FR2839746A1 - Procede de commande de moteur a combustion interne - Google Patents

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Abstract

Procédé de commande d'un moteur à combustion interne (1) comprenant des soupapes d'admission (5) actionnées d'une manière intermittente, selon lequel chaque fois est introduit du carburant dans une chambre de combustion (3) et est réglé un débit d'air de combustion (MF) entrant dans la chambre de combustion (3) en passant par un trajet d'admission (2), une pression (P) dans le trajet d'admission étant relevée et deux organes de réglage (8, 9), montés l'un derrière l'autre dans le trajet d'admission (2) et influant chacun sur le débit d'air (MF), étant utilisés pour le réglage du débit d'air (MF), procédé dans lequel la pression est déterminée dans le trajet d'admission entre les deux organes de réglage (8, 9) et la position des organes de réglage (8, 9) est mesurée, avant l'introduction de carburant le débit d'air entrant dans la chambre de combustion (3) du moteur à combustion interne (1) une fois terminée l'ouverture de la soupape d'admission fait l'objet d'un pronostic à partir des valeurs de mesure de pression (P) et de position des organes de réglage (8, 9) et le débit de carburant introduit est choisi en fonction du débit d'air (MF) ayant fait l'objet du pronostic.

Description

l'amont vers l'aval.
L'invention concerne un procede de commande d'un moteur a combustion interne comprenant des soupapes d'admission actionnees d'une maniere intermittente, selon lequel chaque fois du carburant est introduit dans une chambre de combustion et un debit d'air de combustion, entrant dans la chambre de combustion en passant par un trajet d'admission, est regle, une pression dans le trajet d'admission etant determinee et deux organes de reglage, montes l'un derriere l'autre dans le trajet d 'admission et influant chacun s ur le debit d 'ai r, eta nt utilises pour le
reglage du debit d'air.
En particulier dans le cas d'un moteur a combustion interne a formation exterieure de melange, il est connu de commander, au moyen d'un organe de reglage prevu dans le trajet d'admission, le debit massique d'air de combustion et done le remplissage dans les chambres de combustion du moteur. Habituellement, cet organe de reglage est realise sous forme d'un papillon des gaz au moyen duquel la section transversale du trajet d'admission peut etre fermee. La position du papillon des gaz exerce alors directement son action sur le remplissage. Si le papillon des gaz n'est pas totalement ouvert, I'air admis par le moteur est alors ltobjet d'un etranglement et done le couple delivre par le moteur est reduit. Cet effet d'etranglement depend de la position et done de la section transversale d'ouverture du papillon des gaz. Pour un papillon des gaz totalement ouvert, c'est le couple maximal qui est delivre par le
moteur.
Pour obtenir une commande optimale du papillon des gaz, celui-ci est actionne par un entranement de reglage avec information de retour de position. II est prevu un dispositif de commande qui calcule l'ouverture necessaire du papillon des gaz en tenant compte de l'etat actuel de regime du moteur et commande I'entrainement de mglage du papillon des gaz. A cet effet, ur. position de la pedale
d'accelerateur est exploitee au moyen d'un capteur de valeur de pedale.
Lors du fonctionnement du moteur, la determination du debit massique d'air entrant dans les chambres de combustion du moteur presente une importance decisive. EP 0 820 559 B1 propose a cet egard un procede, base sur un modele, selon lequel une grandeur caractbristique pour le remplissage, a savoir le debit massique d'air ou la pression de tubulure d'admission, est mesuree et est utilisee dans une formation de modele en vue de la determination tres precise du remplissage. De ce fait, il est possible, au moyen d'un reglage de papillon des gaz approprie, de realiser d'une maniere exacte un remplissage de consigne qui serait par
exemple calcule a partir d'un couple demande.
Afin de maintenir aussi falbles que possible les pertes se presentant sur le papillon des gaz, il est connu de pouvoir commander les soupapes d'admission avec une course de soupape variable, en tent que second organe de reglage dans le trajet d'admission. Les soupapes d'admission s'ouvrent alors avec une course reglable, de sorte que, au moins dans certaines phases de fonctionnement du moteur, il est possible de ne pas faire appel a ['action du papillon des gaz. Le remplissage du moteu r est alors comma nde exclusivement au moyen du reg lage de la course de soupape. Dans le cas de moteurs a combustion interne recevant a ['admission un melange, le melange est forme a l'exterieur de la chambre de combustion. II est par exemple prevu un dispositif d'injection individual dans lequel il est associe, a cheque chambre de combustion d'un moteur a plusieurs cylindres, un injecteur qui introduit directement le carburant avant la soupape d'admission. Cela permet une commande visant a attribuer a chaque chambre de combustion le debit massique de carburant convenable. Grace a ['injection d'un debit massique de carburant fourni d'une maniere precisement dosee directement avant la soupape d'admission, la formation de melange est amelioree et un mouillage de paroi, indesirable, du trajet d'admission est evite. Pour toutefois pouvoir determiner le debit de carburant convenable, il convient
de tenir compte du debit d'air de combustion.
