FR2795133A1 - METHOD FOR CONTROLLING A COMBUSTION ENGINE WITH A VIEW TO OBTAINING AN ENGINE BRAKE EFFECT - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un procédé de commande d'un moteur à combustion à quatre temps consistant à mettre en place, pendant la course ascendante du piston, à partir d'un instant de début (T1 ) jusqu'à un instant de fin (T2 ), une phase dite de compression (Pc ) durant laquelle on commande la fermeture de toutes les soupapes et à mettre en place une phase dite de détente/ admission (PD/A ) durant laquelle on commande l'ouverture d'au moins une soupape, dès l'instant de fin (T2 ) de la phase de compression (Pc ) et jusqu'à un instant de fermeture (T3 ) de la soupape.The invention provides a method for controlling a four-stroke combustion engine consisting in positioning, during the upward stroke of the piston, from a start time (T1) to an end time (T2 ), a so-called compression phase (Pc) during which the closing of all the valves is controlled and a so-called expansion / intake phase (PD / A) during which the opening of at least one valve is controlled , from the end instant (T2) of the compression phase (Pc) and until a closing instant (T3) of the valve.
Description
"Procédé de commande d'un moteur à combustion en vue de l'obtention d'un effet de frein moteur" La présente invention concerne un moteur à combustion, notamment un moteur thermique de véhicule automobile. "Method for controlling a combustion engine with a view to obtaining an engine brake effect" The present invention relates to a combustion engine, in particular a heat engine of a motor vehicle.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé de commande d'un moteur à combustion à quatre temps en vue de l'obtention d'un effet de frein moteur. The invention relates more particularly to a method for controlling a four-stroke combustion engine with a view to obtaining an engine brake effect.
L'invention concerne plus particulièrement un moteur à combustion dont les soupapes d'admission et d'échappement de chaque cylindre sont chacune commandées individuelle ment au moyen d'un actionneur, notamment d'un actionneur électromagnétique, chaque actionneur d'une soupape étant relié à une unité électronique de commande du moteur. The invention relates more particularly to a combustion engine, the intake and exhaust valves of each cylinder of which are each individually controlled by means of an actuator, in particular an electromagnetic actuator, each actuator of a valve being connected to an electronic engine control unit.
Un tel moteur à combustion sans arbres à cames, aussi appelé moteur "camless", offre de grandes possibilités pour la commande individualisée des soupapes d'admission et d'échappement indépendamment du ou des diagrammes généraux de distribution du moteur. Such a combustion engine without camshafts, also called "camless" engine, offers great possibilities for the individualized control of the intake and exhaust valves independently of the general distribution diagram (s) of the engine.
L'invention vise à proposer un procédé de commande d'un tel moteur sans arbres à cames en vue de l'obtention d'un effet de frein moteur qui soit applicable sur une grande plage de régimes. The invention aims to propose a method for controlling such an engine without camshafts with a view to obtaining an engine brake effect which is applicable over a wide range of revolutions.
Dans ce but, l'invention propose un procédé de commande d'un tel moteur à combustion à quatre temps, du type dans lequel un piston décrit un mouvement de va et vient dans le cylindre comprenant une course descendante du piston du point mort haut vers le point mort bas et une course ascendante du piston du point mort bas vers le point mort haut, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en place, pendant la course ascendante du piston, à partir d'un instant de début jusqu'à un instant de fin, une phase dite de compression durant laquelle on commande la fermeture de toutes les soupapes et à mettre en place une phase dite de détente/admission durant laquelle on commande l'ouverture d'au moins une soupape, dès l'instant de fin de la phase de compression et jusqu'à un instant de fermeture de la soupape. To this end, the invention provides a method for controlling such a four-stroke combustion engine, of the type in which a piston describes a movement back and forth in the cylinder comprising a downward stroke of the piston from top dead center towards the bottom dead center and an ascending stroke of the piston from bottom dead center to the top dead center, characterized in that it consists in putting in place, during the upward stroke of the piston, from an instant of start until an instant of end, a so-called compression phase during which the closing of all the valves is controlled and a so-called expansion / admission phase is implemented, during which the opening of at least one valve is controlled, from the moment end of the compression phase and until the valve closes.
