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Title:
INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH VARIABLE COMPRESSION RATE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/048959
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method of controlling 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 reference position set value for the actuator, determining the real compression rate of the combustion chamber obtained for the compression rate set value, generating a corrected position set value for the actuator as a function of the determined real compression rate and the reference position set value, and applying the corrected position set value to the actuator (2). The invention is characterised in that the step consisting in generating the reference position set value of the actuator is performed as a function of the pre-stored relations between compression rate set values and position set values of the actuator.

Inventors:
DEVAUD, Emmanuel (13 rue du Maine, Clamart, F-92140, FR)
EMERY, Pascal (42 rue Kilford, Courbevoie, F-92400, FR)
Application Number:
FR2006/051068
Publication Date:
May 03, 2007
Filing Date:
October 19, 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
US4834031A1989-05-30
EP1529940A22005-05-11
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 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 référence de 1' actionneur ;

- déterminer le taux de compression réel de la chambre de combustion obtenu pour ladite consigne de taux de compression ;

- générer une consigne de position corrigée de 1' actionneur en fonction du taux de compression réel déterminé et de la consigne de position de référence ; - appliquer la consigne de position corrigée sur

1' actionneur (2), caractérisé en ce que l'étape de génération de la consigne de position de référence de l' actionneur est réalisée en fonction de relations mémorisées au préalable entre consignes de taux de compression et consignes de positions de l' actionneur .

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la correction comprend :

- la détermination de la différence entre la consigne de taux de compression et le taux de compression réel déterminé ;

- le calcul d'une valeur de correction en fonction de relations prédéfinies entre différences déterminées et valeurs de correction ;

- générer la consigne de position corrigée en sommant la valeur de correction calculée et la consigne de position de référence de l' actionneur .

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, 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.

4. Procédé selon la revendication 3, 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 .

5. Procédé selon la revendication 3, 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/Y , γ étant le rapport des capacités calorifiques à pression et à volume constants. 6. 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 référence de 1' actionneur . 7. Procédé selon la revendication 6, 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.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes mis en œuvre lorsque des conditions de fonctionnement spécifiques du moteur (1) 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.

9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel, si lesdites conditions de fonctionnement spécifiques du moteur ne sont pas remplies, l'introduction de carburant est interrompue pendant un cycle dans la chambre de combustion et le taux de compression réel de la chambre de combustion est déterminé durant cette interruption. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une consigne de position corrigée est mise à jour épisodiquement, la dernière consigne de position corrigée mise à jour étant appliquée sur l' actionneur (2) entre deux mises à jour. 11. Procédé 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 commande selon l'une quelconque des revendications précédentes est appliqué indépendamment pour chacun des actionneurs. 12. Moteur à combustion interne (1) comprenant :

- une chambre de combustion ;

- un actionneur mobile (2) 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 dispositif (9) de commande de l' actionneur mobile, apte à recevoir une consigne de taux de compression, le dispositif (9) de commande de 1' actionneur mobile corrigeant la consigne de position de référence en fonction du taux de compression réel déterminé et appliquant ladite consigne de position corrigée sur l' actionneur, caractérisé en ce que le dispositif (9) de commande de l' actionneur mobile comprend un module où sont mémorisées des relations entre des consignes de taux de compression et des consignes de positions de référence de

1' 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 internes 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.

Les 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 piston. 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.

Le document FR-2 854 436 décrit un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne à rapport de compression variable.

Aucun des dispositifs VCR connus ne permet de maintenir précisément le taux de compression à une valeur de consigne. L'invention vise à résoudre cet inconvénient .

L' invention propose ainsi un procédé 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 référence de 1' actionneur ;

- déterminer le taux de compression réel de la chambre de combustion obtenu pour ladite consigne de taux de compression ;

- générer une consigne de position corrigée de l'actionneur en fonction du taux de compression réel déterminé et de la consigne de position de référence ;

- appliquer la consigne de position corrigée sur l'actionneur (2), caractérisé en ce que l'étape de génération de la consigne de position de référence de l'actionneur est réalisée en fonction de relations mémorisées au préalable entre consignes de taux de compression et consignes de positions de l'actionneur.

L'invention traite également d'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 ; - une dispositif de commande de l'actionneur mobile, apte à recevoir une consigne de taux de compression, le dispositif de commande de l'actionneur mobile corrigeant la consigne de position de référence en fonction du taux de compression réel déterminé et appliquant ladite consigne de position corrigée sur l'actionneur, caractérisé en ce que le dispositif de commande de l'actionneur mobile comprend un module où sont mémorisées des relations entre des consignes de taux de compression et des consignes de positions de référence de 1' actionneur.

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 1' invention ;

- la figure 2 illustre schématiquement le procédé mis en œuvre dans un exemple d'application de 1' 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 commander un actionneur dont la mobilité influence le taux de compression d'une chambre de combustion. La position de l' actionneur est choisie par une cartographie, qui reçoit une consigne de taux de compression et génère une consigne de position de référence 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 taux de compression, on génère une consigne de position corrigée de l' actionneur et on applique cette consigne de position corrigée sur 1' actionneur.

