FR2813921A1

FR2813921A1 - Procede et appareil de commande et de regulation de mise en oeuvre d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2813921A1
Application number: FR0111909A
Authority: FR
Inventors: Werner Jacksch; Ernst Wild; Kristina Eberle; Lutz Reuschenbach; Thomas Hotz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2002-03-15
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: US20020100455A1; JP2002130040A; DE10045421A1; US6769395B2; FR2813921B1

Abstract

Procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne (10) comportant au moins une chambre de combustion (12, 14), une tubulure d'admission (16, 18) et un volet d'étranglement (32, 34). A partir de la position réelle (vdk1) du volet d'étranglement (32, 34) on détermine une charge de gaz (rldkl) de la chambre de combustion (12, 14). Pour améliorer les caractéristiques d'émission et de consommation du moteur (10), selon l'invention, on détecte la pression de gaz minimale régnant dans la tubulure d'admission (16, 18) associée à la chambre de combustion (12, 14) et cela à la fin du temps d'admission. A partir de cette pression de gaz, on calcule une valeur approchée de la charge de gaz effective (rldssl) de la chambre de combustion (12, 14) et on compare cette valeur calculée à la valeur déterminée (r1dk1, r1dk2) pour corriger la position du volet d'étranglement (32, 34).

Description

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Etat de la technique La présente invention concerne un procédé de mise en oeu- vre d'un moteur à combustion interne comportant au moins une chambre de combustion, une tubulure d'admission et un volet d'étranglement.

Dans les moteurs à combustion actuels, à injection directe d'essence et/ou à pédale d'accélérateur électronique, on fixe la quantité de gaz à introduire dans la chambre de combustion entre autre également en fonction de la quantité de carburant qui y est injectée. Cela est nécessaire notamment pour créer dans la chambre de combustion un mélange de gaz qui en brûlant génère une émission minimale de matières polluantes et réduit au minimum la consommation de carburant. La quantité de gaz encore appelée charge de gaz est définie par la position réelle du volet d'étranglement car on suppose que pour une certaine position du volet d'étranglement seule une certaine quantité de gaz peut arriver dans la chambre de combustion.

La difficulté d'une telle détermination de la charge de gaz de la chambre de combustion est toutefois que le volet d'étranglement lui- même est fabriqué avec une certaine tolérance, de sorte que pour une même position angulaire, différents volets d'étranglement donneront des charges de gaz différentes de la chambre de combustion. La charge de gaz, qui se trouve effectivement dans la chambre de combustion, peut différer de la charge de gaz définie par la position du volet d'étranglement d'une manière qui n'est pas prévisible, ce qui fait dépendre la formation d'un mélange optimum de la présence aléatoire d'un volet d'étranglement normalisé.

La présente invention a pour but de développer un procédé du type défini ci-dessus pour permettre de régler 1e mélange toujours avec une précision élevée.

Ce problème est résolu en ce que l'on détecte la pression minimale du gaz dans la tubulure d'admission associée à la chambre de combustion, à la fin de la phase d'admission, et à partir de cette pression on calcule la valeur approchée de la charge de gaz effective de la chambre de combustion.

Le procédé selon l'invention repose sur la considération suivante : dans un moteur à combustion interne équipé d'une soupape d'admission, au début de la phase d'aspiration, le piston se trouve au point mort haut et ensuite il va vers le point mort bas. La masse de gaz se répartit ainsi derrière le volet d'étranglement dans un volume qui aug-

mente de plus en plus. Il en résulte une diminution de la pression. Au point mort bas, le volume atteint son maximum et la pression son niveau minimum. Juste après, la soupape d'admission se ferme. A ce moment il règne dans la chambre de combustion sensiblement la même pression que dans la tubulure d'admission. En tenant compte des caractéristiques du moteur à combustion interne, partant de cette pression minimale, on peut calculer la charge de gaz de la chambre de combustion. Comme cette charge de gaz se calcule à partir de la pression de gaz régnant effectivement dans la tubulure d'admission, du fait des tolérances de fabrication du volet d'étranglement, il y a des fuites au niveau du volet et derrière le volet qui sont ainsi prises en compte. Cette valeur est d'autant plus précise et peut servir à une préparation plus précise du mélange. La pression dans la tubulure d'admission est de préférence captée par un capteur de pression équipant cette tubulure d'admission.

