FR2822898A1 - Procede et dispositif de commande et/ou de diagnostic d'un systeme de commande influencant un flux massique - Google Patents
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Abstract
Procédé de commande et/ ou de diagnostic d'un système de commande Influençant un flux massique selon lequel on forme une valeur de correction qui corrige la commande du flux massique et/ ou en fonction de laquelle on décèle un défaut.On déduit la valeur de correction de la perte de charge de conduite calculée de la conduite de flux massique.
Description
deux roues.
Etat de la technique La présente invention concerne un procédé et un dispositif de commande et/ou de diagnostic d'un système de commande influençant
un flux massique.
Notamment pour la commande d'un moteur à combustion interne, on connaît des systèmes influençant le flux massique notamment un flux d'une masse de gaz. De tels systèmes sont par exemple les systè mes de commande de réinjection des gaz d'échappement utilisant un élé ment de réglage du flux massique de gaz d'échappement. I1 peut o également s'agir de systèmes de commande à volet d'étranglement qui commandent le flux massique d'air alimentant le moteur à combustion
interne par un volet d'étranglement commandé par un moyen électrique.
Pour commander le flux massique on utilise toujours des éléments de ré glage. On a constaté que l'encrassage pendant le fonctionnement pouvait s réduire la section de la conduite. Cela est également le cas dans les sys tèmes de réindection de gaz d'échappement pris à titre d'exemple, à cause des dépôts de particules solides provenant des gaz d'échappement et du système d'admission qui peuvent boucher la vanne de commande et/ou la conduite au cours du temps et c'est pourquoi la quantité de gaz o d'échappement réinjectée diminue en fonction du temps d'utilisation du moteur à combustion interne. Cette commande du moteur à combustion interne n'est plus alors optimisée. Pour cette raison il faut surveiller le fonctionnement d'un tel système de commande et/ou prendre des mesu res pour adapter la commande compensant de telles variations erronées
:5 du débit de flux massique.
En liaison avec les vannes de réinjection des gaz d'échappement on connaît des concepts de régulation pour compenser de telles variations. Selon le document DE 100 41 073.1 du 22/8/2000, non publié antérieurement, on obtient une pression partielle modélisée des gaz so d'échappement réindectés, par la caractéristique de passage de la vanne de réinjection des gaz d'échappement. A l'aide d'un signal de remplissage, indépendamment de cette relation, et en calculant de manière interne la pression de gaz résiduel, on modélise une pression dans la conduite d'aspiration. Cette pression modélisée de la conduite d'admission est alors comparée à la pression mesurée dans la conduite d'admission. Les diffé rences sont interprétées dans une certaine mesure comme des défauts de la caractéristique de flux de passage de la vanne de réindection des gaz
d' échappement et on forme des valeurs de correction p our ces courb es ca-
ractéristiques de passage.
Ce type de valeurs de correction (correction de la pente, cor-
rection de la dérive) dépend du type d'image d'erreur. De cette manière on
s peut compenser de manière efficace à la fois les rétrécissements de la sec-
tion de passage au niveau de la vanne et dans la conduite. Cette solution connue utilise une boucle de régulation fermée qui prend comme grandeur de régulation, la différence entre la valeur de la pression de la conduite d'admission et la valeur mesurée de cette pression, comme grandeur o d'actionnement pour prédéterminer la position de la vanne et servir ainsi
de concept de régulation des composantes intégrales.
La surveillance, le diagnostic et l'adaptation du système de commande se font par l'exploitation des actions de régulation ou des grandeurs de correction émises par le régulateur. Cette solution connue permet certes une correction satisfaisante et une surveillance/diagnostic du système de commande de flux massique mais se traduit par
l'utilisation de boucles de régulation fermées et des intégrateurs nécessi-
tant la mise en _uvre de moyens relativement importants et présentent
une inertie génante pour la correction et le diagnostic.
o Le document DE-A 198 28 035 décrit les flux massiques ar rivant et sortant pour le calcul dans la conduite d'admission d'un moteur
à combustion interne.
Avantages de l'invention La présente invention concerne un Procédé de commande et/ou de diagnostic d'un système de commande influençant un flux mas sique selon lequel on forme une valeur de correction qui corrige la com mande du flux massique et/ou en fonction de laquelle on décèle un défaut, on déduit la valeur de correction de la perte de charge de conduite
calculée de la conduite de flux massique.
so Par le calcul par itération d'un coefficient de correction sur la base des conditions de pression et d'écoulement en un point d'étranglement, interprété comme encrassage dans la partie de conduite et/ou de vanne, on assure le caleul des valeurs de correction et/ou la sur veillance et le diagnostic du système de commande de flux massique non pas sur une régulation. Cela se traduit par des avantages considérables car l'exploitation ne dépend plus de la dynamique de la régulation. Pour avoir une information concernant le fonctionnement du système de com mande ou pour adapter le système de commande il n'y a pas lieu de pas
ser d'abord par un état stable ou stationnaire du régulateur de correction.
