PROCEDE DE DETERMINATION DE L'AVANCE A L'ALLUMAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE. METHOD FOR DETERMINING THE ADVANCE AT IGNITION OF A THERMAL MOTOR
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0951644 déposée le 16 mars 2009 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence. [0002] La présente invention concerne un procédé de détermination de l'avance à l'allumage d'un moteur thermique à allumage commandé.The present invention claims the priority of the French application 0951644 filed March 16, 2009 whose content (text, drawings and claims) is here incorporated by reference. The present invention relates to a method for determining the ignition advance of a spark ignition engine.
[0003] Un moteur à combustion interne à allumage commandé est une machine où l'énergie thermique dégagée par la combustion est transformée en énergie motrice mécanique. Dans ce type de moteur, contrairement au moteur Diesel, le mélange combustible ne s'enflamme pas spontanément, mais sous l'action d'une étincelle provoquée par une bougie. Pour maximiser le rendement énergétique de la combustion le mélange combustible doit être enflammé de manière à faire coïncider le pic de pression dans la chambre de combustion avec une position idéale du couple piston/vilebrequin. Cependant, il existe un délai entre le moment où l'étincelle est produite et le moment où l'inflammation du mélange se propage, correspondant au début de la phase de combustion vive du mélange et à l'obtention d'un pic de pression maximum dans la chambre de combustion. C'est pour cette raison que l'allumage de la bougie est déclenché avec une avance.[0003] A spark ignition internal combustion engine is a machine in which the thermal energy released by combustion is converted into mechanical motive power. In this type of engine, unlike the diesel engine, the fuel mixture does not ignite spontaneously, but under the action of a spark caused by a candle. To maximize the fuel efficiency of combustion the fuel mixture must be ignited so as to match the peak pressure in the combustion chamber with an ideal position of the piston / crankshaft torque. However, there is a delay between the moment when the spark is produced and the moment when the ignition of the mixture propagates, corresponding to the beginning of the sharp combustion phase of the mixture and to obtaining a peak of maximum pressure in the combustion chamber. It is for this reason that the ignition of the candle is triggered with an advance.
[0004] L'avance à allumage pilotée électroniquement par un calculateur, exprimée en degré d'angle de rotation du vilebrequin, correspond à l'angle entre le déclenchement de l'étincelle et le point mort haut du piston. La valeur d'avance permet de synchroniser l'apparition du pic de pression dans la chambre de combustion avec la position optimum et prédéterminée du piston dans la chambre de combustion.The electronically controlled ignition advance by a computer, expressed in degree of rotation angle of the crankshaft, corresponds to the angle between the triggering of the spark and the top dead center of the piston. The advance value makes it possible to synchronize the appearance of the pressure peak in the combustion chamber with the optimum and predetermined position of the piston in the combustion chamber.
[0005] A l'heure actuelle, le réglage et l'obtention des valeurs d'avance optimale de l'allumage sont déterminées lors de la mise au point du moteur pour l'ensemble des conditions de fonctionnement pouvant être rencontrées par le moteur. Ces valeurs d'avances optimales déterminées sur les bancs de calibrations sont ensuite stockées sous forme de plusieurs cartographies et stratégies de contrôle dans le calculateur du moteur. Cette phase de calibration demande à l'heure actuelle un nombre important d'essais moteur. L'adjonction des actionneurs supplémentaires par les constructeurs (déphaseurs des arbres à came), afin de respecter les normes environnementales de plus en plus contraignantes et limiter la consommation, augmente de manière significative le nombre d'essais moteur nécessaires à leur mise au point.At present, the setting and obtaining optimum ignition advance values are determined during the development of the engine for all operating conditions that may be encountered by the engine. These optimal advance values determined on the calibration banks are then stored in the form of several maps and control strategies in the engine computer. This calibration phase currently requires a large number of engine tests. The addition of additional actuators by manufacturers (camshaft phase shifters), in order to comply with increasingly stringent environmental standards and limit consumption, significantly increases the number of engine tests needed to develop them.
[0006] La solution technique proposée par la présente demande de brevet permet de limiter le nombre d'essais et ainsi de diminuer le coût et la durée de la phase de calibration du moteur.The technical solution proposed by the present patent application limits the number of tests and thus reduce the cost and duration of the engine calibration phase.
[0007] Au lieu de tabuler les avances à l'allumage et par la suite de réaliser des interpolations de type linéaire ou polynomiale entre les points tabulés, l'invention propose d'utiliser un algorithme de calcul basé en partie sur la physique de combustion. Selon l'invention, les avances à allumage sont calculées à partir d'équations qui retranscrivent les évolutions thermodynamiques en termes de différences d'avance par rapport à des avances de référence tabulées.
[0008] De façon plus précise, la présente invention concerne un procédé de détermination de l'avance à l'allumage de moteurs thermiques à l'aide d'un modèle physique faisant appel à des paramètres d'entrée, le procédé comportant les étapes suivantes:Instead of tabulating the ignition advances and subsequently making linear or polynomial interpolations between the tabulated points, the invention proposes to use a calculation algorithm based in part on the physics of combustion. . According to the invention, the ignition advances are calculated from equations which retranscribe the thermodynamic evolutions in terms of differences in advance with respect to tabulated reference advances. More specifically, the present invention relates to a method for determining the ignition advance of thermal engines using a physical model using input parameters, the method comprising the steps following:
• à l'aide d'un banc d'essais, déterminer différentes valeurs de paramètres de calibration associés à plusieurs couples régime moteur- charge du moteur, lesdits paramètres permettant d'estimer la vitesse de flamme moyenne à partir des conditions thermodynamiques dans une chambre de combustion du moteur, lesdites valeurs du couple charge - régime et les valeurs desdits paramètres de calibration constituants des points d'appui;By using a test bench, to determine different values of calibration parameters associated with several engine speed-engine load torques, said parameters making it possible to estimate the average flame speed from the thermodynamic conditions in a chamber combustion engine, said load-speed torque values and the values of said calibration parameters constituting the fulcrums;
• déterminer les valeurs desdits paramètres d'entrée pour chaque cycle de fonctionnement du moteur ;• determining the values of said input parameters for each engine operating cycle;
• enregistrer dans un calculateur embarqué à bord dudit véhicule lesdits points d'appui, lesdits paramètres d'entrée et ledit modèle physique représenté par au moins deux équations; et• register in an on-board computer on said vehicle said support points, said input parameters and said physical model represented by at least two equations; and
• à partir desdits points d'appui, desdits paramètres d'entrée et dudit modèle physique, calculer ladite avance à l'allumage dudit moteur. [0009] Ce procédé est avantageusement valable dans toute la plage et dans tous les modes de fonctionnement de moteurs thermiques à allumage commandé.From said points of support, said input parameters and said physical model, calculating said ignition advance of said motor. This method is advantageously valid throughout the range and in all operating modes of spark ignition engines.
[0010] Dans une variante, lesdits paramètres de calibration peuvent comprendre les paramètres suivants : l'avance à l'allumage optimale de référence AAOref , le point FMBxref correspondant à une fraction brûlée de x% de la masse totale du mélange ; une constante d'initialisation de référence C|Nιref, une constante de combustion CcMBref βt une vitesse de flamme laminaire globale estimée SLref.In a variant, said calibration parameters may comprise the following parameters: the optimum ignition advance of reference AAO ref , the point FMBx ref corresponding to a burned fraction of x% of the total mass of the mixture; a reference initialization constant C | N ι ref , a combustion constant Cc MBref βt an estimated global laminar flame speed SL ref .
