FR2904661A1 - Procede d'estimation du debit de gaz entrant dans un moteur. - Google Patents

Procede d'estimation du debit de gaz entrant dans un moteur. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur de véhicule à combustion interne, dans lequel on estime le débit de gaz (Qmoteur) entrant dans le moteur (Qmoteur) par la formulation suivante : où Vcyl est la cylindrée du moteur, N le régime moteur, rhoadmission la masse volumique des gaz entrant dans le moteur, etaadmission le rendement d'admission des gaz entrant dans le moteur, rhoéchappement la masse volumique des gaz d'échappement, etaéchappement le rendement d'échappement des gaz en sortie du moteur et où est un produit de fonctions de corrections f(alphai) dépendantes respectivement d'un autre paramètre alphai avec 1 <= I ≤ N.

Description

L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur de véhicule.
L'invention concerne plus précisément un procédé de commande d'un moteur de véhicule pour estimer le débit de gaz entrant dans le moteur.
L'invention s'applique en particulier à un moteur diesel de véhicule suralimenté par turbocompresseur.
Les moteurs à combustion interne sont souvent équipés d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement (EGR) de la sortie moteur vers le circuit d'admission d'air, par exemple pour diminuer la production d'oxydes d'azote. Cette recirculation peut en revanche accroître la quantité de fumées à l'échappement si elle n'est pas réglée correctement. Il est donc nécessaire de déterminer avec précision la quantité de gaz passant par le circuit de recirculation. Pour le connaître avec précision, il est possible de mesurer le débit des gaz passant par le circuit de recirculation (QEGR), OU de mesurer le débit d'air frais admis dans le moteur (QAF) et de réguler en conséquence (par un calculateur) le débit des gaz passant par le circuit de recirculation, ou encore d'estimer le débit d'air frais admis dans le moteur (QAF) et le débit des gaz passant par le circuit de régulation (QEGR), à partir de la quantité totale (Qmoteur = QAF + QEGR) des gaz admis dans le moteur sans effectuer de mesure de l'un (QAF) ou de l'autre (QEGR) .
Le plus souvent, on détermine la quantité totale des gaz admis dans le moteur, pour en déduire le débit d'air frais et le débit de gaz passant dans le circuit de recirculation (EGR).
On connaît déjà des procédés permettant de déterminer la quantité totale des gaz admis dans le moteur.
Parmi ceux-ci, on connaît le document FR 2 789 731 dans lequel on estime le débit d'air total entrant dans le moteur, à partir de la connaissance de la température et de la pression d'air dans le collecteur d'admission et du régime moteur. Toutefois, cette méthode s'avère approximative dans le cas où il existe une contre-pression à l'échappement qui est variable, ce qui est typiquement le cas lorsque la turbine du turbocompresseur utilisé est à géométrie variable ou encore lorsqu'on emploie des systèmes de post-traitement dans la ligne d'échappement (catalyseur, filtre à particules,...). Dans un tel cas, il a donc été proposé une amélioration par le document FR 2 824 596, mais qui ne fonctionne pas de façon optimale dans toutes les situations.
Un objectif de l'invention est donc d'améliorer les procédés existants, notamment en proposant un procédé dans lequel il est possible d'obtenir une estimation robuste de la quantité totale de gaz admis dans le moteur, dans au moins l'un des cas suivants :
- existence d'une contre-pression à l'échappement, en particulier variable dans le temps ;
- variations thermiques importantes dans le moteur (dues par exemple à l'utilisation de modes d'injection particuliers) ;
- variations importantes de la température ambiante ou de la pression atmosphérique ;
- variation de la quantité de gaz passant dans le circuit de recirculation (EGR). L'invention pourra également permettre une estimation robuste, même pour l'ajout dans la ligne d'échappement de nouveaux systèmes de post-traitement, impliquant une contre-pression modifiée et un comportement thermique modifié à l'échappement.