Les grandeurs de correction sont directement disponibles après le calcul
et peuvent par exemple s'intégrer dans le calcul à la manière d'une com-
mande préalable pour corriger le système de commande, notamment cor riger le signal de commande influençant le flux massique. De manière avantageuse, ce calcul des valeurs de correction
se fait dans le cadre d'un système de réindection des gaz d'échappement.
L'utilisation du calcul des valeurs de correction peut toutefois s'appliquer avantageusement à toutes les conduites de flux massiques présentant un
o risque de réduction de section et ainsi de réduction du passage ou de va-
riation de la courbe caractéristique de passage.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins s annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un moteur à combustion interne équipé d'un système d'échappement et d'un système d'admission comportant
en outre un système de réinjection des gaz d'échappement. Cette appli-
cation particulière constitue l'exemple de réalisation préférentiel de la
o description suivante sans limiter l'idée générale de l'invention.
- la figure 2 montre, à l'aide d'un schéma de principe, la base du procédé pour déterminer la valeur de correction ou perte de charge de conduite, indépendamment du cas d'application particulier, - les figures 3 et 4 montrent des diagrammes de fonctionnement appli s qués à l'exemple d'une réindection de gaz d'échappement comme exem ple préférentiel pour déterminer de manière détaillée la valeur de
correction à l'aide de ce cas particulier.
Description des exemples de réalisation
La figure 1 montre schématiquement un moteur à combus tion interne 1 équipé d'une conduite de gaz d'échappement 2 et d'une conduite d'admission 3. Une conduite de réinjection de gaz d'échappement 4 dérive de la conduite de gaz d'échappement 2 pour déboucher dans la conduite d'admission 3. La conduite de réinjection des gaz d'échappement 4 est équipée d'une vanne 5. Cette vanne 5 de réindection des gaz 3s d'échappement permet de commander la masse des gaz d'échappement
réindectée ou la pression partielle pagr des gaz d'échappement réinjectés.
En aval de l'embouchure de la conduite de réinjection des gaz d'échappement 4, la conduite d'admission 3 comporte un capteur de pres sion 6 mesurant la pression dans la conduite d'admission pad. Avant l'embouchure de la conduite de réindection des gaz d'échappement 4, un
volet d'étranglement 7 est relié à un capteur de position 8 détectant la po-
sition wdk du volet d'étranglement. En amont du volet d'étranglement 7, la conduite d'admission 3 comporte un capteur de masse d'air 9 mesurant
le flux massique d' air mshfm. La conduite d'admission 3 comp orte égale-
ment un capteur de pression 10 en amont du volet d'étranglement 7. Ce capteur de pression mesure la pression pvdk dans la conduite d'admission en amont du volet d'étranglement ainsi qu'un capteur de température 11 o mesurant la température Tans de l'air aspiré. La conduite de réindection des gaz d'échappement 4 comporte un capteur de pression 12 en amont
de la soupape de réindection des gaz d'échappement. Ce capteur de pres-
sion mesure la pression des gaz d'échappement pvagr avant la vanne de réindection de gaz d'échappement 5; un capteur de température 13 me s sure la température Tabg des gaz d'échappement en amont de la conduite
de réinJection des gaz d'échappement 5.
Un appareil de commande 14 reçoit toutes les grandeurs indiquées, détectées. Il s'agit de la pression mesurée dans la conduite d'admission pad, la position du volet d'étranglement wdk, le flux massique
d'air mshfm, la pression pvdk en amont du volet d'étranglement, la tempé-
rature de l'air aspiré Tans, la position vs de la vanne de réindection des gaz
d'échappement 5 (déduite par exemple de l' amplitude du signal de com-
mande de vanne) le régime moteur nmot saisi par un capteur 15, la pres-
sion des gaz d'échappement pvagr en amont de la vanne de réindection des s gaz d'échappement et la température Tabg des gaz d'échappement en amont de la vanne de réindection des gaz d'échappement. Les grandeurs pvdk, Tabg et pvagr peuvent également s'obtenir en faisant un calcul sur
un modèle en utilisant d'autres grandeurs de fonctionnement du moteur.
