FR3074850A1 - Procede d'adaptation de fonctions de controle moteur pour carburants secondaires - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un procédé de gestion d'au moins une fonction de contrôle (F1, F2, F3) d'un moteur thermique influencée par l'utilisation d'un carburant secondaire pouvant être substitué ou utilisé en combinaison avec un carburant de base, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - un étape de réception, via une première loi de commande (L1), d'informations (l_cs) relatives au carburant secondaire utilisé, - une étape de génération, via ladite première loi de commande (L1), de paramètres liés au carburant secondaire et de facteurs d'interpolation, - une étape de détermination, via une deuxième loi de commande (L2), d'une consigne adaptée à partir d'une consigne correspondant au carburant de base, des paramètres liés au carburant secondaire, et des facteurs d'interpolation, et - une étape de pilotage du moteur thermique à partir de la consigne adaptée précédemment déterminée.
Description
[0001] La présente invention porte sur un procédé d'adaptation de fonctions de contrôle moteur pour carburants secondaires. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles fonctionnant à l'essence et au gaz de type GPL (pour Gaz Pétrole Liquéfié), ainsi qu'avec des applications dite de type flex fuel dans lesquelles le moteur à combustion interne est apte à fonctionner avec un carburant contenant de l'alcool prenant typiquement la forme d'éthanol. Le taux d’alcool dans le carburant peut prendre n’importe quelle valeur entre une borne minimale et une borne maximale (fixées par les carburants disponibles sur le marché). Le taux variera selon le carburant introduit par l'utilisateur dans le réservoir au moment du plein.
[0002] De façon connue en soi, la ligne d'échappement d'un moteur thermique est généralement au moins munie d’un catalyseur d’oxydation, par exemple un catalyseur trois voies, permettant la réduction d'oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, l'oxydation des monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau. La ligne d'échappement est également munie de deux sondes à oxygène appelées couramment sondes lambda, disposées respectivement en amont et en aval de du catalyseur.
[0003] Un système de contrôle-commande de maîtrise de la richesse du mélange aircarburant dans le moteur (et dans la ligne d'échappement) est géré par trois fonctions distinctes à savoir une fonction identifiant la consigne de richesse à appliquer dans chaque cylindre du moteur en fonction des contraintes instantanées du moteur (mise en action, diagnostics, protection thermique, etc.), une fonction de régulation de la richesse en amont et en aval du catalyseur, et une fonction de détection du passage du point de rosée des sondes à oxygène présentes dans la ligne d'échappement.
[0004] Toutefois, ces fonctions sont généralement conçues et calibrées pour des applications fonctionnant uniquement avec un carburant de type essence. Pour des applications utilisant un carburant secondaire pouvant se substituer ou être utilisé en combinaison avec de l’essence, les caractéristiques chimiques de ce dernier nécessitent des calibrations spécifiques pour maîtriser au mieux la richesse et le comportement des sondes à oxygène.
[0005] En effet, en utilisant un carburant secondaire, les calibrations des fonctions liées à la maîtrise de la richesse ne sont pas adaptées pour assurer une performance acceptable du moteur et des systèmes de dépollution. Par exemple, dans le cadre de la régulation de richesse, on modélise la réponse de la mesure de la sonde à oxygène en amont du catalyseur par rapport à une consigne de richesse dans la chambre de combustion, via un filtre du premier ordre avec retard. Sur la figure 1, on observe, pour une consigne de richesse donnée Cons_R, une différence mesurable entre le modèle de sonde pour un carburant à essence M e et le modèle de sonde pour un carburant secondaire M_cs. Une nonadaptation du modèle utilisé entraîne donc une mauvaise évaluation des erreurs de richesse et par conséquent une détérioration de la performance du moteur.
[0006] Les carburants secondaires pouvant être de plusieurs types (gaz ou éthanol par exemple) avec une architecture de système spécifique, les fonctions actuelles doivent multiplier le nombre de leurs cartographies pour chaque type. Pour des applications véhicules n’utilisant que de l’essence, le calculateur moteur serait surchargé inutilement.
[0007] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un procédé de gestion d'au moins une fonction de contrôle d'un moteur thermique influencée par l'utilisation d'un carburant secondaire pouvant être substitué ou utilisé en combinaison avec un carburant de base, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
- un étape de réception, via une première loi de commande, d'informations relatives au carburant secondaire utilisé,
- une étape de génération, via ladite première loi de commande, de paramètres liés au carburant secondaire et de facteurs d'interpolation,
- une étape de détermination, via une deuxième loi de commande, d'une consigne adaptée à partir d'une consigne correspondant au carburant de base, des paramètres liés au carburant secondaire, et des facteurs d'interpolation, et
- une étape de pilotage du moteur thermique à partir de la consigne adaptée précédemment déterminée.
