FR2878905A1 - Procede de gestion d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (10) selon lequel on détermine ou on saisit la pression de gaz (p) (pression de gaz individuelle par cylindre) régnant dans un cylindre (12) d'un moteur à combustion interne (14). On détermine (48) une masse de gaz (mL) individuelle par cylindre à l'aide de la pression de gaz (p) individuelle par cylindre.

Description

Domaine de l'invention

L'invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne selon lequel on détermine ou on saisit la pression de gaz (p) (pression de gaz individuelle par cylindre) régnant dans un cylindre d'un moteur à combustion interne.

L'invention concerne également un programme d'ordinateur, un support de mémoire électrique, une installation de commande et/ou de régulation d'un moteur à combustion interne ainsi qu'un tel moteur à combustion interne.

Etat de la technique On connaît un procédé du type défini ci- dessus selon le document DE 102 40 492 Al. Ce document décrit une régulation de compensation de dosage et une régulation de ralenti utilisant entre autres les signaux fournis par des capteurs de pression qui saisissent la pression de gaz régnant dans les chambres de combustion des différents cylindres. La raison de cette mesure est que pour des erreurs de quantité dans le dosage du carburant, on peut avoir des irrégularités gênantes de régime. Une régulation de compensation de quantité ou régulation de ralenti permet de compenser, dans le fonctionnement par exemple d'un moteur diesel, les défauts de dose injectée qui se traduisent par des différences de couple et ainsi des irrégularités de régime; dans le cas des moteurs diesel, cela améliore considérablement le con-fort qui comme on le sait est critique dans la plage des bas régimes. Un capteur de pression saisissant la pression de gaz individuelle par cylin- dre est décrit dans le document DE 197 49 814 Al.

Dans les moteurs à combustion interne actuels, les conditions relatives aux caractéristiques des gaz d'échappement deviennent de plus en plus strictes. En outre, on utilise de plus en plus de nouveaux procédés de combustion, tels que par exemple la combustion die- sel homogène. Pour répondre ainsi aux exigences, il faut utiliser des moyens de régulation et/ou de commande fonctionnant de manière individuelle par cylindre.

But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé du type défini ci-dessus de manière à permettre de régler aussi exactement que possible le mélange fourni à une chambre de combustion.

Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'on détermine une masse de gaz individuelle par cylindre à l'aide de la pression de gaz individuelle par cylindre.

Ce problème est également résolu par un programme d'ordinateur ainsi qu'un support de mémoire électrique et une installation de commande et/ou de régulation mettant en oeuvre ce procédé.

Enfin, le problème est résolu par un moteur à combustion interne du type défini ci-dessus mettant en oeuvre ce procédé.

Le procédé selon l'invention permet de disposer de grandeurs utilisables pour une masse de gaz individuelle par cylindre (ou propre à chaque cylindre, encore appelée charge de cylindre) à la fois pour la régulation et/ ou pour la commande du moteur à combustion interne. Si toutefois, on connaît la masse de gaz effective individuelle par cylindre, on peut régler avec une grande précision individuellement le mélange dans chaque cylindre. Cela permet d'améliorer les émissions du moteur à combustion interne et la mise en oeuvre de procédés de combustion spécifiques permettant finalement de réduire la consommation de carburant du moteur à combustion interne.

Suivant une caractéristique du procédé, dans le cas d'un moteur à combustion interne à plusieurs cylindres, on forme une pre- mière grandeur de comparaison à partir des masses de gaz individuelles par cylindre et on la compare à une seconde grandeur de comparaison obtenue indépendamment de la masse de gaz individuelle par cylindre. Cette grandeur de comparaison peut être par exemple le débit massique d'air formé à partir des masses de gaz individuelles par cylindre et de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne. La comparaison, selon l'invention, permet d'augmenter soit la précision de la détermination des masses de gaz individuelles par cylindre soit encore la précision de la seconde grandeur de comparaison.

Selon un développement, on détermine la seconde gran- deur de comparaison à partir du signal fourni par un capteur de masse d'air. Un tel capteur équipe habituellement les moteurs à combustion interne et permet de fournir une grandeur de comparaison redondante de la première grandeur de comparaison et une seconde grandeur de comparaison très précise. On peut encore augmenter la précision en corrigeant de manière dynamique le signal du capteur de masse d'air ou débitmètre massique d'air. Il s'agit par exemple de l'effet de mémoire d'un éventuel radiateur d'air de suralimentation ou tenant compte de la conduite d'admission. Le signal du débitmètre massique d'air peut utiliser alors, pour former la seconde grandeur de comparaison, seulement s'il y a par exemple une réintroduction des gaz d'échappement.