Grâce à un tel procédé, il est possible d'obtenir un effet de frein moteur même à des régimes sensiblement élevés. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la durée de la phase de compression est fonction de l'intensité de l'effet de frein moteur souhaité ; - l'instant de fermeture de la soupape est, soit symétrique de l'instant de début de la phase de compression par rapport au point mort bas, soit confondu avec l'instant de début de la phase de compression ; - l'instant de fin de la phase de compression a lieu au voisinage du point mort haut ; - l'instant de fin de la phase de compression a lieu avant le point mort haut ; - l'instant de fermeture de la soupape a lieu au voisinage du point mort bas ; - l'instant de fermeture de la soupape a lieu avant le point mort bas ; - la soupape ouverte pendant la phase de détente/admission est la soupape d'échappement ; - la soupape ouverte pendant la phase de détente/admission est la soupape d'admission ; - dès l'instant de fin de la phase de compression on commence par ouvrir la soupape d'échappement puis on ouvre la soupape d'admission puis on ferme cette soupape d'échappement, et à l'instant de fermeture de la soupape on ferme la soupape d'admission. Thanks to such a method, it is possible to obtain an engine brake effect even at substantially high speeds. According to other characteristics of the invention - the duration of the compression phase is a function of the intensity of the desired engine brake effect; - The valve closing instant is either symmetrical with the start time of the compression phase with respect to the bottom dead center, or coincide with the start time of the compression phase; the end of the compression phase takes place in the vicinity of the top dead center; - the end of the compression phase takes place before top dead center; - the valve closing instant takes place near the bottom dead center; - the valve closing instant takes place before the bottom dead center; - the valve open during the expansion / intake phase is the exhaust valve; - the valve open during the expansion / intake phase is the intake valve; - from the moment of the end of the compression phase, we start by opening the exhaust valve, then we open the intake valve, then we close this exhaust valve, and at the moment of closing the valve we close the intake valve.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'une partie d'un moteur à combustion interne à soupapes sans arbres à cames et commandé selon un procédé conforme aux enseignements de l'invention ; - la figure 2 est un diagramme illustrant une loi de distribution s'étalant sur deux courses du piston ; - la figure 3 est un diagramme de commande des soupapes selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est un diagramme de commande des soupapes selon un second mode de réalisation de l'invention. On a représenté à la figure 1 un cylindre 10 d'un moteur à combustion interne à quatre temps et dont la partie supérieure forme une chambre de combustion 12 délimitée par un piston mobile 14 et par une culasse 15. Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the appended drawings in which - Figure 1 is a partial schematic sectional view of part of an internal combustion engine with valves without camshafts and controlled according to a process in accordance with the teachings of the invention; - Figure 2 is a diagram illustrating a distribution law spanning two strokes of the piston; - Figure 3 is a valve control diagram according to a first embodiment of the invention; - Figure 4 is a valve control diagram according to a second embodiment of the invention. FIG. 1 shows a cylinder 10 of a four-stroke internal combustion engine, the upper part of which forms a combustion chamber 12 delimited by a movable piston 14 and by a cylinder head 15.
Le cylindre 10 est alimenté en mélange air/carburant par un circuit d'admission 16 qui débouche dans la chambre de combustion 12 au travers d'une soupape d'admission 18 dont les déplacements sont commandés par un actionneur électro magnétique linéaire 11 afin d'obturer ou non la communication entre le circuit d'admission 16 et la chambre de combustion 12. The cylinder 10 is supplied with air / fuel mixture by an intake circuit 16 which opens into the combustion chamber 12 through an intake valve 18 whose movements are controlled by a linear electromagnetic actuator 11 in order to block or not the communication between the intake circuit 16 and the combustion chamber 12.
Un circuit d'échappement 17 est prévu pour l'évacuation des gaz brûlés hors de la chambre de combustion 12 au travers d'une soupape d'échappement 19 également commandée par un actionneur linéaire électromagnétique 13. An exhaust circuit 17 is provided for evacuating the burnt gases from the combustion chamber 12 through an exhaust valve 19 also controlled by an electromagnetic linear actuator 13.
