FR2760045A1

FR2760045A1 - Procede de regulation de la richesse d'un moteur thermique a injection indirecte

Info

Publication number: FR2760045A1
Application number: FR9702232A
Authority: FR
Inventors: Jean Marie Andre Taupin; Pierre Anthoine; Pascal Rey
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1997-02-25
Filing date: 1997-02-25
Publication date: 1998-08-28
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: EP0964988B1; DE69805609T2; DE69805609D1; EP0964988A1; FR2760045B1; WO1998038424A1

Abstract

L'invention concerne un procédé de régulation de la richesse d'un moteur thermique, à allumage et injection commandés électroniquement, par correction du phénomène dit de mouillage des parois apparaissant dans le cas d'une injection indirecte du carburant dans les cylindres. A la quantité d'essence nominale (Qnom ) à injecter, correspondant au suivi de la consigne de richesse (Rc ) en l'absence théorique du phénomène de mouillage, est ajoutée une correction qui délivre la quantité d'essence (Qinj) injectée effectivement dans les cylindres. Le phénomène physique de mouillage des parois s'ajoutant à cette dernière quantité (Qinj ) définit exactement la quantité d'essence (Qcyl ) réellement introduite dans les cylindres et qui assure effectivement le suivi de la consigne de richesse.

Description

PROCEDE DE REGULATION DE LA RICHESSE
D'UN MOTEUR THERMIQUE A INJECTION INDIRECTE
L'invention concerne un procédé de régulation de la richesse d'un moteur thermique, à allumage et injection commandés électroniquement, par correction du phénomène dit de mouillage des parois apparaissant dans le cas d'une injection indirecte du carburant dans les cylindres.

Dans un moteur thermique à injection contrôlée électroniquement, la régulation de richesse, qui est le rapport entre la quantité d'air admise et la quantité de carburant injectée, est destinée à asservir la richesse du mélange injecté à une richesse de consigne variable en fonction des conditions de fonctionnement moteur, ceci même dans le cas de phases transitoires.

De plus, pour respecter des normes d'anti-pollution destinées à réduire la pollution due à l'émission de gaz polluants issus de la combustion du mélange aircarburant, il est nécessaire de réguler la richesse du mélange en fonction des conditions de fonctionnement du moteur et de son vieillissement.

Pour assurer une régulation réelle de la richesse à partir d'une richesse de consigne, pour toute variation des paramètres moteur, il faut corriger le phénomène de mouillage des parois qui découle de l'existence d'un volume d'essence qui se dépose sous forme d'un film F, sur la paroi de la pipe d'admission A, entre chaque injecteur I et la ou les soupapes d'admission S du cylindre concerné C, comme le montre la figure 1 qui est une coupe schématique du conduit d'admission du mélange air-carburant au voisinage d'un cylindre. A chaque injection de carburant par l'injecteur, la plus grande partie pénètre directement dans le cylindre, et la partie restante se dépose sur la paroi interne de la pipe d'admission, formant sur la paroi un film d'essence dont une partie pénètre à son tour dans le cylindre par ruissellement et évaporation, lors de l'ouverture de la soupape. Le volume de ce film d'essence a une dynamique propre qui doit être prise en compte dans le calcul du temps d'ouverture des injecteurs, afin d'assurer le suivi de la richesse de consigne. Les principaux paramètres qui régissent les caractéristiques et le comportement du film d'essence sur la paroi interne sont notamment la quantité d'essence Qinj injectée, la pression collecteur, le débit de l'air dans le conduit d'admission, la température d'eau, le phasage de l'injection.

Lors des phases transitoires du fonctionnement du moteur, cette dynamique du film de carburant conduit à une désadaptation de la richesse dans le cylindre jusqu'à ce que l'équilibre, entre la quantité injectée pénétrant dans le cylindre et la quantité provenant du film, soit à nouveau établi.

Dans la demande de brevet européen publiée sous le numéro 0 561 251 Al, au nom de HONDA, le système d'injection décrit comporte notamment une boucle de correction de richesse par un algorithme P.I.D.

