EP2195519A1 - Estimation de parametres d'etat d'un moteur par mesure de la pression interne d'un cylindre - Google Patents

Estimation de parametres d'etat d'un moteur par mesure de la pression interne d'un cylindre

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EP2195519A1
EP2195519A1 EP08837795A EP08837795A EP2195519A1 EP 2195519 A1 EP2195519 A1 EP 2195519A1 EP 08837795 A EP08837795 A EP 08837795A EP 08837795 A EP08837795 A EP 08837795A EP 2195519 A1 EP2195519 A1 EP 2195519A1
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EP
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cylinder
learning model
variables
engine
state parameter
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Vincent Talon
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Renault SAS
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    • F02D41/2477—Methods of calibrating or learning characterised by the method used for learning

Definitions

  • the invention relates to the estimation of state parameters of a rotary internal combustion engine comprising a plurality of cylinders.
  • the aim of the invention is therefore to provide a system for controlling the state parameters of an engine that makes it possible to respond to the needs mentioned above and, in particular, to propose a system for estimating these state parameters which enables to remove some sensors such as that of the pressure at the cylinder outlet or upstream of the turbine of a turbocharger P avt or the temperature upstream of the turbine T avt .
  • Another object of the invention is to provide a system for estimating the state parameters of an engine which makes it possible to to avoid the preliminary design of many engine tuning maps and thus significantly reduce the development time.
  • the system estimates at least one state parameter of an internal combustion engine comprising: at least one cylinder and a movable piston driven through a crankshaft; means for measuring the time variation of the crankshaft angle and the internal pressure of said cylinder; at least one physical model for calculating a plurality of intermediate time variables from said measurements of the crankshaft angle and cylinder internal pressure and from a measurement of at least one engine state parameter; means for creating time variable tables discretized from said intermediate time variables; and a learning model for estimating at least one engine state parameter from said discrete time variable tables.
  • the learning model can be, for example, of the neural network type, the statistical type or the type of kriging.
  • the measurement of the internal pressure of the cylinder can be carried out by means of a pressure sensor. It should be noted that each cylinder may be equipped with such a pressure sensor or, more simply, only one of the engine cylinders.
  • the system comprises means for initializing the learning model by carrying out preliminary tests.
  • a method for estimating at least one state parameter of an internal combustion engine comprising at least one cylinder and a movable piston driven through a crankshaft, comprises the following steps : A first step of measuring the temporal variation of the crankshaft angle and the internal cylinder pressure; a second step of calculating, through at least one physical model, a plurality of intermediate time variables from said crankshaft angle and pressure measurements; internal cylinder and from a measurement of at least one engine state parameter; a third step of discretizing said intermediate temporal variables, intended for creating tables of discrete temporal variables; and a fourth step of estimating, through a learning model, at least one engine state parameter from said discrete time variable tables.
  • the internal combustion engine 2 comprises a cylinder 3 in which a piston 4 moves by means of an internal combustion engine 2. a connecting rod 5 connecting the piston 4 to the crankshaft 6.
  • a combustion chamber 7 is delimited by said cylinder 3, said piston 4 and a cylinder head 8.
  • the cylinder head 8 is provided with at least two valves 9 and 10 which make it possible to connect the combustion chamber 7 with respectively the intake manifold 9a, for air optionally mixed with a part of the exhaust gas, and the exhaust gas manifold 10a.
  • the engine 2 also comprises a fuel injector 11 arranged to inject fuel into the combustion chamber 7.
  • the estimation system comprises two measurement sensors 20 and 21 as well as an electronic calculation unit 22 comprising three modules : a calculation module 23, a discretization module 24 and an estimation module 25.
  • the sensor 20 makes it possible to measure at any moment the angle ⁇ of the crankshaft 6, the sensor 21 makes it possible to measure the internal pressure P cy ⁇ of the cylinder 3 which corresponds to the pressure inside the combustion chamber 7.
  • These sensors 20 and 21 each emit a temporal measurement signal, transmitted respectively by the connections 20a and 21a, in the direction of the electronic calculation unit 22.
  • the calculation module 23 comprises several physical models 231 to 237 which make it possible to calculate a certain number of intermediate time variables from the input time signals ⁇ ,
  • the intermediate time variables may be, for example, cylinder temperature T cy u heat release Q, the mass fraction of gas burned X b , the mass of liquid fuel M car bu q and vaporized M car b vap , the mass of fresh gas M gf and flue gas M g b, the rate of burned gas X g b, or the polytropic coefficient k .