La commande des soupapes d'admission 18 et d'échappement 19 est assurée par une unité électronique de commande (non représentée) qui pilote les actionneurs 11 et 13, et qui commande aussi l'injection de carburant, ici indirecte, au moyen d'un injecteur 20, de même que l'allumage au moyen d'une bougie (non représentée). L'unité électronique de commande comporte notamment des moyens de mémorisation d'une ou plusieurs cartographies de fonctionnement du moteur. The intake 18 and exhaust 19 valves are controlled by an electronic control unit (not shown) which controls the actuators 11 and 13, and which also controls the injection of fuel, here indirect, by means of an injector 20, as well as the ignition by means of a spark plug (not shown). The electronic control unit notably includes means for storing one or more engine operating maps.
L'unité électronique de commande reçoit des signaux représentatifs de paramètres de fonctionnement tels que le régime du moteur, la pression atmosphérique, la pression dans chaque cylindre, le débit des gaz d'admission et/ou d'échappement, le couple instantané fourni, etc. The electronic control unit receives signals representative of operating parameters such as engine speed, atmospheric pressure, pressure in each cylinder, flow of intake and / or exhaust gases, instantaneous torque supplied, etc.
Selon le principe du cycle à quatre temps d'un moteur à combustion, celui-ci s'effectue en deux rotations du vilebrequin et en quatre courses du piston, les quatre temps du cycle étant l'admission, la compression, la combustion et l'échappement. According to the principle of the four-stroke cycle of a combustion engine, it takes place in two rotations of the crankshaft and in four piston strokes, the four cycle times being the intake, compression, combustion and l 'exhaust.
En considérant la représentation simplifiée du cylindre de la figure 1, comportant à titre d'exemple une soupape d'admission 18 et une soupape d'échappement 19, lors de l'admission, la soupape d'admission 18 est ouverte et le piston descend. L'augmentation du volume du cylindre crée une dépression qui provoque l'aspiration du mélange air/carburant. Considering the simplified representation of the cylinder of FIG. 1, comprising by way of example an intake valve 18 and an exhaust valve 19, during intake, the intake valve 18 is open and the piston descends . The increase in the volume of the cylinder creates a vacuum which causes the suction of the air / fuel mixture.
Lors de la compression, les soupapes d'admission 18 et d'échappement 19 sont fermées et le piston 14 monte et comprime le mélange dans la chambre de combustion 12. Quelques degrés d'angle de rotation avant que le piston atteigne le point mort haut PMH de sa course ascendante, l'allumage est déclenché ou se produit. During compression, the intake 18 and exhaust 19 valves are closed and the piston 14 rises and compresses the mixture in the combustion chamber 12. A few degrees of angle of rotation before the piston reaches top dead center TDC of its upward stroke, ignition is triggered or occurs.
Lors de l'explosion, combustion puis détente, le piston 14 est poussé vers le bas de sa course sous l'action des gaz, c'est à dire qu'il est dans une course descendante du point mort haut PMH vers le point mort bas PMB. During the explosion, combustion then expansion, the piston 14 is pushed down its stroke under the action of the gases, that is to say that it is in a downward stroke from the top dead center TDC towards the dead center low PMB.
Quelques degrés d'angle de rotation avant le point mort bas PMB, la soupape d'échappement 19 s'ouvre. Le piston 14 entame alors une course ascendante pendant laquelle il pousse les gaz brûlés vers le circuit d'échappement 17 au travers de la soupape d'échappement 19. C'est le temps d'échappement. A few degrees of angle of rotation before the bottom dead center PMB, the exhaust valve 19 opens. The piston 14 then begins an upward stroke during which it pushes the burnt gases towards the exhaust circuit 17 through the exhaust valve 19. This is the exhaust time.
Au voisinage du point mort haut PMH la soupape d'échappement 19 est fermée et la soupape d'admission 18 est ouverte. On entame alors un nouveau cycle. In the vicinity of the top dead center TDC the exhaust valve 19 is closed and the intake valve 18 is open. We then begin a new cycle.