Ainsi, la consigne de position de l' actionneur tient compte du 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. L' 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 référence 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 référence de l'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 référence 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. L'utilisation de ces valeurs mémorisées au préalable permet d'améliorer le temps de réponse du système VCR. Le module 9 génère à partir de ces relations une consigne de position de référence de l'actionneur 2 en fonction d'une consigne de taux de compression. 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. Les mesures fournies par le capteur 7 sont fournies au module 9. Le module 9 détermine un taux de compression réel obtenu dans la chambre de combustion, suite à la réception d'une consigne de taux de compression. A partir du taux de compression réel déterminé et de la consigne de position de référence, une consigne de position corrigée de l'actionneur est générée et appliquée sur l'actionneur, par exemple par

l'intermédiaire d'un circuit de pilotage non illustré. L'actionneur est par exemple asservi à cette consigne de position corrigée.

Un tel procédé est illustré schématiquement à la figure 2. Un soustracteur 27 reçoit une consigne de taux de compression Ctc et une mesure du taux de compression réel Mtc. La différence entre ces deux signaux est fournie au dispositif de correction 22. En fonction de relations prédéfinies entre des différences déterminées et des valeurs de correction, une valeur de correction δA est calculée et appliquée sur un additionneur 28. Une cartographie de commande 21 reçoit par ailleurs la consigne de taux de compression CTc. En utilisant les relations mémorisées au préalable, la cartographie 21 génère une consigne de position de référence d'actionneur CPaO, appliquée sur l'additionneur 28. En sommant les signaux CPaO et δA, l'additionneur forme une consigne de position corrigée CPac appliquée sur l'actionneur 23. L'actionneur 23 prend alors une position réelle RPa qui conduit à un taux de compression réel Rtc du moteur 24. Un dispositif 25 détermine la valeur Mtc sur la base de mesures effectuées sur le moteur 24.

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 '

Avantageusement, un dispositif de contrôle moteur 26 reçoit une requête d'interruption Rint de combustion ou détermine que des conditions d'interruption de combustion sont nécessaires pour déterminer le taux de combustion réel dans la chambre. Le dispositif 26 génère alors une commande Cint d'interruption de l'introduction de carburant ou de coupure de l'allumage commandé et la transmet au moteur 24. L'utilisation de cette interruption de combustion sera détaillée plus précisément en référence à la figure 3.

L'algorithme de la figure 3 représente la mise en œuvre du procédé de commande. Après une étape 31 de début, on vérifie à l'étape 32 si des conditions de mise à jour de la consigne de position corrigée de l'actionneur sont remplies. Les conditions envisageables pour une mise à jour sont par exemple une durée prédéterminée séparant deux mises à jour successives, une différence entre la consigne de taux de compression et le taux de compression réel déterminé supérieure à un seuil ou une variation supérieure à un seuil du taux de

compression réel déterminé. On peut prévoir que la durée séparant deux mises à jour successives soit fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion.

Si les conditions de mise à jour ne sont pas remplies, la dernière consigne de position corrigée mise à jour continue à être appliquée sur l'actionneur jusqu'à la mise à jour suivante. L'algorithme se termine alors à l'étape 37. Si les conditions de mise à jour de la consigne de position corrigées sont remplies, l'algorithme passe à l'étape 33.

Durant l'étape 33, on vérifie si le moteur est dans des conditions de fonctionnement spécifiques, dans lesquelles on peut procéder à une mise à jour de la consigne de position corrigée de l'actionneur. Si tel est le cas, on passe à l'étape 34. Si tel n'est pas le cas, on passe avantageusement à l'étape 38, durant laquelle on interrompt la combustion dans la chambre pendant au moins un cycle, avant de passer à l'étape 34. L'interruption de la combustion réalisée à l'étape 38 permet une mesure du taux de compression plus précise car réalisée hors combustion. En effet, lors d'une combustion, l'augmentation de la pression dans le cylindre est principalement due à l'explosion et non plus seulement à la diminution de volume dans la chambre de combustion. La fiabilité de la détermination du taux de compression est ainsi accrue car la mesure du taux de compression n'est pas "polluée" par une augmentation de pression due à une combustion.

Durant l'étape 34, le taux de compression réel est déterminé. Durant l'étape 35, on détermine une nouvelle

valeur de consigne corrigée basée sur le taux de compression réel déterminé et sur la consigne de référence déterminée, comme détaillé auparavant.

Lors de l'étape 36 on détermine si le moteur est arrêté ou non. Si le moteur est arrêté, l'algorithme se termine à l'étape 37. Si le moteur n'est pas arrêté, on reboucle sur l'étape 32.

Les conditions de fonctionnement prédéfinies du moteur prises en compte à l'étape 33 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 ; - l'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.

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.