(Proportionnel Intégral Différentiel) dont les coefficients sont calibrés en tenant compte de la réponse théorique du mouillage de paroi. La formulation du mouillage consiste à calculer la quantité de carburant à injecter à partir des valeurs, obtenues par calibration, de la quantité de carburant injectée pénétrant directement dans le cylindre et du volume du film pénétrant dans le cylindre.

Ces variables sont cartographiées en fonction de la température de l'eau, de la pression collecteur et du régime du moteur. Le contrôle du moteur tenant compte du phénomène de mouillage des parois consiste à calculer la quantité d'essence à injecter directement à partir de ces variables calibrées. Le principal inconvénient de ce procédé est son manque de souplesse.

L'invention consiste à corriger la présence physique du film de carburant sur la paroi interne du conduit d'admission pour obtenir la quantité de carburant injectée effectivement dans chaque cylindre assurant le contrôle de la richesse du mélange.

Pour cela, l'objet de l'invention est un procédé de régulation de la richesse d'un moteur à combustion interne, avec au moins une chambre de combustion, un circuit collecteur ayant une paroi interne, des moyens d'injection d'essence placés dans ce collecteur, un calculateur électronique de contrôle de l'allumage et de l'injection du moteur en fonction de paramètres de fonctionnement, caractérisé en ce qu'il prend en compte le phénomène physique de mouillage de la paroi interne du conduit d'admission par un film d'essence en ajoutant une correction CvF(n) à la quantité d'essence nominale QnOm(n), permettant le suivi d'une consigne de richesse fixée par le calculateur électronique, pour obtenir la quantité d'essence effectivement injectée
Qinj(n) (n) par les injecteurs dans les cylindres, à un instant (n)
Qinj(n) = Qnom(n) + CVF(n), cette correction CvF(n) étant proportionnelle à l'écart entre le volume du film VFS(n) en conditions stabilisées et le volume du film VFT(n) en conditions transitoires CVF(n) = F(n) * [VFs(n) - VFT(n)]
F(n) étant un coefficient de proportionnalité, obtenu par calibration, et en ce que le volume VFs(n) du film déposé dans des conditions stabilisées est proportionnel à la quantité d'essence nominale QnOm(n) : Vus(") = G n x Qnom(n),
G(n) étant un coefficient de proportionnalité de type gain, obtenu par calibration, et en ce que le volume VFT du film d'essence en conditions transitoires, à l'instant n, est égal au volume V'Fs(n) du film en stabilisé filtré à l'instant précédent (n-l).

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un exemple de réalisation, illustrée par les figures suivantes qui, outre la figure 1, déjà décrite, qui est une coupe schématique du conduit d'admission du mélange air-carburant au voisinage d'un cylindre, sont - la figure 2 : le schéma de principe de la correction
de la richesse en fonction du phénomène de mouillage
des parois, selon l'invention - la figure 3 : le schéma détaillé du procédé de
régulation de la richesse selon l'invention - la figure 4 : le modèle du phénomène physique de
mouillage des parois - les figures 5a et 5b : la variation de la richesse du
mélange air-essence dans un moteur en fonction de la
pression collecteur, respectivement sans et avec le
procédé selon l'invention.

Comme le montre le schéma de principe de la figure 2, la quantité d'essence qui doit être injectée dans chaque cylindre pour suivre la consigne de richesse, doit correspondre aux variations des paramètres de fonctionnement du moteur, tels que la pression collecteur Pcoll, le régime N, la température d'eau Teau, etc ... . Cette quantité d'essence injectée, dite nominale Qnom correspondant au suivi de la consigne de richesse R c en l'absence théorique du phénomène de mouillage, doit subir une correction qui la transforme en quantité d'essence injectée effective Qinj A cette dernière quantité Qinj est ajoutée la prise en compte du phénomène physique de mouillage des parois pour obtenir la quantité d'essence Qcyl réellement introduite dans le cylindre qui assure effectivement le suivi de la consigne de richesse.