Lors des phases transitoires de décélération, c'est à dire lorsque le conducteur lève le pied de l'accélérateur, il est souhaitable d'obtenir un effet de frein moteur, notamment pour des raisons d'agrément de conduite. L'intensité de l'effet de frein moteur souhaité dépend du point de fonctionnement. During transient deceleration phases, that is to say when the driver takes his foot off the accelerator, it is desirable to obtain an engine brake effect, in particular for reasons of driving pleasure. The intensity of the desired engine brake effect depends on the operating point.
Lors d'une phase transitoire de décélération, l'unité électronique de commande coupe l'alimentation en carburant du moteur. On est alors libre de commander le fonctionnement du cylindre 10 à notre convenance car il n'y a plus de carburant admis dans le cylindre 10. On cherche donc à optimiser les lois de distribution des soupapes pour obtenir un effet de frein moteur. During a transient deceleration phase, the electronic control unit cuts off the fuel supply to the engine. We are then free to control the operation of the cylinder 10 at our convenience because there is no more fuel admitted into the cylinder 10. We therefore seek to optimize the distribution laws of the valves to obtain an engine brake effect.
A ce stade du fonctionnement du moteur on peut décider de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention en modifiant le fonctionnement normal du moteur, dans le but d'obtenir un effet de frein moteur. At this stage in the operation of the engine, it is possible to decide to implement the method according to the invention by modifying the normal operation of the engine, in order to obtain an engine brake effect.
On passe alors d'une loi de distribution s'étalant sur quatre courses du piston 14 à une loi de distribution s'étalant sur deux courses du piston 14. Le schéma de la figure 2 illustre ce principe. We then pass from a distribution law spanning four strokes of the piston 14 to a distribution law spanning two strokes of the piston 14. The diagram in FIG. 2 illustrates this principle.
Durant la course ascendante du piston 14 on met en place une phase dite de compression Pc pendant laquelle on ferme toutes les soupapes. During the upward stroke of the piston 14, a so-called compression phase Pc is put in place during which all the valves are closed.
A la fin de la phase de compression P. et durant la course descendante du piston 14 on met en place une phase dite de détente/admission Pp/A pendant laquelle on ouvre au moins une soupape. La phase de compression Pc est adaptée à l'intensité du frein moteur souhaité. Elle se caractérise par une durée D, un instant de début T, et un instant de fin T2. At the end of the compression phase P. and during the downward stroke of the piston 14, a so-called expansion / intake phase Pp / A is put in place during which at least one valve is opened. The compression phase Pc is adapted to the intensity of the desired engine brake. It is characterized by a duration D, a start time T, and an end time T2.
Pendant cette phase de compression Pc toutes les soupapes demeurent fermées. A l'instant de fin T2 on ouvre au moins une soupape. During this compression phase Pc all the valves remain closed. At the end of T2, at least one valve is opened.
Sitôt l'ouverture de la soupape marquant la fin de la phase de compression PC, débute la phase de détente/admission Po,A. As soon as the valve opens, marking the end of the PC compression phase, the expansion / intake phase Po, A begins.
Elle comprend tout d'abord la détente des gaz comprimés puis, au-delà du point mort haut PMH, l'admission des gaz par la descente du piston 14. Cette phase de détente/ad mission Po,A s'étale lors de la course descendante du piston 14 jusqu'à la fermeture de la soupape. It includes firstly the expansion of the compressed gases then, beyond the top dead center TDC, the admission of the gases by the descent of the piston 14. This expansion phase / ad mission Po, A is spread during the downward stroke of the piston 14 until the valve closes.
L'instant de fermeture T3 de la soupape est choisi de façon à ne pas modifier le travail de compression. C'est à dire qu'il correspond soit, dans un premier cas, exactement à l'instant de début T, de la phase de compression Pc (T3=T,), soit, dans un deuxième cas, à un instant symétrique de l'instant de début T, par rapport au point mort bas PMB comme représenté sur la figure 2. The closing time T3 of the valve is chosen so as not to modify the compression work. That is to say that it corresponds either, in a first case, exactly to the start time T, of the compression phase Pc (T3 = T,), or, in a second case, to a symmetrical time of the start time T, relative to the bottom dead center PMB as shown in FIG. 2.
