PROCEDE ET DISPOSITIF DE COMMANDE DE SOUPAPE AVEC PLUSIEURS PHASES DE LEVEE, PROCEDE D'ALIMENTATION D'UN MOTEUR THERMIQUE EN COMBURANT

Procédé et dispositif de commande de soupape avec plusieurs phases de levée, procédé d'alimentation d'un moteur thermique en comburant

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande de soupape avec plusieurs phases de levée. Ce procédé et ce dispositif sont par exemple utilisables pour la commande des soupapes d'un moteur thermique de véhicule automobile. L'invention a également pour objet un procédé d'alimentation en comburant d'un moteur thermi- que .

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION

Les moteurs thermiques utilisés dans le domaine automobile comprennent généralement un bloc délimitant des cylindres ayant une extrémité fermée par une culasse et re- cevant à coulissement des pistons reliés à un vilebrequin. Dans les moteurs à quatre temps, la culasse est pourvue de conduits d'admission et d'échappement associés respectivement à des soupapes d'admission et d'échappement mobiles chacune entre une position d'ouverture dans laquelle elle met en communication le cylindre et le conduit correspondant et une position de fermeture dans laquelle elle isole le cylindre du conduit correspondant.

Pour l ' actionnement des soupapes, en particulier les soupapes d'admission, il est envisagé désormais de re- courir à des dispositifs de commande comportant un action- neur électromagnétique associé à au moins une soupape et relié à une unité de pilotage programmée pour commander l'actionneur en fonction de paramètres prédéterminés de fonctionnement optimal du moteur, et notamment la charge d'air à introduire dans le cylindre.

Il existe plusieurs modes de pilotage et notamment les modes EIVC et LIVO. Dans le mode EIVC (de l'anglais « Early Intake Valve Closing ») , la soupape est ouverte puis fermée dès que la quantité d'air introduite est suffi- santé. Ce mode de pilotage permet de réduire les pertes par pompage qui sont souvent présentes par ailleurs dans les moteurs dans lesquels les soupapes sont actionnées classiquement par un arbre à cames. Toutefois ce mode de pilotage ne favorise pas la formation de turbulences dans le cylindre lors de l'admission d'air, engendrant un rendement de combustion relativement faible. Dans le mode LIVO (de l'anglais « Last Intake Valve Opening ») , la soupape d'admission est ouverte tardivement, lorsqu'une détente se produit dans le cylindre en raison de la descente du piston, puis fermée dès que la quantité d'air introduite est suffisante comme dans le mode EIVC. Les pertes par pompage sont plus élevées que dans le mode EIVC seul, mais le ren- dément de combustion est amélioré.

OBJET DE L'INVENTION

L'invention a notamment pour but de permettre une admission d'air optimisée dans les moteurs thermiques à soupapes d'admission pilotées. RESUME DE L'INVENTION

A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de commande d'une soupape de moteur thermique, la soupape ayant une position de fermeture et une position d'ouverture et le procédé comprenant au moins une étape d'ouverture de la soupape, cette étape comprenant au moins une phase d'amenée de la soupape en position d'ouverture et une phase de maintien de la soupape dans une position intermédiaire entre la position de fermeture et la position d' ouverture . Ainsi, dans le procédé de l'invention, la soupape est amenée et maintenue successivement dans plusieurs positions ouvertes. Le comportement et le débit du fluide ne sont pas les mêmes dans ces positions de sorte que le positionnement successif de la soupape dans ces positions per- met d'en combiner les avantages. La phase d'amenée de la soupape en position d'ouverture précède ou suit la phase de maintien de la soupape dans la position intermédiaire.

L'invention concerne également un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé. En outre, l'invention a pour objet un procédé d'alimentation en comburant d'un cylindre de moteur thermique pendant un temps d'admission en déplaçant une soupape d'admission entre une position de fermeture et une position d'ouverture, comprenant au moins une phase d'amenée de la soupape en position d'ouverture et une phase de maintien de la soupape dans une position intermédiaire 'entre la position de fermeture et la position d'ouverture. L'agitation aérodynamique, la vitesse de remplissage et les pertes de remplissage résultant de l'amenée en position d'ouverture et du maintien en position intermédiaire ne sont notamment pas les mêmes de sorte que la succession de ces deux phases permet d'en combiner les avanta- ges .

Selon un premier mode de commande de la soupape, la phase d'amenée de la soupape en position d'ouverture précède la phase de maintien de la soupape dans la position intermédiaire . La phase d'amenée en position d'ouverture permet d'assurer la majeure partie du remplissage du cylindre avec des pertes de charge limitées tandis que la phase de maintien en position intermédiaire permet de maintenir dans le cylindre une agitation aérodynamique de la charge de combu- rant, de préférence jusqu'au temps de compression qui suit le temps d'admission, agitation aérodynamique qui favorise la combustion.