Selon un développement très avantageux, à partir de la position réelle du volet d'étranglement, on détermine une charge de gaz dans la chambre de combustion que l'on compare à la valeur précédemment calculée et si la comparaison montre que la différence entre la valeur déterminée et la valeur calculée de la charge de gaz se situe en dehors d'une plage autorisée, on corrige la position du volet d'étranglement. Selon ce développement, on combine la charge de gaz calculée à partir de la pression minimale du gaz et la charge de gaz liée à la position réelle du volet d'étranglement. En fixant une plage acceptable, on crée ainsi une plage de tolérance évitant des interventions de régulation trop fréquentes.

La correction se fait de préférence en annulant la différence entre la charge de gaz déterminée et celle calculée. Cela signifie que la charge de gaz est optimisée.

Le procédé décrit ci-dessus convient tout particulièrement pour des moteurs à combustion interne à plusieurs chambres de combustion et ici de nouveau tout particulièrement bien à des moteurs à combustion interne dans lesquels à chaque chambre de combustion ou groupe de chambres de combustion (par exemple un banc de cylindres) est associée une tubulure d'admission propre et un volet d'étranglement propre. Pour cette raison, selon un développement, il est proposé d'appliquer le procédé à plusieurs chambres de combustion ayant une tubulure d'admission propre et notamment un volet d'étranglement propre, indépendamment. De cette manière, pour chaque chambre de combustion ou groupe de chambres de combustion, on peut calculer une valeur ap-

prochée de la charge de gaz effective de cette chambre de combustion individuelle et corriger la position du volet d'étranglement associée à cette chambre de combustion. On optimise ainsi les caractéristiques d'émission et de consommation des différents cylindres du moteur à combustion in- terne. La correction de la position du volet d'étranglement peut se faire de différentes manières. Une possibilité consiste, lors du calcul de la charge de gaz, à corriger le décalage usuellement pris en compte et une pente. Le décalage est la valeur qui prend en compte les flux de fuite d'air à travers l'intervalle entre le volet d'étranglement et la paroi de la tubulure d'admission et celle liée à d'autres défauts d'étanchéité entre le volet d'étranglement et la chambre de combustion. La pente tient compte des erreurs multiplicatives du système de volet d'étranglement. En cas de différence entre la valeur définie selon la position réelle du volet d'étranglement pour la charge de gaz et une valeur calculée à partir de la pression minimale de gaz, on peut en déduire que le décalage et la pente ne reproduisent pas de manière optimale les conditions effectives. Cela peut être compensé au moins en partie par la correction du décalage proposée par l'invention. La même remarque s'applique à la pente. La correction peut se faire alors de manière multiplicative dans le sens d'une variation de la pente ou de manière additive dans le sens d'une variation du décalage. Une correction du décalage et/ou de la pente est intéressante en particulier pour un niveau de pression globalement faible dans la tubulure d'admission, c'est-à-dire dans un état de fonctionnement dans lequel le volet d'étranglement est relativement fermé car dans un tel état de fonctionnement, les courants de fuite indiqués ci-dessus jouent un rôle relativement important.

L'intervention sur la consigne de position du volet d'étranglement présente par rapport à une régulation de la position du volet d'étranglement, l'avantage par rapport à une charge de gaz reposant directement sur la pression, que la charge de gaz optimale puisse se régler plus rapidement et sans oscillation. Le calcul de la charge de gaz à partir de la position du volet d'étranglement permet de réagir immédiatement à un changement de consigne du conducteur. Le minimum de pression dans un cylindre ne peut être mesuré de nouveau qu'après une rotation complète de l'arbre à cames.

Pour une pression globalement élevée dans la tubulure d'admission, comme cela est également indiqué dans un développement

de l'invention, on influence la régulation de position du volet d'étranglement. De plus, on peut également influencer le calcul d'une valeur de consigne du volet d'étranglement. Ces deux mesures permettent une réaction rapide à des différences entre les valeurs définies et les va- leurs calculées. La précision du procédé évoqué ci-dessus est encore amé- liorée selon un développement si le calcul de la charge de gaz tient compte de la pression partielle du gaz résiduel interne.

La présente invention concerne également un programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé indiqué ci-dessus. Ce programme est exécuté par un ordinateur et selon un développement préférentiel le programme d'ordinateur est enregistré dans une mémoire flash.