[0011] Dans une variante, lesdits paramètres d'entrée peuvent être choisis parmi les paramètres suivants :In a variant, said input parameters may be chosen from the following parameters:
• la masse d'air frais admise dans le cylindre ( mr )• the mass of fresh air admitted into the cylinder ( mr )
• la masse de gaz brûlé dans le cylindre ( mGBR = MlGR + mEGR ) • la masse de carburant dans le cylindre ( m≈»* )• the mass of gas burned in the cylinder ( mGBR = MlGR + mEGR ) • the fuel mass in the cylinder ( m ≈ " *)
• la charge ( ^" )• the load (^ ")
TT
• la température moyenne ( MEL('rc) ) des gaz dans le cylindre au moment de la fermeture des soupapes d'admission• the average temperature ( MEL ( ' rc) ) of the gases in the cylinder at the time of closing of the intake valves
• le rapport ( ' MEL ) de la capacité calorifique à pression constante et de la capacité calorifique à volume constant du mélange• the ratio (' MEL ') of the heat capacity at constant pressure and the heat capacity at constant volume of the mixture
• la masse molaire ( MMEL ) du mélange air+carburant+gaz brûlé résiduel et recirculé• the molar mass (M MEL) o f the mixture air + fuel + residual burnt gas and recirculated
• l'angle d'ouverture admission (OA)• the opening angle of admission (OA)
• le régime moteur (N).• the engine speed (N).
TT
• la température d'eau du moteur ( eau ).
[0012] Dans une variante, ladite avance à l'allumage AAO est déterminée en calculant le délai de combustion du point FMBx au point FMBy correspondant respectivement à x% et y% du carburant brûlé et le délai de l'allumage pour FMBx• the engine water temperature ( water ). In a variant, said ignition advance AAO is determined by calculating the combustion time of the point FMBx at the point FMBy respectively corresponding to x% and y% of the fuel burned and the ignition delay for FMBx
[0013] Dans une variante, l'évolution de la pression et de la température du mélange air-carburant dans la chambre de combustion du moteur au cours du cycle de combustion est déterminée.In a variant, the evolution of the pressure and the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber of the engine during the combustion cycle is determined.
[0014] Dans une variante, ledit modèle physique peut être représenté par deux équations, l'une donnant le délai d'initialisation à la combustion (D|N0 en fonction notamment d'une constante (C|N|), l'autre donnant le délai de la durée de combustion (D CMB) en fonction notamment d'une constanteIn a variant, said physical model can be represented by two equations, one giving the initialization delay to the combustion (D | N0 depending in particular on a constant (C | N | ) , the other giving the duration of the burning time (D C MB) in particular according to a constant
[0015] Dans une variante, afin de calculer ladite avance à l'allumage (AAO): a- une valeur estimée (AAOestιm) de l'avance à l'allumage est calculée en utilisant une relation de proportionnalité avec la vitesse de flamme laminaire ; b- l'avance à l'allumage optimale (AAO) est déterminée par itération, la première itération comprenant : * le calcul du délai d'initialisation D|N, à partir de l'avance optimale estimée AAOestιm et desdits points d'appui,In a variant, in order to calculate said ignition advance (AAO): a- an estimated value (AAO e st ιm ) of the ignition advance is calculated using a relationship of proportionality with the speed laminar flame; b- the optimum ignition advance (AAO) is determined by iteration, the first iteration comprising: * the calculation of the initialization delay D | N , from the estimated optimum advance AAO estιm and said points of support,
* la détermination de FMBx à partir des valeurs de D|N, et de AAOestιm * the determination of FMBx from the values of D | N , and AAO estιm
* le calcul du délai de combustion DCMB à partir de FMBx, et * calculation of the combustion time D C MB from FMBx, and
* le calcul de l'avance à l'allumage optimale AAO c- la valeur de ladite avance à l'allumage optimale AAO peut être corrigée en prenant en compte la température du moteur * the calculation of the ignition advance optimum AAO c- the value of said optimum ignition advance AAO can be corrected by taking into account the engine temperature
[0016] Dans une variante, le délai d'initialisation (D,N|) peut être calculé à l'aide d'une équation du type :
[0017] Dans une variante, le délai de combustion (DCMB) peut être calculé à l'aide d'une équation du type :In a variant, the initialization delay (D, N |) can be calculated using an equation of the type: In a variant, the combustion time (DCMB) can be calculated using an equation of the type:
avec : Hch (FMBy) longueur caractérisant la distance à parcourir par le front de flamme du mélange allumé pour une quantité de mélange brûlé à y%, [0018] Dans une variante, l'étape b précédente peut avantageusement comporter deux étapes d'itération, la deuxième itération étant effectuée en utilisant la valeur de FMBx obtenue avec la première itération. with: H ch (FMBy) length characterizing the distance to be traveled by the flame front of the mixture ignited for an amount of mixture burned at y%, [0018] In a variant, the preceding step b may advantageously comprise two steps of iteration, the second iteration being performed using the value of FMBx obtained with the first iteration.
[0019] Dans une variante, la valeur de FMBx de l'étape b précédente peut être déterminée par FMBx = D|N| - AAOest.m , la valeur de D|N, étant celle obtenue par la première itération.
[0020] Dans une variante, l'avance à l'allumage AAO peut être déterminée par :In a variant, the value of FMBx from the preceding step b can be determined by FMBx = D | N | - AAO is . m, the value of D | N , being that obtained by the first iteration. In a variant, the ignition advance AAO can be determined by:
AAO = - FMByref + D|Nht1 + DCMB mAAO = - FMBy ref + D | Nht1 + D CM B m
FMByref étant la valeur de FMB obtenue par calibration, D|N, lt1 et DCMBM étant les valeurs obtenue à l'aide de ladite première itération. [0021] Ladite valeur estimée (AAOestim) peut être déterminée à partir d'une équation du type :FMBy ref being the value of FMB obtained by calibration, D | N , lt1 and D C MB M being the values obtained using said first iteration. [0021] Said estimated value (AAOestim) can be determined from an equation of the type:
AAO ^ = CAAO * l + ^" SL- ] * AAO ref AAO ^ = C AAO * l + ^ "SL - ] * AAO ref
[0022] La vitesse de flamme estimée (SLestιm) peut être déterminée à l'aide d'une équation du type :The estimated flame speed (SL estιm ) can be determined using an equation of the type:
or _ or χ
gold _ gold χ
[0023] De façon avantageuse x=5 et y=50.[0023] Advantageously x = 5 and y = 50.
[0024] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur lesquels :Other advantages and features of the invention will become apparent from the following description of an embodiment of the invention, given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings and in which:
• la figure 1 illustre schématiquement le procédé selon l'invention, et • la figure 2 illustre les différentes positions angulaires prises par le vilebrequin, ainsi que le délai d'initialisation D|N| et le délai de combustion DCMB-FIG. 1 schematically illustrates the method according to the invention, and FIG. 2 illustrates the various angular positions taken by the crankshaft, as well as the initialization delay D | N | and the burning time D C MB-
[0025] L'exposé d'un mode de réalisation de l'invention fait appel à de nombreuses abréviations. On donnera donc tout d'abord, sous l'entête Nomenclature, la signification de ces abréviations.The presentation of an embodiment of the invention makes use of numerous abbreviations. We will first give, under the heading Nomenclature, the meaning of these abbreviations.
