Procédé de détermination de la température d'échappement d'un moteur à ouverture et fermeture de soupapes variables

La présente invention concerne un procédé de détermination de la température d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne pour un moteur équipé d'un dispositif permettant de varier les angles d'ouverture et de fermeture des soupapes. Dans un moteur à combustion interne, les températures dans la ligne d'échappement peuvent devenir élevées, à tel point qu'elles peuvent endommager des composants se trouvant dans cette ligne d'échappement. Ainsi, dans un moteur catalysé par exemple, il est important de connaître la température au niveau du pot catalytique pour ne pas détruire celui-ci. D'autres composants, telles des sondes, peuvent également être sensibles à une température élevée.

Il apparaît donc essentiel de garantir que la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne ne dépasse pas une certaine température limite prédéterminée en fonction des composants se trouvant au niveau de cette ligne. Dans la plupart des moteurs à combustion interne actuels, un capteur de température mesure la température de la ligne d'échappement. Toutefois, une tendance actuelle est de limiter le nombre des capteurs. D'une part ces capteurs peuvent être sources de pannes et d'autre part la mise en place d'un capteur entraîne un surcoût. Ainsi, des solutions mettant en œuvre des méthodes de calcul afin de déterminer une température à partir de paramètres de fonctionnement connus du moteur à combustion interne sont préférées. Dans des véhicules récents, des dispositifs connus sous le nom de WT (pour

Variable Valve Timing ou en français distribution à phasage variable) permettent de faire varier de manière commandée le schéma d'ouverture et de fermeture des soupapes d'admission et/ou d'échappement. Un tel système WT permet d'abaisser les consommations spécifiques des moteurs à combustion interne. En modifiant le moment d'ouverture et de fermeture des soupapes, le fonctionnement du moteur est mieux maîtrisé et sa consommation réduite.

Pour un tel moteur (équipé d'un système WT), il est possible de déterminer la température de la ligne d'échappement en fonction des trois paramètres suivants : le régime moteur, le débit d'air à l'admission et la valeur du croisement des schémas d'ouverture des soupapes d'admission et d'échappement. Pour un moteur de type donné, monté dans un véhicule donné, des essais sur banc permettent de sélectionner pour chaque couple (régime moteur, débit d'air à l'admission) le réglage du système de distribution à phasage variable (WT) qui va permettre une consommation en carburant la

plus réduite possible. Ce réglage du système WT permet également de ne pas surchauffer la ligne d'échappement.

Pour la mise en œuvre sur un moteur à combustion interne, les diverses valeurs déterminées sur banc d'essais sont entrées dans une mémoire ROM d'une unité de contrôle moteur (connue sous le nom EMS pour Engine Management System). Ainsi, pour un régime moteur donné et un débit d'air à l'admission donné (ce débit est directement lié à la charge du moteur), l'unité de contrôle moteur détermine, en consultant les données stockées en mémoire, le réglage optimal du système de distribution à phasage variable permettant à la fois de réduire la consommation du véhicule et d'éviter une surchauffe de sa ligne d'échappement.

Encore plus récemment, des moteurs équipés d'un système WT sont programmés pour fonctionner selon plusieurs modes. Un mode est par exemple le mode décrit ci-dessus permettant de réduire la consommation en carburant. Un autre mode correspond par exemple à un réglage de l'ouverture et de la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement favorisant les performances du véhicule correspondant. Ainsi, plusieurs autres modes de fonctionnement peuvent aussi être prévus.

Pour un moteur équipé d'un tel système WT, en plus de la connaissance du régime moteur et du débit d'air à l'admission, l'unité de contrôle moteur doit agir sur le positionnement de l'arbre à cames actionnant les soupapes d'admission et sur le positionnement de l'arbre à cames actionnant les soupapes d'échappement. Deux paramètres supplémentaires sont donc introduits dans l'unité de contrôle moteur. Le temps nécessaire alors pour tester un tel moteur sur un banc d'essais et concevoir les tables permettant de tenir compte de l'ensemble de ces quatre paramètres induit un temps de mise au point qui devient très important et qui nécessite en outre une multiplication des mémoires ROM embarquées. Ceci est incompatible avec les contraintes économiques. En effet, les réglages de positionnement des arbres à cames peuvent varier de plusieurs dizaines de degrés de part et d'autre d'une valeur déterminée par défaut. Pour chaque cas de figure, il y a alors lieu de déterminer la valeur de la température de la ligne d'échappement et de la sauvegarder par la suite en mémoire. Une telle solution technique n'est pas envisageable.