  • the state parameters of the motor 2 brought by the connection 22a are, for example, parameters such as the engine speed, the fuel injection timing ⁇ ⁇ nj or the fuel mass introduced for each injection M ⁇ nj . These are variables distinct from the calculated intermediate temporal variables.
  • the intermediate temporal variables are discretized in the module 24 to generate tables of discrete temporal variables. This discretization of the signals takes place at precise moments for certain measurements of angles ⁇ of the crankshaft 6.
  • the estimation module 25 receives these tables of temporal variables discretized by the connections 27 in order to estimate the desired state parameters, such as, for example, the filling ⁇ v or the temperature at the outlet of the cylinder T avt .
  • the internal pressure P cy ⁇ of the cylinder 3 thus makes it possible to construct intermediate temporal variables in order to deduce from it certain parameters of the state of the engine 2.
  • This construction of the temporal variables is carried out by means of models 231 to 237 which are based only on temporal variables, excluding any space variable.
  • the models 231 to 237 receive as inputs the variables P cy u ⁇ and certain state parameters brought by the connection 22a. It is also possible that a physical model can use as input a plurality of intermediate temporal variables, brought by the connections (30), which are the result of a calculation made by another model, thus increasing the number of computation combinations. intermediate variables.
  • Physical model 231 calculation of the cylinder temperature in the combustion chamber 7Vw.
  • the cylinder temperature can be calculated thanks to the ideal gas law:
  • the total mass M t can be determined by mapping according to the engine speed and the pressure of the intake manifold 9a.
  • V cy ⁇ The volume of the cylinder V cy ⁇ is determined by measuring the angle ⁇ of the crankshaft 6.
  • An analytical law makes it possible to determine V cy ⁇ as a function of ⁇ :
  • K yl [ ⁇ ] V 1n + S p ⁇ • R n + L b ⁇ - R n • cos (0) - 4L b ? - Rj - ⁇ n ⁇ ) 2
  • V 1n is the dead volume
  • S p ⁇ is the surface of the piston
  • R v ⁇ is the radius of the crankshaft
  • Lbi is the connecting rod length
  • Heat release Q represents heat exchanges between the gas and the outside, during chemical reactions that take place during the combustion phase of the fuel. That is, it represents the sum of the heat released by combustion minus the heat lost at the walls. Q is calculated as follows:
  • ⁇ is the angle of the crankshaft ⁇ is the ratio of the specific heats C P IC V where C p and C v are the mass heats, respectively at constant pressure and volume
  • Model 233 calculation of the mass fraction of burnt gases Xt 1 .
  • the mass fraction of burnt gases X b evolves during combustion.
  • An image of X b can be obtained by the release of heat Q.
  • the heat released is proportional to the mass of fuel burned.
  • the integral of heat Q is directly related to the mass of fuel already burnt. This integral is normalized between 0 and 1. It represents then the evolution of the combustion. It is called X b .
  • ⁇ is the angular velocity of the motor in radians per second.
  • variable Xb thus calculated is transmitted directly to the discretization module 24.
  • Model 234 calculation of the mass of liquid fuel M r .arh_n q and vaporized M rnr h van.
  • the state parameters of the motor transmitted by the connection 22a it is possible to use the phasings of each fuel injection ⁇ in] , the mass of fuel introduced for each injection M nj , as well as the duration of each injection T nj . Thanks to these parameters, it is possible to reconstruct the injection rate in the cylinder 3. This makes it possible to calculate:
  • ⁇ nj Qm is the average fuel flow rate injected qm vap is the vaporized fuel flow rate Qm means com b is the fuel flow combustion means also:
  • PCI is the lower heating value (about 43500 kJ / lcg for diesel).
  • the average flow rate of combustion being directly proportional to the heat release Q, it can be calculated from the previous physical model 232.
  • the mass of liquid and vaporized fuel present in the combustion chamber 7 can thus be known.
  • Model 235 calculation of the mass of fresh gas M ⁇ and of burnt gas Mg J1 .
  • the flue gases have two origins: one part (called EGR) is the partially recycled exhaust gases from the exhaust manifold 10a to the intake manifold 9a, another part (called GBR) are the residual gases of the preceding cycle which have not been drained.