Le but du procédé selon l'invention est d'assurer le respect de la richesse de consigne en tenant compte de la dynamique du film d'essence qui se dépose sur les parois du conduit d'admission. La figure 3 est le schéma détaillé du procédé de régulation de la richesse du mélange air-essence selon l'invention, avec la boucle de correction de la quantité d'essence à injecter. La quantité d'essence qui doit être effectivement injectée dans chaque cylindre Qinj(n), n étant un indice de récurrence lié au fonctionnement du moteur, tel qu'un point mort haut ou un cycle moteur, est égale à la somme de la quantité d'essence nominale Qnom(n) à injecter pour suivre la consigne de richesse en fonction des paramètres du moteur, et de la correction CVF(n) mentionnée précédemment selon l'équation E1 (E1) : Qinj(n) = Qnom(n) + Cv(n).

Cette correction selon l'invention est basée sur l'évaluation de la quantité d'essence du film sur la paroi dans des conditions de fonctionnement du moteur stabilisées VFS d'une part et dans des conditions transitoires VFT d'autre part, relatives au même point de fonctionnement.

Or, la quantité d'essence VFS correspondant au volume du film déposé sur la paroi interne du conduit, dans des conditions stabilisées, est proportionnelle à la quantité d'essence à injecter pour suivre la consigne de richesse en fonction des paramètres du moteur, selon l'équation E2 (E2) : VFS(n) = G(n) * Qnom(n),
G(n) étant un coefficient de proportionnalité de type gain, obtenu par calibration.

Cette correction CVF(n) est alors proportionnelle à l'écart entre le volume du film VFs(n) en conditions stabilisées et le volume du film VFT(n) en conditions transitoires CVF(n) = F(n) * [VFs(n) - VFT(n)]
F(n) étant un coefficient de proportionnalité, obtenu par calibration.

De plus, le calcul du volume du film d'essence en conditions transitoires VFT s'appuie sur le calcul d'une variable intermédiaire V'FS correspondant au volume du film en conditions stabilisées filtré selon un filtrage du premier ordre, tel que formulé dans l'équation E3
E3 : V'Fs(n) = V'Fs(n-1) + F(n) * [VFs(n) - V'FS(n-1)] de sorte que le volume VFT(n) en transitoire, à l'instant n, est égal au volume V'Fs(n) du film en stabilisé filtré connu à l'instant précédent n-l (E4) VFT(n) = V'Fs(n-1).

Chaque valeur du volume filtré V'FS doit être mémorisée pour le calcul de la valeur suivante du volume VFT en transitoire.

Le coefficient F(n) s'apparente à un facteur de filtrage dans le calcul du volume filtré en conditions stabilisées V'Fs(n), mais aussi à un gain dans le calcul final de la correction CvF(n) à appliquer à la quantité d'essence nominale QnOm(n).

Selon un cas particulier représenté sur la figure 4, le modèle choisi pour représenter le phénomène physique de mouillage des parois du conduit d'admission consiste à définir d'une part, à partir de la quantité d'essence injectée Qinj(n) à l'instant n du fonctionnement du moteur, une fraction a(n) qui entre directement dans chaque cylindre, la fraction [1 - a(n)] de cette même quantité Qinj(n) constituant la quantité d'essence qui alimente le film qui se dépose à chaque instant n.

D'autre part, on définit à partir du volume d'essence
VFS du film déposé sur la paroi interne, une fraction ss(n) qui s'arrache de la paroi et entre dans chaque cylindre, par ruissellement notamment.

