FR2837923A1

FR2837923A1 - Procede et calculateur pour determiner un reglage de bon fonctionnement d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2837923A1
Application number: FR0203819A
Authority: FR
Inventors: Roger Rouphael
Original assignee: Siemens VDO Automotive SAS
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-03
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: FR2837923B1; US20030182995A1; DE10311313A1; US6782738B2

Abstract

Il s'agit de régler le fonctionnement d'un moteur à combustion interne en fonction de la pression d'air dans au moins un collecteur d'admission (5, 7) du moteur, dans lequel on conduit une campagne de tests sur banc du moteur pour établir une loi d'évolution du débit d'air MAF entrant dans un cylindre (1) de ce moteur, en fonction de la pression d'admission MAP issue du collecteur d'admission, ceci à différents régimes moteur, puis, sur un moteur en fonctionnement, on relève la pression d'air dans ledit collecteur d'air d'admission du moteur, on fournit une valeur correspondante de pression d'air MAP à un calculateur (27), auquel on fournit également le régime moteur lui correspondant, et on en déduit ledit débit d'air, en fonction de la loi d'évolution établie.Selon l'invention, au moins pour certaines valeurs de pression MAP, on fournit au calculateur (27), comme loi d'évolution, un modèle corrigé qui tient compte de l'évolution aux degrés 2 et/ ou 3 de la pression MAP, à différents régimes moteur.

Description

L'invention concerne un procédé pour déterminer la quantité d'air entrant dans un cylindre d'un moteur, ou d'une série de moteurs à combustion interne, en fonction de la pression d'air dans au moins un collecteur d'admission du moteur.

Un but visé est de connaître le débit massique d'air admis dans le cylindre auquel le collecteur d'admission précité est relié, afin en particulier de définir le bon dosage carburant/comburant, en limitant autant que possible les émissions de gaz polluants.

Dans ce contexte, un problème traité par l'invention concerne l'obtention d'un débit le plus approprié d'air vers le(les) cylindre(s), en utilisant pour cela une méthode simple, efficace et performante.

A cet effet, il est déjà connu de procéder comme suit : -- on conduit une campagne de tests sur banc du moteur ou d'un moteur de la série, pour établir une loi d'évolution du débit massique d'air MAF entrant dans un cylindre du moteur relié audit collecteur d'admission, en fonction de la pression d'admission MAP dans ce collecteur d'admission, ceci à différents régimes moteur, puis, -- sur un moteur de série en fonctionnement : # on relève la pression d'air dans ledit collecteur d'admission du moteur, # on fournit une valeur correspondante de pression d'air MAP à un calculateur, auquel on fournit également le régime moteur lui correspondant, # et on en déduit ledit débit massique d'air, en fonction de la loi d'évolution établie.

Il s'est toutefois avéré qu'au moins pour certains types de moteurs, une dérive de la valeur du débit d'air apparaissait entre celle fournie par le calculateur précité en fonction de ladite loi d'évolution et la valeur réelle de ce débit, au moins pour certaines valeurs de la pression d'admission (dite pression MAP) dans le collecteur d'admission.

On notera dès à présent que cette dérive apparaît au moins sur les "petits moteurs", à savoir les moteurs à essence, dans lesquels les volumes de collecteur(s) d'admission sont faibles, et en particulier inférieurs à la cylindrée du moteur. Il s'est

même avéré qu'un secteur encore plus privilégié d'application de la solution de l'invention est celui dans lequel la relation suivante est vérifiée :

avec Vc : volume du collecteur d'admission , ou d'un "plénum" de collecteur, où les mesures de pression MAP sont effectuées,
Ne : nombre de cylindres du moteur,
C : cylindrée du moteur.

On notera à toutes fins utiles que l'on appelle "plenum" d'un collecteur d'admission, une chambre interposée sur ce collecteur, entre l'organe régulateur du débit d'air d'admission (typiquement le papillon) et la soupape d'admission du cylindre auquel ledit collecteur est relié.

En particulier sur ce type de moteur (mais d'autres moteurs peuvent être concernés), une caractéristique importante de l'invention prévoit donc pour apporter une solution aux dérives évoquées ci-avant, qu'au moins pour certaines valeurs de pression MAP, on fournisse au calculateur comme loi d'évolution un modèle corrigé qui tient compte de l'évolution aux degrés 2 et/ou 3 de la pression MAP, à différents régimes moteur.