  • EGR the partially recycled exhaust gases from the exhaust manifold 10a to the intake manifold 9a
  • GBR the residual gases of the preceding cycle which have not been drained.
  • initial mass of fresh gas M gf _ t mixture of oxygen and nitrogen
  • the evolution of the fresh gases towards the flue gases is dependent on the heat generation Q. In fact the combustion always takes place locally with the richness 1, that is to say that when one burns 1 gram of fuel one burns on average 14.7 grams of fresh gas.
  • Qwig f .gb is the average flow of air Which allows to calculate:
  • the variables M g / and M g b thus calculated are transmitted as inputs to the physical model 236, as well as to the discretization module 24.
  • Model 236 Calculation of the burnt gas ratio X ⁇ , diluent used to reduce NO 21 emissions.
  • This burnt gas content X g t is the proportion of flue gas present at the closure of the intake valve 9 with respect to the total mass M t enclosed in the cylinder 3.
  • Model 237 calculation of the polytropic coefficient in compression phase k.
  • ⁇ is the angle of the current crankshaft -
  • a ⁇ is the calculation interval
  • This calculation interval A ⁇ may correspond to at least one sampling step of the internal pressure signal of the cylinder P cy ⁇ as a function of the angle ⁇ of the crankshaft 6. In general, the interval is taken from the order of 10 sampling steps of said signal.
  • the variable k thus calculated is transmitted directly to the discretization module 24.
  • This module 25 comprises learning models 28 which can be of the neural network type, as illustrated in the figure, or statistics or of the kriging type.
  • kriging models which are interpolation models using stochastic methods that allow a calculation of probabilities applied to statistical data processing.
  • - ordinary kriging the stationary variable has an unknown mean
  • - universal kriging the variable is non-stationary.
  • an ordinary kriging will be used.
  • kriging is based on the correlation between the variables that one wishes to estimate and the discretized variables that are the inputs of the model.
  • the estimation of a variable can be written in the following form:
  • X 1 represent the discretizations of the variables
  • the X 1 are the tables of discretized variables obtained by the module 24, the y (x t ) are the values of the variables which one wishes to estimate, like for example the filling ⁇ v .
  • the principle of kriging is to determine the X 1 coefficients, which are dependent on the X 1 , by studying the degree of similarity between the y (X 1 ) from the covariance between the points x, as a function of the distance between these points. .
  • the weights X 1 associated with each of the values y (x ⁇ ) are chosen so as to obtain a prediction y of minimum variance.
  • the learning models 28 are thus previously identified on tests carried out on the engine test bench or on the vehicle.

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Abstract

Système d'estimation de paramètres d'état d'un moteur à combustion interne (2) comprenant : au moins un cylindre (3), un piston mobile (4) entraîné par l' intermédiaire d'un vilebrequin (6), de moyens (20, 21 ) pour mesurer la variation temporelle de l' angle du vilebrequin et la pression interne dudit cylindre, au moins un modèle physique (231 ) pour calculer une pluralité de variables temporelles intermédiaires à partir desdites mesures de l' angle du vilebrequin et de la pression interne du cylindre et à partir d'une mesure d' au moins un paramètre d' état du moteur; un moyen (24) pour créer des tables de variables temporelles discrétisées à partir desdites variables temporelles intermédiaires; et un modèle d' apprentissage (28) pour estimer au moins un paramètre d' état du moteur (2) à partir desdites tables de variables temporelles discrétisées.

Description

Estimation de paramètres d'état d'un moteur par mesure de la pression interne d'un cylindre
L'invention concerne l' estimation de paramètres d' état d'un moteur rotatif à combustion interne comprenant une pluralité de cylindres .