[0008] L'invention étant ainsi adaptable, par calibration, aux carburants et à la ligne d'échappement utilisée, elle permet d’optimiser la performance du moteur pour les prestations de dépollution et d'agrément. En outre, dans le cas où aucun carburant secondaire n'est utilisé, l’invention n'est pas implémentée, ce qui limite toute surcharge inutile du calculateur moteur.
[0009] Avantageusement, ledit procédé est mis en œuvre avec plusieurs fonctions de gestion de richesse de carburant, notamment une fonction de consigne de richesse, une fonction de régulation de richesse, et une fonction de détection de passage d'un point de rosée d'une sonde à oxygène.
[0010] Selon une mise en œuvre, la première loi de commande est distincte des différentes fonctions de gestion de richesse de carburant.
[0011] Selon une mise en œuvre, la deuxième loi de commande est implémentée dans chaque fonction de gestion de richesse de carburant.
[0012] Selon une mise en œuvre, les paramètres liés au carburant secondaire et les facteurs d'interpolation sont générés sont forme d'une paire de vecteurs.
[0013] Selon une mise en œuvre, le nombre de composantes est identique pour chaque paire de vecteurs, l’ordre des composantes des vecteurs étant prédéfini et en correspondance d'un vecteur à l'autre.
[0014] Selon une mise en œuvre, ledit procédé comporte une étape d'interpolation entre la consigne correspondant au carburant de base et un paramètre de consigne lié au carburant secondaire en utilisant un facteur d'interpolation pour le carburant secondaire.
[0015] Selon une mise en œuvre, les informations relatives au carburant secondaire utilisé sont choisies parmi: le type de carburant secondaire, une durée d'injection, une température du carburant secondaire, une pression du carburant secondaire, et un taux d'éthanol dans le carburant secondaire.
[0016] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de gestion d'au moins une fonction mise en œuvre par un moteur thermique influencée par l'utilisation d'un carburant secondaire tel que précédemment défini.
[0017] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[0018] La figure 1, déjà décrite, est une représentation graphique d'un niveau de richesse du mélange air-carburant en fonction du temps illustrant l'influence d'un changement de carburant sur un modèle de sonde à oxygène;
[0019] La figure 2 est une représentation schématique d'un moteur thermique associé à une ligne d'échappement apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention de gestion de fonctions liées au contrôle de richesse du mélange air-carburant;
[0020] La figure 3 est une représentation schématique des lois de commande selon l'invention mises en oeuvre avec des fonctions liées à la gestion de la richesse du mélange air-carburant;
[0021] La figure 4 est une représentation schématique d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention avec une consigne de richesse;
[0022] La figure 5 est une représentation schématique d'un exemple d'interpolation de paramètres liés au carburant secondaire par lecture de vecteurs entrants.
[0023] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre.
[0024] La figure 2 représente schématiquement une partie d'une ligne d'échappement 10 collectant les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne 11 équipant un véhicule automobile. Ce moteur 11 est par exemple un moteur apte à fonctionner avec un carburant à essence et un carburant à gaz de type GPL. En variante, il s'agit d'un moteur à combustion interne 11 apte à fonctionner avec un carburant contenant de l'alcool prenant typiquement la forme d'éthanol. Le taux d’alcool dans le carburant peut prendre n’importe quelle valeur entre une borne minimale et une borne maximale (fixées par les carburants disponibles sur le marché). Le taux variera selon le carburant introduit par l'utilisateur dans le réservoir au moment du plein.
[0025] La ligne d'échappement 10 sur laquelle est montée une turbine de turbocompresseur 12 comporte un catalyseur 13 associé à un filtre à particules. Le catalyseur 13 est réalisé à base d'un matériau aux propriétés de stockage réversible d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement. Le catalyseur 13 présente une capacité de stockage en oxygène, dite OSC pour Oxygen Storage Capacity en anglais. Il permet de stocker l'oxygène lorsque le moteur 11 fonctionne en régime pauvre (rapport air/carburant supérieur à 1) pour le restituer en régime riche (rapport air/carburant inférieur ou égal à 1). Le catalyseur 13 contribue à assurer l'oxydation du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (HC) et la réduction des oxydes d'azote (NOx).
La capacité de stockage en oxygène du catalyseur 13 est un indicateur de son vieillissement car plus le catalyseur 13 vieillit, moins il est capable de stocker de l'oxygène.
[0026] Deux sondes à oxygène 14, appelées couramment sondes lambda, sont disposées respectivement en amont et en aval du catalyseur 13. Ces sondes 14 de type connu pourront prendre la forme de sonde de type linéaire ou stoechiométrique.
