quelconque des revendications précédentes est appliqué indépendamment pour chacun des actionneurs.

17. Moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce qu'il comprend : -une chambre de combustion ;

-un actionneur (2) mobile de façon à faire varier le taux de compression de la chambre de combustion ; -un dispositif (9) de détermination du taux de compression réel de la chambre de combustion ; -une cartographie de commande de l'actionneur mobile, apte à recevoir une consigne de taux de compression, mémorisant des relations entre consignes de taux de compression et consignes de positions de l'actionneur, appliquant une consigne de position sur l'actionneur en fonction d'une consigne de taux de compression reçue, apte à mettre à jour lesdites relations en fonction du taux de compression réel déterminé .

18. Moteur à combustion interne selon la revendication 17, comprenant un dispositif de

détermination de la position réelle de l'actionneur et dans lequel la cartographie de commande est apte à mettre à jour lesdites relations en fonction également de la position réelle de l'actionneur.

Description:

MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A TAUX DE COMPRESSION

VARIABLE

L'invention concerne les moteurs à combustion interne, et en particulier les moteurs à combustion interne munis d'un dispositif destiné à faire varier leur taux de compression.

Les normes antipollution définissent des exigences de plus en plus contraignantes concernant les émissions polluantes des moteurs des véhicules automobiles. De nombreux compromis dans la conception du moteur sont nécessaires pour respecter ces normes tout en garantissant des niveaux de consommation et de performances satisfaisants. Des moteurs muni d'un dispositif de variation du taux de compression appelé VCR par la suite, ont été développés notamment afin d'obtenir des gains en consommation ou en émissions polluantes.

Le dispositif VCR est usuellement utilisé de la façon suivante :

Pour un moteur essence comme pour un moteur diesel, le taux de compression est réduit à forte charge et accru à faible charge. Pour un moteur essence, les performances sont ainsi améliorées et le cliquetis est évité à forte charge, alors que le rendement est optimisé à faible charge. Pour un moteur diesel, la puissance spécifique est améliorée et l'émission de NOx est réduite à forte charge et les émissions de HC, de CO et de CH 4 sont réduites à faible charge.

Des dispositifs VCR de différents types ont été développés. Ces dispositifs comprennent un actionneur mobile dont la variation de position permet de modifier le taux de compression d'un ou plusieurs cylindres. Des développements proposent un piston à géométrie variable modifiant le volume de la chambre de combustion pour une position donnée du vilebrequin. D'autres développements proposent une culasse à position variable afin de modifier le volume de la chambre de combustion. D'autres développements proposent de modifier la cinématique du piston ou de régler une excentrique sur le vilebrequin. D'autres développements proposent de faire varier le volume d'une seconde chambre de combustion.

Les moteurs, et en particulier ceux munis d'un dispositif VCR, souffrent inéluctablement de dispersions dans la géométrie et la cinématique de leurs composants. Ces dispersions conduisent à des dispersions des taux de compression qui peuvent présenter une amplitude non négligeable et influer négativement sur la consommation, le rendement et les émissions polluantes. En outre, les actionneurs des dispositifs VCR peuvent faire l'objet d'un dimensionnement inadapté par rapport à ces dispersions .

Le brevet US-4 834 031 propose de mesurer un taux de compression en utilisant notamment un capteur de pression de combustion. Un circuit d'huile commandé par l'ouverture de valves permet de modifier le taux de compression en faisant pivoter un actionneur sous forme de support de bielle excentrique, soit dans une position induisant un taux de compression élevé, soit dans une

position induisant un taux de compression réduit. Une commande ouvre ou ferme des valves d'un circuit d'huile en fonction du taux de compression recherché. La mesure du taux de compression pouvant être défaillante, la vitesse de rotation du moteur et la pression d'admission dans un cylindre sont mesurées pour détecter une défaillance du capteur de pression. Lorsqu'une telle défaillance est détectée, le dispositif VCR passe en mode de sécurité dans lequel le taux de compression réduit est imposé afin d'éviter une détérioration du moteur.