En fonction de la comparaison, on peut corriger un modèle qui détermine un paramètre de fonctionnement ou d'influence du moteur à combustion interne, ou encore on corrige directement le paramètre de fonctionnement ou la grandeur d'influence. Un tel paramètre de fonctionnement ou d'influence peut être par exemple une température de gaz modélisée dans la chambre de combustion d'un cylindre. Cela permet d'augmenter la précision de la commande ou de la régulation du moteur à combustion interne.

La concrétisation d'une telle correction peut, par exem- pie, consister à introduire la différence entre la première valeur de comparaison et la seconde valeur de comparaison dans un régulateur PI (proportionnel-intégral) qui corrige un modèle servant à déterminer le paramètre de fonctionnement ou d'influence (structure d'observation), ou directement ce paramètre de fonctionnement ou d'influence. Une telle correction peut se réaliser simplement par programme.

Il est en outre avantageux de saisir la température de l'air d'admission à l'aide d'un capteur si, à partir de la température saisie, on détermine la température de la masse de gaz individuelle par cylindre au moins à un instant auquel la soupape d'admission du cylindre se ferme (température individuelle par cylindre) et si la température individuelle par cylindre et la pression individuelle par cylindre sont utilisées pour calculer la masse de gaz individuelle par cylindre. Un tel capteur mesurant la température de l'air aspiré équipe de toute façon de nombreux moteurs à combustion interne si bien que son utilisation n'entraîne aucun coût supplémentaire. A l'aide de modèles appropriés, on peut déterminer de manière simple, à partir de cette température, la température de la masse d'air dans la chambre de combustion d'un cylindre à un instant qui précède directement le début de la compression. A l'aide de l'équation générale des gaz parfaits, on peut alors calculer de manière simple la masse des gaz individuelle par cylindre.

On augmente la précision de la détermination de la masse des gaz individuelle par cylindre en tenant compte de l'échange de chaleur entre le gaz et la paroi du moteur à combustion interne pour déterminer la température individuelle par cylindre. Cela concerne par exemple l'échange de chaleur dans le canal d'admission, entre la paroi de ce canal et la veine de gaz d'admission, de même qu'entre la soupape d'admission et la veine de gaz d'alimentation. Pour évaluer ces échanges de chaleur, on peut utiliser la température de culasse également con-nue de manière habituelle ou la température de l'eau de refroidissement du moteur à combustion interne.

On augmente en outre la précision de la détermination de la masse de gaz individuelle par cylindre si, lors de la détermination de la température individuelle par cylindre, on tient compte du gaz résiduel dans la chambre de combustion du cylindre. Ce gaz résiduel peut pro-venir d'une réintroduction de gaz d'échappement interne dans le cylindre ou d'un mélange correspondant avec de l'air frais d'entrée à une température parfaitement définie de la masse des gaz de la chambre de combustion du cylindre.

Il est en outre particulièrement avantageux de déterminer plusieurs fois pendant la phase de compression du cylindre la masse des gaz individuelle par cylindre et de former une valeur moyenne. Cela augmente également la précision de la détermination de la masse des gaz individuelle par cylindre. Il faut toutefois veiller à ce que l'influence de l'échange thermique entre le gaz emprisonné dans la chambre de combustion et les parois de la chambre de combustion augmente avec la compression. Cela peut être pris en compte par un modèle approprié.

La détermination de la masse de gaz est particulièrement simple si le calcul s'appuie sur les conditions limites suivantes: a. la chambre de combustion est un système fermé après la ferme- ture du ou des injecteurs; les défauts d'étanchéité d'une soupape d'admission et/ou d'une soupape d'échappement et/ou d'un joint de piston sont négligés; b. il n'y a pas d'injection de carburant; c. il n'y a pas de combustion dans la chambre de combustion consi- dérée.

Ces conditions limites restreignent la plage du calcul analytique de la masse de gaz présente dans le cylindre à la phase de compression comprise entre l'instant de fermeture de la soupape d'admission ou des soupapes d'admission et le début de la combustion.

Si l'on ne tient pas compte de l'échange thermique entre le gaz emprisonné dans la chambre de combustion et les parois de la chambre de combustion pour faire, par exemple, l'économie d'un plan de calcul, il est avantageux de déterminer la masse de gaz individuelle par cylindre seulement de manière approximative entre l'instant de la fermeture de la soupape d'admission et un angle de vilebrequin de 50 en amont du point mort haut. Dans cette plage de fonctionnement, la pression est encore suffisamment faible pour que le fait de ne pas prendre en compte l'échange de chaleur ne fausse pas de manière trop importante le résultat.