Selon un deuxième mode de commande, la phase d'amenée de la soupape en position d'ouverture suit la phase de maintien de la soupape dans la position intermédiaire .

La phase de maintien en position intermédiaire permet de faciliter le déplacement ultérieur de la soupape vers la position d'ouverture en limitant la consommation d'énergie nécessaire au déplacement de la soupape tandis que l'amenée de la soupape en position d'ouverture permet d'assurer la majeure partie du remplissage du cylindre avec des pertes de charge limitées. La phase d'amenée en position d'ouverture permet en outre ici de maintenir dans le cylindre une agitation aérodynamique de la charge de comburant de préférence jusqu'au temps de compression qui suit le temps d'admission.

De préférence, les phases d'amenée et de maintien ont des durées déterminées en fonction d'une charge de comburant à introduire dans le cylindre.

La charge de comburant dépend directement de la durée des phases de maintien de sorte qu'il n'est pas néces- saire de prévoir à cet effet une vanne sur le conduit d' admission.

Avantageusement, les durées sont déterminées pour que la soupape soit amenée en position de fermeture au voisinage du début d'un temps de compression du comburant sui- vant le temps d'admission.

L'agitation aérodynamique du comburant procurée par l'admission du comburant est ainsi maintenue jusqu'au début du temps de compression, ce qui va améliorer l ' inflammabilité de celui-ci et permettre l'obtention d'une combustion de bonne qualité.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de mises en œuvre particuliers non limitatifs de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

II sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique partielle d'un moteur thermique permettant la mise en oeuvre de l'invention,

- la figure 2 est une vue schématique partielle d'un moteur de ce cylindre,

- les figures 3 et 4 sont deux diagrammes représentant le profil temporel de levée d'une soupape selon deux modes de pilotage.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est ici décrite en application à un moteur thermique à combustion interne fonctionnant selon un cycle à quatre temps, à savoir : admission, compression, détente, échappement.

En référence aux figures, le moteur thermique conforme à l'invention comporte un bloc 10 délimitant quatre cylindres 1, 2, 3, 4 en ligne. Les cylindres 1 et 4 en- cadrent les cylindres 2 et 3. Chaque cylindre 1, 2, 3, 4 définit une chambre 5 fermée d'un côté par une culasse 6 et de l'autre côté par un piston 7 mobile à coulissement dans le cylindre 1, 2, 3, 4 entre une position haute (point mort haut) et une position basse (point mort bas) et reliée par une bielle 8 à un vilebrequin 9 monté à pivotement dans le bloc 10.

Dans chaque chambre de combustion 5, débouchent un conduit d'admission 11 et un conduit d'échappement 12 qui sont ménagés dans la culasse 6. Le conduit d'admission 11 et le conduit d'échappement 12 sont équipés respectivement d'une soupape d'admission 13 et d'une soupape d'échappement 14 déplacées entre deux positions d'ouverture et de fermeture par des actionneurs électromagnétiques 15, 16 respec- tivement .

De manière connue en elle-même, chaque actionneur 15, 16 comprend un corps où sont montés deux électroaimants entre lesquels est montée une palette magnétique solidaire d'une extrémité d'une tige d' actionnement ayant une extré- mité opposée agencée pour prendre appui sur une queue de la soupape. Chaque actionneur comprend également, de façon connue en soi, des moyens élastiques de déplacement comprenant de façon connue en elle-même un ressort intercalé entre une face du corps de 1 ' actionneur et un épaulement de la tige d' actionnement pour rappeler la palette en position d'ouverture de la soupape et un ressort intercalé entre une face de la culasse et un épaulement de la queue de soupape pour rappeler la soupape en position de fermeture.

Une bougie 19 est montée sur la culasse 6 pour dé- boucher dans la chambre de combustion 5. La bougie 19 est reliée à un circuit d'allumage connu en lui-même et non représenté ici .

Un injecteur 20 d'un dispositif d'alimentation en carburant est monté également sur la culasse 6. Les électroaimants sont commandés via un dispositif de commande 17, 18 de façon connue en elle-même via des moyens non représentés d'asservissement par exemple à partir d'un courant de consigne et d'une vitesse de déplace- ment de la tige d ¹ actionnement obtenue par dérivation d'un signal de position fourni par un capteur de position de la tige .

