EP1781918A1 - Procede de determination de la pression d'echappement d'un moteur a combustion interne turbocompresse - Google Patents

Procede de determination de la pression d'echappement d'un moteur a combustion interne turbocompresse

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EP1781918A1
EP1781918A1 EP05771893A EP05771893A EP1781918A1 EP 1781918 A1 EP1781918 A1 EP 1781918A1 EP 05771893 A EP05771893 A EP 05771893A EP 05771893 A EP05771893 A EP 05771893A EP 1781918 A1 EP1781918 A1 EP 1781918A1
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exhaust pressure
exhaust
solenoid valve
pressure
interpolation
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EP05771893A
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Laure Carbonne
Patrick Cremona
Roger Rouphael
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Continental Automotive France SAS
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Siemens VDO Automotive SAS
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the exhaust pressure of a turbocharged internal combustion engine, and a method for regulating such a motor.
  • Exhaust pressure is important for the regulation of a turbocharged internal combustion engine to account for backpressure.
  • this pressure is determined using a pressure sensor disposed in the exhaust manifold.
  • the sensor because of its position, the sensor must be able to withstand high temperatures, which makes its manufacture more complex and more expensive.
  • a problem that the present invention seeks to solve is to determine the exhaust pressure without using a sensor in the exhaust manifold.
  • the exhaust pressure is determined, as a function of the air flow at the intake of the engine, the engine speed and the opening rate of the exhaust gas bypass solenoid valve (called commonly referred to as "waste gate”) by interpolation from a reference map including exhaust pressure values for specific values of intake air flow, engine speed and engine opening rate. the exhaust gas bypass solenoid valve.
  • This interpolated exhaust pressure is then corrected, as a function of the ambient pressure prevailing during the determination of the exhaust pressure and the ambient pressure prevailing during the mapping, according to the following formula
  • the exhaust pressure sensor is removed, the pressure being determined from an interpolation performed by a computer from a reference map established on a test bench.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of a map showing exhaust pressure values as a function of intake air flow rate, engine speed and control of the gas bypass solenoid valve. exhaust;
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the process of determining the exhaust pressure by using a mapping as illustrated in FIG. 1 followed by a correction allowing the ambient pressure to be taken into account;
  • FIG. 3 is a schematic representation illustrating the determination of the corrective factor used to correct the value of the pressure determined by interpolation; and
  • FIG. 4 is a graph comparing the measured exhaust pressure and the exhaust pressure obtained according to the present invention.
  • reference mapping is established for a specific type of engine (internal combustion engine). This mapping is done from a motor on a test bench. The mapping is obtained by performing several exhaust pressure measurements P c , each exhaust measurement being made for a given value of the air flow at the intake A 0 , the engine speed R c and the rate of opening of the exhaust gas bypass solenoid valve T 0 . The opening rate is between 0 and
  • the opening rate of the exhaust gas bypass solenoid valve T c is represented by the value of the control of the exhaust gas bypass solenoid valve.
  • the air flow rate A c is expressed in mg per piston stroke
  • the engine speed R c is expressed in revolutions per minute
  • the value of the control of the bypass solenoid valve exhaust gas T c is expressed as a percentage of the duty cycle of the control (ratio of the time during which the solenoid valve is in the open position in a cycle over the cycle time)
  • the exhaust pressure P c is expressed in mbar.
  • the axis x represents the flow of air at the inlet A 0
  • the axis y represents the engine speed R c
  • each layer represents a value of the control of the gas bypass solenoid valve exhaust T 0
  • the z axis represents the exhaust pressure P c .
  • the exhaust pressure P 1 is determined, as a function of the actual air flow A r at the intake of the engine, the actual engine speed R r and the value actual control of the exhaust gas bypass solenoid valve T r , by interpolation to from the reference cartography made for this type of engine.
  • the interpolation used is a linear interpolation.
  • the value of the exhaust pressure P thus determined by interpolation, can then be used to regulate the turbocharged engine.
  • a correction can be made to the exhaust pressure determined by the interpolation Pi in order to take account of the ambient pressure P a , more exactly, of the difference between the ambient pressure prevailing during the mapping Po and that prevailing during the use of the engine P 3 .