Pour atteindre cet objectif, il est prévu dans le cadre de l'invention un procédé de commande d'un moteur de véhicule à combustion interne, dans lequel on estime le débit de gaz (Qmoteur) entrant dans le moteur (Qmoteur) par la formulation suivante :
V M ι \ . "
Q ^mote r = _ n≤>l * _ ,-r * rr> admission * 77 I admission ( \N > r D admission )!* n I échappement \ \N > r n échappement ) l* T J^T_ J f i (Va^i Λ) (1) où Vcyι est la cylindrée du moteur, N le régime moteur, padmιssιon la masse volumique des gaz entrant dans le moteur, ηadmιssιon le rendement d'admission des gaz entrant dans le moteur, Péchappement la masse volumique des gaz d'échappement, ηécnappement le rendement n d'échappement des gaz en sortie du moteur et où ]"[/ (,) est un
produit de fonctions de corrections f(α,) dépendantes respectivement d'un autre paramètre α, avec l ≤ i ≤ n .
Le procédé selon l'invention pourra en outre présenter au moins l'une des caractéristiques suivantes :
- les paramètres α, avec l ≤ i ≤ n sont la température ambiante Tamb (ai = Tamb) et/ou la température de l'eau de refroidissement du moteur Teau (α2 = Teau) ;
- on détermine une cartographie du rendement d'admission des gaz entrant dans le moteur ηadmamH{N,padmmm , en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour le régime moteur N et la masse volumique des gaz à l'admission padmιssion, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante ;
- on détermine une cartographie d'un rendement ηl t en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour le régime moteur N et la masse volumique des gaz à l'échappement Péc appement, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante ;
- on détermine la cartographie du rendement d'échappement des gaz sortant du moteur ηéchappement (N, péchappemmt ) par la relation ηx =
I échappement V ' r échappement } (admission \ ' admission J f
- on détermine une cartographie d'un rendement η2 , en faisant varier la gamme de valeurs possibles la température ambiante
Tamb, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante ;
- on calcule une fonction de correction fi dépendante du paramètre ai = amb, par la relation : J \ a = amb ) ~ l j \1 admission V * ' P admission ) tf échappement * J Péchappement )) ' - on détermine une cartographie d'un rendement T73 , en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour la température de refroidissement de l'eau Teau, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante ; - on calcule une fonction de correction f2 dépendante du paramètre α2 = Teau, par la relation f2(α2 = Teau) = η3 /[ /?Λl∞(iV,pΛlî!,J*
I échappement \ échappement / 1J '
- on détermine dans un ordre quelconque le rendement d'échappement ηé hapPement des gaz en sortie du moteur, une fonction de correction fi dépendante de la température ambiante ai = Tamb et une fonction de correction f2 dépendante de la température de l'eau de refroidissement α2 = Teau, après une étape de détermination du rendement d'admission ηadmιssιon des gaz. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : la figure 1 illustre un moteur à combustion interne suralimenté muni d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement (EGR), et dans cet exemple d'un turbo à géométrie variable et d'une pluralité de dispositifs de posttraitement; la figure 2 illustre un exemple de cartographie du rendement d'admission, établi en fonction du régime moteur N et de la masse volumique des gaz à l'admission pad ιssιon
Sur la figure 1, il est représenté un moteur 1 avec un circuit EGR 4 comprenant de manière classique un by-pass 41, un refroidisseur 42 et une vanne 43. Le moteur 1 comprend également un turbocompresseur 2 formé d'un compresseur 21 et d'une turbine à géométrie variable 22, et une pluralité de dispositifs de post-traitement 300, 301, 302 disposés dans la ligne d'échappement 3. Ces éléments (typiquement un précatalyseur 300, un filtre à particules 301 et un silencieux 302) impliquent notamment une contre-pression et un comportement thermique modifiés à l'échappement.
Selon le procédé de l'invention, on estime le débit de gaz entrant dans le moteur Qmoteur par la formulation suivante : cl ... r cy v l * _ N si-r\ * r 0 admission *n I admission ( \N ' r n admission \ I*n I chappement \ \N f o échappement ! l*T_ _J f ι (^a i )'
V c vl l ... N d) où Vcyι est la cylindrée du moteur (litres), N le régime moteur (tours/mn), ρadmission la masse volumique des gaz entrant dans le moteur (kg/m3), ηadmission le rendement d'admission des gaz entrant dans le moteur, Péc appement la masse volumique des gaz d'échappement (kg/m3), ηéchappement le rendement d'échappement des gaz en sortie du moteur et n où ]"] (,) est un produit de fonctions de corrections f(α,) dépendantes
1=1 respectivement d'un autre paramètre α, avec l ≤ i ≤ n .
