WO2000055499A1 - Procede de determination d'un parametre de fonctionnement d'un moteur - Google Patents

Procede de determination d'un parametre de fonctionnement d'un moteur Download PDF

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WO2000055499A1
WO2000055499A1 PCT/EP2000/002146 EP0002146W WO0055499A1 WO 2000055499 A1 WO2000055499 A1 WO 2000055499A1 EP 0002146 W EP0002146 W EP 0002146W WO 0055499 A1 WO0055499 A1 WO 0055499A1
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Frédéric Galtier
Willibald Schuerz
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Siemens Automotive S.A.
Siemens Ag
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    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/2406—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using essentially read only memories
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the object of the present invention is therefore to represent in the simplest possible way, the most precise and the least costly in computing time, a four-dimensional space.
  • three of the axes define motor control parameters (for example N, P, ⁇ ) and make it possible to determine a fourth variable (for example ⁇ ) which is an operating parameter of this motor.
  • ⁇ a fourth variable which is an operating parameter of this motor. It is already known, for this purpose, to determine an additive or proportional correction factor as a function of ⁇ , established from a single table connecting the correction on the advance ⁇ and the parameter ⁇ at an operating point (N , P).
  • the aim of the present invention is to determine the ignition advance angle ⁇ actually as a function of N, P and ⁇ . More specifically, the present invention aims to establish in a simple and inexpensive manner both in computation time and in memory a four-dimensional table.
  • the present invention relates to a method for determining an operating parameter ( ⁇ ) of an internal combustion engine as a function of three control parameters (N, P, ⁇ ) of this engine, characterized in that '' it consists of: - establishing a first mapping of the operating parameter
  • the method according to the invention can be applied to the determination of parameters other than those given as an example, in particular this method also allows the calculation of the EGR rate (Exhaust Gas Recirculation), gas recirculation rate exhaust in which four parameters are to be followed, but still the advance correction a as a function of the EGR rate or the VVT factor (Variable Valve Timing: modification of the intake diagram) and any other operating parameter dependent on more than two control parameters.
  • EGR rate exhaust Gas Recirculation
  • VVT factor Very Valve Timing: modification of the intake diagram
  • FIG. 1 is a view schematically and simplified showing the four parameters to be memorized
  • FIG. 2 is a schematic view illustrating the method according to the invention.
  • the invention consists in memorizing in the simplest possible way a four-dimensional space.
  • this memorization is applied to the calculation of the ignition advance angle ⁇ for an internal combustion engine.
  • This ignition advance angle ⁇ (FIG. 1) depends in a known manner on the speed of rotation of the engine N (representative of the engine speed), on the intake pressure P (representative of the quantity of air introduced into the cylinder, i.e. the engine load) and the air / fuel ratio called ⁇ (representative of the composition of the mixture). It is already known to produce maps linking the engine speed N, the engine load P and the ignition advance angle ⁇ . Such maps give, for a given speed / load pair (N, P), the feed angle ⁇ to be applied.
  • the method for memorizing a four-dimensional space (FIG. 2) according to the invention consists in:
  • one places oneself in at least one operating point (P1, N1) (FIG. 1) given for a typical engine placed on a test bench and one determines the angle of advance at ignition ⁇ for each value of ⁇ .
  • a relation f ( ⁇ ) is thus established between the operating parameter ( ⁇ ) and the third control parameter ( ⁇ ) over the entire range of variation of this parameter at at least one determined operating point (N1, P1).
  • the relation connecting ⁇ and ⁇ is a nonlinear relation, by way of example it has been represented in the form of a bold line in FIGS. 1 and 2.
  • the graphic representation of this function is not limited to the shape shown.
  • - f ( ⁇ ) is the nonlinear relation connecting the operating parameter (ignition advance angle ⁇ ) and the third control parameter ⁇ .
  • the interpolation factor between the two maps is a non-linear function determined on the test bench. This function can be mapped.
  • the representation of a four-dimensional space can be carried out quickly and with little computational power by replacing a table defining an operating parameter ⁇ as a function of three control parameters (N, P, ⁇ ) which are knows not manageable, by two tables depending on the control parameters (N, P) plus a non-linear interpolation or extrapolation between these two tables according to an adimensional representation f ( ⁇ ) of the third control parameter ⁇ .
