EP1479896A1 - Procédé d'estimation de la pression des gaz dans un collecteur d'admission de moteur à combustion interne - Google Patents

Procédé d'estimation de la pression des gaz dans un collecteur d'admission de moteur à combustion interne Download PDF

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EP1479896A1
EP1479896A1 EP04300282A EP04300282A EP1479896A1 EP 1479896 A1 EP1479896 A1 EP 1479896A1 EP 04300282 A EP04300282 A EP 04300282A EP 04300282 A EP04300282 A EP 04300282A EP 1479896 A1 EP1479896 A1 EP 1479896A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
engine
gas
intake
intake manifold
pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04300282A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
M. Laurent Fontvieille
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP1479896A1 publication Critical patent/EP1479896A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F02D41/182—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow for the control of a fuel injection device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0402—Engine intake system parameters the parameter being determined by using a model of the engine intake or its components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0414—Air temperature

Definitions

  • the subject of the present invention is a method allowing estimation of the exhaust gas pressure in a manifold internal combustion engine intake fitted with a set turbocharger comprising a compressor and a variable geometry turbine.
  • the invention also relates to a device for controlling the operation of a combustion engine internal.
  • the invention can be applied to different types of engine, Beau de Rochas cycle or Diesel cycle, supercharged or not.
  • the control of the operation of a combustion engine internal is to manage the engine from a set of sensors and actuators. All the control laws in the form of software strategy and characterization parameters in the form of engine calibration are usually stored in a computer in the form of a control unit electronic (UCE).
  • UCE control unit electronic
  • the engine may include a turbocharger assembly provided with a turbine and a compressor intended to increase the amount of air admitted into the engine cylinders.
  • a turbocharger assembly provided with a turbine and a compressor intended to increase the amount of air admitted into the engine cylinders.
  • two turbines are placed at the outlet of the gas collectors engine exhaust so as to be entrained by gases exhaust from the two engine cylinder banks.
  • the outputs of two banks of cylinders are connected downstream of the two turbines.
  • the power supplied by the exhaust gases to the turbines can be modulated by installing relief valves or by providing turbines fitted with blades with variable orientation so as to constitute a variable geometry turbocharger (TGV).
  • TSV variable geometry turbocharger
  • Each compressor is mounted on a mechanical axis receiving also the turbine so that the two compressors compress the air entering the intake manifold.
  • a heat exchanger can be placed between the compressors and the intake manifold common to the two cylinder banks so to cool the compressed air at the outlet of the compressors.
  • Actuators are used to control the opening and closing the relief valves or orienting the fins of the turbines so as to modify the geometry of said turbines.
  • the control signals of these actuators are supplied by the control unit electronic control (ECU) and allow in particular to control the pressure in the intake manifold.
  • ECU control unit electronic control
  • twin-turbo V engine architecture where the two compressors compress the air in an intake common to all cylinders, it is important to master well balancing of the two turbochargers. Indeed, in phase transient, the two compressors must participate in the development of the supercharging instruction without interaction of one on the other. In stabilized operation, the two compressors must rotate at the same speed to provide the same operating conditions on the two banks of cylinders.
  • the amount of nitrogen oxides produced is mainly related to the composition of the reactive mixture in the engine cylinders, a mixture that contains air, fuel and inert gases. These inert gases do not participate in the combustion and come from a circuit deriving part of the gases exhaust to the intake system to reduce the amount nitrogen oxides in the exhaust gas.
  • This branch circuit allowing the recirculation of part of the exhaust gases, says "EGR circuit” includes a valve which allows to modulate the quantity of exhaust gas recycled into the intake manifold.
  • a particulate filter in the pipeline exhaust.
  • a filter includes a set of microchannels in which a large part of the particles is trapped.
  • the filter When the filter is saturated with particles, it should be emptied in burning the particles during a regeneration phase which can be implemented by means of a heating device or by a specific engine setting.
