EP1777397B1 - Procédé et dispositif pour estimer la pression dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne - Google Patents

Procédé et dispositif pour estimer la pression dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne Download PDF

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EP1777397B1
EP1777397B1 EP06301084A EP06301084A EP1777397B1 EP 1777397 B1 EP1777397 B1 EP 1777397B1 EP 06301084 A EP06301084 A EP 06301084A EP 06301084 A EP06301084 A EP 06301084A EP 1777397 B1 EP1777397 B1 EP 1777397B1
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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
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • 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
    • F02D2200/0406—Intake manifold pressure
    • F02D2200/0408—Estimation of intake manifold pressure

Definitions

  • the present invention relates to the estimation of the pressure prevailing in the intake manifold of an internal combustion engine.
  • the intake pressure is important for engine performance policies. It can still be used for the diagnosis of a good operation of a turbo-compressor, if the internal combustion engine is equipped with it.
  • the intake pressure can of course be measured by a pressure sensor installed in the engine intake manifold. It is an expensive solution.
  • the invention thus aims to provide a method and a device for estimating the intake pressure of an internal combustion engine involving only a minimum of equipment and requiring a very simple calculation of the desired value.
  • a cylinder 1 of an internal combustion engine which may be of the gasoline or diesel type and comprise one or more cylinders.
  • a piston 2 delimiting the combustion chamber 3, a connecting rod 4, a crankshaft 5, a gas intake manifold 6 and a device 7 for exhausting gases.
  • At least one of the cylinders of the engine is also equipped with a sensor 8 continuously measuring the angular position of the crankshaft 5 and a sensor 9 making it possible to measure the In the place of these sensors, it is also possible to provide equivalent means capable of respectively supplying the one and the other parameters.
  • the value ⁇ recorded by the sensor 8 represents the instantaneous angle of the crankshaft 5 and that p ⁇ measured by the sensor 9, the instantaneous pressure in the combustion chamber 3. They are applied to a computing device 10 which can be set up. for example, in the program of the on-board computer of the motor vehicle or in the form of an autonomous computing device.
  • the computing device 10 comprises a functional block 11 which detects a predefined value ⁇ rfa of the angular position of the crankshaft.
  • the instant corresponding to this angular position is chosen close to the closing time rfa of the intake valve (referenced 6a in the figure) during each cycle of the engine.
  • crankshaft angle which is most frequently located in the middle of the point cloud has a value of 195 degrees crankshaft (21) after the top dead center of the cylinder considered (ie 15 ° crankshaft after the bottom dead center as specified upper). It is therefore possible to choose this crank angle value for measuring the pressure in the cylinder in the context of the process according to the invention.
  • the successive predefined values ⁇ rfa determined in the functional block 11 are correlated with the pressure values p ⁇ recorded at the corresponding instants by the sensor 9, which operation is performed by the functional block 12.
  • the pressure value called p cyl rfa is very close to that of the pressure prevailing in the intake manifold 6.
  • the figure 3 is a reading of points giving the value of the collector pressure p col as a function of the value of the pressure in the cylinder P cyl eng for a crankshaft angle of 195 ° after the top dead center of the cylinder considered. It is observed that the relation between the pressure in the cylinder P cyl eng and the collector pressure p col is almost linear.
  • the method according to the invention finally consists, during the operation of each engine concerned in operating the calculation of the pressure in the intake manifold 6, during each combustion cycle, as a function of the pressure value recorded in the combustion chamber. 3. This calculation operation is illustrated in the figure by the function block 13.
  • the method according to the invention thus makes it possible to estimate the value p col of the pressure in the intake manifold 6 of an internal combustion engine by using only very few calculation means and by means of sensors which obviously are usually provided to manage the operation of the engine. It turned out that the thus estimated neck pressure p approaches very close to the values that would be measured in situ in the intake manifold with the aid of a sensor which would be placed specially for this purpose.
  • FIG. 4 is a record of 2500 points 24 representing the relative error between the collector pressure p col estimated by the method according to the invention and a collector pressure measured P mes using a pressure sensor.
  • relative error here refers to the absolute value of the difference between a measured collector pressure P mes by a pressure sensor and the estimated collector pressure p col from the cylinder pressure by means of the process of the invention, all divided by the measured collector pressure value P mes .
  • the figure 4 shows that with the method according to the invention the error made with respect to a collector pressure measured with a pressure sensor is very small.