[0027] On décrit ci-après, en référence avec les figures 3 à 5, les étapes du procédé selon la présente invention. Ces étapes pourront par exemple être mises en oeuvre par le calculateur moteur 16 qui comporte une mémoire stockant des instructions logicielles permettant de réaliser les différentes fonctions et lois de commande décrites ci-après.
[0028] Plus précisément, comme cela est illustré sur la figure 3, le procédé met en oeuvre une première de loi de commande L1 composée de trois parties associées respectivement aux lois de commande déjà existantes (calibrées pour un carburant à essence) du périmètre maîtrise de la richesse moteur P rich. Elle est disposée en amont des fonctions F1, F2, F3.
[0029] Les fonctions F1, F2, F3 consistent par exemple respectivement en une fonction F1 identifiant la consigne de richesse à appliquer dans chaque cylindre du moteur 11 en fonction des contraintes instantanées du moteur (mise en action, diagnostics, protection thermique, etc.), une fonction F2 de régulation de la richesse en amont et en aval du catalyseur 13, et une fonction F3 de détection de passage d'un point de rosée. Cette fonction F3 vise à déterminer les conditions thermodynamiques (température et pression des gaz d'échappement notamment) à partir desquelles il n'y a plus d'eau sous forme liquide dans la ligne d'échappement 10 susceptible d'endommager les sondes à oxygène 14. Cette fonction F3 est basée sur un modèle qui dépend du carburant utilisé et en particulier de son énergie dissipée lors de la combustion.
[0030] En outre, des deuxièmes lois de commande L2 identiques sont implémentées dans chaque fonction consommatrice F1, F2, F3. Ces lois de commande L2 permettent d'effectuer l'interpolation ou la substitution d'une consigne pour l'essence via le calcul d'un barycentre détaillé ci-après.
[0031] A cette fin, comme on peut le voir sur la figure 4, la première loi de commande L1 reçoit des informations l_cs relatives au carburant secondaire utilisé. Ces informations l_cs sont choisies par exemple parmi: le type de carburant secondaire, une durée d'injection, une température du carburant secondaire, une pression du carburant secondaire, et un taux d'éthanol dans le carburant secondaire dans le cas d'une application de type flex fuel.
[0032] Une cartographie de la première loi de commande L1 permet de générer des paramètres Par cs, notamment de consigne, liés au carburant secondaire et des facteurs d'interpolation FJnt pour pondérer ou remplacer les valeurs liées à l’essence.
[0033] Avantageusement, comme cela est illustré par la figure 5, ces données sont transmises sous forme de vecteurs à la deuxième loi de commande L2 de chaque fonction. On distingue ainsi un vecteur V1 contenant les paramètres liés au carburant secondaire, et un vecteur V2 contenant des valeurs d’interpolation, comprise par exemple entre 0 et 1.
[0034] En l'occurrence, deux vecteurs V1, V2 étant générés pour chaque fonction, six vecteurs sont générés au total. Le nombre de composantes est identique pour chaque paire de vecteurs V1, V2. L’ordre des composantes des vecteurs V1, V2 est prédéfini et peut être mis à jour dans le cas où de nouvelles contraintes de fonctionnement apparaissent.
[0035] Dans les fonctions consommatrices F1, F2, F3, la deuxième loi de commande L2 est implémentée pour chaque paramètre à modifier. Chaque loi L2 reçoit les deux vecteurs V1, V2 associés à la fonction issus de la loi de commande L1 en amont. Pour chaque fonction, un numéro de composante correspond à un même paramètre.
[0036] La deuxième loi de commande L2 assure une interpolation entre la consigne X correspondant au carburant de base issue d'une cartographie et un paramètre de consigne lié au carburant secondaire Par cs en utilisant un facteur d'interpolation Factjnt pour le carburant secondaire. A cet effet, on met en œuvre des blocs fonctionnels 18 de sélection d'une composante donnée de chaque vecteur V1, V2 et un module de calcul de barycentre 19 à partir de ces composantes et d'une consigne de référence X pour moteur 11 à essence.
[0037] Par exemple, pour un véhicule fonctionnant à l'essence et au GPL, un vecteur de consignes de richesse V1 issue d'une cartographie correspondant au GPL peut contenir par exemple une composante A relative à une consigne de richesse au démarrage, une composante B relative à une consigne de richesse permettant une protection thermique, une composante C relative à une consigne de richesse nominale, une composante D relative à une consigne de richesse en cas de défaut, et une composante E relative à un autre type de consigne de richesse applicable.
[0038] Un vecteur de consigne V2 obtenu également à partir d'une cartographie contient des valeurs de pondération M, N, O, P, Q comprises entre 0 et 1 et élaborées en correspondance avec les composantes A, B, C, D, E du vecteur V1. Ainsi, la première composante de consigne A du vecteur V1 est associée à la première composante M du vecteur V2, la deuxième composante de consigne B du vecteur V1 est associée à la deuxième composante N du vecteur V2, et ainsi de suite. Bien entendu, le nombre de composantes des vecteurs V1, V2 est variable en fonction de l'application.