Les normes antipollution et la baisse de la consommation deviennent des enjeux de plus en plus importants pour les constructeurs automobiles. Il est donc nécessaire de maîtriser la consommation des véhicules, donc des rejets de dioxyde de carbone, tout en rejetant le moins possible de gaz polluants tel que les oxydes d' azotes NOx, le monoxyde de carbone CO, les carburants imbrûlés HC et les particules, notamment pour les moteurs diesel. Ceci passe obligatoirement par une maîtrise parfaite de la combustion. Il est donc nécessaire de connaître les grandeurs de différents paramètres d' état du moteur, qui sont par exemple :
- le remplissage ηv (quantité de gaz frais admis dans les cylindres) - le couple moteur
- le régime moteur
- les phasages des injections de carburant φιnj
- la masse de carburant introduite pour chaque injection Minj
- la température en sortie du cylindre Tavt - la pression en sortie du cylindre Pavt
- les émissions d' oxyde d' azote NOx
- les émissions de monoxyde de carbone CO
- les émissions de carburants imbrûlés HC
- les émissions de particules Grâce à l' estimation de ces grandeurs il est possible de contrôler le moteur en boucle fermée, c' est-à-dire d' optimiser à chaque instant le contrôle du moteur grâce à la connaissance de son état. Comme on le sait, de nombreux capteurs sont généralement embarqués dans les véhicules pour la mesure d'une pluralité de grandeurs et de paramètres d'état, ce qui entraîne un coût non négligeable dans la fabrication des véhicules . On pourra se référer par exemple à la demande de brevet européen publiée sous le numéro EP 1 367 248, dans laquelle une estimation de l' émission d' oxydes d' azote NOx est réalisée à partir d'un modèle mathématique dit « capteur virtuel » et d'une pluralité de mesures de paramètres d' état du moteur. Mais la mise en œuvre de ce modèle nécessite la mesure de nombreux paramètres d' état.
On pourra également se référer par exemple à la demande de brevet américain publiée sous le numéro US 2004/0073381 , dans laquelle est décrit un moyen pour estimer l' émission d' oxydes d' azote NOx à partir de la corrélation entre une pluralité de mesures de paramètres de contrôle du moteur et d'une table de grandeurs statiques établie en fonction d'une moyenne des températures d' oxyde d' azote. Mais ce moyen nécessite également la mesure de nombreux paramètres d' état et présente l'inconvénient d'utiliser des tables statiques qui sont coûteuses en temps de conception. Le but de l' invention est donc de fournir un système de contrôle de paramètres d' état d'un moteur permettant de répondre aux besoins évoqués précédemment et, en particulier, de proposer un système d' estimation de ces paramètres d' état qui permet de supprimer certains capteurs comme celui de la pression à la sortie du cylindre ou en amont de la turbine d'un turbocompresseur Pavt ou de la température en amont de la turbine Tavt.
Ces estimateurs permettent aussi de connaître les émissions polluantes à chaque instant, afin d' en déduire le taux d' émission d' oxydes d' azote NOx. Il est donc avantageux de supprimer le capteur d' oxyde d' azote. Cette maîtrise des émissions permet aussi d' envisager la diminution des volumes des systèmes de post-traitement de ces émissions .
Un autre but de l' invention est de fournir un système d' estimation de paramètres d' état d'un moteur qui permet de s' affranchir de la conception préalable de nombreuses cartographies de réglage des moteurs et de diminuer ainsi de façon importante les temps de mise au point.
Dans un mode de réalisation, le système estime au moins un paramètre d' état d'un moteur à combustion interne comprenant : au moins un cylindre et un piston mobile entraîné par l' intermédiaire d'un vilebrequin ; un moyen pour mesurer la variation temporelle de l' angle du vilebrequin et la pression interne dudit cylindre ; au moins un modèle physique pour calculer une pluralité de variables temporelles intermédiaires à partir desdites mesures de l' angle du vilebrequin et de la pression interne du cylindre et à partir d'une mesure d' au moins un paramètre d' état du moteur ; un moyen pour créer des tables de variables temporelles discrétisées à partir desdites variables temporelles intermédiaires ; et un modèle d' apprentissage pour estimer au moins un paramètre d' état du moteur à partir desdites tables de variables temporelles discrétisées.
Le modèle d' apprentissage peut être par exemple, de type réseau de neurones, de type statistique ou encore de type de krigeage. Avantageusement, la mesure de la pression interne du cylindre peut être réalisée au moyen d'un capteur de pression. Il est à noter que chaque cylindre peut être équipé d'un tel capteur de pression ou plus simplement, un seul des cylindres du moteur.
Avantageusement, le système comporte un moyen pour initialiser le modèle d' apprentissage par la réalisation d'essais préalables.