Cela est valable non seulement pour des systemes a formation exterieure de melange, mais egalement dans le cas d'une formation interieure de melange, done lorsque du carburant est introduit directement dans les chambres de combustion d'un moteur. Ceci etant, I'invention a pour but de perfectionner un procede, du type generique defini en introduction, de fagon a obtenir une commande optimale de
I'introduction de carburant.
A cet effet, I'invention a pour objet un procede de commande d'un moteur a combustion interne comprenant des soupapes d'admission actionnees d'une maniere intermittente, selon lequel cheque fois est introduit du carburant dans une chambre de combustion et est regle un debit d'air de combustion entrant dans la chambre de combustion en passant par un trajet d'admisslon, une pression dans le trajet d'admission etant relevee et deux organes de reglage, montes l'un derriere l'autre dans le trajet d'admission et influant chacun sur le debit d'air, etant utilises pour le reglage du debit d'air, caracterise en ce que la pression est determinee dans le trajet d'admission entre les deux organes de reglage et la position des organes de reglage est mesuree, en ce qutavant ['introduction de carburant, le debit d'air entrant dans la chambre de combustion du moteur a combustion interne une fois terminee l'ouverture de la soupape d'admission fait ['objet d'un pronostic a partir des valeurs de mesure de pression et de position des organes de reglage et, en ce que le debit de carburant
introduit est choisi en fonction du debit d'air ayant fait ['objet du pronostic.
Le procede selon ['invention peut en outre comporter les caracteristiques suivantes: - les variations dans le temps de la pression et de la position d'au moins un organe de reglage vent utilisees pour le pronostic; - un modele qui lie le debit d'air, la pression et la position des deux organes de reglage est utilise pour le pronostic; - le modele comprend deux modeles partiels, un premier modele partiel reproduisant le debit d'air dans la chambre de combustion en fonction de la pression et de la position du second organe de reglage et un second modele partiel reproduisant la pression en fonction du debit d'air et de la position du premier organe de reglage; - un papillon des gaz est utilise en tent que premier organe de reglage et un dispositif de reglage de course de soupape d'admission en tent que second organe
de reglage.
L'invention procede done a ltetablissement d'un pronostic concernant le debit d'air qui sera disponible pour la combustion, et sera introduit a un certain instant avant le carburant, et commande le debit de carburant introduit en fonction du debit d'air, ayant fait ['objet du pronostic, qui sera disponible pour la combustion. Etant donne que le debit d'air passant par le trajet d'admission menant a la chambre de combustion subit ['influence de deux organes de reglage qui peuvent etre commandes independamment l'un de l'autre, il est prevu, conformement a ['invention, de determiner egalement la pression dans le trajet d'admission entre les deux organes de reglage, une mesure pouvant avantageusement etre effectuee. D'une maniere facultative, il est egalement possible d'utiliser une mise en equation formant modele appropriee. En outre, la position des organes de reglage est exploitee. Gela est necessaire pour pouvoir faire un pronostic concernant le remplissage de la chambre
de combustion.
Le procede permet d'utiliser librement au choix les organes de reglage pour regler le remplissage, sans que solent a craindre des effets negatifs sur l'apport dose
correct de carburant.
Les parametres de fonctionnement du moteur vent exploitee d'une maniere appropriee en vue du pronostic, par exemple le comportement dynamique des organes de reglage peut etre detecte et il peut en etre tenu compte d'une maniere appropriee. D'une maniere avantageuse, il est prevu que les variations dans le temps de la pression et de la position d'au moins un organe de reglage vent utilisees pour le pronostic. On obtient une precision accrue lorsque le comportement dynamique des
organes de reglage est egalement integre.
Dans le cas de deux organes de reglage d isposes da ns le trajet d 'ad mission qui influent sur le debit d'air, c'est regulierement un premier organe de reglage qui agit sur la pression dans le trajet d'admission, laquelle influe alors a son tour sur le debit d'air dans la chambre de combustion, tandis que l'autre organe de reglage, qui est situe da ns le trajet d'ad mission en aval vis-a-vis de celui precede mment cite, influe
regulierement d'une maniere directe sur le debit d'air dans la chambre de combustion.