La présente invention a alors pour but de fournir un procédé permettant tout à la fois de connaître la température de la ligne d'échappement, ou tout du moins de garantir que celle-ci ne dépasse pas une valeur limite prédéterminée, et de limiter le coût pour la réalisation et la programmation de l'unité de contrôle moteur. A cet effet, elle fournit un procédé de détermination de la température d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'un système de distribution à

phasage variable à partir du régime moteur (N) et du débit d'air à l'admission (MAF) de ce moteur, dans lequel le système de distribution à programme variable comporte des moyens permettant d'agir d'une part sur un arbre à cames commandant l'ouverture et la fermeture de soupapes d'admission et d'autre part sur un arbre à cames commandant l'ouverture et la fermeture de soupapes d'échappement.

Selon l'invention, ce procédé comporte au préalable les étapes suivantes :

- détermination pour chaque couple de caractéristiques (N ₀ , MAF ₀ ) d'une température d'échappement TEG ₀ correspondant à un positionnement CAMJN ₀ de l'arbre à cames commandant l'ouverture et la fermeture de soupapes d'admission et à un positionnement CAM-EX ₀ de l'arbre à cames commandant l'ouverture et la fermeture de soupapes d'échappement,

- mémorisation du résultat TEG ₀ obtenu ainsi que des conditions (N ₀ , MAF ₀ , CAMJN ₀ , CAM-EX ₀ ) dans lesquelles le résultat a été obtenu,

- détermination d'un terme correctif δTEG comme étant une fonction linéaire de variables δCAMJN et δCAM_EX, c'est-à-dire une fonction de type

Si * δCAMJN + S ₂ ^* δCAMJξX + S ₃ où S ₁ , S ₂ et S ₃ sont des constantes dépendant du régime moteur (N) et du débit d'air à l'admission (MAF) de telle sorte que la température d'échappement recherchée lorsque les variations de positionnement des arbres à cames par rapport à CAMJN ₀ et CAM-EX ₀ correspondent respectivement aux valeurs δCAMJN et δCAMJξX soit sensiblement égale à la somme de TEG ₀ et de δTEG,

- identification des coefficients Si, S ₂ et S ₃ obtenus, et, lorsque les diverses valeurs de température d'échappement sont mémorisées et les coefficients identifiés, ledit procédé comporte des étapes de calcul de la température d'échappement recherchée en extrayant de la mémoire la valeur de la température TEG ₀ correspondant au régime N et au débit d'air à l'admission MAF mesurés, puis en calculant le terme correctif δTEG à l'aide des coefficients identifiés et enfin en sommant les deux valeurs obtenues.

Un tel procédé permet de déterminer la température d'une ligne d'échappement pour de nombreux et différents modes de gestion de l'ouverture et de fermeture des soupapes sans nécessiter beaucoup plus d'effort de mise au point que lorsque le moteur fonctionne avec un seul mode de gestion de l'ouverture et de la fermeture des soupapes et sans demander de grandes capacités de mémoire.

Le procédé selon l'invention, pour déterminer une température, part d'une température initiale correspondant à un positionnement de l'arbre à cames commandant l'ouverture et la fermeture des soupapes d'admission et à un positionnement de l'arbre à cames commandant l'ouverture et la fermeture des soupapes d'échappement et calcule

un terme correctif. La température initiale est par exemple définie pour un mode particulier de fonctionnement du moteur, par exemple un mode permettant une économie de la consommation de carburant. L'invention propose ici d'assimiler l'ensemble des termes correctifs de la température à un plan orienté dans un espace ayant pour axes d'une part les axes correspondant aux différences de valeurs des positionnements des arbres à cames, c'est-à-dire δCAMJN et δCAM_EX et d'autre part l'axe des termes correctifs de température, c'est-à-dire δTEG. Lorsque Ie régime moteur N et/ou la charge du moteur, qui est directement proportionnelle au débit d'air d'admission MAF, varient, le plan permettant de déterminer les termes correctifs δTEG se déplace dans l'espace du repère défini plus haut.

