FR3095245A1 - Procédé de synchronisation d’un moteur à combustion interne - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un procédé de synchronisation d’un moteur à combustion interne comprenant une première étape d’acquisition par le capteur arbre à cames de signaux correspondant à au moins cinq fronts de cames x, une deuxième étape de détermination de la valeur, à partir du signal arbre à cames, d’un premier, deuxième et troisième ratio réel (N1, N2, N3), une troisième étape d’établissement, pour chaque valeur de ratio réel (N1, N2, N3) obtenu à la deuxième étape, d’une liste de fronts de cames x possibles en comparant respectivement les valeurs du premier, deuxième et troisième ratios réels (N1, N2, N3) à une fenêtre de tolérance correspondant à une valeur d’un premier, deuxième ou troisième ratios théoriques (T1, T2, T3) pour un front de cames x donné, chacun pondéré d’un facteur de tolérance k, et une quatrième étape de détermination du front de cames x vu par le capteur arbre à cames, le front de cames réellement vu par le capteur correspondant au front de cames x commun aux trois listes établies lors de la quatrième étape. Figure 1

Description

Procédé de synchronisation d’un moteur à combustion interne
Domaine de l’invention
Le secteur technique de la présente invention concerne les procédés de synchronisation de moteurs à combustion interne et plus particulièrement des procédés de détermination de la position de pistons durant un cycle moteur d’un moteur à combustion interne.
Etat de la technique
Un moteur à combustion interne est composé notamment d’un bloc moteur renfermant un vilebrequin, au moins un piston mobile dans un cylindre sous l’action du vilebrequin, et d’une culasse associée à un arbre à cames surmontant le bloc moteur. Le mouvement du piston entraine par la suite le vilebrequin et actionne notamment un ou plusieurs arbres à cames commandant des soupapes. Les soupapes gèrent l’admission de carburant ainsi que l’échappement des gaz de combustion dans les chambres de combustion ou cylindres.
Il est indispensable pour les constructeurs automobiles de contrôler de façon précise le moteur à combustion interne pour déterminer et optimiser le meilleur moment pour enflammer le carburant dans le cylindre. Cela permet d’optimiser la consommation de carburant ainsi que les émissions de gaz d’échappement. Pour cela, il est nécessaire de connaître la position des pistons dans les cylindres ainsi que la phase du cycle moteur dans laquelle ils se trouvent. On parle alors de phasage ou de synchronisation du moteur à combustion interne.
La synchronisation du moteur est réalisable en combinant notamment deux informations venant d’un capteur vilebrequin et d’un capteur arbre à cames.
Le capteur vilebrequin, en coopérant avec une cible vilebrequin, permet de générer un signal vilebrequin et d’estimer la position du ou des pistons dans les cylindres et donc la position du moteur. Cette position est estimable selon une asymétrie à 360 degrés près. C'est-à-dire que l’on connait la position du piston dans le cylindre, mais on ne sait pas dans quelle phase du cycle de combustion il se trouve. Cette asymétrie est généralement appelée signature ou gap.
L’information supplémentaire vient notamment d’un capteur arbre à cames coopérant avec une cible arbre à cames et permet de générer un signal arbre à cames. La cible arbre à cames comprend un nombre connu de dents qui coopère avec le capteur pour générer des signaux ou fronts de cames donnant des informations sur le phasage du moteur. Ainsi, la coopération avec le signal vilebrequin permet de déterminer le numéro de front de cames vu par le capteur arbre à cames. In fine, cela permet de déterminer le phasage correct, c'est-à-dire de manière certaine, dans le cycle de combustion, où se place chaque piston.
Lors d’une défaillance du capteur vilebrequin, la méthode de synchronisation décrite ci-dessus n’est plus efficace, car le gap de la cible vilebrequin n’est plus reconnu. Une autre méthode doit alors être mise en place afin de déterminer le numéro du front de cames vu par le capteur arbre à cames et d’associer ce front à la position du moteur. Lorsque cette association est réalisée, la synchronisation est effectuée.
Cette méthode repose sur la mesure des temps séparant les fronts de cames vus par le capteur et sur le calcul d’un ratio réel N = (Tn + Tn-3) / (Tn-1 + Tn-2) où Tnreprésente la dernière valeur mesurée entre les deux derniers fronts actifs, Tn-1la valeur précédente, Tn-2 etTn-3les valeurs de temps entre les fronts encore précédents. Cette mesure est comparée avec un ratio théorique T de même formule mais calculé à partir des mesures des angles entre les fronts de cames de la cible arbre à cames.