A titre complémentaire, pour une première catégorie de moteurs, il est même conseillé, toujours pour tenir compte des dérives précitées, de procéder comme suit : -- on établit ladite loi d'évolution du débit d'air en fonction de la pression dans le collecteur d'admission, en considérant que :
MAF = S1 x MAP - Ofs(N) avec MAF : d'air entrant dans le cylindre,
Si : constante,
N : régime du moteur,
MAP : pression d'air dans le collecteur d'admission relié au cylindre considéré,
Ofs (N) : valeur, à un régime moteur donné N, du débit MAF à une pression MAP nulle, -- et, au moins pour lesdites certaines valeurs de pression MAP, on introduit une correction de la valeur du débit MAF selon le modèle corrigé pour tenir compte d'une différence existant entre la valeur réelle du débit MAF, à une valeur déterminée de la pression MAP et à un régime N moteur donné, et celle fournie par ladite loi

d'évolution établie, cette correction étant déterminée à partir des relevés effectués lors du test sur banc.

Puisque sur certains moteurs testés, l'évolution du débit d'air MAF en fonction de la pression d'air d'admission MAP, à différents régimes moteur N, s'écartent nettement d'une droite dans certaines conditions de fonctionnement du moteur, on notera que l'on peut en réalité prévoir d'appliquer ledit modèle corrigé à toutes les valeurs de pression MAP.

Etant donné que des campagnes d'essai ont montré qu'au moins dans nombre de cas, il existe un seuil de pression MAP à partir duquel le débit d'air MAF n'évolue plus sensiblement linéairement en fonction de la pression MAP, pour différents régimes N de rotation du moteur, et ce donc tout particulièrement s'il s'agit d'un moteur de petite cylindrée, il est proposé de façon complémentaire dans l'invention, toujours pour que le calculateur embarqué puisse fournir les conditions d'un dosage stoechiométrique carburant/comburant performant, que : -- pour successivement une série de régimes moteur N, et jusqu'à une certaine valeur de pression MAP, on établit ladite loi d'évolution en la modélisant par une série correspondante de droites affines (A) y = ax - b avec : y = MAF x = MAP a = a1 x N (a1 est une constante) b = a2 x N (a2 est une constante), -- et, à partir d'un seuil de pression MAP, on applique ledit modèle corrigé pour tenir compte d'une différence entre la valeur réelle du débit MAF et sa valeur selon le modèle (A), au delà du seuil, en remplaçant pour cela b par b', avec : b' = f (N, MAP2, MAP3) + a3 x N, de sorte que l'évolution du débit MAF devient fonction non seulement du régime moteur N mais également de l'évolution au carré et au cube de la pression MAP.

Pour obtenir la valeur la plus exacte du débit d'air MAF, il est au demeurant conseillé dans l'invention de fournir au calculateur, au moins pour certaines valeurs de pression MAP, comme modèle corrigé celui établi suivant la loi :
MAF = [(So x MAP3) - (Si x MAP2) + (S3 x MAP) ] x N - Ofs (N), avec :
So, Si, S3 : constantes,

Ofs (N) : valeur du débit d'air MAF, à pression MAP nulle et au régime moteur N.

Un problème auquel a été également confrontée l'invention concerne la meilleure manière de tenir compte, si nécessaire, du seuil de pression MAP à partir duquel la dérive de la loi d'évolution MAF = f (MAP) est considérée comme dégradant les résultats.

La solution proposée par l'invention est de prendre en compte une pression MAP filtrée moyennée. On observe en effet que la moyenne de la pression d'air MAP est une fonction continue de la position de l'organe régulateur du débit d'air dans le collecteur d'admission (typiquement la position du papillon) et du régime de rotation du moteur.

De fait, il est même conseillé de définir la valeur (seuil) de pression d'air d'admission au-delà de laquelle s'applique le modèle corrigé, en tenant compte : -- desdites valeurs de pression moyennées filtrées, -- et de valeurs de pression d'admission instantanée relevées sensiblement à l'ouverture de la soupape d'admission interposée entre le cylindre et le collecteur d'admission considérés.

Sur les moteurs de série en fonctionnement, les mesures moyennées filtrées de pression MAP seront fournies au calculateur pour un dosage carburant/comburant en temps réel. On notera qu'en particulier pour les "petits moteurs" précités, l'échantillonnage s'effectuera de façon asynchrone par rapport au cycle de rotation du moteur.