  • Such regulation of the engine supercharging thermal is therefore usually done by slaving of the pressure in the intake manifold on a pressure setpoint stored in the electronic control unit UCE.
  • the instruction of pressure can for example result from a mapping according to the engine rotation speed and injected fuel flow, cartography which is memorized in the electronic control unit.
  • a regulation device for example of the PID type (proportional, integral, derivative) can then regulate the manifold pressure intake from the setpoint, by acting on the orientation of the fins so as to modify the geometry of the turbines.
  • the regulation compensates for the decrease in the rate expansion of the turbines by increasing the pressure prevailing in the intake manifold and therefore in the exhaust gases upstream turbines.
  • Such regulation is satisfactory although there is no control of the absolute value of the pressure prevailing in the gases exhaust upstream of the turbines.
  • the pressure in the intake manifold is subject to a setpoint.
  • the setpoint can be mapped in dependent on engine speed and fuel flow.
  • a regulator is responsible for regulating the pressure in the intake manifold on the setpoint. It is therefore necessary to know the pressure in the intake manifold.
  • a sensor can be provided for this purpose.
  • the object of the present invention is to solve the difficulties encountered with known devices and allow a economic determination of the gas pressure in the manifold intake.
  • the present invention also relates to a method and a device for precise determination of the prevailing pressure in the intake manifold.
  • the manifold pressure estimation process intake of an internal combustion engine comprises a step of calculating the gas flow rate in the engine, a step of calculating the mass of gas in the circuit intake, and a step of calculating the pressure in the manifold intake system knowing the gas temperature in the manifold intake.
  • a step of calculating the gas flow in the engine from a measurement of the engine speed, and a measurement of the gas temperature in the manifold.
  • a step of calculating the gas flow rate in the engine from a engine filling efficiency map taking into account a measurement of the engine speed, a measurement of the temperature of the gas in the intake manifold, and an earlier estimate of the pressure in the intake manifold.
  • the gas flow in the motor is equal to a constant near the product of the speed of the engine, engine displacement, previous estimate of pressure in the intake manifold, a map of the engine filling efficiency divided by gas temperature in the collector.
  • the pressure in the intake manifold is equal to the pressure atmospheric.
  • a step of calculating the mass of gas in the intake circuit from integration of the difference between a gas flow measurement into an inlet flow meter and calculating the gas flow through the engine.
  • the mass of gas in the intake circuit is equal to the maximum of the integral of the difference between a gas flow measurement in a flow meter input and calculation of the gas flow in the engine, and the quotient at a constant near atmospheric pressure by the temperature of gas in the intake manifold.
  • a step of calculating an estimated pressure in the intake manifold from the calculation of the mass of gas in the intake circuit and a measurement of the gas temperature in the intake manifold.
  • the estimated pressure in the intake manifold is equal to the product to within a constant the mass of gas in the intake circuit and the temperature of the gas in the intake manifold.
  • the invention also provides a device for monitoring and control of an internal combustion engine, comprising means for measurement of the gas temperature in the intake manifold, a means for calculating the gas flow in the engine, means for calculating the mass of gas in the intake circuit, and a means of calculating the pressure in the intake manifold.
  • the monitoring and control device is adapted to the control of the operation of an internal combustion engine motor vehicle equipped with a turbocharger assembly supercharging comprising a compressor and a geometry turbine variable, the compressor supplying the engine with air at a pressure higher than atmospheric pressure and the turbine being crossed by exhaust gases from the engine.
  • the device includes an electronic control unit (UCE) capable of performing calculations from stored data and of measured values and sensors to measure in particular the flow of air entering the engine, the fuel flow supplying the engine and the instantaneous geometry of the turbine.
  • the control unit electronics includes means for iteratively calculating a estimated value of the gas pressure in the intake manifold in upstream of the engine cylinders. Atmospheric pressure is determined by means of a sensor which may be in the unit of electronic control.