Afin de prendre en compte les acyclismes du moteur et les variations de vitesse au démarrage, il est usuel de considérer que le ratio calculé est correct s’il diffère d’un facteur de tolérance k de la valeur théorique. Par exemple, si le ratio théorique T est égal à 1 pour un front donné, le front vu est considéré comme plausible s’il est compris dans l’intervalle [T/k ; T*k] pour un front donné.
La méthode utilise quatre durées de temps. Il faut donc cinq fronts détectés par le capteur d’arbre à cames pour commencer l’analyse des ratios. Compte tenu du facteur de tolérance, la méthode élimine les fronts non plausibles mais il reste souvent plusieurs fronts plausibles après le cinquième. Il faut donc attendre l’acquisition d’un nouveau front de cames.
La synchronisation se fait notamment au démarrage du moteur. Il existe donc un besoin de réduire le temps de synchronisation d’un moteur à combustion interne, notamment lors du démarrage du moteur. La combustion ne devant pas se réaliser si la synchronisation n’est pas effectuée.
L’invention a pour but de remédier aux inconvénients précités.
L’invention concerne un procédé de synchronisation d’un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre, au moins un piston mobile dans le au moins un cylindre et entrainant un vilebrequin coopérant avec un arbre à cames, ledit arbre à cames coopérant avec une cible connue de l’arbre à cames présentant un nombre de front de cames x, et un capteur arbre à cames générant un signal arbre à cames en fonction du nombre de front de cames x, ledit procédé comprenant :
  1. une première étape d’acquisition par le capteur arbre à cames de signaux correspondant à au moins cinq fronts de cames x,
  2. une deuxième étape de détermination de la valeur, à partir du signal arbre à cames, d’un premier, deuxième et troisième ratio réel (N1, N2, N3),
  3. une troisième étape d’établissement, pour chaque valeur de ratio réel (N1, N2, N3) obtenu à la deuxième étape, d’une liste de fronts de cames x possibles en comparant respectivement les valeurs du premier, deuxième et troisième ratios réels (N1, N2, N3) à une fenêtre de tolérance correspondant à une valeur d’un premier, deuxième ou troisième ratios théoriques (T1, T2, T3) pour un front de cames x donné, chacun pondéré d’un facteur de tolérance k, et
  4. une quatrième étape de détermination du front de cames x vu par le capteur arbre à cames, le front de cames réellement vu par le capteur correspondant au front de cames x commun aux trois listes établies lors de la quatrième étape.
Selon une caractéristique du procédé selon l’invention, un front de cames x est considéré comme possible lorsque la valeur du premier, deuxième et troisième ratios réels (N1, N2, N3) est respectivement comprise dans un intervalle [T1/k ; T1*k], [T2/k ; T2*k] et [T3/k ; T3*k] pour un front de cames x donné.
Selon une autre caractéristique du procédé selon l’invention, le facteur de tolérance k est un nombre constant appartenant à l’ensemble compris entre 1,5 et 3, préférentiellement 2,3.
Selon encore une autre caractéristique du procédé selon l’invention, les premier, deuxième et troisième ratios théoriques (T1, T2, T3) sont déterminés à partir des angles a entre les fronts de cames x et sont de formules suivantes :
T1 = (Ta+ Ta-2) / (Ta-1+ Ta-3)
T2 = (Ta+ Ta-1) / (Ta-2+ Ta-3), et
T3 = (Ta+ Ta-3) / (Ta-1+ Ta-2),
où,
Tareprésente l’angle entre les fronts de cames x et x-1,
Ta-1représente l’angle entre les fronts de cames x-1 et x-2,
Ta-2représente l’angle entre les fronts de cames x-2 et x-3, et
Ta-3représente l’angle entre les fronts de cames x-3 et x-4.
Selon encore une autre caractéristique du procédé selon l’invention, les premier, deuxième et troisième ratios réels (N1, N2, N3) sont déterminés à partir de la mesure des temps séparant les fronts de cames x et répondent aux formules suivantes :
N1 = (Tn+ Tn-2) / (Tn-1+ Tn-3),
N2 = (Tn+ Tn-1) / (Tn-2+ Tn-3), et
N3 = (Tn+ Tn-3) / (Tn-1+ Tn-2),
où
Tnreprésente le temps entre les deux derniers fronts de cames vus par le capteur,
Tn-1représente le temps entre l’avant-dernier et l’antépénultième fronts de cames vus par le capteur,
Tn-2représente le temps entre l’antépénultième et l’avant-avant-avant-dernier fronts de cames vus par le capteur, et
Tn-3représente le temps entre l’avant-avant-avant-dernier et l’avant-avant-avant-avant-dernier fronts de cames vus par le capteur.