NomenclatureNomenclature
AAO : Avance à l'allumage optimale PMH: point mort hautAAO: Optimum ignition advance TDC: Top dead center
D|N| : délai d'initialisation ou délai entre l'allumage (AA) et le point à 5% FMB. DCMB: délai de combustion ou délai entre le point à 5% FMB et le point à 50% FMB. GBR : taux de gaz brûlé résiduel et recirculé (qui est égal à IGR + EGR, IGR signifiant « Internai GasD | N | : Initialization delay or delay between ignition (AA) and the 5% FMB point. D C MB: Burning time or delay between 5% FMB point and 50% FMB point. GBR: residual and recirculated burn rate (which is equal to IGR + EGR, IGR means "Internai Gas
Recirculation » et EGR « External Gas Recirculation ») GBR = ^^≤ mGBR + mmr + mcarb Recirculation "and EGR" External Gas Recirculation ") GBR = ^^ ≤ m GBR + m mr + m carb
Hch : longueur caractérisant la distance à parcourir par le front de flamme du mélange allumé. IVC : « Intake Valve Closing » qui est l'angle du vilebrequin au moment où la soupape d'admission se ferme KAero : coefficient de correction aérodynamique. L : longueur
Ld : « Load » : Charge ou remplissageH ch : length characterizing the distance to be traveled by the flame front of the lit mixture. IVC: "Intake Valve Closing" which is the angle of the crankshaft at the moment when the intake valve closes K Aero : aerodynamic correction coefficient. L: length Ld: "Load": Load or fill
FMB : fraction de masse brûléeBKM: mass fraction burned
FMBx et FMBy: point correspondant à une fraction brûlée de respectivement x% et y% de la masse totale du mélange. Ce point peut être exprimé de préférence en degrés d'angle vilebrequin ou en temps. v + vFMBx and FMBy: point corresponding to a burned fraction of respectively x% and y% of the total mass of the mixture. This point can be expressed preferably in degrees of crank angle or time. v + v
Rvoi : rapport volumétrique o taux de compression Rvg[ = cyl mortR vo i: volumetric ratio o compression ratio R vg [ = dead cyl
Vmort : volume de la chambre de combustion lorsque le piston est positionné au point mort haut PMH Vcyl=volume balayé par le pistonVmort: volume of the combustion chamber when the piston is in the top dead center PMH Vcyl = volume swept by the piston
RFA : Retard Fermeture Admission o IVC « Intake Valve Closing » (Angle de fermeture des soupapes d'admission)FRG: Delay Closure Admission o IVC "Intake Valve Closing" (Angle of closure of the intake valves)
SL : Vitesse de flamme laminaireSL: Laminar flame speed
SL0 : Vitesse de flamme laminaire mesurée dans des conditions standard de pression et de température. χ0 = — air-stoch : Coefficient stœchiométrique : c'est le rapport de la masse d'air et du carburant à laSL 0 : Laminar flame velocity measured under standard conditions of pressure and temperature. χ 0 = - air - stoch : Stoichiometric coefficient: this is the ratio of the air mass and the fuel to the
"Icarb stock stœchiométrie m : Débit massique"Icarb stock stoichiometry m: mass flow
PCI : Pouvoir Calorifique InférieurPCI: Lower Calorific Value
Cp : Capacité calorifique à pression constanteCp: Heat capacity at constant pressure
IndiceIndex
Air : air fraisAir: fresh air
Air swept : air balayé : c'est l'air qui transite directement de la tubulure d'admission à la tubulure d'échappement à travers la chambre de combustion au moment où les soupapes d'admission s'ouvrent et les soupapes d'échappement se ferment CMB : combustion au point FMB50 comb : avec combustionAir swept: air that passes directly from the intake manifold to the exhaust manifold through the combustion chamber when the intake valves open and the exhaust valves close CMB: combustion in point FMB50 comb: with combustion
INI : initiation i.e. entre l'allumage et le point FMB5 it1 : première itération it2 : deuxième itération MAP : mise au pointINI: initiation i.e. between ignition and point FMB5 it1: first iteration it2: second iteration MAP: debugging
MEL : mélange. Le mélange est constitué d'air, d'EGR, d'IGR et de carburant. ref : point de référence calibré en mise au point wcomb : sans combustionMEL: mixture. The mixture consists of air, EGR, IGR and fuel. ref: reference point calibrated in focus wcomb: without combustion
[0026] L'énergie dégagée par la combustion est récupérée de manière optimale sous forme d'énergie mécanique par le piston lorsque le FMB50 est calée à une position spécifique après le Point Mort Haut (PMH) cela correspond pour un point de fonctionnement donné (Régime/charge) à régler l'avance à l'allumage de manière à obtenir le couple optimum en sortie le vilebrequin. En effet, c'est
lorsque l'on atteint le couple maximale du point de fonctionnement du moteur que la consommation du moteur est minimale. Pour se faire, la combustion du mélange doit être initialisée plus tôt en prenant en compte les délais d'initialisation et de combustion du mélange carburé. Le principe du modèle consiste à estimer ces délais en fonction des conditions thermodynamiques du mélange carburé et du contrôle moteur pour calculer l'avance à allumage optimale (AAO). En calculant le délai de combustion du FMB5 au FMB50 et le délai de l'allumage au FMB5 selon des équations physiques proposées à la référence [1 ] ci-après (équations appelées par la suite équations de Hires et al.), il est possible de déterminer l'angle vilebrequin à laquelle l'allumage du mélange doit être effectué.The energy released by the combustion is optimally recovered in the form of mechanical energy by the piston when the FMB50 is wedged to a specific position after the Top Dead Center (TDC) this corresponds to a given operating point ( Speed / load) to adjust the ignition timing to obtain the optimum torque output crankshaft. Indeed, it is when the maximum torque of the engine operating point is reached, the engine consumption is minimal. To do this, the combustion of the mixture must be initiated earlier by taking into account the initialization and combustion time of the fuel mixture. The principle of the model consists of estimating these delays according to the thermodynamic conditions of the fuel mixture and the engine control to calculate the optimum ignition advance (AAO). By calculating the burning time from FMB5 to FMB50 and the timing of ignition at FMB5 according to the physical equations proposed at reference [1] below (equations hereinafter referred to as Hires et al. Equations), it is possible to determine the crankshaft angle at which the ignition of the mixture must be carried out.
[0027] La description qui suit concerne un mode de mise en œuvre se référant à 5% de la masse de carburant brûlé (FM B5) et à 50% (FM B50). Ces pourcentages pourraient être différents et, de façon générale, ces pourcentages sont x% et y%.The following description relates to a mode of implementation referring to 5% of the burned fuel mass (FM B5) and 50% (FM B50). These percentages could be different and, in general, these percentages are x% and y%.
[0028] Les délais d'initialisation et de combustion peuvent être déterminés à partir de modèles physiques basés sur la connaissance des conditions thermodynamiques dans le cylindre. Les deux articles suivants [1 ] et [2] donnent des modèles et équations utiles : >- [1 ] Hires S. D., Tabaczynski RJ. and Novak J. M., The Prédiction of Ignition Delay and Combustion Intervais for a Homogenous Charge, Spark Ignition Engine. SAE 780232Initialization and combustion times can be determined from physical models based on knowledge of the thermodynamic conditions in the cylinder. The following two articles [1] and [2] give useful models and equations:> - [1] Hires S. D., Tabaczynski RJ. and Novak J. M., The Prediction of Ignition Delay and Intervals Combustion for a Homogenous Charge, Spark Ignition Engine. SAE 780232
>- [2] Metgalchi M. and J. C. Keck, Burning velocities of mixtures of air with Methanol Isooctane and Indolene at high pressure and température, Combustion and Flame, 48, P. 191 -210, 1982.> - [2] Metgalchi M. and J.C. Keck, Burning velocities of mixtures with Methanol Isooctane and Indolene at high pressure and temperature, Combustion and Flame, 48, pp. 191-210, 1982.
[0029] La figure 2 illustre les différentes positions angulaires prises par le vilebrequin, ainsi que les délais D|N, (délai d'initialisation) et DCMB (délai de combustion).FIG. 2 illustrates the various angular positions taken by the crankshaft, as well as the delays D | N , (initialization delay) and D C MB (burn time).
[0030] Le délai d'initialisation et le délai de combustion ne peuvent pas être calculés directement. En effet, pour les calculer il faut connaître la pression et la température du mélange au moment de l'allumage et notamment au FMB5. L'évolution de la pression et de la température du mélange enfermé dans la chambre de combustion au cours du cycle de combustion peut être estimée via des calculs de compression adiabatique et calculs simples de l'augmentation de température due à la combustion, mais pour alimenter correctement les équations de Hires et al. avec les bons niveaux de pression et de température, il faut estimer au plus juste l'angle d'allumage et l'angle à laquelle 5% du carburant a brûlé (FMB5). Ceux-ci seront obtenus par itération.The initialization delay and the burning time can not be calculated directly. In order to calculate them, it is necessary to know the pressure and the temperature of the mixture at the moment of ignition and in particular at the FMB5. The evolution of the pressure and temperature of the mixture enclosed in the combustion chamber during the combustion cycle can be estimated via adiabatic compression calculations and simple calculations of the temperature increase due to combustion, but to feed correctly the equations of Hires et al. With the correct pressure and temperature levels, the ignition angle and the angle at which 5% of the fuel has burned (FMB5) must be estimated as accurately as possible. These will be obtained by iteration.
[0031] Dans un premier temps l'angle d'allumage est estimé par une simple relation de proportionnalité avec la vitesse de flamme laminaire au FMB50.At first the ignition angle is estimated by a simple relationship of proportionality with the laminar flame speed FMB50.