La présente invention concerne également un appareil de commande et de régulation d'un moteur à combustion interne, notamment celui équipant un véhicule automobile avec au moins une chambre de combustion, une tubulure d'admission et un volet d'étranglement qui définit une charge de gaz de la chambre de combustion à partir de la position réelle du volet d'étranglement. Pour améliorer le comportement à l'émission et à la consommation du moteur à combustion interne, il est proposé que l'appareil de commande et de régulation soit relié à un capteur de pression installé dans la tubulure d'admission et, partant de la pression de gaz minimale, qu'il détermine une valeur approchée de la charge effective de gaz, pression de gaz qui règne dans la tubulure d'admission associée à la chambre de combustion et cela à la fin du temps d'admission.

De manière particulièrement avantageuse, selon un déve- loppement de l'appareil de commande et de régulation, si la comparaison montre que la charge de gaz calculée de la chambre de combustion ne correspond pas sensiblement à la charge de gaz déterminée, on génère un signal de correction pour la position du volet d'étranglement.

Enfin, l'invention concerne un appareil de commande et de régulation particulièrement intéressant s'il est appliqué à un moteur à combustion interne à plusieurs chambres de combustion et plusieurs capteurs de pression et volets d'étranglement associés chaque fois à une chambre de combustion. Cela est le cas selon un développement en ce que l'appareil de commande est relié à plusieurs capteurs de pression associés chacun à une chambre de combustion et notamment s'il génère plusieurs

signaux de correction indépendants pour les volets d'étranglement correspondants. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation de l'invention représenté dans les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique des composants d'un moteur à combustion interne à deux chambres de combustion, - la figure 2 est une vue simplifiée d'un procédé de mise en oeuvre du moteur à combustion interne selon la figure 1, - la figure 3 est un ordinogramme détaillé du procédé de la figure 2, - la figure 4 est un diagramme montrant les courbes de pression dans la tubulure d'admission du moteur à combustion interne représenté à la figure 1.

La figure 1 montre un moteur à combustion interne portant globalement la référence 10. Ce moteur comporte deux chambres de combustion 12, 14 alimentées en air chacune par sa propre tubulure d'admission 16, 18. Le moteur à combustion interne peut être un moteur à essence à pédale d'accélérateur électronique (pédale E). Les pistons et autres éléments du moteur ne sont pas représentés. Au niveau de l'arrivée de la tubulure d'admission 16, 18 dans les chambres de combustion 12, 14, la figure 1 montre schématiquement les soupapes d'admission 20, 22. Les gaz d'échappement peuvent sortir par les tubulures d'échappement 24, 26 reliées par les soupapes d'échappement 28, 30 aux chambres de combustion 12, 14.

Les tubulures d'admission 16, 18 comportent chacune un volet d'étranglement 32, 34 dont la position est réglée par un moteur ou actionneur 36, 38. La position réelle des volets d'étranglement 32, 34 est détectée chaque fois par un capteur de position 40, 42 pour être transmise à un appareil de commande et de régulation 44 qui agit à son tour sur les actionneurs 36, 38. Entre les volets d'étranglement 32, 34 et la soupape d'admission 20, 22 on a prévu chaque fois un capteur de pression 46, 48 mesurant la pression dans la tubulure d'aspiration 16, 18, entre le volet d'étranglement 32, 34 et la soupape d'admission 20, 22 lorsque le moteur à combustion interne 10 fonctionne. Les capteurs de pression 46, 48 transmettent des signaux correspondants également à l'appareil de commande et de régulation 44. Cet appareil est en outre relié à un capteur de position 50 d'une pédale d'accélérateur 52.

La quantité d'air passant dans les tubulures d'admission 16, 18 pour arriver dans les chambres de combustion 12, 14 (flèches 54, 56) est influencée principalement par la position des volets d'étranglement 32, 34. Leur commande et régulation sont décrites en relation avec les fi- gures 2-4.

Tout d'abord, l'appareil de commande et de régulation 44 calcule une valeur de consigne de charge d'air (remplissage d'air) rlsol en fonction d'un signal que reçoit l'appareil de commande et de régulation 44 d'un capteur de position 50 de la pédale d'accélérateur 52. Cette valeur de consigne de la charge d'air rlsol est identique pour les deux chambres de combustion 12, 14 et représente la charge de gaz optimale pour la quantité de carburant à injecter. Son calcul se fait dans le bloc 58.

