FR2990724A1

FR2990724A1 - Method for determining dynamics of piston of diesel engine of car, involves determining piston speed from cartography that establishes relation among information related to engine- speed, load, pressure derivative and piston speed

Info

Publication number: FR2990724A1
Application number: FR1254457A
Authority: FR
Inventors: Vincent Chassefeyre
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2013-11-22

Abstract

The method involves measuring instantaneous pressure reigning in a combustion chamber (6) of an internal combustion engine (2). Derivative of instantaneous pressure is determined, and information related to speed (N) and a load (C) of the engine is determined. Speed of piston (3) is determined from a cartography (12) that establishes relation among the information related to the speed and the load of the engine, the pressure derivative and the speed of piston, where the cartography is obtained from pre-test activities. An independent claim is also included for a vehicle.

Description

PROCEDE DE DETERMINATION DE LA DYNAMIQUE D'UN PISTON DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne à piston et plus particulièrement à la détermination des caractéristiques dynamiques du piston. Arrière-plan technologique Du fait de normes de dépollution de plus en plus sévères, il est nécessaire de contrôler au mieux l'opération de combustion dans le moteur. Le respect des normes impose de dépolluer les gaz d'échappement par des dispositifs de post traitement de plus en plus complexe et couteux. La dépollution peut aussi se faire à la source, c'est-à-dire en optimisant la combustion. Il est par conséquent intéressant d'asservir le modèle des lois d'injection, d'allumage, etc... à ces informations pour optimiser le rendement moteur et la qualité de la combustion. La vitesse du piston, ainsi que son accélération reflètent la qualité du mélange et la qualité de l'opération de combustion dans la chambre de combustion car elles reflètent indirectement la transmission d'énergie mécanique au piston (et donc à la roue) suite à une opération de combustion. Cependant, il est difficile d'interpréter la vitesse piston ou l'accélération piston à partir du capteur de régime moteur, basé sur la détection du passage d'une dent de volant moteur. En effet chaque dent étant équivalent à six degré vilebrequin, le dispositif est peu précis. FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of internal combustion piston engines and more particularly to the determination of the dynamic characteristics of the piston. BACKGROUND Due to more and more severe pollution control standards, it is necessary to better control the combustion operation in the engine. Compliance with the standards requires the exhaust gases to be cleaned up by post-treatment devices that are increasingly complex and expensive. The depollution can also be done at the source, that is to say by optimizing the combustion. It is therefore interesting to enslave the model of laws of injection, ignition, etc ... to this information to optimize the engine efficiency and the quality of combustion. The piston speed and its acceleration reflect the quality of the mixture and the quality of the combustion operation in the combustion chamber as they indirectly reflect the transmission of mechanical energy to the piston (and thus to the wheel) following a combustion operation. However, it is difficult to interpret the piston speed or the piston acceleration from the engine speed sensor, based on the detection of the passage of a flywheel tooth. Indeed, each tooth being equivalent to six degrees crankshaft, the device is not very precise.

Un but de la présente invention est de proposer une solution qui permet de connaitre précisément la vitesse et l'accélération du piston en cours de fonctionnement du moteur. L'invention porte ainsi sur un procédé de détermination de la dynamique d'un piston de moteur à combustion interne comprenant une mesure de la pression instantanée régnant dans une chambre de combustion du moteur, caractérisé en ce qu'il comprend de plus : - La détermination de la dérivée première de la pression instantanée mesurée, - La détermination d'une information relative au régime et à la charge du moteur, - La détermination de la vitesse du piston à partir d'une cartographie établissant une relation entre les informations relatives au régime et à la charge du moteur, la dérivée première et ladite vitesse de piston. An object of the present invention is to provide a solution that allows to know precisely the speed and the acceleration of the piston during operation of the engine. The invention thus relates to a method for determining the dynamics of an internal combustion engine piston comprising a measurement of the instantaneous pressure prevailing in a combustion chamber of the engine, characterized in that it further comprises: determination of the first derivative of the measured instantaneous pressure, - determination of information relating to the engine speed and load, - determination of the piston speed from a cartography establishing a relationship between the information relating to the engine. engine speed and load, the first derivative and said piston speed.