  • the invention also provides an internal combustion engine comprising an intake circuit provided with a manifold, at least one cylinder, and a control and command device comprising a means of measuring the gas temperature in the manifold intake, a means of calculating the gas flow in the engine, a means for calculating the mass of gas in the intake circuit, and a means of calculating the pressure in the intake manifold.
  • the internal combustion engine may include one or two turbocharger assemblies supplying the engine with compressed air by a single intake manifold.
  • the device is particularly suitable for a diesel engine, whose exhaust pipe is fitted with a particulate filter.
  • FIG. 1 there is shown a diesel engine 1 to four cylinders, each cylinder being associated with an injection device for fuel, referenced 2.
  • Fresh air entering the distributor intake 3 of engine 1 first passes through a turbocharger 4 comprising a compressor 5 and a turbine 6 mounted on a shaft common 7.
  • the flows supplied by the compressor 7 and the turbine 6 can be modulated by a device, not illustrated in the figure, which may for example include a means of changing the orientation internal fins of compressor 5 and / or turbine 6.
  • Fresh air taken from the outside first passes through an air filter 8, then a flow meter 9, before entering compressor 5. Circulation of air at atmospheric pressure is symbolized in FIG. 1 by the arrows 10.
  • the compressed air coming from compressor 5 passes through, in the example illustrated, a heat exchanger 11 which makes it possible to cool gas admitted.
  • the compressed compressed air passes through a three-way valve 12 capable of regulating a flow of exhaust gas recirculation before entering the intake manifold 3.
  • the flow of compressed air is symbolized by the arrows 13 in FIG. 1.
  • the exhaust gases from the exhaust manifold 14, after combustion in engine 1, are partly directed towards the valve 12, in order to be partly recirculated after mixing in the air 13 directed to the intake manifold 3.
  • the other party exhaust gases, the flow of which is symbolized by the arrow 15, is brought to the turbine 6 in order to drive the compressor 5.
  • the exhaust gases, the flow of which is symbolized by the arrow 16, cross, in the example illustrated, a particle filter 17 before being released into the atmosphere by the pot exhaust 18.
  • An electronic control unit (ECU) referenced 19 receives various signals allowing the operation of the regulation device of the invention.
  • the electronic control unit 19 receives in particular by connection 20 a position signal from an accelerator pedal actuated by the driver.
  • the fresh air flow Q deb measured by the flow meter 9, is brought in the form of a signal by the connection 21 to the electronic control unit 19.
  • a temperature sensor 22, placed in the intake manifold 3, allows the temperature of the gases to be measured before they enter the cylinders, which will be called T col .
  • the signal corresponding to this temperature is transmitted to the electronic control unit 19 by the connection 23.
  • the electronic control unit also receives, via the connections 24 and 25, information concerning the engine rotation speed N word and the air temperature T air in the flow meter 9.
  • the electronic control unit 19 comprises a sensor 26 for atmospheric pressure P atmo ⁇
  • the electronic control unit 19 transmits different signals allowing the management of the operation of engine 1 as well as other parts of the vehicle, not shown in the figure.
  • the unit of electronic control transmits in particular through connection 27, a control command signal for valve 12.
  • the control unit electronics also transmits, via connection 28, a signal control for a regulator of the fuel flow injected into the engine 1 by the different injection devices 2.
  • the estimation of the pressure in the manifold P col includes a first step of calculating the air flow sucked in by the engine Q word .
  • Q word N word * V cyl * P col / (R air * T col * 120) * ⁇ v ⁇ N word , P coolant / (R air * T col ) ⁇
  • V cyl is the engine displacement.
  • a air is the mass constant of air, ie 287.
  • P coolant is the manifold pressure estimated previously.
  • ⁇ v is a map of the engine filling efficiency as a function of the engine speed and of the quotient of the manifold pressure previously estimated by the product of the temperature measured in the manifold and the mass constant of the air.
  • M adm Max ⁇ (Q deb - Q word ) dt, P atm * V adm / (R air * T col ) ⁇ with V adm the volume of the intake circuit.
  • R air , V cyl , V adm are constant and known by the electronic control unit 19.