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Description

  • La présente invention est relative à l'estimation de la pression régnant dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne.
  • L'un des paramètres importants permettant de faire fonctionner les dispositifs antipollution de tels moteurs dans les véhicules automobiles est la pression d'admission, car il permet de déterminer la masse d'air aspirée par le moteur. Ce paramètre est également important dans le cadre des stratégies sur les performances du moteur. Il peut encore servir pour le diagnostic de bon fonctionnement d'un turbo-compresseur, si le moteur à combustion interne en est équipé.
  • La pression d'admission peut naturellement être mesurée par un capteur de pression installé dans la tubulure d'admission du moteur. C'est une solution coûteuse.
  • On a donc déjà pensé à obtenir le paramètre d'une autre façon. C'est ainsi par exemple qu'il est connu par FR 2 885 216 ou EP 1 162 357 d'estimer la pression d'admission à partir du débit de gaz dans le moteur dont on déduit par le calcul la masse de gaz dans le circuit d'admission, puis de calculer la pression dans le collecteur d'admission en utilisant comme paramètre supplémentaire la température des gaz circulant dans ce collecteur.
  • Cependant, bien que cette méthode de détermination de la pression d'admission donne de bons résultats, elle s'avère être relativement compliquée en particulier en ce qui concerne l'établissement de la valeur du débit de gaz dans le moteur. Elle implique également des moyens de calcul assez importants.
  • L'invention a ainsi pour but de fournir un procédé et un dispositif pour estimer la pression d'admission d'un moteur à combustion interne ne mettant en jeu qu'un minimum de matériel et nécessitant un calcul très simple de la valeur recherchée.
  • L'invention a donc principalement pour objet un procédé pour déterminer la pression régnant dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne remarquable en ce qu'il consiste:
    • à relever périodiquement la valeur de la pression dans la chambre de combustion d'au moins un cylindre dudit moteur à un instant du cycle moteur proche de l'instant de fermeture de la soupape d'admission dudit cylindre,
    • à modéliser par l'expérimentation le rapport entre la valeur de pression à obtenir et les valeurs de pression relevées, et
    • à calculer la pression régnant dans ledit collecteur en fonction du modèle ainsi obtenu pour chaque valeur de pression relevée dans ladite chambre de combustion.
  • Grâce à ces caractéristiques, il devient possible d'estimer avec une très bonne approximation la pression dans le collecteur d'admission du moteur sans qu'il soit nécessaire de prévoir un capteur coûteux dans ce collecteur. En effet, pour déterminer ainsi la pression dans le collecteur, on peut faire appel à d'autres capteurs déjà habituellement prévus pour assurer la gestion du moteur, tandis que les moyens de calcul nécessaires sont des plus simples.
  • Selon d'autres caractéristiques avantageuses de ce procédé:
    • l'opération de modélisation est réalisée sur la base d'une équation de la forme p col = A ⋅ p cyl rfa + B
      Figure imgb0001
    dans laquelle:
    pcol =
    pression à obtenir
    pcylrfa =
    pression relevée dans la chambre de combustion
    A et B =
    constantes déterminées expérimentalement
    • l'instant auquel est relevée ladite pression dans la chambre de combustion au cours du cycle de combustion dudit moteur, correspond de préférence à la position angulaire de 15° du vilebrequin après le point mort bas en fin d'admission.
  • L'invention a également pour objet un dispositif pour estimer la pression régnant dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne, remarquable en ce qu'il comprend:
    • des moyens pour relever la pression dans la chambre de combustion d'au moins un cylindre dudit moteur à un instant du cycle moteur proche de l'instant de fermeture de la soupape d'admission dudit cylindre, et
    • des moyens de calcul qui, d'après un modèle déterminé expérimentalement établissent un rapport entre la pression ainsi relevée et la pression à obtenir, calculent celle-ci en fonction de chaque valeur de la pression relevée dans la chambre de combustion.
  • Selon d'autres caractéristiques avantageuses de ce dispositif:
    • le modèle mis en oeuvre dans lesdits moyens de calcul est basé sur une équation de la forme: p col = A ⋅ p cyl rfa + B
      Figure imgb0002
    dans laquelle:
    pcol =
    pression à obtenir
    pcylrfa =
    pression relevée dans la chambre de combustion
    A et B =
    constantes déterminées expérimentalement
    • lesdits moyens de mesure sont agencés pour relever ladite pression à un instant au cours du cycle de combustion dudit moteur, qui correspond de préférence à la position angulaire de 15° du vilebrequin après le point mort bas en fin d'admission.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel:
    • la figure 1 est une illustration symbolique de la mise en oeuvre du procédé et du dispositif selon l'invention.
    • la figure 2 est un relevé de points donnant les angles vilebrequin pour lesquels la valeur absolue de la différence entre la pression dans le cylindre et la pression dans le collecteur d'admission est inférieure à une seuil prédéterminé.
    • la figure 3 est un relevé de points donnant la pression dans le collecteur d'admission, déterminée grâce au procédé selon l'invention en fonction de la pression dans le cylindre.
    • la figure 4 est un relevé de points donnant pour chaque point l'erreur relative entre une pression collecteur mesurée par un capteur de pression et une pression estimée par le procédé selon l'invention.
  • En se reportant à la figure 1, on reconnaît le schéma d'un cylindre 1 de moteur à combustion interne, celui-ci pouvant être de type essence ou Diesel et comprendre un ou plusieurs cylindres.