Selon un autre aspect, un procédé d' estimation d' au moins un paramètre d' état d'un moteur à combustion interne, comprenant au moins un cylindre et un piston mobile entraîné par l' intermédiaire d'un vilebrequin, comprend les étapes suivantes : Une première étape de mesure de la variation temporelle de l' angle du vilebrequin et de la pression interne du cylindre ; une deuxième étape de calcul, par l' intermédiaire d' au moins un modèle physique, d'une pluralité de variables temporelles intermédiaires à partir desdites mesures de l' angle du vilebrequin et de la pression interne du cylindre et à partir d'une mesure d' au moins un paramètre d' état du moteur ; une troisième étape de discrétisation desdites variables temporelles intermédiaires, destinée à la création de tables de variables temporelles discrétisées ; et une quatrième étape d' estimation, par l' intermédiaire d'un modèle d' apprentissage, d' au moins un paramètre d' état du moteur à partir desdites tables de variables temporelles discrétisées.
D' autres buts, caractéristiques et avantages de l' invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d' exemple non limitatif, et faite en référence au dessin annexé, sur lequel, la figure illustre un système conforme à l' invention destiné à estimer certains paramètres d'état d'un moteur.
Sur la figure, on a représenté schématiquement, un système d' estimation de paramètres d' état d'un moteur à combustion interne 2. Le moteur à combustion interne 2 comprend un cylindre 3 dans lequel se déplace un piston 4 par l' intermédiaire d'une bielle 5 reliant le piston 4 au vilebrequin 6. Une chambre de combustion 7 est délimitée par ledit cylindre 3, ledit piston 4 et une culasse 8. La culasse 8 est munie d' au moins deux soupapes 9 et 10 qui permettent de relier la chambre de combustion 7 avec respectivement le collecteur d' admission 9a, pour de l' air éventuellement mélangé avec une partie des gaz d' échappement, et le collecteur d' échappement des gaz 10a. Le moteur 2 comprend également un injecteur de carburant 1 1 disposé de façon à injecter du carburant dans la chambre de combustion 7. Le système d' estimation comprend deux capteurs de mesure 20 et 21 ainsi qu'un boîtier électronique de calcul 22 comprenant trois modules : un module de calcul 23, un module de discrétisation 24 et un module d'estimation 25.
Le capteur 20 permet de mesurer à tout instant l' angle θ du vilebrequin 6, le capteur 21 permet de mesurer la pression interne Pcyι du cylindre 3 qui correspond à la pression à l' intérieur de la chambre de combustion 7. Ces capteurs 20 et 21 émettent chacun un signal de mesure temporel, transmis respectivement par les connexions 20a et 21 a, en direction du boîtier électronique de calcul 22.
Le module de calcul 23 comprend plusieurs modèles physiques 231 à 237 qui permettent de calculer un certain nombre de variables temporelles intermédiaires à partir des signaux temporels d' entrée θ,
P cyι et à partir des mesures de certains paramètres d' état du moteur 2, amenées par la connexion 22a à l' entrée du module de calcul 23.
Ces variables temporelles intermédiaires ainsi calculées sont transmises par des connexions 26 à l' entrée du module de discrétisation 24. Les variables temporelles intermédiaires peuvent être, par exemple, la température du cylindre Tcyu le dégagement de chaleur Q, la fraction massique de gaz brûlés Xb, la masse de carburant liquide Mcarb uq et vaporisé Mcarb vap, la masse de gaz frais Mgf et de gaz brûlés Mgb, le taux de gaz brûlé Xgb, ou encore le coefficient polytropique k.
Les paramètres d' état du moteur 2 amenés par la connexion 22a sont, par exemple, des paramètres comme le régime moteur, les phasages des injections de carburant φιnj ou la masse de carburant introduite pour chaque injection Mιnj. Ce sont des variables distinctes des variables temporelles intermédiaires calculées.
Les variables temporelles intermédiaires sont discrétisées dans le module 24 pour générer des tables de variables temporelles discrétisées . Cette discrétisation des signaux s 'effectue à des instants précis pour certaines mesures d' angles θ du vilebrequin 6.
Le module d' estimation 25 reçoit ces tables de variables temporelles discrétisées par les connexions 27 afin d' estimer les paramètres d' état recherchés, comme par exemple le remplissage ηv ou la température en sortie du cylindre Tavt. La pression interne Pcyι du cylindre 3 permet donc de construire des variables temporelles intermédiaires pour en déduire certains paramètres d' état du moteur 2. Cette construction des variables temporelles s' effectue par l' intermédiaire de modèles physiques 231 à 237 qui ne se basent que sur des variables temporelles, à l' exclusion de toute variable d'espace.