  • This variant makes it possible, as in the context of the first embodiment, to explore the whole range of variations in ⁇ . The results obtained are more precise and more reliable than a simple correction factor. This variant is more robust in the face of the laws of variation of the operating parameter as a function of the control parameters.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above and encompasses any variant within the reach of ordinary skill in the art.
  • the method according to the invention can be applied wherever a storage of a four-dimensional space is necessary.
  • the method according to the invention can be applied to the calculation of the EGR rate (Exhaust Gas Recirculation) and in particular to the correction of the ignition advance to be applied as a function of this rate or according to the VVT, etc.
  • the C1 and C2 maps are not necessarily carried out by setting ⁇ at the minimum or at the maximum (rich mixture or lean mixture). These two maps can be performed for any two values of ⁇ , but distinct.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de détermination d'un paramètre de fonctionnement (α) d'un moteur à combustion interne en fonction de trois paramètres de commande (N, P, μ) de ce moteur, caractérisé en ce qu'il consiste à: établir une première cartographie (C1) du paramètre de fonctionnement (α) en fonction de deux des paramètres de commande (N, P), le troisième paramètre de commande (μ) étant fixé à une première valeur, établir une seconde cartographie (C2) du paramètre de fonctionnement (α) en fonction des deux mêmes paramètres de commande (N, P), le troisième paramètre de commande (μ) étant fixé à une seconde valeur, établir une relation f(μ) entre le paramètre de fonctionnement (α) et le troisième paramètre (μ) de commande sur toute la plage de variation de ce paramètre en au moins un point de fonctionnement déterminé (N, P), appliquer cette relation pour déterminer le paramètre de fonctionnement (α) en fonction des trois paramètres de commande (N, P, μ) en tous points de fonctionnement du moteur.

Description

PROCEDE DE DETERMINATION D'UN PARAMETRE DE FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR
Procédé de détermination d'un paramètre de fonctionnement d'un moteur à combustion interne en fonction de trois paramètres de commande de ce moteur. Plus particulièrement, un tel procédé permet de déterminer l'angle d'avance à l'allumage (α) en fonction de la vitesse de rotation du moteur (N), de la charge du moteur (P pression d'admission) et du rapport air/carburant (λ lambda).
Dans les moteurs à combustion interne à injection indirecte, il est connu de déterminer l'angle d'avance à l'allumage α en fonction de la vitesse de rotation du moteur N et de la quantité d'air admise P. En effet, pour que ce type de moteur fonctionne correctement, il est impératif que la richesse du mélange R soit à peu près constante et égale à 1. De ce fait, le paramètre λ (lambda), qui est l'inverse de cette richesse 1/R, ne varie pas ou très peu, et il n'est pas ou très peu nécessaire d'en tenir compte pour déterminer l'angle d'avance à l'allumage α. Ainsi, cet angle d'avance à l'allumage α est déterminé sur banc d'essai pour un moteur type et sa valeur est ensuite appliquée à tous les moteurs de même type à l'aide de cartographies reliant l'angle d'avance à l'allumage α, le régime moteur N et la quantité d'air introduite dans le cylindre P.
De telles cartographies sont réalisées couramment et bien qu'elles nécessitent un nombre de points de fonctionnement (N, P) importants, leur établissement et leur utilisation ne présentent pas de réelles difficultés.