On obtient un pronostic devant etre effectue d'une maniere particulierement simple lorsqu'un modele qui lie le debit d'air, la pression et la position des deux organes de reglage est utilise pour le pronostic. II est alors par exemple possible d'utiliser un modele statique qui fournit un pronostic d'une maniere qui est econome en type de
calcul, en utilisant la regle conjointe et moyennant une simplification intelligente.
Les moyens de calcul necessaires sont-particulierement reduits lorsque le modele comprend deux modeles partiels, un premier modele partiel reproduisant le debit d'air dans la chambre de combustion en fonction de la pression et de la position du second organe de reglage et un second modele partiel reproduisant la pression en
fonction du debit d'air et de la position du premier organe de reglage.
Les organes de reglage vent habituellement realises sous forme de papillon des gaz et de dispositif de reglage de course de soupape d'admission, etant donne qu'alors, un fonctionnement du moteur avec un rendement le plus eleve possible peut
etre obtenu en vue de reduire des pertes inutiles sur le papillon des gaz.
L'invention est exposee ci-apres plus en detail, a titre d'exemple, en regard des dessins. Sur ceux-ci, on volt: a la figure 1, une representation de principe d'un trajet d'admission d'un moteur a combustion interne a allumage commande et, a la figure 2, un schema de deroulement de differentes operations lors de la
commande du moteur.
Le moteur a combustion interne 1 est represente schematiquement a la figure 1 en ce qui concerne son cote d'admission. II comprend un trajet d'admission 2 par
lequel de l'air de combustion parvient dans les chambres de combustion du moteur 1.
Une chambre de combustion 3 est representee schematiquement a la figure 1. Les gaz d'echappement de la combustion passent dans un trajet d'echappement 4. La chambre de combustion 3 est raccordee au trajet d'admission 2 par l'intermediaire d'une soupape d'admission 5 et au trajet d'echappement 4 par l'intermediaire d'une soupape d'echappement 6. En outre, une bougie d'allumage 7, qui provoque I'inflammation d'un melange admis et comprime, fait saillie dans la chambre de
combustion 3.
La course de la soupape d'admission peut etre reglee au moyen d'une unite de reglage de course de soupape 8, laquelle est indiquee schematiquement a la figure 1 au moyen d'une double fleche. Ainsi, en fonction du reglage de ['unite de reglage de course de soupape 8, la soupape d'admission 5, qui est actionnee au moyen d'un entrainement forme d'un arbre a cames (non represente), execute une course maximale d'une grandeur variable qui est situee entre une valeur minimale et une valeur maximaie de course de soupape. Pour des raisons de simplicite, on ne lO parle ici que de la "course de soupape", etant entendu que cela designe la levee maximale de la soupape d'admission 5 pendant une operation d'ouverture. La course de soupape est detectee par un capteur de course de soupape (non represente a la
figure 1).
II est en outre prevu, dans le trajet d'admission 2, un papillon des gaz 9 qui est actionne par un entranement de reglage avec information de retour de position. Pour ['information de retour de position, il est prevu un capteur de papillon des gaz (non represente a la figure 1) qui delivre une valeur de mesure concernant ['angle
d'ouverture du papillon des gaz.
II est prevu, dispose en amont du papillon des gaz 9 suivant le sens d'ecoulement et a proximite de ['entree du trajet d'admission 2, un capteur de debit massique d'air 10 (dispositif de mesure de debit massique d'air) qui detecte le debit massique d'air MF passant dans le trajet d'admission 2. Un tel capteur de debit massique d'air 10 est connu pour un systeme de commande de moteur a combustion
interne qui est pilote par le debit massique d'air.
11 est en outre prevu, entre le papillon des gaz 9 et la soupape d'admission 5, un capteur de pression 11 qui mesure en cet endroit la pression dans le trajet d'admission 2. Une telle mesure de la pression de tubulure d'admission P est egalement connue dans le cas de concepts de commande qui vent pilotes par la
pression de tubulure d'admission.
Le moteur a combustion interne est commande par un dispositif de commande (non represente) auquel des valeurs de mesure concernant des parametres de
fonctionnement du moteur 1 vent envoyees.
Sur le moteur 1 represente schematiquement, la valeur reelle du debit massique d'air MF est detectee au moyen du capteur de debit massique d'air 10. Le capteur de pression 11 mesure la valeur reelle de la pression de tubulure d'admission P et un capteur de course de soupape detecte la valeur reelle de la course de soupape. La figure 2 represente un schema de deroulement de differentes operations dans le moteur 1, les evolutions etant portees en fonction d'un angle de vilebrequin W et seules les operations correspondent a une chambre de combustion 3 d'un moteur 1 a plusieurs cylindres etant representees. Des fourchettes 11 hachurees representent symboliq uement l'ouvertu re de soupape d 'admission, c'est-a-d ire les intervalles de
temps ou positions de vi lebrequin pour lesq uels la soupape d'ad mission 5 est ouve rte.