  • the cost of the components of the engine and simplify the intake manifold We increase reliability of the electronic control unit by removing a sensor, therefore a potential source of failure.

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Abstract

Procédé d'estimation de la pression dans le collecteur d'admission 3 d'un moteur à combustion interne 1, dans lequel on calcule le débit de gaz dans le moteur 1, on calcule la masse de gaz dans le circuit d'admission, puis on calcule la pression dans le collecteur 3 connaissant la température des gaz dans le collecteur d'admission 3 et dispositif de contrôle et de commande 19 d'un moteur à combustion interne 1. <IMAGE>

Description

La présente invention a pour objet un procédé permettant l'estimation de la pression des gaz d'échappement dans un collecteur d'admission de moteur à combustion interne équipé d'un ensemble turbocompresseur de suralimentation comprenant un compresseur et une turbine à géométrie variable. L'invention concerne également un dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne. L'invention peut s'appliquer à différents types de moteur, à cycle Beau de Rochas ou à cycle Diesel, suralimenté ou non.
La commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne consiste à gérer le moteur à partir d'un ensemble de capteurs et d'actionneurs. L'ensemble des lois de commande sous forme de stratégie logicielle et des paramètres de caractérisation sous forme de calibration d'un moteur sont généralement mémorisées dans un calculateur se présentant sous la forme d'une unité de contrôle électronique (UCE).
Le moteur peut comprendre un ensemble turbocompresseur pourvu d'une turbine et d'un compresseur ayant pour but d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur. Dans le cas d'un moteur suralimenté par deux ensembles turbocompresseurs, par exemple lorsque l'architecture du moteur est du type en V bi-turbo, deux turbines sont placées à la sortie des collecteurs de gaz d'échappement du moteur de façon à être entraínées par les gaz d'échappement des deux bancs de cylindres du moteur. Les sorties des deux bancs de cylindres sont reliées en aval des deux turbines. La puissance fournie par les gaz d'échappement aux turbines peut être modulée en installant des soupapes de décharge ou en prévoyant des turbines munies d'ailettes à orientation variable de façon à constituer un turbocompresseur à géométrie variable (TGV).
Chaque compresseur est monté sur un axe mécanique recevant également la turbine de sorte que les deux compresseurs compriment l'air qui entre dans le collecteur d'admission.
Un échangeur de chaleur peut être placé entre les compresseurs et le collecteur d'admission commun aux deux bancs de cylindres afin de refroidir l'air comprimé à la sortie des compresseurs.
Des actionneurs sont utilisés pour piloter l'ouverture et la fermeture des soupapes de décharge ou l'orientation des ailettes des turbines de façon à modifier la géométrie desdites turbines. Les signaux de commande de ces actionneurs sont fournis par l'unité de contrôle électronique (UCE) et permettent notamment d'asservir la pression régnant dans le collecteur d'admission.
Dans le cas particulier d'une architecture de moteur en V bi-turbo où les deux compresseurs compriment l'air dans une admission commune à tous les cylindres, il est important de bien maítriser l'équilibrage des deux turbocompresseurs. En effet, en phase transitoire, les deux compresseurs doivent participer à l'élaboration de la consigne de suralimentation sans interaction de l'un sur l'autre. En fonctionnement stabilisé, les deux compresseurs doivent tourner à la même vitesse pour fournir les mêmes conditions de fonctionnement sur les deux bancs de cylindres.
Dans le cas d'un moteur Diesel, la quantité d'oxydes d'azote produite est liée en majeure partie à la composition du mélange réactif dans les cylindres du moteur, mélange qui contient de l'air, du carburant et des gaz inertes. Ces gaz inertes ne participent pas à la combustion et proviennent d'un circuit dérivant une partie des gaz d'échappement vers le circuit d'admission afin de réduire la quantité d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement. Ce circuit de dérivation permettant la recirculation d'une partie des gaz d'échappement, dit "circuit EGR" comporte une vanne qui permet de moduler la quantité de gaz d'échappement recyclés dans le collecteur d'admission.