Dans le cas de moteurs à combustion interne utilisant une injection directe de carburant dans chacun des cylindres et/ou dans ceux utilisant un mélange pauvre (lean burn), de telles cartographies deviennent inutilisables. En effet, de tels moteurs présentent une plage de variations de λ (lambda) importantes. De ce fait, l'angle d'avance à l'allumage ne dépend plus uniquement du régime moteur (N) et de sa charge (P), mais il dépend également et fortement de λ. Or, la mémorisation de tables dans un espace à quatre dimensions (α, N, P, λ) est très difficile à réaliser de manière simple. Les microprocesseurs standards équipant les unités centrales de commande du fonctionnement du moteur ne permettent pas de mémoriser et de traiter de telles cartographies à quatre dimensions. Ces cartographies requièrent, en effet, des ressources mémoires importantes, leur gestion est trop gourmande en calculs et demandent une symbolique particulière pour leur représentation qui n'est pas disponible sur les microprocesseurs classiques. Le but de la présente invention est donc de représenter de la façon la plus simple possible, la plus précise et la moins coûteuse en temps de calcul, un espace à quatre dimensions. Dans cet espace, trois des axes définissent des paramètres de commande du moteur (par exemple N, P, λ) et permettent de déterminer une quatrième variable (par exemple α) qui est un paramètre de fonctionnement de ce moteur. II est déjà connu, à cet effet, de déterminer un facteur de correction additif ou proportionnel en fonction de λ, établi à partir d'une table unique reliant la correction sur l'avance α et le paramètre λ en un point de fonctionnement (N,P). Cependant, ce type de correction ne permet pas de couvrir de grandes plages de variation en λ, notamment on ne peut à l'aide d'une telle correction définir de facteur de correction valide pour tous les points (N, P) de fonctionnement. De ce fait, l'angle d'avance à l'allumage devient imprécis si λ s'éloigne du lambda basique et/ou si on se trouve sur un point de fonctionnement (N, P) très différent de celui où a été défini le facteur de correction. II est également connu d'établir deux cartographies donnant l'angle d'avance à l'allumage α en fonction du régime moteur N et de la charge moteur P, une première cartographie correspondant à un λ minimum et une seconde cartographie correspondant à un λ maximum. En fonction de la valeur réelle de λ, on bascule de l'une à l'autre de ces cartographies. Cependant, un tel mode de fonctionnement ne présente aucune finesse dans le calcul de l'angle d'avance à l'allumage, il n'y a pas de prise en compte de la valeur actuelle réelle de λ.
Le but de la présente invention est de déterminer l'angle d'avance à l'allumage α réellement en fonction de N, P et λ. Plus précisément, la présente invention vise à établir de manière simple et peu coûteuse tant en temps de calculs qu'en mémoire une table à quatre dimensions.
A cet effet, la présente invention concerne un procédé de détermination d'un paramètre de fonctionnement (α) d'un moteur à combustion interne en fonction de trois paramètres de commande (N, P, λ) de ce moteur, caractérisé en ce qu'il consiste à : - établir une première cartographie du paramètre de fonctionnement
(α) en fonction de deux des paramètres de commande (N, P), le troisième paramètre de commande (λ) étant fixé à une première valeur,
- établir une seconde cartographie du paramètre de fonctionnement (α) en fonction des deux mêmes paramètres de commande (N, P), le troisième paramètre de commande (λ) étant fixé à une seconde valeur,
- établir une relation entre le paramètre de fonctionnement (α) et le troisième paramètre (λ) de commande sur toute la plage de variation de ce paramètre en au moins un point de fonctionnement déterminé (N, P),
- appliquer cette relation pour déterminer le paramètre de fonctionnement (α) en fonction des trois paramètres de commande (N, P, λ) en tous points de fonctionnement du moteur.
Il est à noter que le procédé selon l'invention peut être appliqué à la détermination d'autres paramètres que ceux donnés en exemple, notamment ce procédé permet également le calcul du taux d'EGR (Exhaust Gas Recirculation), taux de recirculation des gaz d'échappement dans lequel quatre paramètres sont à suivre, mais encore la correction d'avance a en fonction du taux d'EGR ou du facteur de VVT (Variable Valve Timing : modification du diagramme d'admission) et de tout autre paramètre de fonctionnement dépendant de plus de deux paramètres de commande.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue représentant de manière schématique et simplifiée les quatre paramètres à mémoriser, et
- la figure 2 est une vue schématique illustrant le procédé selon l'invention.
L'invention consiste à mémoriser de la manière la plus simple possible un espace à quatre dimensions. A titre d'exemple, cette mémorisation est appliquée au calcul de l'angle d'avance à l'allumage α pour un moteur à combustion interne. Cet angle d'avance à l'allumage α (figure 1) dépend de manière connue de la vitesse de rotation du moteur N (représentative du régime moteur), de la pression d'admission P (représentative de la quantité d'air introduite dans le cylindre, c'est-à-dire de la charge du moteur) et du rapport air/carburant appelé λ (représentatif de la composition du mélange). II est déjà connu de réaliser des cartographies reliant le régime moteur N, la charge moteur P et l'angle d'avance à l'allumage α. De telles cartographies donnent, pour un couple régime/charge (N, P) donné, l'angle d'avance α à appliquer.