Dans une variante, le procédé comprend en outre : - La détermination de la dérivée seconde de la pression cylindre, - La détermination de l'accélération du piston à partir d'une cartographie établissant une relation entre les informations relatives au régime et à la charge du moteur, la dérivée seconde de la pression cylindre et ladite accélération de piston. De préférence, la cartographie est obtenue par une campagne d'essais préalables. Dans une variante; la détermination de dérivée est effectuée sur une fenêtre temporelle. In a variant, the method furthermore comprises: the determination of the second derivative of the cylinder pressure; the determination of the piston acceleration from a cartography establishing a relationship between the information relating to the speed and the load; of the engine, the second derivative of the cylinder pressure and said piston acceleration. Preferably, the mapping is obtained by a pre-test campaign. In a variant; the derivative determination is performed over a time window.

De préférence, la fenêtre temporelle démarre postérieurement au Point Mort Haut compression. De préférence encore, la fenêtre temporelle est comprise entre le Point Mort Haut compression et 90 Degré Vilebrequin après ce Point Mort Haut compression. Dans une variante, le procédé comprend la détermination d'une information relative l'ouverture de la chambre de combustion pendant la phase de compression. Preferably, the time window starts after the High Compression Dead Point. More preferably, the time window is between the High Compression Dead Point and 90 Crankshaft Degree after this High Compression Dead Point. In a variant, the method comprises the determination of information relating to the opening of the combustion chamber during the compression phase.

Dans une autre variante, le procédé comprend la détermination d'une information relative à une suralimentation d'air. De préférence, l'information relative à la suralimentation d'air est obtenue par un relevé de la pression d'admission d'air entrant dans la chambre de combustion. In another variant, the method comprises determining information relating to an air supercharging. Preferably, the information relating to the supercharging of air is obtained by a reading of the intake air pressure entering the combustion chamber.

L'invention porte aussi sur un véhicule comprenant un moteur à combustion interne associé à un calculateur configuré pour mettre en oeuvre un procédé de l'invention selon l'un quelconque de ceux précédemment décrits. The invention also relates to a vehicle comprising an internal combustion engine associated with a computer configured to implement a method of the invention according to any one of those described above.

Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 illustre un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne comprenant un capteur de mesure de la pression régnant dans la chambre de combustion relié à un calculateur adapté à mettre en oeuvre le procédé de l'invention. - La figure 2 est un exemple de signal de pression mesurée dans une chambre de combustion en fonction du déroulement d'un cycle moteur. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other features and advantages will appear on reading the following description of a particular embodiment, not limiting of the invention, with reference to the figures in which: - Figure 1 illustrates a vehicle automobile equipped with an internal combustion engine comprising a sensor for measuring the pressure in the combustion chamber connected to a computer adapted to implement the method of the invention. FIG. 2 is an example of a pressure signal measured in a combustion chamber as a function of the course of a motor cycle.