ΛAO^m = [l+ {SL-ςL S^J AAOref eq.1ΛAO m m = [l + {SL- L L S ^ J AAO ref eq.1
[0032] En effet, la vitesse de propagation du front de flamme est le paramètre physique qui a une influence d'ordre 1 sur l'avance à l'allumage. La vitesse de flamme évolue avec la pression et la température. Pour ce premier calcul de proportionnalité on utilise les conditions thermodynamiques obtenues au FMB50.
SLestim * (1 - CGBR * GBR) eq.2
Indeed, the speed of propagation of the flame front is the physical parameter which has an influence of order 1 on the ignition advance. The flame speed changes with pressure and temperature. For this first calculation of proportionality, the thermodynamic conditions obtained at FMB50 are used. SL estimated * (1 - C GBR * GBR) eq.2
[0033] L'AAOref et le SLref sont tirées de cartographies, fonctions du régime et de la charge, prédéterminées lors de la calibration du moteur. On prend les valeurs de AAOref et le SLref situées au même niveau de charge et de régime que le point de fonctionnement pour lequel on veut déterminer l'avance.The AAO ref and SL ref are taken from maps, functions of the speed and the load, predetermined during the calibration of the engine. We take the values of AAO ref and SL ref located at the same level of load and speed as the operating point for which we want to determine the advance.
[0034] A partir de cette première estimation de l'AAO, commence le calcul de l'avance à allumage optimale avec les équations de Hires et al.. Le délai d'initialisation est calculé avec la pression et la température moyenne du cylindre entre l'AAO précédemment estimée et l'angle où 5% de la fraction de carburant a brûlé. A ce stade, l'angle à laquelle 5% du carburant a brûlé (FMB5) n'est pas précisément connu. Pour remédier à cela, une cartographie des FMB5 de combustions optimales a été prédéterminée lors de la phase de calibration du moteur.
From this first estimate of the AAO, begins the calculation of the advance ignition optimum with the equations of Hires et al. The initialization time is calculated with the pressure and the average temperature of the cylinder between the previously estimated AAO and the angle at which 5% of the fuel fraction burned. At this point, the angle at which 5% of the fuel burned (FMB5) is not precisely known. To remedy this, a mapping of FMB5 optimal combustion was predetermined during the calibration phase of the engine.
CiNi ref est une valeur tirée d'une cartographie à deux dimensions régime et charge prédéterminée lors de la phase de calibration. Kaéro est un coefficient qui retranscrit le niveau d'aérodynamique interne régnant dans la chambre de combustion. Il est fonction du régime et du déphasage angulaire de l'arbre à came par rapport au vilebrequin. La vitesse moyenne du piston fonction du régime présent dans l'équation de Hires et al. a été remplacé par le Kaéro-Ci N i ref is a value derived from a two-dimensional cartography regime and predetermined load during the calibration phase. K aero is a coefficient which transcribes the internal aerodynamic level prevailing in the combustion chamber. It is a function of the speed and the angular phase shift of the cam shaft relative to the crankshaft. The average speed of the piston function of the regime present in the equation of Hires et al. was replaced by K umber -
[0035] La détermination de NU et H est donnée dans la description du mode de réalisation détaillée donnée ci-après.The determination of NU and H is given in the description of the detailed embodiment given below.
[0036] A partir de l'AAO estimé et du délai d'initialisation précédemment calculé, une nouvelle valeur de FMB5 du point de fonctionnement est approximée :From the estimated AAO and the initialization time previously calculated, a new value of FMB5 of the operating point is approximated:
FMB5estim = DINIU1 - AAOestim eq.4FMB5 estimate = D INIU1 - AAO estimate eq.4
[0037] Cette nouvelle valeur de l'angle où 5% de la fraction de carburant à brûlé permet de calculer le délai de combustion notamment la hauteur H représentative dans l'équation 5 de l'échelle des turbulences présentes dans la chambre à ce moment de la combustion.This new value of the angle where 5% of the burned fuel fraction makes it possible to calculate the combustion time, in particular the representative height H in equation 5 of the scale of turbulence present in the chamber at this moment. of combustion.
D CMB111 = CCOMBr4 °
D CMB 111 = C COMB r4 °
[0038] Les valeurs de SL CMBJH , NU CMB m sont calculées aux conditions de pression et de température estimées au FMB50 (voir description détaillée). [0039] Après avoir calculé le délai d'initialisation et le délai de combustion, une nouvelle estimation de l'avance à l'allumage optimale peut être calculée selon l'équation suivante :
AAOιΛ = -FMB50ref + DINhΛ + DCMBA eq.6The values of SL C MBJ H , NU C MB m are calculated at the conditions of pressure and temperature estimated at FMB50 (see detailed description). After calculating the initialization delay and the combustion time, a new estimate of the optimum ignition advance can be calculated according to the following equation: AAO ιΛ = -FMB50 ref + D INhΛ + D CMBA eq.6
[0040] Ensuite, une seconde itération est effectuée. A cette nouvelle AAOlt1 sont associées de nouvelles conditions thermodynamiques différentes de celles au moment de la détermination de l'AAOesum- Un nouveau calcul du délai d'initiation est donc effectué (idem eq. 3). Une nouvelle valeur de FMB5 est alors déduite (idem eq. 4). Le calcul d'un délai de combustion est effectué. Par rapport à la première itération il n'y a que la valeur de HCMB qui change. De nouveau par l'équation 6 une nouvelle AAO est déterminée. Ce calcul itératif pourrait ainsi se poursuivre plusieurs fois afin d'obtenir un meilleur niveau de précision sur l'estimation de l'avance optimale mais pour des questions de temps d'utilisation du processeur du calculateur embarqué les itérations sont de préférence limitées à deux. [0041] Pour résumer, le calcul de l'AAO est itératif. La première étape est l'étape d'initialisation du calcul avec l'estimation de l'AAO par une relation simple de proportionnalité avec la vitesse de flamme laminaire. La seconde étape est le premier calcul utilisant les équations de Hires et al.. A ce stade, ne connaissant pas encore la valeur du FMB5, on s'appuie sur la valeur de FMB5ref déterminée lors de la phase de calibration. Lors de cette phase, un nombre important (par exemple une centaine) de points de fonctionnement dits de « référence » ou « d'appui » répartis dans le plan régime-charge ont été déterminés au banc d'essais avec une avance réglée de façon optimale. Pour cette multitude de points, les valeurs de C|Nιref, CCMBref, FMB5ref, FMB50ref, SLref, AAOref ont été calculées et tabulées dans des cartographies à deux dimensions régime et charge. Entre cette centaine de points des interpolations linéaires sont effectuées pour avoir accès à l'ensemble des valeurs dans le plan régime- charge. A l'issue de cette seconde étape une AAO est obtenue. A partir de cette AAO, le même calcul itératif est réalisé mais avec la nouvelle valeur de FMB5 qui a été obtenue.Then, a second iteration is performed. At this new AAO lt1 are associated new thermodynamic conditions different from those at the time of the determination of the AAO es u m - A new calculation of the initiation time is thus carried out (idem eq.3). A new value of FMB5 is then deduced (same as 4). The calculation of a burn time is performed. Compared to the first iteration, only the value of H CM B changes. Again by Equation 6 a new AAO is determined. This iterative calculation could thus be continued several times in order to obtain a better level of precision on the estimation of the optimal advance, but for questions of time of use of the processor of the onboard computer the iterations are preferably limited to two. To summarize, the calculation of the AAO is iterative. The first step is the initialization stage of the calculation with the estimation of the AAO by a simple relation of proportionality with the laminar flame speed. The second step is the first calculation using the equations of Hires et al. At this stage, not yet knowing the value of the FMB5, we rely on the value of FMB5 ref determined during the calibration phase. During this phase, a significant number (for example a hundred) so-called "reference" or "support" operating points distributed in the plan-load plan were determined at the test bench with a feedrate adjusted optimal. For this multitude of points, the values of C | N ι ref , C CMBref , FMB5 ref , FMB50 ref , SL ref , AAO ref have been calculated and tabulated in two-dimensional maps of speed and load. Between this hundred points linear interpolations are made to have access to all the values in the regime-load plan. At the end of this second step an AAO is obtained. From this AAO, the same iterative calculation is done but with the new value of FMB5 that has been obtained.