Ainsi, la quantité d'essence effectivement admise dans chaque cylindre est, selon l'équation E4 suivante, la somme de la fraction de la quantité injectée par chaque injecteur, soit Qcyîi(n) = a(n)*Qinj(n) et de la fraction du volume du film d'essence, soit Qcyl2(n) = ss(n)*VFs(n)
E4 : Qcyl(n) = Qcyll(n) + Qcyl2(n)
= α(n)*Qinj(n) + P (n) *VFS (n)
La fraction [l-a(n)] de la quantité injectée Qinj(n) vient alimenter le film d'essence à chaque temps d'injection et compléter la fraction [l-p(n)] du volume du film VFS(n), ce qui génère à l'instant suivant (n+l) un volume VFs(n+l) du film, qui répond à l'équation suivante E5
E5 : VFS(n+1) = [1-ss(n)]*VFS(n) + [1-α(n)]*Qinj(n)
En conditions stabilisées de fonctionnement du moteur, les variables indicées n+l sont identiques aux variables indicées n, de sorte que l'équilibre du volume d'essence se traduit par l'équation E6
E6 : VF5(n) = l-a(n) * Qinj (n) ss(n)
Par conséquent, en choisissant ce modèle de représentation du phénomène de mouillage décrit par les équations E4 et E5 précédentes, on obtient les valeurs des coefficients a(n) et ss(n) en fonction des coefficients de gain et de filtrage G(n) et F(n) selon l'invention
G(n) = l-a(n) et F(n) = B(n)
ss(n) a(n)
Grâce à l'invention, le phénomène de mouillage des parois est exactement corrigé, quelle que soit la variation des termes a(n) et p(n) avec l'indice n, dans la mesure où le modèle décrit exactement la dynamique du phénomène physique. La formulation de la correction additive CvF(n) appliquée à la quantité d'essence nominale pour obtenir le suivi de la consigne de richesse, supporte tout paramétrage des termes a(n) et ss(n) en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur en phases transitoires de l'ouverture du papillon d'admission d'air, en phases transitoires de régime, lors des changements de rapport de la boîte de vitesses et de la consigne de richesse. Cette correction en fonction du mouillage des parois présente l'avantage de pouvoir définir le temps d'injection de façon souple, tout en pouvant intervenir de façon différente dans les autres régulations ou corrections effectuées par le calculateur.

Les coefficients a(n) et p(n) étant variables, le modèle du phénomène physique des parois n'est pas linéaire, mais il est fidèlement reproduit grâce aux termes F(n) et G(n) assimilables à un filtrage et à un gain.

La quantité d'essence ajoutée ou retranchée au cours d'une évolution des paramètres du moteur entre deux états 1 et 2 donnés est rigoureusement égale à la variation du volume d'essence du film déposé sur les parois, en conditions stabilisées, entre les deux états 2 cVF(n) = VFS(l) - VFS(2).

Un exemple particulier non limitatif d'application du procédé selon l'invention à un moteur à quatre cylindres, consiste à considérer la quantité d'essence nominale Qnom proportionnelle à la pression collecteur prédite, à partir de la mesure délivrée par un capteur de pression et en tenant compte du temps de réponse de la chaîne d'acquisition électronique, comme cela est expliqué dans la demande de brevet FR 93 10137 publiée sous le numéro 2 709 151 et à choisir comme paramètres de dépendance pour les coefficients G(n) et F(n), la pression collecteur prédite, le régime moteur et la température d'eau du moteur. Cette paramétrisation est plus souple et plus complète que les paramétrisations proposées dans l'art antérieur. Les coefficients G(n) et F(n) sont calculés à partir de cinq cartographies de variables, la pression collecteur et le régime du moteur entre OOC et 800C, et d'une table supplémentaire fonction de la température d'eau entre - 400C et +1200C.

Les figures 5a et 5b montrent la variation de la richesse du mélange air-carburant en fonction des variations de la pression dans le collecteur Pcollt toute chose étant égale par ailleurs respectivement sans et avec le procédé de régulation selon l'invention. Pour une brusque augmentation de la pression collecteur P qui entraîne une augmentation de la quantité d'essence nominale Qnom la quantité d'essence sortant des injecteur Qinj est égale à la quantité nominale Qnom sans correction, alors qu'avec la correction réalisée par le procédé selon l'invention, elle décroît après un pic d'augmentation, pour se stabiliser à nouveau à Qnom. La quantité d'essence réellement introduite dans chaque cylindre Qcyl augmente progressivement sans correction et ne permet pas d'obtenir un suivi de la consigne de richesse Rc, alors qu'avec la correction, elle est égale à la quantité nominale Qnom pour que la richesse soit égale à la richesse de consigne.

Un second exemple particulier, non limitatif, d'application du même procédé consiste à considérer la quantité d'essence nominale Qnom proportionnelle au débit d'air reconstitué, prenant en compte le remplissage moteur, la température d'air et la pression collecteur prédite. Dans ce cas, les paramètres de dépendance pour les coefficients F(n) et G(n) sont la pression collecteur prédite, le régime moteur et la température d'eau. Entre OOC et 800C de température d'air, les coefficients F(n) et G(n) sont calculés à partir de cinq cartographies avec comme variables la pression collecteur prédite et le régime moteur.