Une fois la soupape d'admission 5 fermee, il est realise un pronostic 12 suivant lequel le debit massique d'air entrant dans la chambre de combustion 3 pendant l'ouverture
de soupape d'admission 11 suivante est pronostique.
Ce pronostic, qui devra encore etre decrit ci-apres en detail, sert a mesurer d'une maniere optimale le debit massique de carburant injecte pour la chambre de combustion 3 lors d'une injection 13 qui suit, de sorte qu'un melange conforme au souhait se presente alors dans la chambre de combustion 3. Dans le cas de moteurs a combustion interne a melange pauvre, le debit massique de carburant qui est introduit avec ['injection 13 permet de regler le couple delivre par le moteur 1. Le debit massique de carburant fourni pendant ['injection 13 est alors couple directement au debit massique d'air qui est parvenu dans la chambre de combustion 3 pendant l'ouverture de la soupape d'admission 11. Cela est egalement valable pour un moteur a combustion interne a melange stoechiometrique dans lequel le debit massique d'air et le debit massique de carburant vent dans le rapport stoechiometrique l'un vis-a-vis
de l'autre.
Dans i'injection 13, le debit massique de carburant injecte est habituellement regle au moyen de la duree de ltoperation d'injection, etant donne que, la plupart du temps, la pression d'injection est constante, c'est-a-dire n'est pas modifiable. Par contre, pour des systemes dans lesquels le flux de carburant pendant ['injection 13 peut etre modifie, il est possible de faire varier le debit massique de carburant
independamment de la duree d'injection.
A la suite de ['injection 13, il se produit une ouverture de soupape d'echappement 14 et les gaz d'echappement vent expulses de la chambre de combustion 3 dans le trajet d'echappement 4. Lors de l'ouverture de soupape d'admission 11 qui suit, un melange air-carburant passe alors par la soupape d'admission 5 pour entrer dans la chambre de combustion 3, tandis qu'a la fin de l'ouverture de soupape d'admission 11, il passe dans la chambre de combustion 3 un debit massique d'air auquel ['injection 13 qui a deja eu lieu est adaptee en raison du
pronostic 12.
Lorsque la soupape d'admission 5 est fermee, il se produit un allumage 15 du melange et un cycle de travail suit avec une expulsion suivante du melange brule,
pendant une nouvelle ouverture de soupape d'echappement 14.
Le pronostic 12 determine le debit massique d'air qui est introduit dans la chambre de combustion 3 apres la fin de ltouverture de soupape d'admission 11. II est utilise a cet effet un modele qui represente le debit massique d'air MF un dans la chambre de combustion 3 en fonction de la pression P dans le trajet d'admission et d'un parametre de course de soupape V MF = F(P, V) (equation 1), F representant d'une mani;ere symbolique la relation fonctionnelle. La derivee de ce modele par rapport au temps donne au moyen de la regle conjointe dMF=8F.p+8FV dt bP V (equation 2),
dans laquelle represente la derivee partielle.
Ainsi que le montre la figure 2, le pronostic 12 a lieu, considere dans le temps, sur un certain nombre H de segments, par exemple sur quatre segments dans la forme de realisation de la figure 2. Une application de la regle du trapeze effectuee H fois permet, en partant du debit massique d'air du segment actuel MF(n) et du debit massique d'air du segment precedent MF(n - 1) et en tenant compte des derivees du debit massique pronostique, de realiser une approximation apres H segments qui est la suivante MF(n + H) = (MF(n) + 0,5 TA H(dt MF(n -1) + dt MF(n)) (equation 3),
ou TA correspond a la duree du pas d'analyse, done a la duree d'un segment.
En utilisant ['equation 2, on obtient alors MF(n + H) = MF(n) + 0,5TAH p (P(n -1) + P(n)) + 0,5 TAl1 V (V(n - 1) + V(n))
(equation 4).
Au moyen de ['equation 4, il est possible, sur la base de la pression P dans le trajet d 'ad mission et d u parametre de course de soupape V et de leurs derivees par rapport au temps, de pronostiquer a partir de ces grandeurs le debit massique d'air
qui s'etablit dans les H segments suivants.