  • the exhaust pressure Pj can thus be corrected according to the following formula:
  • K is a corrective factor
  • P r is the corrected exhaust pressure
  • Pi is the exhaust pressure determined by the interpolation
  • P 0 is the ambient pressure prevailing during the mapping
  • P 3 is the ambient pressure prevailing during the determination of the exhaust pressure, P 0 , P a and K being expressed in mbar.
  • the corrective factor K specific to a type of engine, is determined on a test bench by calibration of measurements at different ambient pressures. As can be seen in FIG. 3, for each atmospheric pressure, the ratio of the actual exhaust pressure P (measured by a sensor) to the exhaust pressure determined by the interpolation Pj is represented as a function of the pressure exhaust determined by the interpolation Pj. This representation is a line whose slope and y-intercept depend on the atmospheric pressure at which the measurements are made.
  • the corrective factor K is the point of intersection of the different lines representing the different tests carried out at different atmospheric pressures.
  • FIG. 2 illustrates the method for determining the exhaust pressure P r with, initially, the determination of the interpolation exhaust pressure Pj, from the pre-realized reference cartography, as a function of the actual flow rate of at the intake of the engine A r , the actual engine speed R r and the actual value of the control of the exhaust gas bypass valve T r , and, in a second step, the determination of the pressure exhaust P r corrected, from the predetermined correction factor K as a function of the exhaust pressure interpollée Pi, the ambient pressure during the production of the mapping P 0, and the actual ambient pressure P a.
  • the values of the corrected exhaust pressure P r are in agreement with the values of the measured exhaust pressure P m (by a sensor).

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Abstract

Procédé de détermination de la pression d'échappement (Pr) d'un moteur à combustion interne turbocompressé comprenant une électrovanne de dérivation des gaz d'échappement, caractérisé en ce que - une pression d'échappement (Pi) est déterminée en fonction du débit d'air à l'admission du moteur (Ar), du régime du moteur (Rr) et du taux d'ouverture de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement (Tr), par une interpolation à partir d'une cartographie de référence comprenant des valeurs de pression d'échappement (Pc) pour des valeurs déterminées du débit d'air à l'admission (Ac), du régime du moteur (Rc) et du taux d'ouverture de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement (Tc), et la pression d'échappement déterminée par l'interpolation (Pi) est corrigée, en fonction des valeurs de pression ambiante (Pa, Po).

Description

Procédé de détermination de la pression d'échappement d'un moteur à combustion interne turbocompressé
La présente invention concerne un procédé de détermination de la pression d'échappement d'un moteur à combustion interne turbocompressé, ainsi qu'un procédé de régulation d'un tel moteur.
La pression d'échappement est une donnée importante pour la régulation d'un moteur à combustion interne turbocompressé afin de tenir compte des contre-pressions. Dans l'art antérieur, cette pression est déterminée à l'aide d'un capteur de pression disposé dans le collecteur d'échappement. Cependant, du fait de sa position, le capteur doit pouvoir supporter des hautes températures, ce qui rend sa fabrication plus complexe et son prix plus important. Un problème que cherche à résoudre la présente invention est de déterminer la pression d'échappement sans utiliser de capteur dans le collecteur d'échappement.
Selon l'invention, la pression d'échappement est déterminée, en fonction du débit d'air à l'admission du moteur, du régime du moteur et du taux d'ouverture de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement (appelée communément "waste gâte") par une interpolation à partir d'une cartographie de référence comprenant des valeurs de pression d'échappement pour des valeurs déterminées du débit d'air à l'admission, du régime du moteur et du taux d'ouverture de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement. Cette pression d'échappement déterminée par interpolation est ensuite corrigée, en fonction de la pression ambiante régnant lors de la détermination de la pression d'échappement et de la pression ambiante régnant lors de la réalisation de la cartographie, selon la formule suivante
Ainsi, selon l'invention, le capteur de pression à l'échappement est supprimé, la pression étant déterminée à partir d'une interpolation réalisée par un calculateur à partir d'une cartographie de référence établie sur un banc d'essai.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description détaillée de l'exemple illustré aux figures mises en annexe.