Selon un développement particulièrement avantageux du procédé de l'invention, à partir de la masse de gaz individuelle par cylindre, on calcule un coefficient. individuel par cylindre et on le compare à un coefficient 1 saisi par une sonde 1, et individuel par cylindre ou moyenné pour tous les cylindres. On peut ainsi utiliser non seule- ment le coefficient. mais également une autre grandeur équivalente. Cette comparaison permet de corriger soit un modèle pour déterminer un paramètre de fonctionnement ou d'influence (structure d'observation), soit directement le paramètre de fonctionnement ou d'influence. Enfin, on peut également améliorer la précision de la commande ou de la régulation du moteur à combustion interne.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion in-terne, - la figure 2 montre un ordinogramme d'un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne selon la figure 1, et - la figure 3 montre un ordinogramme d'un autre procédé de gestion du moteur à combustion interne de la figure 1.

Description de modes de réalisation de l'invention

Selon la figure 1, un moteur à combustion interne porte globalement la référence 10. Le moteur à combustion interne comporte quatre cylindres 12a-12d ayant chacun une chambre de combustion 14a-14d; l'air comburant arrive dans l'une des chambres de combustion 14a-14d par une soupape d'admission 16a-16d à laquelle est raccordé un coude d'admission (sans référence) débouchant dans une conduite d'admission 18. Cette conduite ou tubulure d'admission est équipée d'un volet d'étranglement 20 qui règle la veine d'air arrivant dans les chambres de combustion 14a-14d.

Les gaz de combustion des chambres de combustion 14a-14d sont évacués par les soupapes d'échappement 22a-22d dans le collecteur de gaz d'échappement (sans référence) pour passer finale- ment dans une conduite de gaz d'échappement 24. Cette conduite comporte une installation de traitement aval des gaz d'échappement 26, par exemple un filtre à particules ou un catalyseur d'oxydation. Du carburant alimente les chambres de combustion 14a-14d fournies chaque fois par un injecteur 28a- 28d qui injectent directement le carburant dans les chambres de combustion 14a-14d. Les injecteurs 28a-28d sont reliés à un système d'alimentation en carburant 30.

Le fonctionnement du moteur à combustion interne 10 est commandé ou régulé (ou encore géré) par une installation de commande ou de régulation 32. Cette installation de commande, entre au- tres, le volet d'étranglement 20 ainsi que les injecteurs 28a-28d. L'installation de commande et de régulation 32 reçoit les signaux de différents capteurs. Ceux-ci comprennent notamment un capteur de masse d'air (24) (capteur HFM) qui saisit le débit massique de la masse d'air traversant la conduite d'admission 18 ainsi qu'un capteur de tem- pérature 36 qui saisit la température de l'air d'admission traversant la conduite d'admission 18. Un autre capteur de température 38 saisit la température de la culasse du moteur à combustion interne 10 et un capteur de vitesse de rotation 40 saisit la vitesse de rotation (régime) du vilebrequin du moteur à combustion interne 10 non représenté à la fi- gure 1. Chaque chambre de combustion 14a-14d est en outre équipée de son propre capteur de pression 42a-42d qui saisit la pression de gaz régnant dans chaque chambre de combustion 14a-14d. Une sonde 44 associée à la conduite de gaz d'échappement 24 permet de déterminer le coefficient c'est-à-dire la composition du mélange air-carburant.

Dans un exemple de réalisation non représenté, pour commander la puissance on n'utilise pas de volet d'étranglement mais, au lieu de cela, on injecte des quantités de carburant différentes. Cela est notamment vrai pour un moteur à combustion interne en forme de moteur diesel. Dans ce cas, on régule le coefficient de réintroduction des gaz d'échappement directement par l'intermédiaire de la masse d'air frais. Pour réguler la réintroduction des gaz d'échappement, on utilise principalement une soupape de réintroduction des gaz d'échappement. Un mode de fonctionnement déterminé, par exemple pour une régénération de catalyseur d'oxyde NOx, consiste à augmenter le coefficient de réintroduction des gaz d'échappement en agissant sur le volet d'étranglement. Le moteur à combustion interne pourrait en outre être équipé d'un turbocompresseur. Dans ce cas, la sonde serait installée en aval de la turbine du turbocompresseur.