On détermine le rendement d'admission par la relation p
Padmis ion = ~ — ou ra m est la constante des gaz parfaits à l'admission,
' adm J 23 p et on détermine le rendement d'échappement ρecnappement = — où reCh rech -* 31 est la constante des gaz parfaits à l'échappement.
Les paramètres α, avec l ≤ i ≤ n sont par exemple la température ambiante Tam (ai = Tamb) et/ou la température de l'eau de refroidissement du moteur Teau (α2 = Teau)-
Pour identifier correctement les différents termes et paramètres de la formule (1) ci-dessus, il est nécessaire de suivre un processus déterminé dont un mode de réalisation est présenté ci-dessous.
En premier lieu (étape 1), on détermine une cartographie du rendement d'admission des gaz entrant dans le moteur a mιssAN>P admission ). Q faisant varier la gamme de valeurs possibles pour le régime moteur N et la masse volumique des gaz à l'admission Pβ mission, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante.
Pour faire varier la masse volumique des gaz padmission à l'entrée du moteur 1, on fait varier de préférence la pression en entrée du moteur, la température T23 en entrée du moteur étant par ailleurs connue par une sonde de température.
Pratiquement, cette identification du rendement d'admission est effectuée à température d'eau de refroidissement du moteur Teau constante (moteur chaud), à une température ambiante Tam constante. De plus, les conditions de fonctionnement du moteur doivent être les plus proches possibles de celles rencontrées par le conducteur, à savoir en particulier dans le cadre de l'invention : un mode de combustion classique, une contre-pression à l'échappement moyenne. Un exemple de cartographie du rendement d'admission est illustré sur la figure 2. La zone 10 correspond à la zone de fonctionnement usuelle du moteur 1, la zone 11 à une zone difficilement atteignable par un véhicule, et enfin la zone 12 une zone correspondant à un très faible appui sur la pédale d'accélération avec le véhicule lancé. On détermine alors (étape 2) une cartographie d'un rendement ηχ l en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour le régime moteur N et la masse volumique des gaz à l'échappement péchappement, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante. En particulier, une fois déterminée la cartographie du rendement d'admission, on fixe ce rendement d'admission ηadmιssιon à une valeur connue.
Là encore, l'identification du rendement d'échappement ηéchap ement est effectuée à température d'eau de refroidissement du moteur Teau constante (moteur chaud) et à une température ambiante Tamb constante.
De plus, pour faire varier la masse volumique des gaz à l'échappement péchappement, on parcourt tous les modes d'injection possibles et toutes les contre-pressions d'échappement possibles. On fait ainsi varier la température en sortie moteur T3i ou la pression en sortie moteur P3i. Pratiquement, les différentes contre-pressions possibles sont obtenues avec différents chargements du filtre à particules 301 ou à de l'encrassement dans la ligne d'échappement 3.
On calcule ensuite la cartographie du rendement d'échappement des gaz sortant du moteur ηéchappeme (N,Pέchappemenl) par la relation ηx =
I échappement \ ' chappement } I admission \ "> r admission / / '
Puis, on détermine (étape 3) une cartographie d'un rendement η2 , en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour la température ambiante Tamb, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante.
En particulier, dans cette étape, le rendement d'admission ηadmιssιon, le rendement d'échappement ηéchap ement et la température de l'eau de refroidissement Teau sont figés.
Sur la base de ce rendement η2, on calcule une fonction de correction ^ dépendante du paramètre ai = Tamb, par la relation : l \ai = amb ) ~ Η '2 / l admission V^ ' P 'admission ) tf échappement V * ' Péchappement 11 ^ J - -βtte fonction de correction f permet ainsi de prendre en compte l'influence de la température ambiante au moteur.
On détermine alors (étape 4) une cartographie d'un rendement 773 , en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour la température de refroidissement de l'eau Teau, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante. En particulier, dans cette étape 4, le rendement d'admission ηadmission, le rendement d'échappement ηéchappement et la température ambiante Tam sont figés.