Outre ce qui précède, l'invention concerne également un calculateur électronique installé sur un moteur à combustion interne, pour déterminer donc un réglage de bon fonctionnement de ce moteur, une particularité du calculateur étant, conformément à l'invention, que l'on modélise dans ce calculateur, la loi d'évolution du débit d'air MAF en fonction de la pression d'admission MAP, pour différents régimes moteur N , en tenant compte dans ce modèle, au moins pour certaines valeurs de pression MAP, de valeurs au carré et/ou cube de ladite pression MAP.

Une description plus détaillée de l'invention va maintenant être fournie en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 montre, pour trois régimes moteur différents, une évolution de débit MAF en fonction d'une pression d'air d'admission MAP, ceci pour un moteur à essence, à injection indirecte, d'une cylindrée de deux litres,

la figure 2 montre trois courbes figurant, pour trois régimes moteur différents, une évolution de débit MAF en fonction d'une pression MAP, ceci pour un moteur à essence quatre temps de 125 cm3, la figure 3 montre schématiquement un cylindre d'un moteur à essence avec notamment un collecteur d'admission, un cylindre et un collecteur d'échappement.

Typiquement, il était connu à la date de l'invention que, sur un certain nombre de moteurs à combustion interne (en particulier des moteurs à essence à injection indirecte) et dans des conditions standard de pression atmosphérique et de température du(des) cylindre(s) moteur, le débit d'air MAF admis dans ce cylindre peut être modélisé selon la formule suivante : (1) MAF = Si x N x MAP - Ofs (N), avec
MAF : débit d'air entrant dans le cylindre à un régime moteur établi,
Si : constante,
N : régime moteur,
MAP : pression dans le (un des) collecteur(s) d'admission relié(s) au cylindre,
Ofs (N) : constante non nulle correspondant à la valeur du débit d'air MAF à la pression MAP nulle et au régime moteur N.

A partir d'une telle loi d'évolution, une série de courbes telles qu'illustrées sur la figure 1 ont pu être construites.

Les trois courbes illustrées correspondent chacune à un régime moteur différent de celui des deux autres.

On constate que dans ce cas, à droite de chacune des courbes, pour des pressions d'air MAP élevées (de l'ordre de 1000 millibars), chaque courbe commence à s'écarter de la droite affine qui la représente sur le reste de la gamme des valeurs de pression MAP.

Or, il s'est avéré que cette dérive pouvait être beaucoup plus importante et devenir dommageable pour un bon fonctionnement du moteur, en venant notamment perturber le dosage carburant/comburant.

Comme déjà indiqué, ceci a été constaté en particulier sur les moteurs "de petite cylindrée" lorsque Vc/C<1
En particulier sur ce type de moteurs (qui seront typiquement des moteurs à essence à injection indirecte), il s'est avéré que du fait du faible volume des collecteurs d'admission et/ou de la faible cylindrée, on obtient un écrêtage des

valeurs de pression MAP à la pression atmosphérique lorsque la soupape d'admission se ferme.

Sur la figure 2, on a d'ailleurs représenté, sur un moteur à essence quatre temps, monocylindre, à injection indirecte de 125 cm3, une série de courbes montrant l'évolution du débit d'air MAF en fonction de la pression MAP, et l'on constate bien dans la partie droite des courbes, une dérive encore plus nette que celle de la figure 1, cette dérive survenant à des pressions MAP différentes, suivant les régimes moteur.

C'est pour cela que l'on a choisi, dans l'invention, de fournir au calculateur une loi d'évolution modélisée du débit d'air MAF, en tenant compte de l'évolution au carré et/ou au cube de la pression MAP, à différents régimes moteur N.

La figure 3 montre la manière dont on va intervenir à cet effet.

Sur cette figure, le repère 1 montre schématiquement un cylindre 1 du moteur précité de 125 cm3, avec un collecteur 3 d'échappement de gaz et un collecteur 5 d'admission du fluide nécessaire au fonctionnement du moteur.

Le collecteur d'admission 5 comprend une première partie 5a et une seconde partie 5b entre lesquelles est interposé un "plénum d'admission" 7 dans lequel ne circule que de l'air et consistant en une chambre de section plus importante que celle des tronçons de collecteur 5a, 5b. Le tronçon 5b est relié à la chambre de combustion (ou chambre d'explosion) 9 à travers l'orifice 11où est située la soupape d'admission 13. Une soupape d'échappement 15 contrôle le passage entre la chambre 9 et le collecteur d'échappement 3.

17 désigne le piston qui se déplace dans le cylindre 1.

L'arrivée du carburant n'a pas été représentée.

19 désigne l'organe régulateur du débit d'air d'admission (typiquement un papillon monté pivotant) disposé à l'intérieur du tronçon du collecteur 5a, en amont du plénum d'admission 7 (qui pourrait ne pas exister).