Description détaillée La figure 1 représente un véhicule automobile 1, comprenant un moteur 2 à combustion interne, configuré pour mouvoir le véhicule 1. Le moteur à combustion 2 comprend un piston 3 qui coulisse dans un cylindre 4 et délimite avec une culasse 5 une chambre de combustion 6. Un capteur 10 de pression instantanée est disposé, par exemple au niveau de la culasse 5 de sorte à relever la pression P régnant dans la chambre de combustion 6 au cours du cycle moteur. Dans le cas d'un moteur Diesel, le capteur 10 de pression instantanée peut être associé à une bougie de préchauffage. Le moteur à combustion 2 peut comprendre plusieurs cylindres 4. Chaque cylindre 4 peut alors être équipé d'un capteur 10 de pression instantanée ou encore un seul capteur 10 de pression instantanée peut être installé sur un des cylindres du moteur. Le capteur 10 est relié à un calculateur électronique 11 apte à acquérir et traiter le signal représentatif du capteur 10. La figure 2 présente un exemple d'acquisition de pression P régnant dans la chambre de combustion 6 au cours d'un cycle moteur représenté en degré vilebrequin, le 0 représentant ici le point mort haut compression (PMH compression). Le calculateur 11 est configuré pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention permettant de déterminer la vitesse et l'accélération du piston 3 à partir de la pression P régnant dans la chambre de combustion 6 au cours d'un cycle moteur. Ainsi, dans une première étape du procédé, le capteur 10 mesure la pression instantanée P régnant dans la chambre de combustion 6. Le calculateur 11 acquiert ce signal. DETAILED DESCRIPTION FIG. 1 represents a motor vehicle 1, comprising an internal combustion engine 2, configured to move the vehicle 1. The combustion engine 2 comprises a piston 3 which slides in a cylinder 4 and delimits with a cylinder head 5 a chamber of combustion 6. An instantaneous pressure sensor 10 is arranged, for example at the yoke 5 so as to record the pressure P prevailing in the combustion chamber 6 during the engine cycle. In the case of a diesel engine, the instantaneous pressure sensor 10 may be associated with a glow plug. The combustion engine 2 may comprise a plurality of cylinders 4. Each cylinder 4 may then be equipped with an instantaneous pressure sensor 10 or a single instantaneous pressure sensor 10 may be installed on one of the cylinders of the engine. The sensor 10 is connected to an electronic computer 11 able to acquire and process the signal representative of the sensor 10. FIG. 2 shows an example of the acquisition of pressure P prevailing in the combustion chamber 6 during a motor cycle represented in FIG. crankshaft degree, the 0 here representing the top dead center compression (PMH compression). The computer 11 is configured to implement the method of the invention for determining the speed and the acceleration of the piston 3 from the pressure P prevailing in the combustion chamber 6 during a motor cycle. Thus, in a first step of the method, the sensor 10 measures the instantaneous pressure P prevailing in the combustion chamber 6. The computer 11 acquires this signal.

Dans une étape suivante du procédé, le calculateur 11 détermine une information relative au régime N et à la charge C du moteur. L'information relative au régime N, peut provenir du relevé du signal d'un capteur régime moteur tel que l'on en trouve classiquement sur les moteurs à combustion interne. L'information relative à la charge peut provenir du relevé de la masse d'air admise dans la chambre de combustion, qui elle-même peut être estimée par un modèle dit classiquement de remplissage. In a next step of the method, the computer 11 determines information relating to the speed N and the load C of the engine. The information relating to the speed N, may come from the signal reading of a motor speed sensor as conventionally found on internal combustion engines. The information relating to the load can come from the measurement of the air mass admitted into the combustion chamber, which itself can be estimated by a so-called conventional filling model.

Dans une étape suivante du procédé, le calculateur 11 détermine la dérivée première P' de la pression instantanée P régnant dans la chambre de combustion 6. La dérivée première P' correspond à la vitesse d'évolution de la pression cylindre P. La dérivée première P' est un indicateur des variations cycliques. In a subsequent step of the method, the computer 11 determines the first derivative P 'of the instantaneous pressure P prevailing in the combustion chamber 6. The first derivative P' corresponds to the rate of change of the cylinder pressure P. The first derivative P 'is an indicator of cyclical variations.

Dans une étape suivante du procédé, le calculateur 11 peut aussi déterminer la dérivée seconde P" de la pression instantanée P régnant dans la chambre de combustion 6. La dérivée seconde P" correspond à l'accélération d'évolution de la pression cylindre P et est un indicateur de la qualité de la combustion. In a next step of the method, the computer 11 can also determine the second derivative P "of the instantaneous pressure P prevailing in the combustion chamber 6. The second derivative P" corresponds to the acceleration of evolution of the cylinder pressure P and is an indicator of the quality of combustion.

Dans une étape suivante du procédé, à partir de la dérivée première P' et de la dérivée seconde P" de la pression instantanée P régnant dans la chambre de combustion 6, le calculateur 11 détermine la dynamique du piston 3, autrement dit sa vitesse et son accélération à partir d'une cartographie 12 établissant une relation entre les informations relatives au régime N et à la charge C du moteur. Avantageusement, cette cartographie 12 est élaborée à partir d'une campagne d'essais préalables effectuée sur véhicule. Elle est ensuite mémorisée dans le calculateur 11. In a next step of the process, from the first derivative P 'and the second derivative P "of the instantaneous pressure P prevailing in the combustion chamber 6, the computer 11 determines the dynamics of the piston 3, in other words its speed and its acceleration from a map 12 establishing a relationship between the information relating to the regime N and to the load C of the engine Advantageously, this map 12 is developed from a pre-test campaign carried out on a vehicle. then stored in the computer 11.