S'il existe d'autres grandeurs ayant une influence, il est possible d'en tenir egalement compte en utilisant la regle conjointe d'une maniere analogue a ['equation 2. Pour le debit massique d'air MF dans la chambre de combustion 3, il est possible d'appliquer un modele volumetrique dans le cas duquel des rendements en volume dependent de la vitesse de rotation et de parametres de fonctionnement vent utilises, et il vient alors par exemple ['equation suivante: MF = (F1 P- F2)VF (equation 5), dans laquelle VF represente une fonction de course de soupape dependent du parametre de course de soupape V, c'est-a-dire indique ['influence du parametre de course de soupape V sur le debit massique d'air passant dans la chambre de combustion 3. Le facteur F1 indique la pente d'une courbe de rendement et F2 sa
valeur a l'origine (decalage).
Avec ce modele, on obtient pour ['equation 4 MF(n + H) = tFl{P(n) + 0,5 TA H(P(2 -1) + P()| - F2 F [I + 0,5 T H VF À y (V(n - 1) + V(n)] (equation 6), le produit des ddrives ayant ete supprime comme btant une influence d'ordre plus eleve a negliger. Le facteur 1 OVF
À EF V
peut-etre determine au moyen d'une table caracteristique appropriee.
Dans ['equation 6, tous les parametres servant au pronostic du debit massique d'air vent connus. La derivee numerique de la pression P peut etre calculee d'une maniere multiple, cela etant par exemple decrit dans EP 0 820 055 B1. Toutefois, elle peut egalement etre determinee conformement a la methode connue de calcul des differences. La derivee correspondent au parametre de course de soupape est calculee au moyen d'un systeme d'equations differentielles, en prenant pour base le comportement dans le temps de premier ordre suivant, avec constante de temps T. 1 V = (sY - Y) - (equation 7), avec sV en tent que valeur de consigne pour le parametre de course de soupape. Une integration numerique, par exemple conformement a la regle du trapeze connue ou a la regle d'Euler donne les equations V(n) = TAA (Y(n-l)+ ()) 2 + T (equation 8) Y(n) =-(sY(n) Y(rl)) (equation 9) de sorte qu'ainsi, les grandeurs necessaires a ['exploitation de ['equation 6
vent connues.
Le pronostic 12 est alors effectue au moyen de ['equation 6, le nombre de segments H etant alors choisi de maniere que le pronostic indique le debit massique
d'air a ['instant auquel l'ouverture de soupape d'admission 11 est terminee.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Procede de commande d'un moteur a combustion interne (1) comprenant des soupapes d'admission (5) actionnees d'une maniere intermittente, selon lequel chaque fois est introduit du carburant dans une chambre de combustion (3) et est regle un debit d'air de combustion (MF) entrant dans la chambre de combustion (3) en passant par un trajet d'admission (2) , une pression (P) dans le trajet d'admission etant relevee et deux organes de reglage (8, 9), montes l'un derriere l'autre dans le trajet d'admission (2) et infl uant chacun sur le debit d'air (M F), etant utilises pour le reglage du debit d'air (MF), caracterise en ce que a) la pression est determinee dans le trajet d 'ad mission entre les deux organes de reglage (8, 9) et la position des organes de reglage (8, 9) est mesuree, b) avant ['introduction de carburant, le debit d'air entrant dans la chambre de combustion (3) du moteur a combustion interne (1) une fois terminee l'ouverture de la soupape d'admission fait ['objet d'un pronostic a partir des valeurs de mesure de pression (P) et de position des organes de reglage (8, 9) et c) le debit de carburant introduit est choisi en fonction du debit d'air (MF) ayant
fait ['objet du pronostic.
2. Procede suivant la revendication 1, caracterise en ce que les variations dans le temps de la pression (P) et de la position d'au moins un organe de reglage (8,
9) vent utilisees pour le pronostic de ['operation c).
3. Procede suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caracterise en
ce qu'un modele qui lie le debit d'air (MF), la pression (P) et la position des deux
organes de reglage (8, 9) est utilise pour le pronostic.
4. Procede suivant la revendication 3, caracterise en ce que le modele comprend deux modeles partiels, un premier modele partiel reproduisant le debit d'air (MF) dans la chambre de combustion (3) en fonction de la pression (P) et de la position du second organe de reglage (8) et un second modele partiel reproduisant la pression (P) en fonction du debit d'air (MF) et de la position du premier organe de
reglage (9).
5. Procede suivant l'une quelconque des revendications 1 a 4, caracterise en
ce qu'un papillon des gaz (9) est utilise en tent que premier organe de reglage et un dispositif de reglage de course de soupape d'admission (8) en tent que second
organe de reglage.
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