Dans le procédé décrit ci-dessus, on peut prévoir que le coefficient S ₃ est une constante indépendante du régime moteur et du débit d'air d'admission choisie de telle manière que la température d'échappement calculée soit toujours supérieure ou égale à la température d'échappement réelle. De cette manière, la température de Ia ligne d'échappement est surestimée et on évite ainsi la détérioration de composants se trouvant dans la ligne d'échappement. On peut par exemple prévoir que le coefficient S ₃ est compris entre 2 % et 10 % de Ia valeur maximale du coefficient correcteur δTEG.

Dans un souci de simplification des calculs réalisés et pour limiter la puissance des moyens de calcul à mettre en oeuvre, de même que la mémoire nécessaire à la détermination de la température de la ligne d'échappement, les coefficients S ₁ et/ou S ₂ sont calculés de préférence par une méthode de régression linéaire du premier ordre. Une telle méthode de calcul permet d'obtenir de très bonnes valeurs de la température d'échappement.

Dans ce cas (calcul par régression linéaire), S ₁ et S ₂ sont par exemple déterminés par des fonctions du type Sj = kj (N) * MAF + Offset] (N), où kj est une fonction du régime moteur et Offseti un terme correctif lui aussi dépendant du régime moteur (i = 1 ou 2).

Une forme de réalisation particulière d'un procédé selon l'invention est décrite ci-après à titre d'exemple non limitatif afin d'illustrer une manière de calculer la température dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'un système VVT (pour Variable Valve Timing ou en français distribution à phasage variable) permettant de modifier les positions d'ouverture et de fermeture des soupapes d'admission et/ou d'échappement de ce moteur.

Dans Ia suite de Ia description, on considère un moteur à combustion interne comportant un tel système de distribution à phasage variable (WT). Par la suite on appelle N le régime moteur de ce moteur et MAF son débit d'air à l'admission. On

suppose que ce moteur comporte deux arbres à cames, l'un correspondant aux soupapes d'admission et l'autre correspondant aux soupapes d'échappement. De manière connue, chacun de ces arbres à cames est équipé d'un système permettant de modifier sa position angulaire. Une grandeur CAMJN est utilisée pour repérer la position angulaire de l'arbre à cames correspondant aux soupapes d'admission et une valeur CAM_EX similaire correspond à l'arbre à cames des soupapes d'échappement.

Dans un premier temps, il est proposé de déterminer pour un couple (N ₀ , MAF ₀ ) une valeur CAMJN ₀ pour le réglage des soupapes d'admission et une valeur CAMJEX ₀ pour le réglage des soupapes d'échappement. A cet ensemble de quatre valeurs (N ₀ , MAF ₀ , CAMJN ₀ et CAMJξX ₀ ) correspond une température d'échappement appelée TEG ₀ . On associe ainsi à chaque couple (N, MAF) des valeurs de CAMJN, CAMJξX et une température TEG. On choisira par exemple les valeurs CAMJN et CAMJξX correspondant à une consommation de carburant minimale. Ces valeurs, ainsi que la valeur de la température TEG, sont déterminées au banc d'essais comme pour la mise au point des moteurs équipés d'un système WT fonctionnant avec un seul mode.

L'invention propose ici de calculer un terme correctif de la température de la ligne d'échappement. Ce terme correctif est appelé par la suite δTEG.

On considère alors un repère d'axes δCAMJN, δCAMJξX et δTEG. L'invention propose ici de considérer que les valeurs δTEG se trouvent, dans ce repère, dans un plan. L'orientation de ce plan dépend du régime moteur et de la charge de ce moteur, c'est-à-dire des variables N et MAF.