Aucun des dispositifs VCR connus ne permet de maintenir précisément le taux de compression à une valeur de consigne et de prendre en compte les dispersions et usures du moteur. L'invention vise à résoudre ces inconvénients.

L'invention propose ainsi un procédé de réglage d'une cartographie de commande d'un actionneur mobile de façon à faire varier le taux de compression d'au moins une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, comprenant les étapes suivantes :

-recevoir une consigne de taux de compression ; -générer une consigne de position de l' actionneur en fonction de relations mémorisées au préalable entre consignes de taux de compression et consignes de positions de l' actionneur ;

-déterminer le taux de compression réel de la chambre de combustion obtenu suite à ladite génération de la consigne de position de l' actionneur ;

-mettre à jour les relations mémorisées en fonction du taux de compression réel déterminé.

L'invention concerne également un moteur à combustion interne, comprenant:

-une chambre de combustion ;

-un actionneur mobile de façon à faire varier le taux de compression de la chambre de combustion ; -un dispositif de détermination du taux de compression réel de la chambre de combustion ;

-un dispositif de détermination de la position réelle de l' actionneur ;

-une cartographie de commande de l' actionneur mobile, apte à recevoir une consigne de taux de compression, mémorisant des relations entre consignes de taux de compression et consignes de positions de l' actionneur, appliquant une consigne de position sur l' actionneur en fonction d'une consigne de taux de compression reçue, apte à mettre à jour lesdites relations en fonction du taux de compression réel déterminé.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit en liaison avec les dessins annexés fournis à titre simplement d'exemples et dans lesquels :

-la figure 1 illustre une vue en coupe schématique d'un moteur à combustion mettant en œuvre l'invention ;

-la figure 2 illustre schématiquement le procédé mis en œuvre dans un exemple d'application de l'invention ;

-la figure 3 illustre un exemple d'algorithme de mise en œuvre du procédé durant le fonctionnement d'un moteur.

L'invention propose de régler une cartographie de commande d'un actionneur dont la mobilité influence le taux de compression d'une chambre de combustion. La cartographie reçoit une consigne de taux de compression et génère une consigne de position de l' actionneur en fonction de relations mémorisées au préalable. En déterminant le taux de compression réel dans la chambre de combustion résultant de la consigne de position de 1' actionneur, on peut mettre à jour les relations mémorisées . Ainsi, les relations entre la consigne de position de l' actionneur et la consigne de taux de compression prend en compte le fonctionnement réel du moteur, ce qui réduit l'incidence des dispersions de fabrication ou de l'évolution temporelle du moteur sur la précision du contrôle du taux de compression dans la chambre de combustion.

La figure 1 illustre une vue en coupe schématique d'un moteur à combustion interne 1 au niveau de sa chambre de combustion. Le moteur 1 comprend un dispositif de variation de taux de compression. L'exemple illustré concerne une variante dans laquelle on modifie la cinématique des pièces mobiles pour influer sur le taux de compression. Le moteur illustré comprend un actionneur 2 sur lequel une bielle 3 est montée en rotation par tout

moyen adéquat. I/ actionneur 2 présente une surface de guidage de la bielle 3 sensiblement cylindrique. L'axe de ce cylindre définit sensiblement l'axe de rotation de la tête de bielle autour de l' actionneur 2. Cet axe est décalé par rapport à l'axe du maneton 11 sur lequel 1' actionneur 2 est monté. L' actionneur 2 est monté de façon à pouvoir pivoter par rapport au maneton 11 autour de l'axe de ce maneton. L' actionneur peut être maintenu dans différentes positions de pivotement par rapport au maneton 11. Pour chaque pivotement de l' actionneur 2 par rapport au maneton 11, correspond une valeur d'entraxe entre l'axe de rotation 4 du vilebrequin et l'axe de rotation de la tête de bielle. Chacune de ces positions de l' actionneur 2 définit ainsi une valeur de la course du piston 5 dans le cylindre 6 et par conséquent un taux de compression de la chambre de combustion.