[0039] Les blocs 18 sélectionnent par exemple la 4ième composante de consigne D du vecteur V1 et la 4ième composante P du vecteur de pondération V2. Le module de calcul de barycentre 19 applique une formule qui dépend de la valeur de la composante de consigne pour le GPL (ici la composante D), de la valeur de la consigne X pour un carburant de type essence, et de la composante de pondération correspondante P.
[0040] Cette formule permettant de déterminer une consigne Cons adaptée au carburant secondaire est par exemple la suivante: D*P+X*(1-P).
- Dans le cas où P=0, la valeur essence X est utilisée. Cela est par exemple le cas au démarrage du moteur 11 thermique.
- Dans le cas où P=1, la valeur du carburant secondaire D est utilisée. Cela est par exemple le cas lorsque le moteur 11 thermique est chaud.
- Dans le cas où P est compris entre 0 et 1, une interpolation est réalisée entre la valeur essence X et la valeur du carburant secondaire D. Cela est par exemple le cas lors d'une phase de transition d'un mode de fonctionnement d'un type de carburant vers l'autre type de carburant.
[0041] Un calcul est analogue peut être mis en œuvre pour les différentes composantes du vecteur V1.
[0042] Pour un véhicule fonctionnant avec un carburant ayant un taux d'éthanol de Z1%, il est possible d'établir des vecteurs V1 et V2 à partir d'une cartographie correspondant à un carburant ayant un taux d'éthanol de Z2 % par exemple. Le module 19 réalise alors une interpolation entre la valeur de consigne de l'essence et la valeur de consigne du carburant à Z1% pour déterminer les valeurs de consigne adaptée Cons pour le carburant à Z2% d'éthanol.
[0043] Le moteur 11 thermique peut ensuite être piloté à partir de la consigne déterminée Cons.
[0044] La mise en œuvre de l'invention a été décrite pour des fonctions du périmètre richesse mais son caractère générique peut permettre d’élargir son utilisation à d’autres fonctions (allumage, protection thermique, etc.) impactées par l’utilisation d’un carburant secondaire.
Claims (9)
1. Procédé de gestion d'au moins une fonction de contrôle (F1, F2, F3) d'un moteur thermique (11) influencée par l'utilisation d'un carburant secondaire pouvant être substitué ou utilisé en combinaison avec un carburant de base, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
- un étape de réception, via une première loi de commande (L1), d'informations (l_cs) relatives au carburant secondaire utilisé,
- une étape de génération, via ladite première loi de commande (L1), de paramètres liés au carburant secondaire (Par_cs) et de facteurs d'interpolation (Fact_int),
- une étape de détermination, via une deuxième loi de commande (L2), d'une consigne adaptée (Cons) à partir d'une consigne (X) correspondant au carburant de base, des paramètres liés au carburant secondaire (Par_cs), et des facteurs d'interpolation (Factjnt), et
- une étape de pilotage du moteur thermique (11) à partir de la consigne adaptée (Cons) précédemment déterminée.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre avec plusieurs fonctions de gestion de richesse de carburant, notamment une fonction (F1) de consigne de richesse, une fonction (F2) de régulation de richesse, et une fonction (F3) de détection de passage d'un point de rosée d'une sonde à oxygène (14).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première loi de commande (L1) est distincte des différentes fonctions (F1, F2, F3) de gestion de richesse de carburant.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la deuxième loi de commande (L2) est implémentée dans chaque fonction (F1, F2, F3) de gestion de richesse de carburant.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les paramètres liés au carburant secondaire (Par_cs) et les facteurs d'interpolation (Factjnt) sont générés sont forme d'une paire de vecteurs (V1, V2).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le nombre de composantes est identique pour chaque paire de vecteurs (V1, V2), l’ordre des composantes des vecteurs (V1, V2) étant prédéfini et en correspondance d'un vecteur à l'autre.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape d’interpolation entre la consigne (X) correspondant au carburant de base et un paramètre de consigne lié au carburant secondaire (Par_cs) en utilisant un facteur d'interpolation pour le carburant secondaire.
5 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les informations (l_cs) relatives au carburant secondaire utilisé sont choisies parmi: le type de carburant secondaire, une durée d'injection, une température du carburant secondaire, une pression du carburant secondaire, et un taux d'éthanol dans le carburant secondaire.
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9. Calculateur moteur (16) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de gestion d'au moins une fonction de contrôle d'un moteur thermique (11 ) influencée par l'utilisation d'un carburant secondaire tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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