Comme le montre encore la figure 2, de préférence, la détermination de la dérivée première P' ainsi que de la dérivée seconde P" est effectuée sur une partie du signal de pression instantanée P encore désignée fenêtre temporelle Ft. Le calcul de la dérivée sur une fenêtre limitée permet de limiter les ressources mémoire à allouer au calcul de la dérivée. De préférence encore, la fenêtre temporelle Ft démarre postérieurement au Point Mort Haut compression (désigné PMHc sur la figure 2), et plus particulièrement pendant la première moitié de la phase de détente soit sensiblement entre le PMHc et 90 Degré Vilebrequin (DV). L'avantage est de disposer d'une zone linéaire permettant d'optimiser le calcul de la dérivée première et seconde pour optimiser le calcul du coefficient directeur. As further shown in FIG. 2, preferably, the determination of the first derivative P 'as well as of the second derivative P "is carried out on a part of the instantaneous pressure signal P still designated time window Ft. The calculation of the derivative on a limited window makes it possible to limit the memory resources to be allocated to calculating the derivative, more preferably, the time window F 1 starts later than the high compression dead point (designated PMHc in FIG. 2), and more particularly during the first half of the expansion phase is substantially between the PMHc and 90 Degree Crankshaft (DV) .The advantage is to have a linear zone to optimize the calculation of the first and second derivative to optimize the calculation of the coefficient director.

Ce mode de réalisation est possible si la pression la pression instantanée P régnant dans la chambre de combustion 6 est l'image de la dynamique du piston. Cependant, l'admission et l'échappement s'effectuant par au moins une soupape d'admission et au moins une soupape d'échappement (non représentées) si nous avons des croisements de soupape ou une levée de soupape importante, comme par exemple sur un cycle Miller/Atkinson, la pression instantanée P régnant dans la chambre de combustion 6 ne reflète pas fidèlement la position du piston 3. This embodiment is possible if the pressure P instantaneous pressure prevailing in the combustion chamber 6 is the image of the dynamics of the piston. However, the intake and the exhaust being effected by at least one intake valve and at least one exhaust valve (not shown) if we have valve crossings or a large valve lift, as for example on a Miller / Atkinson cycle, the instantaneous pressure P prevailing in the combustion chamber 6 does not accurately reflect the position of the piston 3.

En effet, dans le cas par exemple d'un cycle de Miller, la soupape d'admission est laissée ouverte lors de la remontée du piston, ce qui fait qu'une partie du mélange déjà aspiré est refoulé dans l'admission. Ainsi, dans cette phase, quand le piston 3 remonte, la pression P n'augmente pas dans la chambre de combustion 6. Il y a donc moins d'air admis et la puissance du moteur en est réduite. La faible compression peut être compensée par l'usage d'un compresseur. La caractéristique principale du cycle de Miller est que la course de compression démarre seulement après que le piston a éjecté une partie de la charge. Ceci se produit aux environs de 20 à 30% de la course. Indeed, in the case for example of a Miller cycle, the inlet valve is left open during the ascent of the piston, so that part of the mixture already sucked is forced into the inlet. Thus, in this phase, when the piston 3 rises, the pressure P does not increase in the combustion chamber 6. There is therefore less air admitted and the power of the engine is reduced. The low compression can be compensated by the use of a compressor. The main feature of the Miller cycle is that the compression stroke starts only after the piston has ejected part of the load. This occurs around 20 to 30% of the race.

II est donc prévu un autre mode de réalisation du procédé dans lequel il est proposé d'intégrer des paramètres d'entrée supplémentaires, pour considérer l'impact d'un cycle moteur tel que Miller/Atkinson dans lequel la chambre de combustion est ouverte pendant une partie de la phase de compression. There is therefore provided another embodiment of the method in which it is proposed to integrate additional input parameters, to consider the impact of a motor cycle such as Miller / Atkinson in which the combustion chamber is open during part of the compression phase.