Le dispositif de variation de taux de compression comprend également un module de gestion électronique 9. Le module de gestion électronique comprend une interface de réception ou de calcul d'une consigne de taux de compression. Le module 9 mémorise au préalable des relations entre des consignes de taux de compression et des consignes de position de l' actionneur 2. Ces relations peuvent par exemple se présenter sous la forme d'une fonction de calcul d'une consigne de position de 1' actionneur en fonction d'une consigne de taux de compression ou sous la forme d'une table comprenant des couples de valeurs discrètes, chaque couple associant une consigne de taux de compression à une consigne de position de l' actionneur 2. Les valeurs de taux de

compression mémorisées dans les couples comprennent avantageusement des valeurs s' échelonnant entre une valeur maximale et une valeur minimale de taux de compression, des variations précises du taux de compression pouvant ainsi être commandées sur la majeure partie de la plage de fonctionnement du moteur. Le module 9 génère à partir de ces relations une consigne de position de l'actionneur 2 en fonction d'une consigne de taux de compression. Le module 9 applique la consigne de position générée sur l'actionneur 2, par exemple par l'intermédiaire d'un circuit de pilotage non illustré. L'actionneur est par exemple asservi à cette consigne de position.

Le moteur 1 dispose d'un capteur de pression 7, à partir duquel il effectue des mesures de pression dans la chambre de combustion. Ce capteur 7 est par exemple fixé à la culasse 10. Avantageusement, le moteur 1 dispose d'un capteur 8 de la position de l'actionneur 2, réalisé de toute manière adéquate. Les mesures fournies par les capteurs 7 et 8 sont fournies au module 9. Le module 9 détermine un taux de compression réel obtenu dans la chambre de combustion, suite à la génération de la consigne de position de l'actionneur. Le module 9 met ensuite à jour les relations mémorisées en fonction du taux de compression réel déterminé. Dans l'hypothèse où la position réelle de l'actionneur est déterminée, suite à la génération de la consigne de position, cette position réelle est également prise en compte dans la mise à jour des relations mémorisées. La mise à jour des relations mémorisées est ainsi effectuée plus

précisément, du fait de la réduction de l'incertitude sur la position de l' actionneur .

Un tel procédé est illustré schématiquement à la figure 2. Une cartographie de commande 21 reçoit une consigne de taux de compression CTc. En utilisant les relations mémorisées au préalable, la cartographie 21 génère une consigne de position d' actionneur CPa, appliquée sur l' actionneur 22. La position de 1' actionneur 22 est modifiée jusqu'à une position réelle RPa, mesurée par le capteur de position 24. Le capteur de position 24 renvoie la valeur de position mesurée MPa à la cartographie 21. Pour cette position réelle RPa de l' actionneur, le moteur 23 fonctionne avec un taux de compression réel RTc, déterminé par un dispositif 25. Le dispositif 25 établit un taux de compression mesuré MTc et le fournit à la cartographie 21.

Pour un moteur à quatre temps, le taux de compression réel peut être déterminé par le calcul sur la base de différentes mesures de pression fournies par le capteur 7. En mesurant la pression maximale Pmax sur un cycle moteur et la pression moyenne Pmoy durant une période où les soupapes ferment la chambre de combustion les formules suivantes peuvent être utilisées pour calculer un taux de compression réel Ter : Tcr= A* (Pmax/Pmoy) 2 +B (Pmax/Pmoy) +C, ou Tcr= [ (B*Pmax/Pmoy) / (A-C*Pmax/Pmoy) ] 1/γ , A, B et C étant des constantes prédéterminées et γ étant le rapport des capacités calorifiques à pression et à volume constants.