Toujours dans le cas d'un moteur Diesel et afin de réduire la quantité de particules rejetées dans les gaz d'échappement, on peut prévoir le montage d'un filtre à particules dans la canalisation d'échappement. Un tel filtre comprend un ensemble de microcanaux dans lesquels une grande partie des particules se trouve piégée. Lorsque le filtre est saturé en particules, il convient de le vider en brûlant les particules au cours d'une phase de régénération qui peut être mise en oeuvre au moyen d'un dispositif de chauffe ou par un réglage spécifique du moteur.
L'introduction d'un tel filtre à particules dans la ligne d'échappement en aval des turbines des ensembles turbocompresseurs, entraíne une augmentation de la contrepression d'échappement d'autant plus importante que le filtre se charge progressivement en particules. Une telle contrepression se traduit dans les turbocompresseurs par une réduction du taux de détente représenté par le rapport de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine à la pression des gaz d'échappement en aval de la turbine. Il en résulte également une réduction de la puissance fournie par les gaz d'échappement aux turbines et une diminution des performances du moteur.
Pour lutter contre cette réduction de puissance et maintenir le même niveau de performances, il convient de maintenir le taux de détente en augmentant la pression régnant dans les gaz d'échappement en amont de la ou des turbines. On obtient une telle augmentation de pression par la fermeture des soupapes de décharge ou par une orientation appropriée des ailettes modifiant la géométrie de la ou des turbines.
Une telle régulation de la suralimentation d'un moteur thermique se fait donc habituellement par asservissement de la pression dans le collecteur d'admission sur une consigne de pression mémorisée dans l'unité commande électronique UCE. La consigne de pression peut par exemple résulter d'une cartographie en fonction du régime de rotation du moteur et du débit de carburant injecté, cartographie qui est mémorisée dans l'unité de contrôle électronique. Un dispositif de régulation, par exemple du type PID (proportionnel, intégral, dérivée) peut alors réguler la pression du collecteur d'admission à partir de la valeur de consigne, en agissant sur l'orientation des ailettes de façon à modifier la géométrie des turbines.
Dans le cas d'un moteur bi-turbo comprenant deux ensembles turbocompresseurs, la régulation doit également assurer un équilibrage des deux turbocompresseurs afin de les maintenir à la même vitesse de rotation.
Dans tous les cas, la régulation compense la diminution du taux de détente des turbines en augmentant la pression régnant dans le collecteur d'admission et donc dans les gaz d'échappement en amont des turbines. Une telle régulation donne satisfaction bien qu'il n'y ait aucun contrôle de la valeur absolue de la pression régnant dans les gaz d'échappement en amont des turbines.
Toutefois, la pression dans le collecteur d'admission est asservie à une consigne. La consigne peut être cartographiée en fonction du régime du moteur et du débit de carburant. Un régulateur se charge de réguler la pression dans le collecteur d'admission sur la consigne. Il est donc nécessaire de connaítre la pression dans le collecteur d'admission. On peut prévoir un capteur à cette fin.
Toutefois un tel capteur de pression est onéreux et nécessite une modification du collecteur d'admission pour être installé.
La présente invention a pour objet de résoudre les difficultés rencontrées avec les dispositifs connus et de permettre une détermination économique de la pression des gaz dans le collecteur d'admission.
La présente invention a également pour objet un procédé et un dispositif permettant une détermination précise de la pression régnant dans le collecteur d'admission.
Le procédé d'estimation de la pression dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne, selon un aspect de l'invention, comprend une étape de calcul du débit de gaz dans le moteur, une étape de calcul de la masse de gaz dans le circuit d'admission, et une étape de calcul de la pression dans le collecteur d'admission connaissant la température des gaz dans le collecteur d'admission. On peut ainsi se passer de capteur de pression monté sur le collecteur d'admission, d'où une réduction de coût appréciable.