Un avantage de la présente invention réside dans la rapidité de synchronisation du moteur en s’affranchissant des données issues du capteur vilebrequin.
Un autre avantage de la présente invention réside dans la robustesse de la méthode de synchronisation du moteur à combustion interne.
D’autres caractéristiques, avantages et détails de l’invention seront mieux compris à la lecture du complément de description qui va suivre en rapport avec le dessin dans lequel :
: la figure 1 représente un exemple de signal arbre à cames généré par un capteur arbre à cames.
Description détaillée de modes de realization de l’invention
Un moteur à combustion interne est généralement constitué d’au moins un cylindre et au moins un piston mobile entre une position haute et une position basse dans le au moins un cylindre. La position de la dent de référence est connue et permet d’associer chaque dent du signal vilebrequin à une position du moteur. Le vilebrequin coopère notamment avec un arbre à cames lui-même coopérant avec une cible arbre à cames présentant un nombre de fronts de cames x espacés les uns des autres, selon un angle a. Dans un moteur à combustion interne, la configuration de la cible arbre à cames est connue. Le moteur comprend également un capteur arbre à cames générant un signal arbre à cames en fonction du nombre de front de cames x. Ainsi, pour une cible arbre à cames donné, le signal arbre à cames en résultant est également connu.
La synchronisation du moteur à combustion interne est alors effectuée lorsque le front de came x réellement vu par le capteur arbre à cames est connu.
La figure 1 est un exemple d’un signal arbre à cames généré par un capteur arbre à cames. Dans cet exemple, le signal arbre à cames comporte huit fronts de cames x1, x2x3, x4, x5, x6x7et x8. Pour chacun des fronts de cames x, il est possible de déterminer un premier T1, un deuxième T2 et troisième T3 ratios théoriques. Lesdits premier, deuxième et troisième ratios théoriques sont déterminés à partir des angles a entre les fronts de cames x et sont de formules suivantes :
T1 = (Ta+ Ta-2) / (Ta-1+ Ta-3)
T2 = (Ta+ Ta-1) / (Ta-2+ Ta-3), et
T3 = (Ta+ Ta-3) / (Ta-1+ Ta-2),
où,
Tareprésente l’angle entre les fronts de cames x et x-1,
Ta-1représente l’angle entre les fronts de cames x-1 et x-2,
Ta-2représente l’angle entre les fronts de cames x-2 et x-3, et
Ta-3représente l’angle entre les fronts de cames x-3 et x-4.
Ainsi, pour chaque front de cames x, on dispose de trois ratios théoriques et chaque ratio théorique est pondéré avec un facteur de tolérance k de façon à délimiter une fenêtre de tolérance. Les bornes de cette fenêtre de tolérance sont obtenues en divisant et en multipliant le ratio théorique par le facteur de tolérance k.
Ce facteur de tolérance k est notamment fonction des paramètres du moteur à combustion interne mais prend également en compte les variations de vitesse au démarrage du moteur et cela dans des conditions comme lors d’un démarrage à froid ou avec une batterie faible. Le facteur de tolérance k est un nombre constant appartenant à l’ensemble compris entre 1,5 et 3, préférentiellement 2,3.
Pour chaque front de cames x, on dispose de trois ratios théoriques T1, T2, T3 et, pour chaque ratio T1, T2, T3, on dispose d’une fenêtre de tolérance correspondant à [T1/k ; T1*k], [T2/k ; T2*k] et [T3/k ; T3*k].
Ainsi, pour l’exemple en relation avec la figure 1 l’angle a1entre les fronts de cames x8et x1est égal à 30 degrés. L’angle a2entre les fronts de cames x1et x2est égal à 150 degrés. L’angle a3entre les fronts de cames x2et x3est égal à 30 degrés. L’angle a4entre les fronts de cames x3et x4est égal à 30 degrés. L’angle a5entre les fronts de cames x4et x5est égal à 150 degrés. L’angle a6entre les fronts de cames x5et x6est égal à 90 degrés. L’angle a7entre les fronts de cames x6et x7est égal à 90 degrés. L’angle a8entre les fronts de cames x7et x8est égal à 150 degrés. Toutes les valeurs angulaires sont exprimées en degrés vilebrequin et un tour d’arbre à cames représentant 720° vilebrequin.