Encore en amont, le tronçon du collecteur d'admission 5a est relié au filtre à air schématisé en 21.

En 23, une sonde de pression d'air va permettre d'effectuer des prises de pression à l'endroit du plénum 7 sur un moteur de série en fonctionnement, pour fournir "en temps réel" le bon dosage carburant/comburant, via la connaissance ici du débit d'air MAF.

Il s'agira de mesures échantillonnées de pression, et ce de préférence de façon asynchrone par rapport au cycle de rotation du moteur A ces mesures sera

associé de préférence un filtrage électronique, pour obtenir des données numériques moyennées.

Le rythme d'acquisition des mesures pourrait être par exemple toutes les quatre à cinq millisecondes.

Toujours sur la figure 3, on a au demeurant schématisé en 25 un convertisseur analogique/numérique relié au capteur 23 et, en 27, le filtre numérique qui reçoit les données converties avant de les transmettre, une fois filtrées, vers un calculateur numérique 29 adapté pour en particulier déterminer le débit d'air MAF le plus approprié, et donc définir un rapport stoechiométrique carburant/comburant performant.

On notera que si l'on effectue des relevés asynchrones de pression, on pourra utiliser un calculateur moins sophistiqué.

Ainsi, ce seront avantageusement des valeurs de pression d'air MAP moyennées, par filtrage électronique, que l'on fournira au calculateur pour obtenir les valeurs de débit d'air MAF.

Pour cela, on choisira avantageusement un filtre passe-bas ayant une constante de temps pilotée en fonction de l'un au moins des paramètres suivants : -- variation de la vitesse de rotation du moteur, -- gradient d'ouverture ou de fermeture de l'organe régulateur 19, -- accélération du moteur.

Ainsi, si la valeur de la pression MAP fournie en sortie du filtrage numérique "glissant", c'est-à-dire permettant d'obtenir, à une étape de filtrage de rang n, une valeur moyennée fonction des résultats de l'étape n - 1 et la remplaçant, atteint ou dépasse une valeur déterminée, ce sera alors la loi d'évolution (2) ci-après qui sera prise en compte dans le calculateur pour fournir le débit MAF.

Le modèle de cette loi d'évolution entrée dans le calculateur sera de préférence la suivante (2) MAF = [(So x MAP3) - (Si x MAP2) + (S3 x MAP) ] x N - Ofs (N), avec
So, Si, S3 : constantes,
Ofs (N) : valeur du débit d'air MAF, à pression MAP nulle et au régime moteur N.

Comme on l'a déjà compris, cette loi d'évolution qui tient compte du carré et du cube de la pression d'air d'admission MAP a été établie à la suite d'une campagne

de tests sur banc du même moteur, ou plus généralement d'un moteur de la même série.

Si un seuil de pression MAP à partir duquel on fait établir par le calculateur le débit d'air MAF à utiliser à partir, non pas de la formule (1), mais de la formule (2) est à déterminer, alors ce seuil dépendra avantageusement d'une valeur moyennée fournie en sortie du filtre numérique 27.

A cet égard, il est à noter que la pression MAP est une fonction continue qui évolue avec la position (plus ou moins ouverte) de l'organe régulateur 19 et le régime de rotation N du moteur.

Pour tenir compte au mieux de l'évolution de cette pression dans un moteur en fonctionnement, on conseille au demeurant que la valeur précitée de seuil (définie bien entendu lors de la campagne initiale de tests sur banc) tienne compte : -- desdites valeurs de pression moyennées filtrées, -- et de valeurs de pression d'admission instantanée relevées sensiblement à l'ouverture de la soupape d'admission interposée entre le cylindre et le collecteur d'admission considérés.