Dans le deuxième cas il y a une phase intermédiaire P,, entre l'instant de fermeture T3 de la soupape et l'instant de début T, de la phase de compression P., pendant laquelle les soupapes sont fermées. Mais cela n'a aucun effet sur le travail prélevé sur le vilebrequin, car l'énergie consommée pendant la fin de la course descendante est restitué au début de la course ascendante du piston 14. In the second case there is an intermediate phase P ,, between the closing time T3 of the valve and the start time T, of the compression phase P., during which the valves are closed. But this has no effect on the work taken from the crankshaft, since the energy consumed during the end of the down stroke is returned at the start of the up stroke of the piston 14.
On expliquera maintenant un premier mode de réalisation, illustré par la figure 3, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. We will now explain a first embodiment, illustrated in FIG. 3, for implementing the method according to the invention.
L'alimentation en carburant étant coupée, on commande le maintien en position fermée de la soupape d'échappement 19 lors de la quatrième course du piston 14 correspondant au temps d'échappement . Ainsi, pendant la course ascendante du piston 14, les gaz d'échappement sont comprimés ce qui freine le piston 14. With the fuel supply cut off, the exhaust valve 19 is maintained in the closed position during the fourth stroke of the piston 14 corresponding to the exhaust time. Thus, during the upward stroke of the piston 14, the exhaust gases are compressed which brakes the piston 14.
Quelques degrés d'angle de rotation avant le point mort haut PMH, on commande l'ouverture OE de la soupape d'échappement 19, comme on peut le voir sur le diagramme de la figure 3. Cela permet aux gaz d'échappement de se détendre dans le circuit d'échappement 17. A few degrees of angle of rotation before the top dead center TDC, the opening OE of the exhaust valve 19 is controlled, as can be seen in the diagram in FIG. 3. This allows the exhaust gases to relax in the exhaust circuit 17.
Le piston se trouve dans une course descendante. On commande la fermeture FE de la soupape d'échappement 19 à un moment approprié, notamment en fonction du régime du moteur. Parallèlement on commande l'ouverture OA de la soupape d'admission 18 afin de remplir la chambre de combustion 12 en air frais. The piston is in a downward stroke. The FE closure of the exhaust valve 19 is ordered at an appropriate time, in particular as a function of the engine speed. In parallel, the opening OA of the intake valve 18 is controlled in order to fill the combustion chamber 12 with fresh air.
Quelques degrés d'angle de rotation avant le point mort bas PMB, on commande la fermeture FA de la soupape d'admission 18. Toutes les soupapes sont donc fermées. Lors de la course ascendante l'air frais est comprimé par le piston 14 ce qui le freine. A few degrees of angle of rotation before the bottom dead center PMB, the closing of the intake valve 18 is controlled. All the valves are therefore closed. During the upward stroke the fresh air is compressed by the piston 14 which brakes it.
A la fin de la course ascendante, on a terminé un cycle et, soit l'on continue sur le même principe pour maintenir l'effet de frein moteur, soit l'on reprend un cycle de fonctionnement normal du moteur en rétablissant l'alimentation en carburant. At the end of the upstroke, a cycle has ended and either continuing on the same principle to maintain the engine brake effect, or resuming a normal engine operating cycle by restoring power in fuel.
L'ouverture OA de la soupape d'admission 18 permet de remplacer, dans la chambre de combustion 12, les gaz d'échappement par de l'air frais. Or, la compression d'air frais consomme plus d'énergie que la compression de gaz d'échappement. Par conséquent, l'admission d'air frais permet d'obtenir un effet de frein moteur plus important qu'avec des gaz d'échappement. Par ailleurs, ce fonctionnement de type pompe à air permet de vidanger la ligne d'échappement de tous les gaz brûlés résiduels. The opening OA of the intake valve 18 makes it possible to replace, in the combustion chamber 12, the exhaust gases with fresh air. Compressing fresh air consumes more energy than compressing exhaust gases. Consequently, the admission of fresh air makes it possible to obtain a greater engine brake effect than with exhaust gases. Furthermore, this air pump type operation makes it possible to drain the exhaust line of all the residual burnt gases.