Ces données permettent d’obtenir les ratios théoriques T1, T2 et T3 ainsi que les bornes des fenêtres de tolérance correspondantes et cela pour chaque front de cames x. Pour l’exemple en relation avec la figure 1, les données sont illustrées dans les tableaux 1 à 3 ci-après. Le tableau 1 représente les données en relation avec le premier ratio théorique T1, le tableau 2 représente les données en relation avec le deuxième ratio théorique T2 et le tableau 3 représente les données en relation avec le troisième ratio théorique T3. Le coefficient k a été fixé à 2,3.
Fronts de cames x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8
T1 0,5 2,5 0,2 3,0 1 0,67 2 1
T1/k 1,15 5,75 0,46 6,9 2,3 1,53 4,6 2,3
T1*k 0,217 1,087 0,087 1,304 0,44 0,29 0,87 0,44
Tableau 1
Fronts de cames x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8
T2 1 0,75 1 0,333 1 4 1 1
T2/k 2,3 1,725 2,3 0,767 2,3 9,2 2,3 2,3
T2*k 0,44 0,326 0,44 0,145 0,44 1,74 0,44 0,44
Tableau 2
Fronts de cames x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8
T3 0,5 1,333 1 0,333 5 0,67 0,5 1,667
T3/k 1,15 3,067 2,3 0,767 11,5 1,53 1,15 3,833
T3*k 0,217 0,58 0,44 0,145 2,174 0,29 0,22 0,725
Tableau 3
Le procédé selon l’invention permet de rapidement synchroniser le moteur lors du démarrage par exemple en utilisant les données théoriques.
Le procédé selon l’invention comprend la détermination de 3 ratios réels N1, N2 et N3 chacun déterminé à partir de la mesure des temps séparant les fronts de cames x et répondent aux formules suivantes :
N1 = (Tn+ Tn-2) / (Tn-1+ Tn-3),
N2 = (Tn+ Tn-1) / (Tn-2+ Tn-3), et
N3 = (Tn+ Tn-3) / (Tn-1+ Tn-2),
où
Tnreprésente le temps entre les deux derniers fronts de cames vus par le capteur,
Tn-1représente le temps entre l’avant-dernier et l’antépénultième fronts de cames vus par le capteur,
Tn-2représente le temps entre l’antépénultième et l’avant-avant-avant-dernier fronts de cames vus par le capteur, et
Tn-3représente le temps entre l’avant-avant-avant-dernier et l’avant-avant-avant-avant-dernier fronts de cames vus par le capteur.
Ainsi, il est nécessaire que le capteur arbre à cames acquière cinq signaux correspondant à au moins cinq fronts de cames x. Une fois que le cinquième front de cames x est détecté par le capteur, le procédé selon l’invention permet de déterminer à quel front de cames x il correspond et donc de synchroniser le moteur.
Une fois les cinq fronts de cames acquis, il est possible de déterminer la valeur, d’un premier, deuxième et troisième ratios réels (N1, N2, N3).
Chaque ratio réel calculé permet d’établir une liste de fronts de cames x possibles pour ce cinquième front de cames détecté par le capteur arbres à cames. Ces listes sont obtenues en comparant la valeur des ratios réels N1, N2 et N3 aux fenêtres de tolérance correspondant à la valeur du premier, deuxième ou troisième ratios théoriques pour un front de cames x donné. Ainsi, un front de cames x est considéré comme possible lorsque la valeur du premier, deuxième et troisième ratios réels (N1, N2, N3) est respectivement comprise dans un intervalle [T1/k ; T1*k], [T2/k ; T2*k] et [T3/k ; T3*k] pour un front de cames x donné.
Il s’en suit que le front de cames x réellement vu par le capteur correspond au front de cames x commun aux listes établies précédemment.
Dans l’exemple en rapport avec la figure 1 et en relation avec les tableaux 1, 2 et 3, si l’on prend les données suivantes pour le calcul des premier, deuxième et troisième ratios réels :
Tn = 30,
Tn-1 = 150,
Tn-2 = 90,
Tn-3 = 90, et
Cela permet de calculer les ratios réels :
N1 = 0,5
N2 = 1
N3 = 0,5
La liste établie en rapport avec le premier ratio théorique T1 rend possible les fronts de cames x1, x5, x6et x8 car N1 est compris dans l’intervalle de tolérance des fronts de cames x1, x5, x6et x8pour le premier ratio théorique T1.