En fonction de la valeur de consigne de la charge d'air rlsol, on fixe pour chaque volet d'étranglement 32, 34, dans la commande de charge 60, 62, une valeur de consigne wdks 1 ou wdks2 pour la position du volet d'étranglement 32, 34 respectif. Ces valeurs de consigne wdksl, wdks2 sont de nouveau fournies à un régulateur de position 68, 70 qui commande les actionneurs 36, 38 des volets d'étranglement 32, 34. La position réelle wdkl (bloc 72) du volet d'étranglement 32 ou la position réelle wdk2 (bloc 74) du volet d'étranglement 34 est détectée par le capteur de position 40, 42 respectif pour être transmis au régulateur de position 68, 70. Le régulateur de position 68, l'actionneur 36 et le capteur de position 40 ou le régulateur de position 70, l'actionneur 38 et le capteur de position 42 forment ainsi chaque fois une boucle de régulation fermée.

Les positions réelles wdkl, wdk2 des volets d'étranglement 32, 34 sont également fournies à un détecteur de charge 76, 78 fondé sur les volets d'étranglement et ces détecteurs déterminent, à partir des valeurs reçues wdkl, wdk2 dans les blocs 80, 82, une charge de gaz réelle théorique rldkl pour la chambre de combustion 12 et rldk2 pour la chambre de combustion 14. Cette charge de gaz est théorique car elle ne tient pas compte des tolérances individuelles des volets d'étranglement 32, 34 et c'est pourquoi ces charges de gaz se distinguent des charges de gaz effectives. Les capteurs de pression 46, 48 équipant les tubulures d'admission 16, 18 donnent en continu les pressions P l, P2 régnant respectivement dans les tubulures d'admission 16, 18 comme le montrent les courbes de la figure 4. Un générateur de valeur minimal non représenté

dans le dessin définit pour chacune des courbes P1, P2, la valeur minimale Plmin ou P2min dans les blocs 84, 86. Les deux pressions Plmin, P2min sont les pressions à la fin de la phase d'admission (temps d'admission) et cela pour la raison suivante: si la soupape d'admission 20, 22 s'ouvre pendant la phase de changement de charge, le piston (non représenté) se trouve au point mort haut et ensuite il descend jusqu'au point mort bas. La masse de gaz se répartit ainsi derrière le volet d'étranglement 32, 34 dans un volume qui augmente de plus en plus et la pression diminue en conséquence. Au point mort bas, on atteint le volume maximum et ainsi la pression minimale Plmin, P2min. Juste après, la soupape d'admission 20, 22 se ferme. La pression Plmin, P2min mesurée dans la tubulure d'admission 16, 18 correspond ainsi avec une très bonne approximation à la pression enfermée dans chaque chambre de combustion 12, 14 et à partir de celle-ci on calcule la charge.

Dans un circuit de calcul qui n'est pas non plus représenté dans le dessin, on calcule à partir de la pression minimale Plmin, P2min, une charge de gaz rldss 1 (bloc 88) ou rldss2 (bloc 90) approchée de la charge de gaz effective.

La charge de gaz rldk 1 (bloc 80) dans la chambre de combustion 12, définie à partir de la position de volet d'étranglement 32, est alors comparée dans un comparateur 92 à la valeur de la charge de gaz rldss 1 (bloc 88) calculée à partir de la pression minimale P 1 min dans la tubulure 16. En cas de différence entre les deux charges de gaz rldk 1 et rldssl, le comparateur interroge dans le bloc 84 si le niveau de pression P 1 dans la tubulure d'admission 16 est globalement relativement faible. Cela est par exemple le cas si le volet d'étranglement 32 est fermé de manière relativement large. Si la réponse dans le bloc 94 est oui , la grandeur additive apprise msndko 1 sera modifiée ; cette grandeur est une mesure des courants de fuite d'air sur le volet d'étranglement 32 et derrière ce volet d'étranglement 32. La grandeur msndko 1 est alors utilisée pour une correction de la détection de la charge dans le bloc 76 ainsi que pour une correction de la commande de charge dans le bloc 60.

Si la réponse dans le bloc 94 est négative, on effectue une correction multiplicative de la détection de charge dans le bloc 76 ou la commande de charge dans le bloc 60 par un coefficient fkmsdkl (bloc 98).

De façon analogue, pour l'autre chambre de combustion 14, on a un comparateur 100, un bloc de décision 102 et des grandeurs de

correction msndko2 (bloc 104) ainsi que fkmsdk2 (bloc 106). De cette manière, malgré la même consigne prédéterminée rlsol (bloc 58) pour les deux chambres de combustion 12, 14, on aura des angles de consigne wdksl, wdks2 différents dans les blocs 64, 66 qui compensent les différences de tolérance entre les deux volets d'étranglement 32, 34.