L'appareil de commande 14 détermine entre autre la pression partielle pfg du gaz frais et la pression partielle pagr des gaz d'échappement réindectés
en partant des grandeurs indiquées ci-dessus.
La conduite de réinlection des gaz d'échappement repré-
sentée à la figure 1 pourrait voir les caractéristiques d'écoulement modi-
fiées par des variations d'encrassage de sorte que le flux massique réglé
3s par la grandeur du signal de commande appliqué à la vanne 5 ne corres-
pondrait plus à la situation effective. L'encrassage peut aboutir jusqu'à une occupation de la conduite, ce qui détériore le fonctionnement de la conduite de flux massique. Pour corriger le signal de commande et/ou s pour diagnostiquer l'état de la conduite de flux massique, on utilise
comme point de départ le modèle d'un point d'étranglement dans la con-
duite de flux massique et à l'aide de grandeurs mesurées et/ou évaluées ou calculées, on calcule la résistance de la conduite à ce point
s d'étranglement. Cette résistance de la conduite sert alors de valeur de cor-
rection ou de valeur de diagnostic et lors du dépassement d'une valeur limite par la résistance de la conduite on suppose qu'il y a un défaut de
fonctionnement de la conduite massique ou de son système de commande.
Le problème évoqué ci-dessus ne se produit pas seulement
o dans les systèmes de réindection de gaz d'échappement mais peut égale-
ment se produire pour toutes les conduites de flux massique risquant l'encrassage avec des endroits de sorte que le procédé décrit ci-après
s'utilise pour toutes ces conduites de flux massique.
La figure 2 montre le schéma de principe à la base du pro cédé décrit ciaprès. Selon la figure, on a représenté schématiquement une partie d'une conduite de flux massique 50 équipée d'un élément
d'actionnement commandé (par exemple sur la vanne 52). Le flux massi-
que passe dans la direction de la flèche, de la gauche vers la droite.
L'encrassage de la conduite de flux massique est représenté par le dia o phragme 54 qui modifie la section et ainsi la caractéristique de passage de la conduite massique. Avant le diaphragme, dans la conduite massique de courant, il règne une pression d'entrée ou pression amont Pam (dans le cas de l'exemple de réalisation préférentiel d'un système de réinjection des gaz d'échappement il s'agirait de la pression antagoniste des gaz
s d'échappement). Entre le diaphragme 54 et la vanne 52 règne une pres-
sion aval pav, différente de la pression amont pam. En aval de la vanne
règne une pression ps (dans l'exemple de réalisation préférentiel de la ré-
injection des gaz d'échappement, cette pression serait la pression dans la tubulure ou conduite d'admission). La conduite et la vanne 52 sont tra versées par un flux massique ms (masse par unité de temps). La vanne se
trouve dans une position de vanne vp. Le flux massique est à la tempéra-
ture t. Pour calculer la perte de charge de la conduite K on exploite la dif-
férence de pression sur les deux diaphragmes. La différence de pression dp sur le diaphragme résulte de la différence de la pression d'entrée ou s pression amont pam et de la pression aval pav. Celle-ci, comme elle n'est pas mesurée, peut se calculer en tenant compte de la position de la vanne
vp, de la pression en aval de la vanne ps et de la température t. La résis-
tance de charge K résulte plus précisément de la relation entre la diffé
rence de pression et le débit massique qui traverse le diaphragme et cor-
respond sensiblement au flux massique dans la vanne. On peut supposer
une relation essentiellement proportionnelle entre le carré du flux massi-
que et la différence de pression; la constante de proportionnalité est la s résistance de la conduite K. La perte de charge de la conduite K, calculée représente la valeur de correction. En fonction de cette valeur de correction, on corrige la commande de la vanne 52 pour compenser la réduction de passage lice à l'encrassage; cette valeur de correction peut servir au diagnostic de la
o conduite de flux massique. Le calcul de perte de charge de la conduite re-
pose sur l'exploitation des conditions de pression et d'écoulement dans la
conduite de flux massique à l'endroit de l'encrassage.
Les figures 3 et 4 montrent des diagrammes de fonctionne-
ment représentant comment se détermine la valeur de correction K dans s l'exemple de réalisation préférentiel d'un système de réinjection des gaz
d'échappement. Les diagrammes représentent la structure d'un pro-
gramme d'ordinateur qui effectue les calculs présentés. Les différents élé-
ments du diagramme de déroulement représentent des programmes, des parties de programmes ou des étapes de programmes réalisant la fonction
décrite alors que les lignes représentent les flux d'informations.