Dans un mode de réalisation de l'invention, il est prévu une étape de calcul du débit de gaz dans le moteur à partir d'une mesure du régime du moteur, et d'une mesure de la température des gaz dans le collecteur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, il est prévu une étape de calcul du débit de gaz dans le moteur à partir d'une estimation antérieure de la pression dans le collecteur d'admission.
Dans un mode de réalisation de l'invention, il est prévu une étape de calcul du débit de gaz dans le moteur à partir d'une cartographie du rendement de remplissage du moteur compte tenu d'une mesure du régime du moteur, d'une mesure de la température des gaz dans le collecteur d'admission, et d'une estimation antérieure de la pression dans le collecteur d'admission.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le débit de gaz dans le moteur est égal à une constante près au produit du régime du moteur, de la cylindrée du moteur, d'une estimation antérieure de la pression dans le collecteur d'admission, d'une cartographie du rendement de remplissage du moteur divisé par la température des gaz dans le collecteur. Au démarrage du moteur, on peut considérer que la pression dans le collecteur d'admission est égale à la pression atmosphérique.
Dans un mode de réalisation de l'invention, il est prévu une étape de calcul de la masse de gaz dans le circuit d'admission à partir d'une intégration de la différence entre une mesure du débit de gaz dans un débitmètre d'entrée et le calcul du débit de gaz dans le moteur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la masse de gaz dans le circuit d'admission est égal au maximum de l'intégrale de la différence entre une mesure du débit de gaz dans un débitmètre d'entrée et le calcul du débit de gaz dans le moteur, et du quotient à une constante près de la pression atmosphérique par la température des gaz dans le collecteur d'admission.
Dans un mode de réalisation de l'invention, il est prévu une étape de calcul d'une pression estimée dans le collecteur d'admission à partir du calcul de la masse de gaz dans le circuit d'admission et d'une mesure de la température des gaz dans le collecteur d'admission.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la pression estimée dans le collecteur d'admission est égale au produit à une constante près de la masse de gaz dans le circuit d'admission et de la température des gaz dans le collecteur d'admission.
L'invention propose également un dispositif de contrôle et de commande d'un moteur à combustion interne, comprenant un moyen de mesure de la température des gaz dans le collecteur d'admission, un moyen de calcul du débit de gaz dans le moteur, un moyen de calcul de la masse de gaz dans le circuit d'admission, et un moyen de calcul de la pression dans le collecteur d'admission.
Le dispositif de contrôle et de commande est adapté à la commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile équipé d'un ensemble turbocompresseur de suralimentation comprenant un compresseur et une turbine à géométrie variable, le compresseur alimentant le moteur en air à une pression supérieure à la pression atmosphérique et la turbine étant traversée par les gaz d'échappement issus du moteur.
Le dispositif comprend une unité de commande électronique (UCE) capable d'effectuer des calculs à partir de données mémorisées et de valeurs mesurées et des capteurs pour mesurer notamment le débit d'air entrant dans le moteur, le débit de carburant alimentant le moteur et la géométrie instantanée de la turbine. L'unité de commande électronique comprend des moyens pour calculer par itération une valeur estimée de la pression des gaz dans le collecteur d'admission en amont des cylindres du moteur. La pression atmosphérique est déterminée au moyen d'un capteur qui peut se trouver dans l'unité de commande électronique.
L'invention propose également un moteur à combustion interne comprenant un circuit d'admission pourvu d'un collecteur, au moins un cylindre, et un dispositif de contrôle et de commande comprenant un moyen de mesure de la température des gaz dans le collecteur d'admission, un moyen de calcul du débit de gaz dans le moteur, un moyen de calcul de la masse de gaz dans le circuit d'admission, et un moyen de calcul de la pression dans le collecteur d'admission.
Le moteur à combustion interne peut comprendre un ou deux ensembles turbocompresseur alimentant le moteur en air comprimé par un collecteur d'admission unique.
Le dispositif est particulièrement adapté à un moteur Diesel, dont la canalisation d'échappement est munie d'un filtre à particules.