  • Sont également représentés un piston 2 délimitant la chambre de combustion 3, une bielle 4, un vilebrequin 5, un collecteur d'admission des gaz 6 et un dispositif 7 d'échappement des gaz.
  • Selon l'exemple de réalisation représenté, au moins l'un des cylindres du moteur est également équipé d'un capteur 8 mesurant en permanence la position angulaire du vilebrequin 5 et d'un capteur 9 permettant de mesurer la pression dans la chambre de combustion 3. A la place de ces capteurs, on peut également prévoir des moyens équivalents capables de fournir respectivement l'un et l'autre paramètres.
  • La valeur θ relevée par le capteur 8 représente l'angle instantané du vilebrequin 5 et celle pθ relevée par le capteur 9, la pression instantanée dans la chambre de combustion 3. Elles sont appliquées à un dispositif de calcul 10 qui peut être mis en oeuvre par exemple au sein du programme du calculateur de bord du véhicule automobile ou être réalisé sous la forme d'un dispositif de calcul autonome.
  • Le dispositif de calcul 10 comprend un bloc fonctionnel 11 qui détecte une valeur prédéfinie θrfa de la position angulaire du vilebrequin. L'instant correspondant à cette position angulaire est choisi proche de l'instant de fermeture rfa de la soupape d'admission (référencée 6a sur la figure) au cours de chaque cycle du moteur. A titre d'exemple, on peut choisir la position angulaire de 15° du vilebrequin après le point mort bas en fin d'admission.
  • On se reporte à la figure 2 pour comprendre le choix de la valeur θrfa Afin de déterminer le meilleur moment pour relever la pression cylindre afin d'estimer la pression dans le collecteur d'admission, on a relevé au banc moteur 2500 points (20) pour lesquels la différence de pression entre la pression cylindre et la pression dans le collecteur d'admission est inférieure à deux pourcents. En effet, l'estimation de la pression dans le collecteur d'admission à partir de la pression dans le cylindre est d'autant plus précise que la différence entre les deux pressions est faible. Les résultats de ces relevés est présenté à la figure 2. En abscisse on a le numéro du point et en ordonnée l'angle de vilebrequin auquel il a été mesuré. On constate que l'angle de vilebrequin qui est le plus fréquemment situé au milieu du nuage de point a une valeur de 195 degrés vilebrequin (21) après le point mort haut du cylindre considéré (soit 15° vilebrequin après le point mort bas comme précisé plus haut). On peut donc choisir cette valeur d'angle vilebrequin pour mesurer la pression dans le cylindre dans le cadre du procédé selon l'invention.
  • Les valeurs prédéfinies successives θrfa déterminées dans le bloc fonctionnel 11 sont corrélées avec les valeurs de pression pθ relevées aux instants correspondants par le capteur 9, opération qui est effectuée par le bloc fonctionnel 12. La valeur de pression appelée pcylrfa est très proche de celle de la pression régnant dans le collecteur d'admission 6.
  • Pour calculer la valeur de la pression recherchée, on établit au préalable un modèle du rapport entre la pression pcylrfa et la valeur de pression recherchée pcol régnant dans le collecteur d'admission 6. Cette modélisation peut être réalisée sur chaque moteur individuellement ou éventuellement sur un moteur type pris dans une série de moteurs de même modèle pour être valide pour tous les moteurs de cette série.
  • La figure 3 est un relevé de points donnant la valeur de la pression collecteur pcol en fonction de la valeur de la pression dans le cylindre Pcylfra pour un angle vilebrequin de 195° après le point mort haut du cylindre considéré. On observe que la relation entre la pression dans le cylindre Pcylfra et la pression collecteur pcol est quasiment linéaire.
  • La modélisation est donc faite de préférence sur la base d'une équation de la forme: p col = A ⋅ p cyl rfa + B
    Figure imgb0003
    dans laquelle A et B sont des constantes déterminées à calibrer expérimentalement lors de la modélisation et la courbe de cette équation est la droite 23 de la figure 3. Dans un exemple concret de moteur type on a relevé pour ces constantes les valeurs suivantes:
    A=0,98 et
    B=2526
  • Le procédé selon l'invention consiste enfin lors du fonctionnement de chaque moteur concerné à opérer le calcul de la pression dans le collecteur d'admission 6, au cours de chaque cycle de combustion, en fonction de la valeur de pression relevée dans la chambre de combustion 3. Cette opération de calcul est illustrée sur la figure par le bloc fonctionnel 13.
  • Le procédé selon l'invention permet ainsi d'estimer la valeur pcol de la pression dans le collecteur d'admission 6 d'un moteur à combustion interne en ne mettant en oeuvre que très peu de moyens de calcul et moyennant des capteurs qui de toute manière sont prévus habituellement pour gérer le fonctionnement du moteur. Il s'est avéré que la pression pcol ainsi estimée se rapproche de très près des valeurs qui seraient mesurées in situ dans le collecteur d'admission à l'aide d'un capteur qui y serait spécialement placé à cet effet.
  • En effet, la figure 4 est un relevée de 2500 points 24 représentant l'erreur relative entre la pression collecteur pcol estimée grâce au procédé selon l'invention et une pression collecteur mesurée Pmes à l'aide d'un capteur de pression. L'erreur relative est donnée par la formule : ε = P mes - p col P mes
    Figure imgb0004
  • On entend ici par erreur relative ε la valeur absolue de la différence entre une pression collecteur mesurée Pmes par un capteur de pression et la pression collecteur estimée pcol à partir de la pression cylindre grâce au procédé de l'invention, le tout divisé par la valeur de pression collecteur mesurée Pmes. La figure 4 permet de constater qu'avec le procédé selon l'invention l'erreur commise par rapport à une pression collecteur mesurée avec un capteur de pression est très faible.
  • De plus, grâce à l'invention, on peut faire l'économie d'un capteur de pression.