Ainsi, avantageusement, le procédé peut comprendre le relevé d'une information relative à l'état d'ouverture de la chambre de combustion 6 pendant la phase de compression. Si le moteur 2 comprend un système de distribution variable, autrement dit un système permettant de faire varier les instants d'ouverture et de fermeture et/ou l'amplitude de levée la soupape, cette information peut être par exemple une amplitude et / ou un angle de levée de soupape informant du taux de croisement de soupapes. Si le système de distribution variable comprend par ailleurs un déphaseur d'arbre à cames, le procédé peut aussi comprendre le relevé de l'angle de déphaseur. Thus, advantageously, the method may comprise the reading of information relating to the state of opening of the combustion chamber 6 during the compression phase. If the engine 2 comprises a variable distribution system, in other words a system making it possible to vary the opening and closing times and / or the lifting amplitude of the valve, this information can be for example an amplitude and / or a valve lift angle informing of valve crossover rate. If the variable distribution system further comprises a camshaft dephaser, the method may also include the reading of the phase shifter angle.

Si le moteur 2 comprend en outre un système de suralimentation d'air d'admission tel qu'un compresseur ou un turbocompresseur, le procédé peut comprendre la détermination d'une information relative à une suralimentation d'air. Cette information peut être obtenue par exemple par le relevé de la pression d'air d'admission, c'est-à-dire entrant dans la chambre de combustion 6. If the engine 2 further comprises an intake air supercharging system such as a compressor or a turbocharger, the method may include determining information relating to an air supercharging. This information can be obtained for example by the reading of the intake air pressure, that is to say entering the combustion chamber 6.

Dans ce cas, la cartographie 12 est adaptée à partir d'une campagne de caractérisation effectuée sur véhicule ou via des modèles théoriques de remplissage de la chambre de combustion pour prendre en compte ces informations d'entrée supplémentaires. In this case, the map 12 is adapted from a characterization campaign carried out on a vehicle or via theoretical models for filling the combustion chamber to take into account this additional input information.

Dans ce mode de réalisation, le calculateur 11 effectue comme dans le premier mode de réalisation les première et secondes étapes de détermination de la dérivée première P' et de la dérivée seconde P". In this embodiment, the computer 11 performs as in the first embodiment the first and second steps of determining the first derivative P 'and the second derivative P ".

L'invention offre ainsi la possibilité d'optimiser les modèles contribuant à améliorer la combustion en s'appuyant sur une information de la résultante mécanique générée sur le piston.5 The invention thus offers the possibility of optimizing models that contribute to improving combustion by relying on information from the mechanical resultant generated on the piston.

Claims

REVENDICATIONS1. Method for determining the dynamics of a piston (3) of an internal combustion engine (2) comprising a measurement of the instantaneous pressure (P) in a combustion chamber (6) of the engine, characterized in that it comprises moreover: The determination of the first derivative of the instantaneous pressure (P ') measured, The determination of information relating to the speed (N) and to the load (C) of the engine, The determination of the piston speed from a map (12) relating the information relating to the engine speed (N) and load (C), the first derivative (P ') and said piston speed.

2. Method according to claim 1, characterized in that it further comprises: The determination of the second derivative of the cylinder pressure (P "), The determination of the piston acceleration from a mapping establishing a relationship between the information relating to the speed (N) and the load (C) of the engine, the second derivative of the cylinder pressure (P ") and said piston acceleration.

3. Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the mapping (12) is obtained by a preliminary test campaign.

4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the derivative determination is performed on a time window (Ft).

5. Method according to claim 4, characterized in that the time window (Ft) starts after the High Compression Dead Point (PMHc).

6. Method according to claim 5, characterized in that the time window (Ft) is between the High Compression Dead Point (PMHc) and 90 Crankshaft Degree after this High Compression Dead Point (PMHc).

7. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises the determination of information relating to the opening of the combustion chamber (6) during the compression phase.

8. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises the determination of information relating to an air supercharging.

9. The method of claim 8, characterized in that the information relating to the air supercharging is obtained by a record of the air intake pressure entering the combustion chamber (6).

10. Vehicle comprising an internal combustion engine associated with a computer (11) configured to implement a method according to any one of the preceding claims.