La figure 2 montre un premier procédé de gestion du moteur à combustion interne 10 correspondant schématiquement à la figure 1. Tout d'abord, dans un bloc 46, on détermine la température TES-i (i compris entre a et d) de la masse de gaz dans la chambre de combustion 14a-14d et cela à chaque instant auquel la soupape d'admission 16a-16d respectifs se ferme. Pour cela, on fournit au bloc 46 la température tans fournie par le capteur de température 36 correspondant à l'air d'admission et, par le capteur de température 38, on fournit la température tmot du moteur à combustion interne 10. Dans le bloc 46, la température TES-i est calculée à l'aide d'un modèle approprié qui tient compte de l'échange thermique entre l'air d'admission et d'une part la conduite d'admission 18 et, d'autre part, les soupapes d'admis- sion 16a-16d qui tient aussi compte de la température du gaz résiduel restant éventuellement dans la chambre de combustion 14a-14b. Le cas échéant, on pourrait également tenir compte des signaux d'autres capteurs pour la modélisation de la température TES- i (i étant compris entre a et b).

Puis on fournit les températures ti à un bloc 48. Celui-ci reçoit également les valeurs de pression actuelles pa-pd des capteurs de pression 42a-42d. Dans l'hypothèse que la chambre de combustion 14a-14d forme un système fermé et qu'il n'y a ni injection de carburant, ni combustion, alors dans l'hypothèse des gaz parfaits, le bloc 48 peut calculer, à partir de la température TES-i et de la pression de gaz pi individuelle par cylindre (i étant compris de a à d), la masse mL-; (i étant compris entre a et d), de gaz contenu dans chaque chambre de combustion 10a-14d.

Ce calcul n'est pas seulement effectué à chaque instant, lorsque la soupape d'admission 16a-16d de la chambre de combustion 14a-14d prise en compte à ce moment, se ferme, mais ce calcul se poursuivra et sera répété pendant la phase de compression du cylindre respectif 12a-12d jusqu'à l'instant auquel l'injecteur 28a-28d corres- pondant injectera du carburant dans la chambre de combustion 14a-14d. Les valeurs de la masse mL-i obtenues par ces multiples calculs, et qui correspondent à la masse de gaz emprisonné, donnent la valeur moyenne pour chaque chambre de combustion 14a-14d.

Pour augmenter la précision, on adapte la température utilisée pour le calcul. Pour cela, partant de la température TES-i en tenant compte de la compression de la quantité de gaz emprisonné et de l'échange thermique plus intense en fonction de l'augmentation de la pression entre le gaz emprisonné et les parois de la chambre de combustion respective 14a-14d, on calcule la température actuelle corres- pondante du gaz emprisonné et comprimé.

Dans un exemple de réalisation non représenté, on utilise pour cela un modèle relativement simple. Dans ce modèle, on ne tient pas compte de l'augmentation de l'échange thermique entre le gaz emprisonné et les parois délimitant une chambre de combustion 14a-14d.

Pour obtenir néanmoins de bons résultats, on limite le calcul de la masse mL-i emprisonnée à une plage de fonctionnement du cylindre respectif 12a-12d compris entre l'instant de fermeture de la soupape d'admission correspondante 16a-16d jusqu'à un angle de vilebrequin d'environ 50 avant le point mort haut (OT) du piston du cylindre cor- respondant 12a-12d.

Les masses mL-i calculées (i compris entre a et d) sont d'une part fournies à un bloc 50 et d'autre part un bloc 52. Dans le bloc 50, on calcule la différence respective par rapport à une masse mu., que l'on utilise dans un bloc 54 pour effectuer des corrections appropriées. Le bloc 52 reçoit les masses mx-i (i étant ici compris entre a et d) injectées ou qui doivent être injectées dans la chambre de combustion respective 14a-14d par les injecteurs correspondants 28a-28d. En tenant compte des coefficients stoechiométriques connus, on détermine le coefficient Xi individuel par cylindre (i étant compris entre a et d) à par- tir des masses mx-i et des masses mL-, d'air. Ces coefficients Xi individuels par cylindre peuvent alors être comparés dans un bloc de comparaison 56 à la valeur X44 du coefficient a, fourni par la sonde lambda 44.

La figure 3 montre un autre procédé de gestion du mo- teur à combustion interne de la figure 1. Dans cette figure, on utilisera pour les éléments et les zones qui ont des fonctions équivalentes aux éléments et aux zones déjà décrits, en liaison avec les figures 1 et 2, les mêmes références et leur description détaillée ne sera pas reprise.