Dans des variantes de ce premier mode de réalisation, on peut commander l'ouverture OE de la soupape d'échappement 19 après le point mort haut PMH, et/ou commander la fermeture FA de la soupape d'admission 19 après le point mort bas PMB. In variants of this first embodiment, it is possible to command the opening OE of the exhaust valve 19 after the top dead center TDC, and / or order the closing FA of the intake valve 19 after the bottom dead center PMB.
Selon un deuxième mode de réalisation simplifié, schématisé à la figure 2, on peut se dispenser d'admettre de l'air frais dans la chambre de combustion 12. Dans ce cas on n'agit pas sur la soupape d'admission 18, qui demeure fermée tout le temps de la phase dite de frein moteur, mais uniquement sur la soupape d'échappement 19. On commande la fermeture FE de la soupape d'échappement 19 quelques degrés d'angle de rotation avant le point mort bas PMB. According to a second simplified embodiment, shown diagrammatically in FIG. 2, one can dispense with admitting fresh air into the combustion chamber 12. In this case, one does not act on the intake valve 18, which remains closed all the time of the so-called engine brake phase, but only on the exhaust valve 19. The FE closure of the exhaust valve 19 is controlled a few degrees of angle of rotation before the bottom dead center PMB.
Dans cette configuration, lors de chaque course ascendante, le piston 14 comprime les gaz provenant du circuit d'échappement 17, et à chaque course descendante il réaspire les mêmes gaz. In this configuration, during each upward stroke, the piston 14 compresses the gases coming from the exhaust circuit 17, and at each downward stroke it sucks up the same gases.
Dans une variante de ce deuxième mode de réalisation on peut commander la fermeture FE de la soupape d'échappement 19 après le point mort bas PMB. In a variant of this second embodiment, it is possible to command the closing FE of the exhaust valve 19 after the bottom dead center PMB.
Selon un troisième mode de réalisation, on agit de façon similaire au deuxième mode mais en commandant la soupape d'admission 18 en lieu et place de la soupape d'échappement 19. According to a third embodiment, the operation is similar to the second embodiment but by controlling the intake valve 18 in place of the exhaust valve 19.
Dans ce troisième mode de réalisation, la soupape d'échappement 19 demeure fermé tout le temps de la phase dite de frein moteur et le piston 14 comprime et réaspire à chaque course de l'air en provenance du circuit d'admission 16. On note que le procédé selon l'invention permet de doser l'effet de frein moteur en contrôlant la phase de compression Pc par des variations sur les instants d'ouverture et de fermeture des soupapes. In this third embodiment, the exhaust valve 19 remains closed all the time of the so-called engine brake phase and the piston 14 compresses and re-aspirates at each stroke of the air coming from the intake circuit 16. We note that the method according to the invention makes it possible to measure the engine brake effect by controlling the compression phase Pc by variations in the instants of opening and closing of the valves.
Le maintien d'une soupape ouverte pendant la course descendante du piston 14 empêche le phénomène de pompe à vide qui se produirait si toutes les soupapes étaient fermées pendant cette course. Ce phénomène serait préjudiciable au fonctionnement du moteur, car il conduirait à aspirer de l'huile dans les cylindres. Keeping a valve open during the downward stroke of the piston 14 prevents the vacuum pump phenomenon which would occur if all of the valves were closed during this stroke. This phenomenon would be detrimental to the operation of the engine, since it would lead to the suction of oil in the cylinders.
Les principes mis en ceuvre dans le cadre du procédé selon l'invention, qui ont été expliqués en considérant un seul cylindre comportant lui-même une seule soupape d'admission et une seule soupape d'échappement, s'appliquent bien entendu à un moteur à plusieurs cylindres dont chacun comporte le cas échéant plusieurs soupapes d'admission et plusieurs soupapes d'échappement et dont chacune est commandée individuellement par l'unité électronique de commande au moyen d'un actionneur individuel associé à chaque soupape.The principles implemented in the context of the method according to the invention, which have been explained by considering a single cylinder itself comprising a single intake valve and a single exhaust valve, of course apply to an engine with several cylinders, each of which comprises, where appropriate, several intake and several exhaust valves and each of which is controlled individually by the electronic control unit by means of an individual actuator associated with each valve.
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