La liste établie en rapport avec le deuxième ratio théorique T2 rend possible les fronts de cames x1, x2, x3, x5, x7et x8car N2 est compris dans l’intervalle de tolérance des fronts de cames x1, x2, x3, x5, x7et x8pour le deuxième ratio théorique T2.
La liste établie en rapport avec le troisième ratio théorique T3 rend possible les fronts de cames x1, x3, x4, x6et x7car N3 est compris dans l’intervalle de tolérance des fronts de cames x1, x3, x4, x6et x7pour le troisième ratio théorique T3.
Le procédé selon l’invention ne retient que les fronts possibles communs dans les trois listes. Sur l’exemple précédent, seul le front x1est commun. L’algorithme détermine alors que le dernier front vu est le front numéro 1.
Le procédé selon l’invention permet donc de synchroniser un moteur à combustion interne en s’affranchissant des données issues d’un capteur vilebrequin et dès réception par le capteur arbre à cames de seulement 5 fronts de cames.

Claims (5)

  1. Procédé de synchronisation d’un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre, au moins un piston mobile dans le au moins un cylindre et entrainant un vilebrequin coopérant avec un arbre à cames, ledit arbre à cames coopérant avec une cible connue de l’arbre à cames présentant un nombre de front de cames x, et un capteur arbre à cames générant un signal arbre à cames en fonction du nombre de front de cames x, ledit procédé comprenant :
    1. une première étape d’acquisition par le capteur arbre à cames de signaux correspondant à au moins cinq fronts de cames x,
    2. une deuxième étape de détermination de la valeur, à partir du signal arbre à cames, d’un premier, deuxième et troisième ratios réels (N1, N2, N3),
    3. une troisième étape d’établissement, pour chaque valeur de ratio réel (N1, N2, N3) obtenu à la deuxième étape, d’une liste de fronts de cames x possibles en comparant respectivement les valeurs du premier, deuxième et troisième ratios réels (N1, N2, N3) à une fenêtre de tolérance correspondant à une valeur d’un premier, deuxième ou troisième ratios théoriques (T1, T2, T3) pour un front de cames x donné, chacun pondéré d’un facteur de tolérance k, et
    4. une quatrième étape de détermination du front de cames x vu par le capteur arbre à cames, le front de cames réellement vu par le capteur correspondant au front de cames x commun aux trois listes établies lors de cette quatrième étape.
  2. Procédé de synchronisation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’un front de cames x est considéré comme possible lorsque la valeur du premier, deuxième et troisième ratios réels (N1, N2, N3) est respectivement comprise dans un intervalle [T1/k ; T1*k], [T2/k ; T2*k] et [T3/k ; T3*k] pour un front de cames x donné.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le facteur de tolérance k est un nombre constant appartenant à l’ensemble compris entre 1,5 et 3, préférentiellement 2,3.
  4. Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que les premier, deuxième et troisième ratios théoriques (T1, T2, T3) sont déterminés à partir des angles a entre les fronts de cames x et sont de formules suivantes :
    T1 = (Ta+ Ta-2) / (Ta-1+ Ta-3)
    T2 = (Ta+ Ta-1) / (Ta-2+ Ta-3), et
    T3 = (Ta+ Ta-3) / (Ta-1+ Ta-2),
    où,
    Tareprésente l’angle entre les fronts de cames x et x-1,
    Ta-1représente l’angle entre les fronts de cames x-1 et x-2,
    Ta-2représente l’angle entre les fronts de cames x-2 et x-3, et
    Ta-3représente l’angle entre les fronts de cames x-3 et x-4.
  5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les premier, deuxième et troisième ratios réels (N1, N2, N3) sont déterminés à partir de la mesure des temps séparant les fronts de cames x et répondent aux formules suivantes :
    N1 = (Tn+ Tn-2) / (Tn-1+ Tn-3),
    N2 = (Tn+ Tn-1) / (Tn-2+ Tn-3), et
    N3 = (Tn+ Tn-3) / (Tn-1+ Tn-2),
    où
    Tnreprésente le temps entre les deux derniers fronts de cames vus par le capteur,
    Tn-1représente le temps entre l’avant-dernier et l’antépénultième fronts de cames vus par le capteur,
    Tn-2représente le temps entre l’antépénultième et l’avant-avant-avant-dernier fronts de cames vus par le capteur, et
    Tn-3représente le temps entre l’avant-avant-avant-dernier et l’avant-avant-avant-avant-dernier fronts de cames vus par le capteur.
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