Le dispositif de commande 17, 18, connu en lui- même, est une unité électronique, habituellement appelée VCU (de l'anglais « Valve Control Unit », unité de commande de soupape) , comportant :

- un module informatique de commande incorporant un processeur susceptible d'exécuter un programme à partir de données contenues dans une mémoire et de données qui lui sont transmises par l'unité de commande du moteur 30 (ou ECU pour « Engine Control Unit »)

- un module de puissance commandé par le module de commande et relié à l'actionneur pour alimenter celui-ci. Le programme exécuté par le dispositif de commande

17 de l'actionneur 15 de chaque soupape d'admission 13 est agencé pour réaliser une ouverture de la soupape comportant au moins une phase d'amenée de la soupape en position d'ouverture et une phase de maintien de la soupape dans une position intermédiaire entre la position de fermeture et la position d'ouverture. La phase d'amenée en position d'ouverture et la phase de maintien en position intermédiaire ont des durées déterminées en fonction d'une charge de comburant à introduire dans le cylindre. La levée de la soupape d'admission 13 à la position intermédiaire peut également être réglée en fonction de la charge de comburant à introduire dans le cylindre.

En outre, les durées sont déterminées pour que la soupape soit amenée en position de fermeture au voisinage du début d'un temps de compression du comburant suivant le temps d'admission.

Il n'est ici pas réalisé un maintien de la soupape d'admission 13 en position d'ouverture : l'actionneur 15 est piloté pour amener la soupape jusqu'à cette position puis la relâcher pour laisser la soupape repartir vers sa position de fermeture.

En référence à la figure 2, la phase d'amenée de la soupape en position d'ouverture I précède la phase de main- tien de la soupape dans la position intermédiaire II.

En référence à la figure 3, la phase d'amenée de la soupape en position d'ouverture I suit la phase de maintien de la soupape dans la position intermédiaire II. Pour faire exécuter ce profil temporel au dispositif de commande 17 de l ' actionneur 15, l'unité de commande 30 envoie sur le bus de communication des trames d'informations permettant de reconstruire ce profil. Le dispositif de commande 17 stocke ses trames dans une mémoire tampon jusqu'à détecter la fin de transition.

Selon une première méthode de communication, les trames comportent des triplets d'informations précisant :

- la levée souhaitée (en mm par exemple) ,

- la position de fin de la levée précédente (en an- gle vilebrequin) ,

- la position de début de la levée souhaitée (en angle vilebrequin) .

A titre d'exemple, on pourrait avoir la succession de trames suivante : - 2 mm, 20°, 50° (trame 1),

- 10 mm, 90°, 120° (trame 2),

- 0 mm, 150°, 180° (trame 3).

Le dispositif de commande 17 mémorise ces trames et les applique au prochain cycle moteur. La fin de la défini- tion du profil d'une succession de trames est détectée par

- la levée souhaitée de la dernière trame est égale à 0 mm,

- la première trame de définition du profil suivant se termine par une position de début de levée souhaitée supérieure à la valeur de la trame précédente,

- absence d'information pendant une durée déterminée.

Selon une deuxième méthode de communication, les informations sont communiquées par des paires de doublets précisant :

- la levée précédente (en mm par exemple) et la position de fin de la levée précédente par exemple en angle vilebrequin (doublet 1) ,

- la levée suivante et la position de début de la levée suivante (doublet 2).

A titre d'exemple, on pourrait avoir la succession de trames suivante :

- 0 mm, 20° (doublet 1) ; 2 mm, 50° (doublet 2) ;

- 2 mm, 90° (doublet 1) ; 10 mm, 120° (doublet 2 ) ;

- 10 mm, 150° (doublet 1) ; 0 mm, 180° (doublet 2) . La fin du profil est déterminée comme précédemment. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de mise en œuvre décrits mais englobe toute variante entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications .

En particulier, le moteur et le dispositif de com- mande peuvent avoir une structure différente de celles décrites ici. L'invention est ainsi applicable au moteur à allumage commandé ou spontané, à injection directe ou indirecte, aux moteurs bi- carburant s, à d'autres types d' actionnement de soupape (notamment hydraulique)... Le procédé de l'invention est également utilisable pour les soupapes d'échappement.

En variante, il est bien entendu possible de maintenir la soupape en position d'ouverture.

Il est en outre possible d'avoir plus d'une phase intermédiaire.

Les levées correspondant à la position d'ouverture et à la position intermédiaire peuvent être déterminées en fonction de la charge de comburant à introduire dans le cylindre . La durée de la phase d'amenée en position d'ouverture et la durée de la phase de maintien en position intermédiaire peuvent être déterminée pour que la soupape soit amenée en position de fermeture avant le début du temps de compression ou un peu après celui-ci.

D'autres méthodes de communication des informations sont envisageables entre l'unité de commande du moteur et le dispositif de commande des soupapes. En outre, les méthodes de communication des informations sont indépendantes de l'application décrite. D'autres informations peuvent en outre être échangées.