Le flux massique msagr dans la conduite de réindection des gaz d'échappement se calcule comme suit (comparer également avec l'état de la technique évoqué dans le préambule): 2s msagr = M(vp)*ft*(pvagrv/1013hPa) *KLAF (pvagrv/ps) dans cette formule: vp représente la position de la vanne de commande de réinjection des gaz d'échappement, M représente la caractéristique de débit de la vanne (masse en fonction de la position de la vanne), ft représente une valeur de correction dépendant de la température du gaz qui ctrcule, as pvagrv représente la pression en amont de la vanne de réinjection des gaz d'échappement, ps représente la pression en aval de la vanne de réindection des gaz d'échappement, c' està- dire la pression régnant dans la conduite d'admission et
KLAF représente la caractéristique de débit de la conduite.
s A l'aide de cette équation, connaissant les grandeurs, on
peut calculer le flux massique à travers la vanne.
Une autre valeur de correction pour le flux massique dans la vanne de réindection des gaz d'échappement correspond à un modèle de conduite d'admission. Ce modèle décrit la pression dans la conduite o d'admission en fonction du débit massique dans cette conduite d'admission. Ainsi on a la relation par exemple suivante: ps = flk*Integral(msagr+msdk-mscyl) s Dans cette formule: ps représente la pression dans la conduite d'admission, msagr représente le flux massique dans la vanne de réindection des gaz d'échappement, o medk représente le flux massique dans le volet d'étranglement de la tu bulure d'admission, mscyl représente le flux massique arrivant dans le cylindre et flk repré
sente un coefficient de conversion.
Sur la base de cette équation on peut également calculer le s flux massique dans la vanne de réindection des gaz d'échappement à con dition de connaître les flux massiques sur le volet d'étranglement du flux massique sortant et de la pression dans la tubulure d'admission. Ces va leurs de flux massiques sont mesurables et se calculent par exemple selon
une procédure connue.
Pour le modèle d'erreur d'un point d'étranglement dans la conduite de réindection des gaz d'échappement on prend la relation sui vante: (Pam. Pav) = K*msagr*msagr 3s dans cette formule pam représente la pression des gaz d'échappement en amont du point d'étranglement (pam de l'exemple de la figure 2), pav représente la pression des gaz d'échappement après le point d'étranglement (pav dans l'exemple de la figure 2),
K représente la perte de charge de la conduite (K dans l'exemple de la fi-
gure 2) et s msagr représente le flux massique par le point d'étranglement (la valeur
ms dans l'exemple de la figure 2).
Si on suppose que le point d'étranglement se produit entre le point de prélèvement du flux massique des gaz d'échappement dans le système des gaz d'échappement et la vanne de réindection des gaz d'échappement alors o approximativement, la pression des gaz d'échappement en aval du point d'étranglement pav sera la pression en amont de la vanne de réindection des gaz d'échappement pvagrv. Si également la pression des gaz
d'échappement en amont du point d'étranglement pam (pression antago-
niste des gaz d'échappement) est mesurée ou est modélisée par des procé s dés appropriés, alors sur la base du modèle de défaut on calcule
directement la perte de charte de conduite K du point d'étranglement.
L'utilisation d'intégrateur n'est pas nécessaire. Le calcul se fait par con-
version de la relation ci-dessus: K = (Pam - Pav)/(msagr*msagr) dans cette relation il faut connaître la pression pav c'est-à-dire celle en amont de la vanne. Cette pression se calcule par itération à partir des équations ci-dessus: Pav = pvagrv (t) = (dps/ (fl-msdk+mscyl)* 101 3hPa/ (M(vp)*ft*Kll\F(pvagrv(t- 1) /ps))
La perte de charge de la conduite K calculée de cette ma-
nière pour le point d'étranglement est exploitée pour corriger le signal de commande de la vanne de réindection des gaz d'échappement et/ou pour diagnostiquer le système de réindection des gaz d'échappement en ce que
l'on compare par exemple la valeur de correction à un seuil prédéterminé.
Si la valeur de correction dépasse ce seuil, cela est un signe que la section 3s de la conduite a été réduite considérablement par l'encrassage et ainsi le fonctionnement correct du système de réindection des gaz d'échappement
n'est plus garanti. Dans ce cas on met en _uvre un affichage de défaut.