[0042] L'intérêt de ce modèle est de pouvoir prédire les avances à l'allumage optimales à partir de quelques points d'appui déterminés au banc moteur (desquels sont issus les constantes nécessaires au calcul itératif : C|Nιref, CCMBref, FMB5ref, FMB50ref, SLref, AAOref). Le modèle recalcule les avances en prenant en compte les évolutions des conditions thermodynamiques et des déphasages des arbres à came par rapport aux points d'appuis.The advantage of this model is to be able to predict the optimum ignition advances from a few determined support points to the engine bench (which are derived constants necessary for iterative calculation: C | N ι ref , C CMBref , FMB5 ref , FMB50 ref , ref SL, AAO ref ). The model recalculates the advances taking into account the evolutions of the thermodynamic conditions and the phase displacements of the camshafts with respect to the points of support.
[0043] La pression et la température du mélange dans la chambre de combustion n'étant pas mesurées directement, ces grandeurs sont approximées puis utilisées pour calculer le temps de propagation de la flamme dans le cylindre. [0044] Les étapes principales du procédé sont représentées schématiquement sur la figure 1 .The pressure and the temperature of the mixture in the combustion chamber are not measured directly, these quantities are approximated and then used to calculate the propagation time of the flame in the cylinder. The main steps of the method are shown schematically in FIG. 1.
[0045] De façon synoptique, la première étape consiste à estimer l'avance à l'allumage optimale AAOesum, de manière « grossière » en prenant en compte uniquement la vitesse de propagation de la flamme laminaire. Pour cela on utilise les paramètres moteur qui sont indiqués à l'annexe 1 ci-après et les calibrations (ou points d'appui) prédéterminés, indiqués à l'annexe 2, lors de la mise au point du moteur sur banc d'essais.Synoptically, the first step is to estimate the advance ignition optimum AAO es u m , "coarse" taking into account only the speed of propagation of the laminar flame. For this we use the engine parameters which are indicated in Appendix 1 below and the calibrations (or support points) predetermined, indicated in Appendix 2, during the development of the engine on test bench. .
[0046] Ensuite, l'avance à l'allumage optimale AAO est déterminée par deux itérations de calcul. Cette détermination est basée sur le calcul de la pression et de la température pour chaque phase de combustion (phase d'initialisation et phase de combustion), ainsi que sur le calcul de la viscosité
cinématique NU et la vitesse de flamme laminaire SL à partir des conditions thermodynamiques dans la chambre de combustion. La première itération comporte les étapes suivantes :Then, the optimum ignition advance AAO is determined by two calculation iterations. This determination is based on the calculation of the pressure and the temperature for each combustion phase (initialization phase and combustion phase), as well as on the calculation of the viscosity NU kinematics and laminar flame velocity SL from the thermodynamic conditions in the combustion chamber. The first iteration consists of the following steps:
- calcul du délai d'initialisation D|Nht1 à partir de l'avance optimale estimée AAOestιm et des calibrations, notamment FMB5 . - détermination du point FMB5estιm à partir de D|N, lt1 et AAOestιm, avec FMB5 = D|N, lt1 - AAOestιm . calcul du délai de combustion DCMB M à partir de FMB5, et- calculation of the initialization delay D | Nht1 from the estimated optimal advance AAO estιm and calibrations, including FMB5. - determination of the point FMB5 is tιm from D | N , lt1 and AAO are tιm, with FMB5 = D | N , lt1 - AAO is tem. calculation of the combustion time D C MB M from FMB5, and
- calcul de l'avance optimale AAOlt1 - calculation of the optimal advance AAO lt1
[0047] La deuxième itération comporte les étapes suivantes calcul du délai d'initialisation de la combustion D|N, lt2, et calcul du délai de combustion DCMB ιe ce qui conduit à une valeur de l'avance à l'allumage non corrigée AAOw∞rrThe second iteration comprises the following steps: calculation of the initialization delay of the combustion D | N , lt2 , and calculation of the combustion time D CM B ι e which leads to an uncorrected ignition advance value AAO w∞rr
[0048] La valeur AAOwcorr est ensuite corrigée en considérant des aspects non pris en compte par le modèle (température du moteur Teau).. Ce correctif d'avance est cartographie et additionné à l'avance optimale pour fournir la valeur de AAOcorr.The value AAOwcorr is then corrected by considering aspects not taken into account by the model (engine water temperature). This advance correction is mapped and added to the optimal advance to provide the value of AAOcorr.
Description détaillé d'un mode de réalisation :Detailed description of an embodiment:
[0049] Afin de ne pas alourdir cette description, certains calculs sont décrits ci-après dans une « Annexe de la méthode de calcul », composée d'annexés 1 à 7.In order not to burden this description, certain calculations are described below in an "Appendix of the calculation method", composed of annexes 1 to 7.
1 . Estimation de l'avance à l'allumage optimale (AAO) [0050] La première étape du calcul consiste à réaliser une estimation de l'AAO :1. Optimal ignition advance (AAO) estimation [0050] The first step in the calculation is to make an estimate of the AAO:
ΛAOestm = CAAA l + K -f sL ^ J \ * AAOref eq. 1 ' ΛAO ism = C AA A l + K - f sL ^ J \ * AAO ref eq. 1 '
[0051] Pour se faire, les paramètres moteur (cf. annexe 1 ) et les calibrations prédéterminées lors de la mise au point (cf. annexe 2) sont utilisés. Ces paramètres permettent d'estimer la vitesse de flamme moyenne à partir des conditions thermodynamiques dans la chambre de combustion.To do this, the engine parameters (see Appendix 1) and the predetermined calibrations during the development (see Appendix 2) are used. These parameters make it possible to estimate the average flame speed from the thermodynamic conditions in the combustion chamber.
(T Y ( P Ϋ eq. 2'(T Y (P Ϋ eq 2 '
SL^ = SL, * (l -CβBR *GBR) τn Pn SL ^ = SL, * (-C -CBR * GBR) τ n P n
[0052] La température au point FMB50ref (eq. 3') est estimée à partir de l'augmentation de température due à la compression du mélange (on considère que la compression des gaz enfermés dans le cylindre est adiabatique). Elle est déterminée à partir de la température des gaz enfermés au moment de la fermeture des soupapes d'admission (IVC) d'une part, et d'une augmentation de température liée à la combustion de 50% du mélange (loi de dégagement de chaleur simplifiée, eq. 5'), d'autre part, tel que :The temperature at the point FMB50 ref (eq.3 ') is estimated from the increase in temperature due to the compression of the mixture (it is considered that the compression of the gases enclosed in the cylinder is adiabatic). It is determined from the temperature of the gases locked at the time of the closing of the intake valves (IVC) on the one hand, and of a temperature increase related to the combustion of 50% of the mixture (law of release of simplified heat, eq 5 '), on the other hand, such as:
TMEL(FMB5Qmf ) = ^MELwcomb + ^MELcomh (50o/o) βq.3'
avecT M EL (FMB5Q mf ) = ^ MEL wcomb + ^ MEL comh (50 %) β q.3 ' with
J1 — T * r mmma-lJ 1 - T * r mmma-l
MEL^o^ (FMB50 ref) 1 MEL(IVC) ^ eff(FMB50ref) eq.4' et MEL ^ o ^ ( FMB50 re f) 1 MEL (IVC) ^ eff (FMB50 ref ) eq.4 'and
0.5 * mcarb * PCI0.5 * m carb * PCI
AT Mλ ELcomb (50%) eq.5' m, " CpM [0053] La pression au point FMB50ref est alors déduite de la relation des gaz parfaitsAT M λ EL comb (50%) eq.5 'm, "Cp M [0053] The pressure at the point FMB50 ref is then deduced from the relation of the perfect gases
T M1 EL(FMBSOn, ) -^-mMELTM 1 EL (FMBSO n ,) - ^ - m MEL
' MEL(FMBSOn,)
'MEL (FMBSO n ,)
[0054] On remarquera que la masse molaire du mélange (MMEL) est calculée à partir de la composition des gaz et des capacités calorifiques des espèces (H2O, CO2, CO, NO, 02, N2).It will be noted that the molar mass of the mixture (M MEL ) is calculated from the composition of the gases and the heat capacities of the species (H2O, CO2, CO, NO, O2, N2).