Comme il a été décrit précédemment, les modèles 231 à 237 reçoivent comme entrées les variables Pcyu θ et certains paramètres d' état amenés par la connexion 22a. Il est possible également qu'un modèle physique puisse utiliser comme entrée une pluralité de variables temporelles intermédiaires, amenées par les connexions (30), qui sont le résultat d'un calcul effectué par un autre modèle, augmentant ainsi le nombre de combinaisons de calculs de variables intermédiaires.
Toutes ces variables temporelles intermédiaires, qui dépendent de la mesure de la variable Pcyι et de l' angle θ du vilebrequin 6 associé, ne sont calculées que lorsque les soupapes 9a et 10a sont fermées, c' est-à-dire à un moment où aucun transvasement gazeux n' est effectué dans, ou à partir de, la chambre de combustion 7.
Sur la figure, on a représenté, à titre d' exemple, certains modèles physiques 231 à 237 du module de calcul 23. Mais ce module
23 peut comprendre une plus grande quantité de modèles, l' exemple donné n' étant pas limitatif. Les calculs effectués par les différents modèles physiques sont décrits ci-dessous :
Modèle physique 231 : calcul de la température du cylindre dans la chambre de combustion 7Vw.
La température du cylindre peut être calculée grâce à la loi des gaz parfaits :
Où :
P Cyi est la pression interne du cylindre - Vcyι est le volume du cylindre
Mt est la masse totale enfermée dans le cylindre r est la constante des gaz parfaits, r = 287 J/kg.K La masse totale Mt peut être déterminée par une cartographie en fonction du régime moteur et de la pression du collecteur d' admission 9a.
Le volume du cylindre Vcyι est déterminé grâce à la mesure de l' angle θ du vilebrequin 6. Une loi analytique permet de déterminer Vcyι en fonction de θ:
Kyl [θ] = V1n + Spι • Rn + Lbι - Rn • cos(0) - 4Lb? - Rj - ήn{θ)2
Où :
V1n est le volume mort Spι est la surface du piston Rvι est le rayon du vilebrequin Lbi est la longueur de bielle La variable Tcyι ainsi calculée est transmise directement au module de discrétisation 24.
Modèle 232 : calcul du dégagement de chaleur Q. Le dégagement de chaleur Q représente les échanges de chaleur entre le gaz et l' extérieur, lors des réactions chimiques qui ont lieu pendant la phase de combustion du carburant. C' est-à-dire qu' il représente la somme de la chaleur dégagée par la combustion moins celle perdue aux parois . Q est calculé de la façon suivante:
dQ c dV
. . γ dP
.. γ cyyl I Y i p dθ γ - l P cyl yl aυ γ - \ cy v c≠ d "θ γ - - \ c 1 c≠ dθ
Où : θ est l' angle du vilebrequin γ est le rapport des chaleurs spécifiques CPICV où Cp et Cv sont les chaleurs massiques, respectivement à pression et volume constant
D'une manière générale, on prend γ égal à 1 ,4. La variable Q ainsi calculée est transmise comme entrée aux modèles physiques 233, 234 et 235 , ainsi qu' au module de discrétisation 24.
Modèle 233 : calcul de la fraction massique de gaz brûlés Xt1. La fraction massique de gaz brûlés Xb évolue au cours de la combustion. Une image de Xb peut être obtenue grâce au dégagement de chaleur Q. En effet la chaleur dégagée est proportionnelle à la masse de carburant brûlée. Donc l' intégrale de la chaleur Q est directement liée à la masse de carburant déj à brûlée. Cette intégrale est normalisée entre 0 et 1. Elle représente alors l' évolution de la combustion. Elle est appelée Xb.
Xb - Norm dQ dθ
Où ω est la vitesse angulaire du moteur en radian par seconde.
La variable Xb ainsi calculée est transmise directement au module de discrétisation 24.
Modèle 234 : calcul de la masse de carburant liquide Mr.arh_nq et vaporisé Mrnrh van. Parmis les paramètres d' état du moteur transmis par la connexion 22a, on peut utiliser les phasages de chaque injection de carburant φin], la masse de carburant introduite pour chaque injection Mιnj, ainsi que la durée de chaque injection Tιnj. Grâce à ces paramètres, on peut reconstruire le débit d'injection dans le cylindre 3. Ce qui permet de calculer :
^-^- carb hq ~. ~. -T^- = Qmιnj - Qmvap dM carb _ vap
= Qm vap - Qmcomb
~dt Où :
Qmιnj est le débit moyen de carburant injecté Qmvap est le débit moyen de carburant vaporisé Qmcomb est le débit moyen de combustion du carburant En outre :
Où PCI est le pouvoir calorifique inférieur (environ 43500 kJ/lcg pour du gazole) .