On peut effectuer de la même manière une vérification du déroulement correct du procédé : le signal de pression fourni par les capteurs de pression 46, 48 est assorti d'un minimum qui est inférieur à p lmin ou p2min dans les blocs 84, 86 et ne coïncide pas dans le temps avec la fermeture de la soupape d'admission 20, 22. La détection de charge dans les blocs 76, 78 fournit alors une valeur trop petite rldkl, rldk2 dans les deux blocs 80, 82. Avec une fuite ainsi simulée, en aval des volets d'étranglement 32, 34, il faut que le système (régulateurs 68, 70) réagisse par la fermeture du volet d'étranglement 32, 34 qui se trouve en amont.

Claims

REVENDICATIONS l') Procédé de mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne (10) comportant au moins une chambre de combustion (12, 14), une tubulure d'admission (16, 18) et un volet d'étranglement (32, 34), caractérisé en ce qu' on détecte la pression de gaz minimale régnant dans la tubulure d'admission (16, 18) associée à la chambre de combustion (12, 14), à la fin du temps d'admission, et à partir de cette valeur on calcule une valeur approchée de la charge de gaz effective (rldss 1, rldss2) de la chambre de combustion (12, 14).
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' à partir de la position réelle (wdkl, wdk2) du volet d'étranglement (32, 34), on détermine une charge de gaz (rldkl, rldk2) de la chambre de combustion (12, 14), on compare la charge de gaz déterminée (rldkl, rldk2) à la charge de gaz calculée (rldssl, rldss2) et si la comparaison montre que la différence entre les deux charges de gaz (rldk 1, rldss 1, rldk2, rldss2) se situe en dehors d'une plage autorisée, on corrige la position du volet d'étranglement (32, 34).
3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on corrige la position du volet d'étranglement pour annuler pratiquement la différence entre la valeur calculée (rldss 1, rldss2) et la valeur déterminée (rldkl, rldk2) de la charge de gaz.
4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est appliqué indépendamment à plusieurs chambres de combustion (12, 14) d'un moteur à combustion interne (10).
5 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu' on corrige une valeur de fuite (msndkol, msndko2).
6 ) Procédé selon la revendication 5,

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caractérisé en ce qu' on corrige la valeur de fuite (msndkol, msndko2) seulement pour un niveau de pression globalement faible dans la tubulure d'admission (16, 18).
7 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que pour un niveau de pression globalement élevé dans la tubulure d'admission (16, 18) on influence la régulation de position du volet d'étranglement.
8 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu' on agit sur le calcul d'une valeur de consigne (wdksl, wdks2) du volet d'étranglement (32, 34).
9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on tient compte de la pression partielle du gaz résiduel interne pour calculer la charge de gaz (rldssl, rldss2).
10 ) Appareil de commande et de régulation d'un moteur à combustion interne (10), notamment d'un véhicule automobile, comprenant au moins une chambre de combustion (12, 14); une tubulure d'admission (16, 18) et un volet d'étranglement (32, 34) et qui, partant de la position réelle (wdkl, wdk2) du volet d'étranglement (32, 34), détermine une charge de gaz (rldk 1, rldk2) de la chambre de combustion (12, 14), caractérisé en ce qu' il comporte un capteur de pression (46, 48) installé dans la tubulure d'admission (16, 18) et à partir de la pression de gaz minimale, il calcule une valeur approchée de la charge de gaz effective (rldssl, rldss2) de la chambre de combustion (12, 14), pression qui règne dans la tubulure d'admission (16, 18) associée à la chambre de combustion (12, 14) à la fin du temps d'admission.
11') Appareil de commande et de régulation selon la revendication 10, caractérisé en ce que si la comparaison montre que la différence entre la charge de gaz calculée (rldss 1, rldss2) de la chambre de combustion (12, 14) et la charge de gaz

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déterminée (rldkl, rldk2) se situe en dehors d'une plage autorisée, il génère un signal de correction pour la position du volet d'étranglement (32, 34).
12 ) Appareil de commande et de régulation selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu' il est relié à plusieurs capteurs de pression (46, 48) associés chacun à une chambre de combustion (12, 14) et il génère notamment plusieurs signaux de correction indépendants pour les volets d'étranglement (32, 34) correspondants.