Dans le cas du procédé de la figure 3, on forme la moyenne des masses mL-i individuelles par cylindre et à partir de cette valeur moyenne et du régime n ou vitesse de rotation du vilebrequin fournie par le capteur de vitesse de rotation 40, on calcule un débit dm. Comme cela paraît ci-après, le débit dm/dt est une première grandeur de comparaison. En même temps, à l'aide du signal fourni par le cap- teur HFM 34, dans le bloc 60 et à l'aide d'un modèle physique de la tubulure d'admission 18, du collecteur d'admission, etc., on calcule également un débit dm/dt34. Ce débit massique d'air est une seconde grandeur de comparaison. Dans le bloc 60, on effectue alors une cor-rection dynamique du signal du capteur HFM 34 pour tenir compte, par exemple, des effets de mémoire de la conduite d'admission 18. Dans le 2878905 io bloc 62, on forme la différence entre les deux grandeurs de comparai-son, le débit dm/dt et le débit dm/dt34 et on fournit la différence à un régulateur PI 64 (régulateur proportionnel-intégral). Ce régulateur utilise le modèle de calcul dans le bloc 46 pour calculer la température TES-i et la corriger dans le sens d'une structure d'observation.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1 ) Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne (10) selon le-quel on détermine ou on saisit la pression de gaz (p) (pression de gaz individuelle par cylindre) régnant dans un cylindre (12) d'un moteur à combustion interne (14), caractérisé en ce qu' on détermine (48) une masse de gaz (mL) individuelle par cylindre à l'aide de la pression de gaz (p) individuelle par cylindre.

2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un moteur à combustion interne (10) à plusieurs cylindres (12), on forme une première grandeur de comparaison (dm/dt) à partir des masses de gaz (mL) individuelles par cylindre et on la compare (62) à une seconde grandeur de comparaison ((dm/dt)34) obtenue indépendamment de la masse de gaz (mL) individuelle par cylindre.

3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine (60) la seconde grandeur de comparaison ((dm/dt)34) à partir du signal fourni par un capteur de masse d'air (34).

4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on corrige (60) de manière dynamique le signal du capteur de masse d'air (34) .

5 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' en fonction de la comparaison, on corrige un modèle (46) qui détermine un paramètre de fonctionnement ou d'influence (TES) du moteur à combustion interne (10), ou on corrige directement le paramètre de fonctionnement ou d'influence.

6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on fournit la différence (62) entre la première valeur de comparaison (dm/dt) et la seconde valeur de comparaison ((dm/dt)34) dans un régulateur (PI) (64), qui corrige un modèle (46) pour déterminer le para- mètre de fonctionnement ou d'influence (TES) (structure d'observation), ou directement le paramètre de fonctionnement ou d'influence.

7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on saisit la température (tans) de l'air aspiré à l'aide d'un capteur (36), à partir de la température saisie (tans), on détermine (46) la température -(TES) de la masse de gaz (mL) individuelle par cylindre au moins en un instant auquel une soupape d'admission (16) du cylindre (12) se ferme (température individuelle par cylindre), et on utilise la température (TES) individuelle par cylindre ainsi que la pression (p) individuelle par cylindre pour calculer la masse de gaz (mL) individuelle par cylindre.

8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que pour la détermination de la température (TES) individuelle par cylindre, on tient compte (46) de l'échange de chaleur entre le gaz et la paroi du moteur à combustion interne (10).

9 ) Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8,

caractérisé en ce que pour déterminer la température (TES) individuelle par cylindre, on tient compte (46) du gaz résiduel subsistant dans la chambre de combustion (14) du cylindre (12).

10 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la masse de gaz (mL) individuelle par cylindre plusieurs fois pendant la phase de compression du cylindre (12) et on forme à partir de celle-ci une valeur moyenne.

11 ) Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' on détermine la masse de gaz (mL) individuelle par cylindre seulement sensiblement entre l'instant de la fermeture de la soupape d'admission et un angle de vilebrequin de 50 avant le point mort haut (OT).

12 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en cé qu' à partir de la masse de gaz (mL) individuelle par cylindre, on calcule un coefficient (1), individuel par cylindre que l'on compare à un coefficient 1 (1 44) fourni par une sonde (44), individuel par cylindre et/ou moyenné pour les cylindres.

13 ) Installation de commande et/ou de régulation (32) pour un moteur à combustion interne (10), caractérisée en ce qu' elle est programmée pour appliquer un procédé selon l'une des revendications 1 à 12.

14 ) Moteur à combustion interne (10) notamment d'un véhicule auto-mobile comportant une installation de commande et/ ou de régulation (32) programmée pour appliquer un procédé selon l'une des revendications 1 à 12.