Le débit moyen de combustion étant directement proportionnel au dégagement de chaleur Q, il peut être calculé à partir du modèle physique 232 précédent.
A chaque instant la masse de carburant liquide et vaporisé présente dans la chambre de combustion 7 peut ainsi être connue.
Les variables Mcarbjiq et Mcarb_vap ainsi calculées sont transmises directement au module de discrétisation 24.
Modèle 235 : calcul de la masse de gaz frais M^ et de gaz brûlés MgJ1. Les gaz brûlés ont deux origines : une partie (appelée EGR) sont les gaz d' échappement partiellement recyclés depuis le collecteur d' échappement 10a vers le collecteur d' admission 9a, une autre partie (appelée GBR) sont les gaz résiduels du cycle précédant qui n' ont pas été vidangés. A l' instant initial, lorsque la soupape d' admission 9 est fermée, on connaît la masse initiale de gaz frais Mgf_t, mélange d' oxygène et d' azote, et la masse initiale de gaz brûlés Mgb_,, mélange de dioxyde de carbone, d' eau et d' azote. L' évolution des gaz frais vers les gaz brûlés est dépendante du dégagement de chaleur Q. En effet la combustion se déroule toujours localement à la richesse 1 , c'est-à-dire que lorsque l' on brûle 1 gramme de carburant on brûle en moyenne 14,7 grammes de gaz frais. Or on a vu que:
Soit
Qm^ = PCO - Qmconb
Où : - PCO est le pouvoir de combustion ( 14,7 environ)
Qwigf.gb est le débit moyen d' air Ce qui permet de calculer :
dM SI
~dT = -0*»« gf--gb
dMg dt - - Qm g11fT--gb
Les variables Mg/ et Mgb ainsi calculées sont transmises comme entrées au modèle physique 236, ainsi qu' au module de discrétisation 24.
Modèle 236 : calcul du taux de gaz brûlés X^, diluant utilisé pour diminuer les émissions de NO21.
Ce taux de gaz brûlé Xgt est la proportion de gaz brûlés présent à la fermeture de la soupape d' admission 9 par rapport à la masse totale Mt enfermée dans le cylindre 3.
y MΦ MΦ
Mt Mgf + Mg
La variable Xgb ainsi calculée est transmise directement au module de discrétisation 24. Modèle 237 : calcul du coefficient polytropique en phase de compression k.
En phase de compression, entre la fermeture de la soupape d' admission et le début de la combustion, on calcule le coefficient polytropique k. Ce coefficient k permet notamment de modéliser les transformations adiabatiques (aucun échange de chaleur et de matière avec l' extérieur) grâce à la formule suivante :
p , y k _ A rcyl V cyl ~ Λ
Où A est une constante.
La valeur de k est identifiée tout au long de la phase de compression grâce à la formule :
Où : θ, est l' angle du vilebrequin courant - Aθ est l' intervalle de calcul Cet intervalle de calcul Aθ peut correspondre au minimum à un pas d' échantillonnage du signal de la pression interne du cylindre Pcyι en fonction de l' angle θ du vilebrequin 6. D'une manière générale, l' intervalle est pris de l' ordre de 10 pas d' échantillonnage dudit signal. La variable k ainsi calculée est transmise directement au module de discrétisation 24.
Après avoir déterminé les variables temporelles intermédiaires décrites ci-dessus, celles-ci sont discrétisées par l'intermédiaire du module 24 afin d'établir des tables de variables discrétisées. Lesdites tables obtenues sont les entrées du module d' estimation 25. Ce module 25 comprend des modèles d' apprentissage 28 qui peuvent être de type réseau de neurones, comme illustré sur la figure, ou statistique ou encore de type krigeage.
Il est intéressant d'utiliser des modèles de krigeage qui sont des modèles d' interpolation faisant appel aux méthodes stochastiques qui permettent un calcul de probabilités appliqué au traitement de données statistiques.