[0055] La valeur de SLref est tirée d'une cartographie de calibration régime-charge. Les valeurs de SLref auront été calculées de la même manière que ci-dessus pour les points d'appui dit de « «référence », c'est dire des points de fonctionnement moteur dont on a déterminé l'avance à allumage optimale au préalable sur banc moteur (lors de la mise au point du moteur, la phase de calibration des moteurs).The value of SL ref is taken from a calibration mapping regime-load. The values of SL ref will have been calculated in the same way as above for the points of support referred to as "reference", that is to say engine operating points whose advance has been determined with optimum ignition in advance. on the engine bench (when tuning the engine, the engine calibration phase).
2. Détermination de l'avance optimale en deux itérations de calcul2. Determination of the optimal advance in two calculation iterations
[0056] La méthode proposée est basée sur le calcul de la pression et de la température pour chacune des phases de la combustion, i.e. pendant la phase d'initialisation et pendant la phase de combustion. A partir des conditions thermodynamiques dans la chambre de combustion, la viscosité cinématique et la vitesse de flamme laminaire sont calculées pour pouvoir estimer les délais associées à chacune des phases.The proposed method is based on the calculation of the pressure and the temperature for each of the phases of the combustion, i.e. during the initialization phase and during the combustion phase. From the thermodynamic conditions in the combustion chamber, the kinematic viscosity and the laminar flame velocity are calculated in order to estimate the delays associated with each of the phases.
a) Première itérationa) First iteration
>- Calcul du délai d'initialisation DINI(I ère itération)> - Calculation of the DINI initialisation delay (1st iteration)
[0057] A partir de l'avance optimale estimée (AAOestim) et des essais, notamment le FMB5ref, le délai d'initialisation de la première itération (annexe 3) peut être calculé. Le FMB5ref est déterminé sur les points d'appui à partir de l'analyse de la pression cylindre mesurée avec un capteur lors de la phase de mise au point.From the estimated optimum advance (AAOestim) and tests, including the FMB5ref, the initialization time of the first iteration (Appendix 3) can be calculated. The FMB5ref is determined on the points of support from the analysis of the cylinder pressure measured with a sensor during the debug phase.
H^ eq.6'H ^ eq.6 '
D1N, = C , NUIN, )n-D 1N , = C, NU IN ,) n -
SLm,SL m ,
[0058] Pour se faire, la viscosité cinématique (cf. Annexe 5), la hauteur de chambre et la vitesse de flamme laminaire doivent être calculées. Les calculs du volume de la chambre et du rapport volumétrique peuvent être réalisés à partir, respectivement, des équations données page 44 et pageTo do this, the kinematic viscosity (see Appendix 5), the chamber height and the laminar flame speed must be calculated. Calculations of the chamber volume and the volumetric ratio can be made from, respectively, the equations given on page 44 and page
43 de l'ouvrage de Heywood J. B. (1988) Internai Combustion Engine Fondamentals, Mc Graw-Hill
International Editions. Des conditions moyennes relatives à la phase d'initialisation sont utilisées pour le calcul de NUINNtI , SL INIiti et Hch INIiti : MELmb(FMB5ref)
43 from Heywood JB (1988) Internal Combustion Engine Fundamentals, Mc Graw-Hill International Editions. Average conditions relating to the initialization phase are used for the calculation of NUINNtI, SL INIiti and Hch INIiti: MEL mb (FMB5 ref )
1 1 P MMEELL((AAAAOOeeΛstlJJ + ~ ' 1 L PM MELmb(FMB5ref) 1 1 P MMEELL ((AAAAOO eeΛstl JJ + ~ ' 1 L PM MEL mb (FMB5 ref )
HΛ m Hm/ , avec βm =AΛO- +FUB^' HΛ m Hm / , with β m = AΛO - + FUB ^ '
[0059] Les calculs des pressions et températures à l'allumage et au point FMB5 sont présentés ci- après : ψ — ψ * τ gamma-lThe calculations of the pressures and temperatures at ignition and at the point FMB5 are presented below: ψ - ψ * τ gamma-l
1MEL(AAO^1J ~ 1MEL(WC) ' 'eff(AAOeΛm) ^ P — MEL(-AAO'ΛJ • -171MEL rMEL(AAO^) ~— - 1 MEL (AAO ^ 1 J ~ 1 MEL (WC) '' eff (AAO eΛm ) ^ P - MEL ( - AAO 'ΛJ • - 171 MEL rMEL (AAO ^) ~ - -
1 MEL-' ch(AAOeΛm) 1MEL(FMBS^) ~ -* MELmlnb(FMB5ref) ~*~ ^1 MELcomb(5%) ovpr ψ _ψ *.τ gamma-l f . _ 0.05 * m∞rb * PCI a CU 1MELwcomb(FMB5ref) 1MEL(LVC) ' efj (FMBi „,) MELcσmb(β%) mMEL * Cp h 1 MEL- 'ch (AAO eΛm ) 1MEL (FMBS ^) ~ - * MEL mlnb (FMB5 ref ) ~ * ~ ^ 1 MEL comb (5%) o vpr ψ _ ψ *. τ gamma-1 f . _ 0.05 * m ∞rb * PCI has CU 1 MEL wcomb (FMB5 ref ) 1 MEL (LVC) 'efj (FMBi',) MEL cσmb (β%) m MEL * Cp h
1 MEL(FMBS Λ -"-M MEL 1 MEL (FMBS Λ - "- M MEL
*P M>EL(FMB5^f)* P M> EL (FMB5 ^ f )
M MMEmLy-'r C.h(FMBS ΛMM M e m Ly- ' r Ch (FMBS Λ
[0060] La combinaison du délai d'initialisation et de l'avance optimale estimée permet alors de déterminer le point FMB5 estimé.The combination of the initialization delay and the estimated optimum advance then makes it possible to determine the estimated FMB5 point.
FMB5estim=D!mn-AAOestim FMB5 estimated = D ! Mn -AAO estimated
>- Calcul du délai de combustion (1ère itération) [0061] A partir du point FMB5estιm, le délai de combustion de la première itération peut être calculé :
> - Calculation of the combustion time (1st iteration) [0061] From the point FMB5 estιm , the combustion time of the first iteration can be calculated:
[0062] Pour se faire, la viscosité cinématique, la hauteur de chambre et la vitesse de flamme laminaire doivent être calculées pour des conditions moyennes relatives à la phase de combustion. La pression et la température correspondant au point FMB50ref sont significatives pour la phase de combustion et on peut supposer que :To do this, the kinematic viscosity, the chamber height and the laminar flame speed must be calculated for average conditions relating to the combustion phase. The pressure and temperature corresponding to the point FMB50 ref are significant for the combustion phase and it can be assumed that:
1 TMELCMB =
1 TMEL CMB =
P MELCMB = 1 PMEL(FMBSOn/)
[0063] On remarquera que les calculs de TMEL(FMB50 ) et PMEL(FMB50 ) sont analogues à ceux réalisés pour l'estimation de l'AAO.P MEL CMB = 1 PMEL (FMBSO n /) It will be noted that the calculations of T MEL (FMB50) and P MEL (FMB50) are similar to those made for the estimation of AAO.