L'indifférence vis-à-vis de la paramétrisation permet une grande souplesse de la correction du mouillage sans changer l'implantation et le mode de calcul, mais uniquement par l'évolution de la définition du gain et du filtrage. Le volume du film est à chaque fois explicitement calculé.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de régulation de la richesse d'un moteur à combustion interne, avec au moins une chambre de combustion, un circuit collecteur ayant une paroi interne, des moyens d'injection d'essence placés dans ce collecteur, un calculateur électronique de contrôle de l'allumage et de l'injection du moteur en fonction de paramètres de fonctionnement, caractérisé en ce qu'il prend en compte le phénomène physique de mouillage de la paroi interne du conduit d'admission par un film d'essence en ajoutant une correction [CvF(n)] à la quantité d'essence nominale [QnOm(n)], permettant le suivi d'une consigne de richesse fixée par le calculateur électronique, pour obtenir la quantité d'essence effectivement injectée [Qinj(n)] par les injecteurs dans les cylindres, à un instant (n)

Qinj(n) = Qnom(n) + CvF(n), cette correction [CvF(n)] étant proportionnelle à l'écart entre le volume du film [VFS(n)l en conditions stabilisées et le volume du film [VFT(n)] en conditions transitoires

CVF(n) = F(n) * [VFs(n) - VFT(n)] [F(n)] étant un coefficient de proportionnalité, obtenu par calibration, et en ce que le volume [VFs(n)] du film déposé dans des conditions stabilisées est proportionnel à la quantité d'essence nominale [Qnom(n)] Vus(") = G(n) x Qnom(n), [G(n)] étant un coefficient de proportionnalité de type gain, obtenu par calibration, et en ce que le volume [VFT(n)] du film d'essence en conditions transitoires, à l'instant (n), est égal au volume [V'Fs(n)] du film en conditions stabilisées, filtré à l'instant précédent (n-l).

2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume du film [VFT(n)], à l'instant (n) en conditions transitoires de fonctionnement du moteur, est égal au volume du film [VtFs(n-l)] en conditions stabilisées, filtré à l'instant précédent (n-l) selon un filtrage du premier ordre VFT(n) = V'Fs(n-l) et V'5(n) = V'FS(n-1) + F(n) * [VFs(n) - V'Fs(n-l)] avec [F(n)] : coefficient de filtrage obtenu par calibration.

3. Procédé de régulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque valeur du volume du film d'essence filtré [V'Fs(n)] en conditions stabilisées doit être mémorisée pour le calcul de la valeur suivante du volume [VFT(n)] du film en conditions transitoires.

4. Procédé de régulation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le cas où le phénomène physique de mouillage des parois du conduit d'admission est défini par le volume [VF(n+l)] du film à un instant (n+l), qui est égal à la somme d'une fraction [1 - a(n)] de la quantité d'essence injectée [Qinj(n)] par les injecteurs et d'une fraction [l-P(n)] du volume du film [V5(n)] restant déposé sur la paroi après chaque injection VFs(n+1) = [1-ss(n)]*vFs(n) + [l-a(n)]*Qinj(n) et vFS(n) = l-a(n) * Qin.(n),

P(n) les coefficients de gain [G(n)] et de filtrage [F(n)], obtenus par calibration, permettent d'obtenir les valeurs des coefficients [a(n)] et [P(n)]

G(n) = l-a(n) et F(n) = ss(n)

P(n) a(n)

5. Procédé de régulation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il considère la quantité d'essence nominale [QnOm(n)] proportionnelle à la pression collecteur prédite et choisit la pression collecteur prédite, le régime moteur et la température d'eau du moteur comme paramètres de dépendance pour les coefficients [G(n)] et [F(n)].

6. Procédé de régulation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à considérer la quantité d'essence nominale [QnOm(n)] proportionnelle au débit d'air reconstitué, prenant en compte la pression collecteur prédite, le remplissage moteur et la température d'air et choisit la pression collecteur prédite, le régime moteur et la température d'eau comme paramètres de dépendance pour les coefficients [F(n)] et [G(n)].

7. Procédé de régulation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'instant (n) est un indice de récurrence lié au fonctionnement du moteur, tel qu'un point mort haut ou un cycle moteur.