L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier décrit à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels :
  • la figure 1 illustre schématiquement les principaux éléments d'un moteur diesel turbocompressé équipé d'un dispositif de régulation du débit de carburant injecté selon l'invention ; et
  • la figure 2 montre un exemple de réalisation du régulateur utilisé dans le dispositif de régulation de l'invention.
Sur la figure 1, se trouve représenté un moteur diesel 1 à quatre cylindres, chaque cylindre étant associé à un dispositif d'injection de carburant, référencé 2. L'air frais pénétrant dans le répartiteur d'admission 3 du moteur 1 traverse au préalable un turbocompresseur 4 comprenant un compresseur 5 et une turbine 6 montés sur un arbre commun 7. Les débits fournis par le compresseur 7 et la turbine 6 peuvent être modulés par un dispositif, non illustré sur la figure, qui peut comporter par exemple un moyen de modification de l'orientation d'ailettes internes du compresseur 5 et/ou de la turbine 6. L'air frais prélevé à l'extérieur traverse tout d'abord un filtre à air 8, puis un débitmètre 9, avant de pénétrer dans le compresseur 5. La circulation d'air à la pression atmosphérique est symbolisée sur la figure 1 par les flèches 10. L'air comprimé issu du compresseur 5 traverse, dans l'exemple illustré, un échangeur de chaleur 11 qui permet de refroidir les gaz admis. En sortie de l'échangeur 11, l'air comprimé refroidi traverse une vanne à trois voies 12 capable de réguler un débit de recirculation des gaz d'échappement avant de pénétrer dans le répartiteur d'admission 3. La circulation de l'air comprimé est symbolisée par les flèches 13 sur la figure 1.
Les gaz d'échappement issus du collecteur d'échappement 14, après combustion dans le moteur 1, sont dirigés en partie vers la vanne 12, afin d'être en partie recirculés après mélange dans l'air d'admission 13 dirigé vers le répartiteur d'admission 3. L'autre partie des gaz d'échappement, dont l'écoulement est symbolisé par la flèche 15, est amenée sur la turbine 6 afin d'entraíner le compresseur 5. A la sortie de la turbine 6, les gaz d'échappement, dont le flux est symbolisé par la flèche 16, traversent, dans l'exemple illustré, un filtre à particules 17 avant d'être rejetés dans l'atmosphère par le pot d'échappement 18.
Une unité de commande électronique (UCE) référencée 19, reçoit différents signaux permettant le fonctionnement du dispositif de régulation de l'invention. L'unité de commande électronique 19 reçoit en particulier par la connexion 20 un signal de position d'une pédale d'accélérateur actionnée par le conducteur. Le débit d'air frais Qdeb, mesuré par le débitmètre 9, est amené sous la forme d'un signal par la connexion 21 à l'unité de commande électronique 19. Un capteur de température 22, placé dans le collecteur d'admission 3, permet la mesure de la température des gaz avant qu'ils pénètrent dans les cylindres, que l'on appellera Tcol. Le signal correspondant à cette température est transmis à l'unité de commande électronique 19 par la connexion 23. L'unité de commande électronique reçoit encore, par les connexions 24 et 25, des informations concernant le régime de rotation du moteur Nmot et la température de l'air Tair dans le débitmètre 9. L'unité de commande électronique 19 comprend un capteur 26 de la pression atmosphérique Patmo·
L'unité de commande électronique 19 émet différents signaux permettant la gestion du fonctionnement du moteur 1 ainsi que d'autres organes du véhicule, non représentés sur la figure. L'unité de commande électronique émet en particulier par la connexion 27, un signal de commande de pilotage de la vanne 12. L'unité de commande électronique émet également, par la connexion 28, un signal de commande pour un régulateur du débit de carburant injecté dans le moteur 1 par les différents dispositifs d'injection 2.