Claims (5)

  1. Procédé pour estimer la pression régnant dans le collecteur d'admission (6) d'un moteur à combustion interne consistant:
    - à relever périodiquement la valeur de la pression dans la chambre de combustion (3) d'au moins un cylindre (1) dudit moteur en fonction de la position angulaire de son vilebrequin,
    - à modéliser par l'expérimentation le rapport entre la valeur de pression à obtenir (pcol) et les valeurs de pression relevées (pcylrfa ), et
    - à calculer la pression (pcol) régnant dans ledit collecteur (6) en fonction du modèle ainsi obtenu pour chaque valeur de pression (pcylrfa ) relevée dans ladite chambre de combustion (3),
    caractérisé en ce que :
    - la valeur de la pression (pcylrfa ) dans ladite chambre de combustion est relevée à un instant du cycle du moteur proche de l'instant de fermeture de la soupape d'admission (6a) dudit cylindre (1), et
    - en ce que l'opération de modélisation est réalisée sur la base d'une équation de la forme : p col = A ⋅ p cyl rfa + B
    Figure imgb0005
    dans laquelle:
    pcol = pression à obtenir,
    pcylrfa = pression relevée dans la chambre de combustion, et
    A et B = constantes déterminées expérimentalement.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'instant auquel est relevée ladite pression dans la chambre de combustion correspond, au cours du cycle de combustion dudit moteur, à la position angulaire (θ) de 15° du vilebrequin (5) après le point mort bas en fin d'admission.
  3. Dispositif pour estimer la pression régnant dans le collecteur d'admission (6) d'un moteur à combustion interne, comprenant:
    des moyens de mesure (8, 9, 11, 12) pour relever périodiquement la pression (pcylrfa ) dans la chambre de combustion (3) d'au moins un cylindre (1) dudit moteur en fonction de la position angulaire de son vilebrequin, et
    des moyens de calcul (13) qui, d'après un modèle déterminé expérimentalement, établissent un rapport entre la pression ainsi relevée (pcylrfa ) et la pression à obtenir (pcol), calculent celle-ci en fonction de chaque valeur de la pression relevée dans la chambre de combustion (3),
    caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (8, 9, 10, 11) sont agencés pour relever ladite pression (pcylrfa ) à un instant du cycle moteur proche de l'instant de fermeture de la soupape d'admission (6a) dudit cylindre, et
    en ce que le modèle mis en oeuvre dans lesdits moyens de calcul (13) est basé sur une équation de la forme: p col = A ⋅ p cyl rfa + B
    Figure imgb0006
    dans laquelle :
    pcol = pression à obtenir,
    pcylrfa = pression relevée dans la chambre de combustion, et
    A et B = constantes déterminées expérimentalement.
  4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure (8, 9, 11, 12) sont agencés pour relever ladite pression à un instant qui correspond, au cours du cycle de combustion dudit moteur, à la position angulaire de 15° du vilebrequin (5) après le point mort bas en fin d'admission.
  5. Moteur à combustion interne équipé d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4.
EP06301084A 2005-10-24 2006-10-24 Procédé et dispositif pour estimer la pression dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne Not-in-force EP1777397B1 (fr)

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DE602006003982D1 (de) 2009-01-15
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FR2892453B1 (fr) 2010-12-17

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