Sur la base de ce rendement η3/ on calcule alors une fonction de correction f2 dépendante du paramètre α2 = Teau, par la relation f2(α2 = Teau) = η 3 / I V admission \N, P admission ) échappemenl ' P échappement ) 06! = Tamb) J (4) . Cette fonction de correction f2 permet ainsi de prendre en compte l'influence de la température de l'eau de refroidissement du moteur.
Le mode de réalisation présenté ci-dessus, présentant quatre étapes qui se succèdent, n'est pas le seul mode envisageable. En effet, une fois l'étape 1 effectuée, il est tout à fait possible d'intervertir les étapes 2, 3 et 4 sans ordre particulier.
Autrement dit, il importe peu dans le cadre de l'invention d'établir la fonction de correction flf la fonction de correction f2, ou le rendement d'échappement ηéchappement dans un ordre particulier, puisque lorsqu'on détermine l'un de ces termes, les autres sont figés.
Par exemple, une fois l'étape 1 effectuée, il est possible d'effectuer une étape 2 consistant à déterminer le rendement d'échappement ηéchcφpement, puis une étape 3 consistant à établir une fonction fx= fι(αι = Teau) selon une formulation analogue à celle de la formule (3), l'étape 4 consistant ainsi à établir une fonction f2= f2(α2 = Taπ,b) selon une formulation analogue à celle de la formule (4).
Par exemple également, une fois l'étape 1 effectuée, il est possible d'effectuer une étape 2 consistant à établir la fonction fι= fι(otι = Tam ) selon l'équation (3) en fixant les paramètres ηadmιssιon et ηéchappement, puis de déterminer (étape 3) une cartographie du rendement d'échappement ηéchappement selon la formulation de l'équation (2) et enfin (étape 4) d'établir une fonction de correction f = f2(α2 = Teau) selon l'équation (4).

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de commande d'un moteur de véhicule à combustion interne, dans lequel on estime le débit de gaz (Qmoteur) entrant dans le moteur (Qmoteur) par la formulation suivante :
    V N i \ .". zimote r r f- r* r admission I admission \ > r dmission ) I échappement r chappement ) _ _ J ι i '
    (i) où Vcyι est la cylindrée du moteur, N le régime moteur, padmission la masse volumique des gaz entrant dans le moteur, ηadmission le rendement d'admission des gaz entrant dans le moteur, Péchappement la masse volumique des gaz d'échappement, ηéchap e ent le rendement n d'échappement des gaz en sortie du moteur et où f^/ α,) est un
    1=1 produit de fonctions de corrections f(αι) dépendantes respectivement d'un autre paramètre α, avec l ≤ i ≤ n .
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres α, avec l ≤ i ≤ n sont la température ambiante Tamb (oti = Tamb) et/ou la température de l'eau de refroidissement du moteur Teau (α2 = Teau).
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine une cartographie du rendement d'admission des gaz entrant dans le moteur ηad^{N,padmamm), en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour le régime moteur N et la masse volumique des gaz à l'admission padm.ssion, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante.
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine une cartographie d'un rendement ηι r en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour le régime moteur N et la masse volumique des gaz à l'échappement péchappement, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante.
  5. 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on détermine la cartographie du rendement d'échappement des gaz sortant du moteur ηéchappeme„, (N, péchappemen ,) par la relation ηx =
    / échappement \ ' r échappement } I admission V ' admission / v ' "
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine une cartographie d'un rendement η2 , en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour la température ambiante Tamb, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante.
  7. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on calcule une fonction de correction fi dépendante du paramètre αι= Tamb, par la relation :
    J\ V*\ ~~ amb ) "l / χl admission V * ' P admission J '/échappement ' Péchappement )) ^ ) '
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine une cartographie d'un rendement η3 l en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour la température de refroidissement de l'eau Teau, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante.
  9. 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on calcule une fonction de correction f2 dépendante du paramètre α2 = Teau, par la relation f2(α2 = Teau) = η3 /[^m∞,0„(N, too * échappement (N > Péchappement ) *< 1 (<*1 = Ta mb) ] (4) . n
  10. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine dans un ordre quelconque le rendement d'échappement ηéchappement des gaz en sortie du moteur, une fonction de correction fi dépendante de la température ambiante ai = Tamb et une fonction de correction f2 dépendante de la température de l'eau de refroidissement α2 = Teau, après une étape de détermination du rendement d'admission ηadmission des gaz.
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