Ainsi, le calcul de la valeur δTEG est réalisé de la manière suivante. Tout d'abord, le positionnement de l'arbre à cames correspondant aux soupapes d'échappement est maintenu dans la valeur correspondant, pour N et MAF donnés, à la température de ligne d'échappement TEG. En faisant varier le positionnement de l'arbre à cames correspondant aux soupapes d'admission, la température TEG varie et on obtient un premier coefficient directeur d'un vecteur du plan recherché. Ce coefficient est appelé Slop_camjn.

On suppose ici que l'orientation du plan donnant la valeur δTEG varie linéairement en fonction des deux grandeurs N et MAF. Ceci n'est qu'une approximation. L'invention propose dans ce mode de réalisation préféré d'opter pour un calcul par régression linéaire du premier ordre pour chaque vecteur caractéristique du plan donnant la valeur δTEG. D'autres approximations pourraient être faites ici. A titre d'exemple, si on souhaite une précision plus élevée, il est possible de faire un calcul pour régression linéaire du second ordre, ou d'un ordre plus élevé.

Un décalage pour tenir compte de l'approximation faite par la régression linéaire est alors rajouté. Ainsi, chaque vecteur caractéristique du plan donnant la valeur

δTEG est donc lié au régime moteur N et au débit à l'admission MAF par des coefficients correcteurs et par un terme correcteur appelé offset. En première approximation on a donc l'équation suivante :

Slop_cam_in = R ₁ (N) * MAF + Offset_cam_in (N) (1 )

Avec :

Slop_cam_in le coefficient directeur du vecteur selon δCAMJN lcι(N) un coefficient dépendant du régime moteur N Offset_cam_in (N) un offset dépendant du régime moteur N

On procède de la même manière du côté de l'échappement. Le positionnement de l'arbre à cames correspondant aux soupapes d'admission est maintenu en position et on fait varier le réglage de l'arbre à cames correspondant aux soupapes d'échappement. De même que précédemment on obtient l'équation suivante : Slop_cam_ex = k ₂ (N) ^* MAF + Offset_cam_ex (N) (2)

Avec :

Slop_cam_ex le coefficient directeur du vecteur selon δCAM_EX k ₂ (N) un coefficient dépendant du régime moteur N

Offset_cam_ex (N) un offset dépendant du régime moteur N La variation de température de la ligne d'échappement δTEG par rapport à la température TEG "de base" s'écrit donc de la manière suivante :

δTEG = Slop_cam_in * δCAMJN + Slop_cam_ex * δCAM_EX (3)

Avec :

δCAMJN différence de la position de la WT à l'admission par rapport à CAMJN ₀

δCAMJξX différence de la position de la WT à l'échappement par rapport à CAM_EX ₀ .

Ainsi, pour les valeurs de régime N ₀ et de débit d'air à l'admission MAF ₀ , lorsque les valeurs CAMJN et CAM_EX varient par rapport à CAM-IN ₀ et CAM_EX _o , on a : TEG (δCAMJN, δCAM_EX) = TEG ₀ + δTEG

Dans le calcul qui précède, une autre approximation qui est faite est de considérer que la valeur δTEG se trouve dans un plan. Ceci n'est pas tout à fait exact et il existe donc un léger écart avec la réalité mesurée. Cet écart est de quelques pourcents au plus. Quelques mesures permettent d'évaluer l'écart maximal. Il est alors possible de tenir compte de cet écart maximal (par exemple 5%) et de déplacer le plan dans l'espace

du repère en ajoutant un terme correctif appelé par la suite OFFSET dans la formule donnée ci-dessus. On obtient alors la nouvelle formule :

δTEG = Slop_cam_in * δCAMJN + Slop__cam_ex ^* δCAM_EX + OFFSET (4)

De cette manière, on peut garantir, même dans le cas de figure le plus défavorable, que la valeur δTEG calculée est toujours supérieure à la valeur δTEG réelle. Ainsi on ne risque pas de dépasser la température limite admissible dans la ligne d'échappement.

Comme on peut le constater, il suffit ici de stocker en mémoire uniquement les valeurs des coefficients et des termes correcteurs (Offset). Ceci permet d'économiser la mémoire nécessaire.

La présente invention ne se limite pas au mode de réalisation préférentiel décrit ci-dessus à titre d'exemple non limitatif. Elle concerne également les variantes de réalisations à la portée de l'homme du métier.