Il existe trois types de krigeage : le krigeage simple, le krigeage ordinaire et le krigeage universel. La différence entre ces types d'estimation réside dans la connaissance de la statistique de la variable à interpoler :
- krigeage simple : la variable stationnaire a une moyenne connue ;
- krigeage ordinaire : la variable stationnaire a une moyenne inconnue ; - krigeage universel : la variable est non-stationnaire.
On utilisera, de préférence, un krigeage ordinaire. De manière générale, le krigeage se base sur la corrélation entre les variables que l' on souhaite estimer et les variables discrétisées qui sont les entrées du modèle. Dans la méthode du krigeage ordinaire, l' estimation d'une variable peut s' écrire sous la forme suivante :
Où : y est l' estimation de la variable en un point non discrétisé xo
- X1 représentent les discrétisations des variables
- y(xι) sont les valeurs associées aux discrétisations X1 - X1 sont les coefficients de krigeage
Les X1 sont les tables de variables discrétisées obtenues par le module 24, les y(xt) sont les valeurs des variables que l' on souhaite estimer, comme par exemple le remplissage ηv. Le principe du krigeage revient à déterminer les coefficients X1, qui sont dépendants des X1, en étudiant le degré de similarité entre les y (X1) à partir de la covariance entre les points x, en fonction de la distance entre ces points. Les poids X1 associés à chacune des valeurs y(xι) sont choisis de façon à obtenir une prévision y de variance minimale.
Pour identifier le modèle, il faut des essais préalables. L' estimation de nouveaux points repose ensuite sur ces essais. Les modèles d' apprentissage 28 sont donc préalablement identifiés sur des essais réalisés au banc moteur ou sur véhicule.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d' estimation d' au moins un paramètre d' état d'un moteur à combustion interne (2) comprenant au moins un cylindre (3), un piston mobile (4) entraîné par l'intermédiaire d'un vilebrequin (6), de moyens (20, 21 ) pour mesurer la variation temporelle de l' angle du vilebrequin et la pression interne dudit cylindre, caractérisé en ce qu' il comprend : au moins un modèle physique (231 ) pour calculer une pluralité de variables temporelles intermédiaires à partir desdites mesures de l' angle du vilebrequin et de la pression interne du cylindre et à partir d'une mesure d' au moins un paramètre d'état du moteur; un moyen (24) pour créer des tables de variables temporelles discrétisées à partir desdites variables temporelles intermédiaires; et un modèle d' apprentissage (28) pour estimer au moins un paramètre d' état du moteur (2) à partir desdites tables de variables temporelles discrétisées.
2. Système selon la revendication 1 , comprenant un modèle d' apprentissage (28) de type réseau de neurones.
3. Système selon l'une des revendications 1 à 2, comprenant un modèle d' apprentissage (28) de type statistique.
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant un modèle d' apprentissage (28) de type krigeage.
5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant un moyen pour initialiser le modèle d' apprentissage (28) par la réalisation d' essais préalables.
6. Procédé d' estimation d' au moins un paramètre d' état d'un moteur à combustion interne (2) comprenant au moins un cylindre (3), un piston mobile (4) entraîné par l'intermédiaire d'un vilebrequin (6), comprenant une première étape de mesure de la variation temporelle de l' angle du vilebrequin et de la pression interne du cylindre, caractérisé en ce qu'il comprend : une deuxième étape de calcul, par l' intermédiaire d' au moins un modèle physique (231 ), d'une pluralité de variables temporelles intermédiaires à partir desdites mesures de l' angle du vilebrequin et de la pression interne dudit cylindre et à partir d'une mesure d' au moins un paramètre d' état du moteur; une troisième étape de discrétisation desdites variables temporelles intermédiaires, destinée à la création de tables de variables temporelles discrétisées; et une quatrième étape d' estimation, par l' intermédiaire d'un modèle d' apprentissage (28), d' au moins un paramètre d'état du moteur (2) à partir desdites tables de variables temporelles discrétisées.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, l' étape d' estimation comprend l'utilisation d'un modèle d' apprentissage (28) de type réseau de neurones.
8. Procédé selon l'une des revendications 6 à 7 , dans lequel, l' étape d' estimation comprend l'utilisation d'un modèle d' apprentissage (28) de type statistique.
9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8 , dans lequel, l' étape d' estimation comprend l'utilisation d'un modèle d' apprentissage (28) de type krigeage.
10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, dans lequel, l' étape d' estimation comprend une étape d' initialisation du modèle d' apprentissage (28) par la réalisation d'essais préalables.
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