[0064] L'avance optimale peut être calculée à partir du point FMB50ref et de la combinaison avec les délais d'initialisation et de combustion issus de la première itération :The optimum advance can be calculated from the point FMB50 ref and the combination with the initialization and combustion delays from the first iteration:
AAOiΛ = -FMB50ref + DINIiΛ + Dt CMBUlAAO iΛ = -FMB50 ref + D INIiΛ + D t CMBUl
b) Deuxième itérationb) Second iteration
[0065] La méthode est à nouveau appliquée pour affiner le calcul en utilisant les paramètres estimés lors de la première itération. >- Calcul du délai d'initialisation de la combustion (2ème itération)The method is again applied to refine the calculation using the parameters estimated during the first iteration. > - Calculation of the initialization delay of the combustion (2nd iteration)
[0066] A partir de l'AAOm et du FMB5estιm calculés par la première itération, le délai d'initialisation peut être déterminé pour la deuxième itération de calcul :
From the AAOm and the FMB5 are calculated by the first iteration, the initialization delay can be determined for the second iteration of calculation:
[0067] Pour se faire, la viscosité cinématique, la hauteur de chambre et la vitesse de flamme laminaire doivent être recalculées pour les conditions thermodynamiques moyennes relatives à la phase d'initialisation.To do this, the kinematic viscosity, the chamber height and the laminar flame speed must be recalculated for the average thermodynamic conditions relating to the initialization phase.
rp _ 1 TMELjAAO111 ) + τ L T MEL(FMB5 βstιm )rp _ 1 TMELjAAO 111 ) + T L T MEL (FMB5 βstιm )
1MEL011112 ~ ^ 1 MEL 011112 ~ ^
P + P rMELMIιi2 ~ " P + P rMEL MIιi2 ~ "
HΛ = Hch(θ avec θINI = ^O^ FMB5estim HΛ = Hch (θ with θ INI = ^ O ^ FMB5 estimated
[0068] Les calculs des pressions et températures à l'allumage et au point FMB5 sont détaillés ci- après :The calculations of the pressures and temperatures at ignition and at the point FMB5 are detailed below:
# rp _ rp φ gamma -1 1 MEL(AAO111 ) 1 MEL(LVC) Leff (AAO111 ) # rp _ rp φ gamma -1 1 MEL (AAO 111 ) 1 MEL (LVC) L eff (AAO 111 )
^ -^-mMEL
^ - ^ - m MEL
• 1 T MEL(FMBi^111n ) = λT MELWCŒnb (FMBi^111n ) +~ A 1^1T MELCŒnb (5%) SVPΓ T = T * T gamma-1 0 ^ 1 MELm,oml, (FMBieaim ) 1 MEL(LVC) ^ eff(FMBieaim ) et Ar 0.05 * mcarb * PCI θt ATMELmb (i%) -• 1 T MEL (FMBi ^ 111n ) = λ T MEL WCnnb (FMBi ^ 111n ) + ~ A 1 ^ 1 T MEL Cnnb (5%) SVPΓ T = T * T gamma - 1 0 ^ 1 MEL m , oml , ( FMBi eaim ) 1 MEL (LVC) ^ eff (FMBi eaim ) and Ar 0.05 * m carb * PCI θ t AT MEL mb (i % ) -
"1MEL" 1 MEL
1 MEL(FMBi^111n ) •1^-mMEL 1 MEL (FMBi ^ 111n ) • 1 ^ - m MEL
PMEL(FMBicsllm ) M v P MEL (FMBi csllm ) M v
MEL -r ch{FMB 5 E3tιm )
[0069] La combinaison du délai d'initialisation et de l'avance calculée par la première itération permet alors d'affiner la position du point FMB5 :MEL - r ch {FMB 5 E3tιm ) The combination of the initialization delay and the advance calculated by the first iteration then makes it possible to refine the position of the point FMB5:
FMB5ιtl = DINIιtl - AAO111 FMB5 ιtl = D INIltl - AAO 111
*- Calcul du délai de combustion (2ème itération)* - Calculation of the combustion time (2nd iteration)
[0070] A partir du point FMB5lti , le délai de combustion de la deuxième itération peut être calculé :From point FMB5 lt i, the combustion time of the second iteration can be calculated:
7"
7 "
[0071] Les conditions au point FMB50ref restent significatives pour la phase de combustion de cette deuxième itération. Ainsi, la viscosité cinématique, la hauteur de chambre et la vitesse de flamme laminaire restent inchangées.The conditions at point FMB50 ref remain significant for the combustion phase of this second iteration. Thus, the kinematic viscosity, the chamber height and the laminar flame speed remain unchanged.
[0072] L'avance optimale peut être calculée à partir du point FMB50ref et de la combinaison avec les délais d'initialisation et de combustion :The optimum advance can be calculated from the point FMB50 ref and the combination with the initialization and combustion delays:
AAO112 = -FMB50ref + DINhtl + DCMBitl AAO 112 = -FMB50 ref + D INhtl + D CMBitl
3. Correction applicable à l'avance optimale calculée3. Correction applicable to the calculated optimal advance
[0073] Un correctif, sous forme de décalage à appliquer à l'avance optimale calculé, permet de prendre en compte la température moteur (Teau) non pris en compte par le modèle . Ce correctif d'avance est cartographie et est additionné à l'avance optimale.A correction, in the form of an offset to be applied to the calculated optimal advance, makes it possible to take into account the engine temperature (water) not taken into account by the model. This fix in advance is mapped and is added to the optimal advance.
AAOcor = AAO111 + AAAOAAO cor = AAO 111 + AAAO
[0074] On remarquera que - AAAO est une cartographie fonction de la charge et de la température d'eauIt will be noted that - AAAO is a mapping function of the charge and the water temperature
Annexes de la méthode de calculAppendices of the calculation method
Annexe 1 : Paramètres d'entrée du modèleAppendix 1: Model input parameters
Ces paramètres ne sont pas constants et doivent être déterminés par calcul [indiqué par (cale)] ou par mesure (mes) ou par modélisation (mod), de préférence à chaque cycle de combustion. mαιr : masse d'air frais admise dans le cylindre (par exemple en kg) (mod) mGBR : masse de gaz brûlé résiduel et recirculé dans le cylindre (par ex. en kg) (mod)
m carb '- masse de carburant dans le cylindre (par exemple en kg) (mes) On rappelle que : mMEL=mair+mcarb+mGBR et que : GBR = ^≤ mGBR + maιr + mcarb These parameters are not constant and must be determined by calculation [indicated by (shim)] or by measurement (mes) or by modeling (mod), preferably at each combustion cycle. m αιr : mass of fresh air admitted into the cylinder (for example in kg) (mod) m GBR : mass of residual burned gas and recirculated in the cylinder (eg in kg) (mod) m carb ' - mass of fuel in the cylinder (eg in kg) (mes) Recall that: m MEL = m air + m carb + m GBR and that: GBR = ^ ≤ m GBR + m aιr + m carb
TMEL(IVC) : température moyenne des gaz dans le cylindre au moment de la fermeture des soupapes d'admission (IVCo Intake Valve Closing) (par exemple en 0K) (mod) γMEL : rapport de la capacité calorifique à pression constante (Cp) et de la capacité calorifique à volume constant (Cv) du mélange (cale) MMEL : masse molaire du mélange air+carburant+gaz brûlé (g/mol) (cale)T MEL (IVC) : average temperature of the gases in the cylinder at the time of closing of the intake valves (IVCo Intake Valve Closing) (for example in 0 K) (mod) γ MEL : ratio of the heat capacity at constant pressure (Cp) and the constant volume (Cv) heat capacity of the mixture (shim) M MEL : molar mass of the air + fuel + burnt gas (g / mol) mixture (shim)
OA : angle d'ouverture admission pris par rapport au PMH admission (°Vιlbrequιn) (mes) N : régime moteur (tr/min) (mes) Teau '- température d'eau du moteur (par exemple en 0C) (mes)OA: intake opening angle taken with respect to the intake TDC (° Vclear) (mes) N: engine speed (rpm) (mes) T water ' - engine water temperature (for example in 0 C) ( my)
Annexe 2 : Calibration MAPAnnex 2: MAP Calibration
Les calibrations sont fonction du régime et de la charge.Calibrations are based on the speed and load.
* AAOref est l'avance à l'allumage optimale et est déterminée lors des calibrations par lecture directe sur le banc d'essais ; * AAO ref is the optimum ignition advance and is determined during calibrations by direct reading on the test bench;
* FMB5ref est le point correspondant à une fraction brûlée de 5% de la masse totale du mélange et est déterminée lors des calibrations par lecture directe sur le banc (déterminé à partir de l'analyse de la dérivé de la pression cylindre) ; * FMB5 ref is the point corresponding to a burned fraction of 5% of the total mass of the mixture and is determined during calibrations by direct reading on the bench (determined from the analysis of the derivative of the cylinder pressure);
* FMB50ref est le point correspondant à une fraction brûlée de 50% de la masse totale du mélange et est déterminée lors des calibrations par lecture directe sur le banc (déterminé à partir de l'analyse de la dérivé de la pression cylindre) ; * FMB50 ref is the point corresponding to a burned fraction of 50% of the total mass of the mixture and is determined during calibrations by direct reading on the bench (determined from the analysis of the derivative of the cylinder pressure);
* CiNiref est la constante d'initialisation déterminée lors des calibrations . * Ci N i ref is the initialization constant determined during calibrations.