Dans un autre exemple de réalisation, la valeur de correction sert à corri ger la commande de la vanne de réindection des gaz d'échappement. On utilise le coefficient de correction pour augmenter le signal de commande
et ouvrir ainsi plus largement la vanne; il existe une certaine relation en-
tre la grandeur du signal de commande et la valeur de correction, qui pro s duit une augmentation du signal de commande avec l'augmentation de la
valeur de correction et sert de valeur de commande préalable dans la bou-
cle de régulation du flux massique de la réindection des gaz d'échappement. I1 est important que pendant le fonctionnement du moteur, o on dispose spontanément d'une valeur de correction sans avoir à passer
par un état stationnaire.
Le diagramme de déroulement de la figure 3 montre les cal-
culs présentés ci-dessus du coefficient de correction K. Dans le bloc 100,
selon l'équation ci-dessus sur la base des grandeurs d'entrée entre posi-
tion de la vanne vp, température T des gaz d'échappement, pression en amont de la vanne pvagrv, pression dans la conduite d'admission ps, on détermine le flux massique msagr sur la vanne de réinjection des gaz d'échappement. Ce flux massique est mis à la puissance carrée dans l'élément 102 puis est fourni au point de division 104. Celui-ci forme le o coefficient K en divisant la différence entre la contrepression des gaz d'échappement pam et la pression pvagrv avant la vanne par le carré du débit massique msagr. Dans le bloc 106 on forme le signal de commande agr qui est formé avec différents paramètres de fonctionnements, il est corrigé et/ou en cas de dépassement d'un seuil on met en _uvre un affi s chage de défaut 108 et/ou dépose une information correspondante dans
la mémoire de défaut.
La figure 4 montre un diagramme de déroulement pour dé-
terminer la pression pvagrv en amont de la vanne de réinjection des gaz d'échappement. Selon les équations présentées ci-dessus, on forme le flux
massique msagr sur la vanne dans le point de différence 200. On y con-
vertit la dérivoe en fonction du temps de la pression de la tubulure d'admission ps (pression formée dans le bloc 202) qui est convertie du point de division 204 à l'aide du coefficient de correction flk pour donner les valeurs de flux massique; on forme la différence entre le flux massique arrivant sur le volet d'étranglement msdk et le flux massique passant dans
les cylindres mscyl. De plus, à partir de la position vp de la vanne en te-
nant compte de la caractéristique de débit M 206, par multiplication au point de multiplication 208 avec un coefficient de correction dépendant de la température ft et du coefflcient de la pression dans la conduite d'admission ps et de la pression pvagrv(t-l) avant la vanne en forme on forme le dernier caleul d'une autre valeur de flux massique msagr. Les deux valeurs de flux massique sont divisées l'une par l'autre dans un point de division 210 pour former de cette manière la pression la plus ac-
tuelle pvagrv(t) qui règne en amont de la vanne. Cette pression est ren-
voyée pour l'étape de calcul suivante à l'élément 212.
Claims (3)
1 ) Procédé de commande et/ou de diagnostic d'un système de commande influençant un flux massique selon lequel on forme une valeur de correc tion qui corrige la commande du flux massique et/ou en fonction de s laquelle on décèle un défaut, caractérisé en ce qu' on déduit la valeur de correction de la perte de charge de conduite calcu
lée de la conduite de flux massique.
0 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite de flux massique comporte un élément de réglage influençant
le flux massique.
s 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on forme la valeur de correction à partir de la pression en amont de l'élément de réglage et la pression d'entrée de la conduite de flux massi que. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on utilise la valeur de correction pour corriger le signal de commande de l'élément de réglage dans le sens du maintien du flux massique même
s lorsque la perte de charge de la conduite augmente.
) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'
on affiche un défaut si la valeur de correction dépasse un seuil.
6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite de flux massique est une conduite de réindection des gaz
d'échappement d'un moteur à combustion interne.
3s 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de correction se calcule à partir de la pression antagoniste des gaz d'échappement et la pression des gaz d'échappement en avant de
l'élément d'étranglement ainsi que le débit massique à cet endroit.
s 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que
le calcul de la pression en amont du point d'étranglement se fait par indi-
cation du débit massique dans la conduite d'aspiration ainsi que des rap-
ports d' écoulement dans la conduite de retour d'aspiration en pro cédant
o de façon itérative.
9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on calcule en permanence la valeur de correction pendant le fonctionne
ment du moteur à combustion interne même dans les états de fonction-
nement dynamiques.
) Dispositif de commande et/ou de diagnostic d'un système de com-
mande influençant le flux massique, et comportant une unité de com mande qui forme une valeur de correction corrigeant la commande du système de commande influençant le flux massique et/ou qui est exploitée pour détecter les défauts, caractérisé en ce que l'unité de commande déduit la valeur de correction de la résistance de
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