L'estimation de la pression dans le collecteur Pcol comprend une première étape de calcul du débit d'air aspiré par le moteur Qmot. On a Qmot = Nmot * Vcyl * Pcol /( Rair*Tcol*120) * ηv{Nmot, P coolant /( Rair*Tcol)}
Vcyl est la cylindrée du moteur. Aair est la constante massique de l'air, soit 287. Pcoolant est la pression de collecteur estimée antérieurement. ηv est une cartographie du rendement de remplissage du moteur en fonction du régime du moteur et du quotient de la pression de collecteur estimée antérieurement par le produit de la température mesurée dans le collecteur et de la constante massique de l'air.
En intégrant la différence entre le débit d'air Qmot dans le moteur et le débit d'air Qdeb on obtient la masse d'air Madm dans le circuit d'admission entre le débitmètre et le collecteur d'admission. On a Madm = Max{ ∫(Qdeb - Qmot )dt, Patm * Vadm /( Rair*Tcol)} avec Vadm le volume du circuit d'admission. Les grandeurs Rair, Vcyl, Vadm sont constantes et connues par l'unité de commande électronique 19.
On applique ensuite la loi des gaz parfaits pour calculer une estimation de la pression: Pcol = Madm * Rair* Tcol / Vadm· On peut se reporter à la figure 2.
Grâce à l'invention, on réduit le coût des constituants du moteur et on simplifie le collecteur d'admission. On accroít la fiabilité de fonctionnement de l'unité de commande électronique en supprimant un capteur, donc une source potentielle de panne.

Claims (11)

  1. Procédé d'estimation de la pression dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne, dans lequel on calcule le débit de gaz dans le moteur, on calcule la masse de gaz dans le circuit d'admission, puis on calcule la pression dans le collecteur d'admission connaissant la température des gaz dans le collecteur d'admission.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on calcule le débit de gaz dans le moteur à partir d'une mesure du régime du moteur, et d'une mesure de la température des gaz dans le collecteur d'admission.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on calcule le débit de gaz dans le moteur à partir d'une estimation antérieure de la pression dans le collecteur d'admission.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on calcule le débit de gaz dans le moteur à partir d'une cartographie du rendement de remplissage du moteur compte tenu d'une mesure du régime du moteur, d'une mesure de la température des gaz dans le collecteur d'admission, et d'une estimation antérieure de la pression dans le collecteur d'admission.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le débit de gaz dans le moteur est égal à une constante près au produit du régime du moteur, de la cylindrée du moteur, d'une estimation antérieure de la pression dans le collecteur d'admission, d'une cartographie du rendement de remplissage du moteur divisé par la température des gaz dans le collecteur d'admission.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on calcule la masse de gaz dans le circuit d'admission à partir d'une intégration de la différence entre une mesure du débit de gaz dans un débitmètre d'entrée et le calcul du débit de gaz dans le moteur.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la masse de gaz dans le circuit d'admission est égal au maximum de l'intégrale de la différence entre une mesure du débit de gaz dans un débitmètre d'entrée et le calcul du débit de gaz dans le moteur, et du quotient à une constante près de la pression atmosphérique par la température des gaz dans le collecteur d'admission.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on calcule une pression estimée dans le collecteur d'admission à partir du calcul de la masse de gaz dans le circuit d'admission et d'une mesure de la température des gaz dans le collecteur d'admission.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pression estimée dans le collecteur d'admission est égale au produit à une constante près de la masse de gaz dans le circuit d'admission et de la température des gaz dans le collecteur d'admission.
  10. Dispositif de contrôle et de commande (19) d'un moteur à combustion interne (1), caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de mesure (22) de la température des gaz dans le collecteur d'admission (3), un moyen de calcul du débit de gaz dans le moteur, un moyen de calcul de la masse de gaz dans le circuit d'admission, et un moyen de calcul de la pression dans le collecteur d'admission (3).
  11. Moteur à combustion interne (1) comprenant un circuit d'admission pourvu d'un collecteur (3), au moins un cylindre, et un dispositif selon la revendication 10.
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