DIMref = FMB5ref +AA0ref D IMref = FMB5 ref + AA0 ref
NU∞ref = NU(TMaiNW ^a rrcf >«→ef "OBR^ ^/ ™BS^ ) AVeC M'-f = ch(AAO Yef FMBi Yef ) NU ∞ref = NU (T MaiNW ^ ar rcf >" → ef " OBR ^ ^ BS ^) AVeC M '- f = ch (AAO Yef FMBi Yef )
SL'NIref = SL(TMEIlMr4 PUEkMγef K4 GBIi4) SL 'NI ref = SL (T MEIlMr4 P UEkMγef K 4 GBIi 4 )
T MEhNIrcf = T Λ MEL(IVQ4 AAOrcf FMB5rcf TMElRF^f ma ^ m→ef M0^4 yrcf MMEIref)T MEh NIrcf = T Λ MEL (IVQ 4 AAO rcf FMB5 rcf T MElRF ^ f m a ^ m → ef M 0 ^ 4 y rcf M MEIref )
P MELINIref = P MEL(TMEIINIyef ma fc/ "W^ "1G^1/ MMEIr4) MEL INI P ref = P MEL (T MEI INIyef m is fc / "W ^" ^ 1 G 1 / M MEI r4)
* CcMBref est la constante de combustion déterminée lors des calibrations.
Cn CMBref
avec * Cc MBref is the combustion constant determined during calibrations. C n CMB ref with
NUCMBref = NU(TMEICMBr4,m^ef,m→ef,mβB^f, FMBSOref) NU CMB ref = NU (T MEICMBr4 , m ^ ef , m → ef , m βB ^ f , FMBSO ref )
H^f = H- H ^ f = H -
SLCMBref ~ SL(TMl ΛφGBHef) SL CMB ref SL (T Ml ΛφGBHe f )
T MEL CM^cf = T ME^^Ç-φFMB50rcf,TMEIχp4^,ma,wf,mcar^f,mgB^f,γrφMMEIrtf)T MEL CM ^ cf = T ME ^^ ^-φFMB50 rcf , T MEIχp4 ^, m a , wf , m car ^ f , mg B ^ f , γ r M M MEIrtf )
P MEIatfy =P MEL(TUEIaιvmaWref,mcaγbref,mGBBref,MUEIτef)P MEIatfy = P MEL (T UEIaιv m aWref , m caγbref , m GBBref , M UEIτef )
* SLref est la vitesse de flamme laminaire globale estimée. * SL ref is the estimated overall laminar flame speed.
SLref
SL ref
SL0 = SL(À) a = a{λ)
T = TSL 0 = SL (A) a = a {λ) T = T
1 MEL(FMBSO^ ) 1 MEL(IVCref,FMB50ref ,TMELRFAref ,ma,rref,m→ef,mGBRref,γref,MMELref ) 1 MEL (FMBSO 3) 1 MEL (IVC ref , FMB50 ref , T MELRFAref , m a , rref , m → ef , m GBRref , γref , M M EL ref )
1 P MEL(FMBSO,,, ) = 1 P ,m∞γτ4 ,mcaΛτermGBRτef MMELτef ) 1 P MEL (FMBSO ,,,) = 1 P, m ∞γτ4 , m caΛer m GBRτef M MELτef )
Annexe 3 : Délai d'initialisation et de combustionAnnex 3: Initialization and combustion time
Le calcul se base sur l'enseignement de la référence [1 ] Hires et al.The calculation is based on the teaching of the reference [1] Hires et al.
2/32/3
.1/3 Hch mλ DINI = CmJSP.NUINI)l!
.1 / 3 H ch m λ D INI = C m JSP.NU INI ) l!
Le terme SP (vitesse moyenne du piston, cf. annexe 4) dépendant du régime a été retiré des équations 6' et 7' et remplacé par le Kaéro dépendant également du régime et du déphasage de l'arbre à cames admission (en effet, l'aérodynamique interne est modifié par le déphasage de la loi de levée des soupapes d'admission).The term MS (mean piston speed, see Appendix 4) depending on the system was removed from the equations 6 'and 7' and replaced with the K umber also dependent on the speed and phase of the intake camshaft ( in fact, the internal aerodynamics are modified by the phase shift of the intake valve lift law).
On remarquera que les délais peuvent être mesurés sur banc d'essais et correspondent à : Dm = FMB5ref + AAOref DCMB = FMB50ref - FMB5ref et que pour prendre en compte l'aérodynamique dans la chambre de combustion, les relations proposée par Hires et al. (référence [1 ]) ont été adaptées (cf. eq. 6' et eq. 7'). Les valeurs du coefficient KAero dépendent du déphasage de l'arbre à came admission et du régime.
Annexe 4 : vitesse moyenne du pistonIt should be noted that the delays can be measured on a test bench and correspond to: D m = FMB5 ref + AAO ref D CMB = FMB50 ref - FMB5 ref and to take into account the aerodynamics in the combustion chamber, the relations proposed by Hires et al. (reference [1]) have been adapted (see eq 6 'and eq 7'). The values of the K Aero coefficient depend on the phase shift of the intake camshaft and the speed. Annex 4: average piston speed
SP = L *- c 30SP = L * - c 30
Annexe 5 : Viscosité cinématiqueAppendix 5: Kinematic viscosity
NU est le rapport entre la viscosité dynamique (MU) et la masse volumique du mélange (RHO):NU is the ratio of the dynamic viscosity (MU) and the density of the mixture (RHO):
NU = ≡- RHONU = ≡- RHO
La masse volumique du mélange est déterminée à partir de la masse du mélange dans le cylindre (i.e. la somme des masses d'air, d'IGR, d'EGR et de carburant) et du volume de la chambre : m, ^r The density of the mixture is determined from the mass of the mixture in the cylinder (ie the sum of the air masses, IGR, EGR and fuel) and the volume of the chamber: m, r
RHO = -RHO = -
K1 La viscosité dynamique est déterminée à partir de la loi de Sutherland
S)K 1 Dynamic viscosity is determined from Sutherland's law S)
Annexe 6 : Taux de compression effectif τeff représente le rapport de volumes de la chambre de combustion entre la position angulaire (θ) et l'angle de fermeture des soupapes d'admissionoivc.
Appendix 6: Effective compression ratio τ eff represents the ratio of the volumes of the combustion chamber between the angular position (θ) and the closing angle of the inlet valvesiv.
Annexe 7 : définition des différentes positions angulaires.Annex 7: definition of the different angular positions.
Les différentes positions angulaires du vilebrequin sont illustrées sur la figure 2.The different angular positions of the crankshaft are illustrated in FIG.
[0075] La présente invention permet un gain de temps et une réduction des coûts de calibration grâce à la réduction du nombre d'essais de calibration. De plus, le modèle physique de l'invention s'applique pour tous les modes de fonctionnement du moteur et quelque soit le modèle de moteur, alors que précédemment il était nécessaire de faire une cartographie complète pour chaque nouveau modèle de moteur.The present invention saves time and reduces calibration costs by reducing the number of calibration tests. In addition, the physical model of the invention applies to all modes of operation of the engine and whatever the engine model, while previously it was necessary to make a complete map for each new engine model.
[0076] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, les taux de 5% et de 50% de la masse de carburant brûlé peuvent être différents : de façon générale, ils sont respectivement de x% et y%. De même, certaines équations peuvent être modifiées sans sortir du cadre de l'invention.
Other embodiments than those described and shown may be designed by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. For example, the rates of 5% and 50% of the mass of fuel burned may be different: in general, they are respectively x% and y%. Likewise, certain equations can be modified without departing from the scope of the invention.