On notera également que prendre en compte ainsi l'évolution au carré et/ou au cube de la pression MAP filtrée, pour différents régimes moteur N, permet de fournir des données de réglage moteur en utilisant un calculateur relativement peu sophistiqué, ceci étant d'autant plus vrai si l'on fait effectuer par ce calculateur des mesures de pression MAP dans le plénum selon des relevés échantillonnés de façon asynchrone par rapport aux cycles de fonctionnement du moteur.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour déterminer un réglage de bon fonctionnement d'un moteur, ou d'une série de moteurs, à combustion interne en fonction de la pression d'air dans au moins un collecteur d'admission (5,7) du moteur, dans lequel : -- on conduit une campagne de tests sur banc du moteur ou d'un moteur de la série, pour établir une loi d'évolution du débit d'air MAF entrant dans un cylindre (1) du moteur relié audit collecteur d'admission, en fonction de la pression d'admission MAP issue de ce collecteur d'admission, ceci à différents régimes moteur, puis, -- sur un moteur de série en fonctionnement : # on relève la pression d'air dans ledit collecteur (5,7) d'air d'admission du moteur, # on fournit une valeur correspondante de pression d'air MAP à un calculateur (27), auquel on fournit également le régime N moteur lui correspondant, # et on en déduit ledit débit d'air, en fonction de la loi d'évolution établie, caractérisé en ce qu'au moins pour certaines valeurs de pression MAP, on fournit au calculateur (27), comme loi d'évolution, un modèle corrigé qui tient compte de l'évolution aux degrés 2 et/ou 3 de la pression MAP, à différents régimes moteur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que : -- on établit ladite loi d'évolution du débit d'air en fonction de la pression dans le collecteur d'admission (5,7), en considérant que :

MAF = S1 x MAP - Ofs (N) avec MAF : d'air entrant dans le cylindre,

Si : constante,

N : régime du moteur,

MAP : pression d'air dans le collecteur d'admission relié au cylindre considéré,

Ofs (N) : valeur, à un régime moteur donné N, du débit MAF à une pression MAP nulle, -- et, au moins pour lesdites certaines valeurs de pression MAP, on introduit une correction de la valeur du débit MAF selon le modèle corrigé pour tenir compte d'une différence existant entre la valeur réelle du débit MAF, à une valeur déterminée de la pression MAP et à un régime N moteur donné, et celle fournie par ladite loi

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que : -- pour successivement une série de régimes moteur N, et jusqu'à une certaine valeur de pression MAP, on établit ladite loi d'évolution en la modélisant par une série correspondante de droites affines (a) y = ax - b, avec: y = MAF x = MAP a = a1 x N (ai est une constante) b = a2 x N (a2 est une constante), -- et, à partir d'un seuil de pression MAP, on applique ledit modèle corrigé pour tenir compte d'une différence entre la valeur réelle du débit MAF et sa valeur selon le modèle (A), au delà du seuil, en remplaçant pour cela b par b', avec : b' = f (N, MAP2, MAp3) + a3 x N de sorte que l'évolution du débit MAF devient fonction non seulement du régime moteur N, mais également de l'évolution au carré et au cube de la pression MAP.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins pour lesdites certaines valeurs de pression MAP, on fournit au calculateur (27) comme modèle corrigé celui établi suivant la loi :

MAF = [(So x MAP3) - (Si x MAP2) + (S3 x MAP) ] x N - Ofs (N), avec :

So, Si, 83 : constantes,

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on applique la modélisation corrigée , lorsque

Vc < 1 avec Vc : volume du collecteur d'admission (5), ou du plénum (7) de ce collecteur, où les mesures de pression MAP sont effectuées,

C : cylindrée du moteur.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on applique la modélisation corrigée , lorsque

C : cylindrée du moteur.

Ne : nombre de cylindres du moteur,

avec Vc : volume du collecteur d'admission (5), ou du plénum (7) de ce collecteur, où les mesures de pression MAP sont effectuées,

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on fournit au calculateur une pression MAP qui a été relevée dans le (l'un des) collecteur(s) d'admission (5,7) par un capteur de pression et qui est ensuite passée dans un filtre numérique (27) fournissant une valeur de pression moyennée.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisée en ce que, pour déterminer lesdites au moins certaines valeurs de pression MAP auxquelles s'applique le modèle corrigé, on définit une valeur de pression d'admission au delà de laquelle le modèle corrigé s'applique, en tenant compte : -- desdites valeurs de pression moyennées filtrées, -- et de valeurs de pression instantanée d'air d'admission relevées sensiblement à l'ouverture de la soupape d'admission (13) interposée entre le cylindre et le collecteur d'admission considérés.

9. Calculateur installé sur un moteur à combustion interne, pour déterminer un réglage de bon fonctionnement de ce moteur, ou d'une série de moteurs à combustion interne, caractérisé en ce que : -- dans ce calculateur (27), on modélise la loi d'évolution du débit d'air MAF entrant dans un cylindre (1) du moteur relié à un collecteur d'admission (5,7) dans lequel circule au moins de l'air, en fonction de la pression d'air MAP issue dudit collecteur d'admission, pour différents régimes moteur N, et, -- au moins pour certaines valeurs de pression MAP, on tient compte dans ce modèle de valeurs au carré et/ou cube de ladite pression MAP.