En mesurant la pression maximale Pmax et la pression minimale Pmin sur un cycle moteur, la formule suivante peut être utilisée pour déterminer le taux de compression réel Ter : Tcr= (Pmax/Pmin) 1/y^

Différents modes de mise à jour des relations mémorisées peuvent être mis en œuvre.

On peut notamment prévoir de remplacer une consigne de position de l'actionneur par la position réelle déterminée, dans un couple incluant la consigne de taux de compression la plus proche du taux de compression réel déterminé. On peut ainsi ne modifier que les consignes de position associées à des incréments du taux de compression. On peut aussi envisager que la mise à jour ne soit effectuée que si la différence entre le taux de compression réel déterminé et la consigne de taux de compression la plus proche est inférieure à un seuil prédéterminé. On peut également envisager que la consigne de position mémorisée soit remplacée par une consigne pondérée : cette consigne pondérée prend par exemple en compte la position réelle déterminée et la consigne de position mémorisée selon des pondérations prédéfinies pour générer la consigne pondérée. On peut prévoir de déterminer une fonction polynomiale de la position de l'actionneur en fonction du taux de compression en interpolant des couples mémorisés et le couple réel déterminé. L'ordre du polynôme est par exemple fixé au préalable et les interpolations permettent de déduire les coefficients du polynôme. La

mise à jour des relations comprend alors le calcul des consignes de position de l'actionneur en appliquant la fonction polynomiale déterminée aux consignes de taux de compression mémorisées. Les nouvelles consignes de position alors obtenues sont mémorisées dans les couples correspondants .

Bien qu'on ait décrit différentes mises à jour par modification de consignes de position associées à des consignes de taux de compression prédéterminées, on pourrait également effectuer des mises à jour similaires en modifiant des consignes de taux de compression associées à des consignes de position prédéterminées.

L'algorithme de la figure 3 représente la mise en œuvre du procédé de réglage durant le fonctionnement du moteur à combustion interne. Après une étape 31 de début, on vérifie à l'étape 32 si le moteur est dans des conditions de fonctionnement spécifiques, dans lesquelles on procède au réglage de la cartographie de commande. Si tel n'est pas le cas, on répète l'étape 32. Si tel est le cas, le taux de compression réel et éventuellement la position réelle de l'actionneur sont déterminés à l'étape 33. Durant l'étape 34, on effectue la mise à jour des relations mémorisées dans la cartographie en fonction des valeurs réelles déterminées à l'étape 33. Durant l'étape 35, on teste si des conditions de fin de réglage sont remplies. Si tel n'est pas le cas, on reboucle sur l'étape 32. Si tel est le cas, le procédé se termine à l'étape 36.

Les conditions de fonctionnement prédéfinies du moteur prises en compte à l'étape 32 peuvent être les suivantes :

-le moteur tourne en absence de combustion, par exemple du fait d'un entraînement par un démarreur ;

-le moteur tourne au ralenti ou l'utilisateur n'enfonce pas du tout la pédale d'accélérateur ;

-1' actionneur est maintenu dans une position sensiblement constante pendant au moins une période prédéterminée ;

-la vitesse de rotation du moteur est comprise dans une plage de valeurs prédéterminées pendant au moins une période prédéterminée.

Ces différents paramètres seront adaptés par l'homme de métier en fonction de besoins spécifiques à chaque moteur.

Les conditions de fin de réglage correspondent par exemple à l'arrêt du moteur.

Afin de mieux tenir compte des dispersions et différences de fonctionnement dans chaque chambre de combustion, le moteur comprend avantageusement plusieurs actionneurs, chacun d'entre eux pouvant faire varier le taux de compression d'une chambre de combustion respective. Le procédé de réglage de la cartographie est alors effectué indépendamment pour chacun des actionneurs, la cartographie pouvant ainsi commander le taux de compression de chaque chambre de combustion avec une grande précision.

L'homme de métier du métier déterminera bien entendu les solutions de mesure de taux de compression et de position d'actionneur les plus adéquates pour chaque solution de variation de taux de compression retenue.