La figure 1 est une représentation schématique d'une cartographie représentant des valeurs de pression d'échappement en fonction de valeurs de débit d'air à l'admission, de régime du moteur et de commande de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement ; La figure 2 est un schéma illustrant le processus de détermination de la pression d'échappement par utilisation d'une cartographie telle qu'illustrée à la figure 1 suivie d'une correction permettant de tenir compte de la pression ambiante ; La figure 3 est une représentation schématique illustrant la détermination du facteur correctif utilisé pour corriger la valeur de la pression déterminée par interpolation ; et
La figure 4 est un graphique où sont comparées la pression d'échappement mesurée et la pression d'échappement obtenue selon la présente invention. Selon l'invention, pour un type de moteur déterminé (moteur à combustion interne), une cartographie de référence est établie. Cette cartographie est réalisée à partir d'un moteur sur un banc d'essai. La cartographie est obtenue en effectuant plusieurs mesures de pression d'échappement Pc, chaque mesure d'échappement étant faite pour une valeur déterminée du débit d'air à l'admission A0, du régime du moteur Rc et du taux d'ouverture de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement T0. Le taux d'ouverture est compris entre 0 et
100% et il représente la position plus ou moins ouverte de l'électrovanne.
Dans le présent exemple, le taux d'ouverture de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement Tc est représenté par la valeur de la commande de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement.
Sur la cartographie illustrée à la figure 1 , le débit d'air Ac est exprimé en mg par coup de piston, le régime du moteur Rc est exprimé en tour par minute, la valeur de la commande de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement Tc est exprimée en pourcentage du rapport cyclique de la commande (rapport de la durée pendant laquelle l'électrovanne est en position ouverte dans un cycle sur la durée du cycle), et la pression d'échappement Pc est exprimée en mbar.
A la figure 1 , l'axe x représente le débit d'air à l'admission A0, l'axe y représente le régime du moteur Rc, chaque nappe représente une valeur de la commande de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement T0, et l'axe z représente la pression d'échappement Pc.
Pendant l'utilisation du moteur d'un type déterminé, la pression d'échappement P1 est déterminée, en fonction du débit réel d'air Ar à l'admission du moteur, du régime réel du moteur Rr et de la valeur réelle de la commande de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement Tr, par une interpolation à partir de la cartographie de référence réalisée pour ce type de moteur. De préférence, l'interpolation utilisée est une interpolation linéaire.
Evidemment, afin que cette interpolation donne une valeur correcte, le nombre de valeurs du débit d'air à l'admission Ac, du régime du moteur Rc et de la valeur de la commande de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement Tc pour établir la cartographie doit être suffisant. Ainsi, pour la commande de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement TC) trois ou quatre valeurs (donc trois ou quatre nappes) suffisent pour obtenir une interpolation linéaire fiable.
La valeur de la pression d'échappement P, ainsi déterminée par interpolation peut être alors utilisée pour réguler le moteur turbocompressé.
Une correction peut être apportée à la pression d'échappement déterminée par l'interpolation Pi afin de tenir compte de la pression ambiante Pa, plus exactement, de la différence entre la pression ambiante régnant lors de la réalisation de la cartographie Po et celle régnant pendant l'utilisation du moteur P3.
La pression d'échappement Pj peut ainsi être corrigée selon la formule suivante :
dans laquelle K est un facteur correctif, Pr est la pression d'échappement corrigée, Pi est la pression d'échappement déterminée par l'interpolation, P0 est la pression ambiante régnant lors de la réalisation de la cartographie, et P3 est la pression ambiante régnant lors de la détermination de la pression d'échappement, P0, Pa et K étant exprimés en mbar.
Le facteur correctif K, propre à un type de moteur, est déterminé sur un banc d'essai par étalonnage de mesures à différentes pressions ambiantes. Comme on peut le voir à la figure 3, pour chaque pression atmosphérique, le rapport de la pression d'échappement réelle P (mesurée par un capteur) sur la pression d'échappement déterminée par l'interpolation Pj est représenté en fonction de la pression d'échappement déterminée par l'interpolation Pj. Cette représentation est une droite dont la pente et l'ordonnée à l'origine dépendent de la pression atmosphérique à laquelle les mesures sont faites. Le facteur correctif K est le point d'intersection des différentes droites représentant les différents essais réalisés à différentes pressions atmosphériques.
Dans la figure 3, les six pressions atmosphériques auxquelles les mesures ont été faites sont de 600, 700, 800, 900, 1000 et 1100 mbar. La figure 2 illustre le procédé de détermination de la pression d'échappement Pr avec, dans un premier temps, la détermination de la pression d'échappement par interpolation Pj, à partir de la cartographie de référence préréalisée, en fonction du débit réel d'air à l'admission du moteur Ar, du régime réel du moteur Rr et de la valeur réelle de la commande de Pélectrovanne de dérivation des gaz d'échappement Tr, et, dans un deuxième temps, la détermination de la pression d'échappement Pr corrigée, à partir du facteur correctif K prédéterminé, en fonction de la pression d'échappement interpollée Pi, de la pression ambiante régnant lors de la réalisation de la cartographie P0, et de la pression ambiante réelle Pa. Comme on peut le voir à la figure 4, les valeurs de la pression d'échappement corrigée Pr sont en accord avec les valeurs de la pression d'échappement mesurée Pm (par un capteur).
Il serait possible d'apporter d'autres corrections afin d'améliorer encore la fiabilité de la détermination de la pression d'échappement par calcul. Ces autres facteurs correctifs peuvent être la richesse du mélange admis, le retrait d'avance à l'allumage et les coupures d'injection.
Il serait possible de réaliser une cartographie utilisant le débit d'air à l'admission A0 exprimé en kg/h (selon l'axe x), la commande de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement T0 exprimée en pourcentage du rapport cyclique (selon l'axe y), chaque nappe représentant alors une valeur du régime moteur, et l'axe Z représentant la pression d'échappement Pj. Cependant l'emploi de telles unités induit un procédé de calibration plus complexe.
Il serait aussi possible, afin que la commande de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement soit encore plus représentative de la position réelle de cette électrovanne, d'utiliser la commande appliquée, minorée des corrections d'adaptation, afin de prendre correctement en compte les dérives et le vieillissement de l'électrovanne. Ceci évite une dérive de la pression d'échappement modélisée. L'adaptation de la commande permet ainsi de maintenir une position constante, qui reste représentée dans la cartographie par la commande non corrigée.
Il serait aussi possible d'utiliser la position réelle de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement au lieu de la commande de cette électrovanne. Toutefois, il est alors nécessaire d'utiliser un capteur pour la déterminer.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de la pression d'échappement (Pr) d'un moteur à combustion interne turbocompressé comprenant une électrovanne de dérivation des gaz d'échappement, caractérisé en ce que
- une pression d'échappement (Pj) est déterminée en fonction du débit d'air à l'admission du moteur (Ar), du régime du moteur (Rr) et du taux d'ouverture de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement (Tr), par une interpolation à partir d'une cartographie de référence comprenant des valeurs de pression d'échappement (Pc) pour des valeurs déterminées du débit d'air à l'admission (Ac), du régime du moteur (Rc) et du taux d'ouverture de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement (Tc).
- la pression d'échappement déterminée par l'interpolation (Pj) est corrigée, en fonction de la pression ambiante régnant lors de la détermination de la pression d'échappement (Pa) et de la pression ambiante régnant lors de la réalisation de la cartographie (Po), selon la formule suivante :
dans laquelle, Pr est la pression d'échappement corrigée, Pj est la pression d'échappement déterminée par l'interpolation, P0 est la pression ambiante régnant lors de la réalisation de la cartographie, Pa est la pression ambiante régnant lors de la détermination de la pression d'échappement, et K est un facteur correctif qui est propre au type du moteur pour lequel la cartographie a été réalisée et qui est préalablement déterminé sur un banc d'essai par étalonnage de mesures à différentes pressions ambiantes.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'interpolation utilisée est une interpolation linéaire.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le taux d'ouverture de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement (Tc) est représenté par la position réelle de l'électrovanne mesurée par un capteur.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le taux d'ouverture de l'électrovanne de dérivation des gaz d'échappement (Tc) est représenté par la valeur de la commande de l'électrovanne.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la commande de l'électrovanne est la commande appliquée, minorée des corrections d'adaptation.
6. Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne turbocompressé en fonction de la pression d'échappement, caractérisé en ce que la pression d'échappement est déterminée selon l'une des revendications 1 à 5.
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