Le procédé de mémorisation d'un espace à quatre dimensions (figure 2) selon l'invention consiste à :
- réaliser une première cartographie C1 reliant P, N et α alors que λ est fixé à une première valeur (par exemple mélange pauvre), puis à
- réaliser une seconde cartographie C2 reliant P, N et α alors que λ est fixé à une seconde valeur (par exemple mélange riche). On obtient ainsi deux cartographies C1 et C2, chacune établie pour un λ déterminé.
Selon l'invention, on se place en au moins un point de fonctionnement (P1 , N1) (figure 1) donné pour un moteur type placé sur un banc d'essai et on détermine l'angle d'avance à l'allumage α pour chaque valeur de λ. On établit ainsi une relation f (λ) entre le paramètre de fonctionnement (α) et le troisième paramètre de commande (λ) sur toute la plage de variation de ce paramètre en au moins un point de fonctionnement déterminé (N1 , P1).
Pour plus de précision dans la détermination de la relation reliant l'angle d'avance α à l'allumage et λ, il est possible d'établir cette courbe en plusieurs points de fonctionnement distincts, par exemple au point (P2, N2) (figure 1).
La relation reliant α et λ est une relation non linéaire, à titre d'exemple elle a été représentée sous la forme d'un trait gras aux figures 1 et 2. Bien entendu, la représentation graphique de cette fonction n'est pas limitée à la forme représentée.
Selon l'invention, lorsque l'on est en un point de fonctionnement quelconque (P, N), la détermination du paramètre de fonctionnement (angle d'avance à l'allumage α) en fonction des trois paramètres de commande N, P et λ est effectuée selon la formule suivante : a = l + [a2- αl]x f(λ) dans laquelle :
- α1 est la valeur du paramètre de fonctionnement (angle d'avance à l'allumage) donné par la première cartographie C1 pour un couple de paramètres de commande (N, P),
- α2 est la valeur du paramètre de fonctionnement (angle d'avance à l'allumage) donné par la seconde cartographie C2 pour ce même couple de paramètres de commande (N, P), et
- f(λ) est la relation non linéaire reliant le paramètre de fonctionnement (angle d'avance à l'allumage α) et le troisième paramètre de commande λ.
Ainsi, le procédé selon la présente invention présente l'avantage de ne nécessiter que deux cartographies (N, P, α). Dès que la relation α = f(λ) est déterminée en au moins un point de fonctionnement, elle est applicable en tous points et permet de relier facilement les trois paramètres de commandes au paramètre de fonctionnement α. Cette relation α = f(λ) peut elle aussi être représentée par une simple cartographie mono-dimensionelle.
En fait, selon l'invention, le facteur d'interpolation entre les deux cartographies est une fonction non linéaire déterminée au banc d'essai. Cette fonction peut être cartographiée. Ainsi, la représentation d'un espace à quatre dimensions peut être effectuée de manière rapide et peu gourmande en calcul en remplaçant une table définissant un paramètre de fonctionnement α en fonction de trois paramètres de commande (N, P, λ) que l'on sait non gérable, par deux tables fonction des paramètres de commande (N, P) plus une interpolation ou extrapolation non linéaire entre ces deux tables en fonction d'une représentation adimensionnelle f(λ) du troisième paramètre de commande λ.
L'inter/extrapolation entre les deux tables (cartographies) n'est pas faite linéairement, car cela ne donnerait pas accès au troisième degré de liberté. Cette inter/extrapolation est réalisée selon une loi particulière définie en fonction du troisième paramètre λ. L'invention permet ainsi de retrouver tous les degrés de liberté nécessaires à l'exploitation complète de cet espace à quatre dimensions.
On notera que pour déterminer la relation non linéaire, on peut soit se fonder sur un point de fonctionnement donné et favorable puis inter/extrapoler cette relation à tous les points, soit rechercher la loi optimale à partir de plusieurs points de fonctionnement distincts.
On notera (si l'on connaît les valeurs de λ requises en quelques points de fonctionnement (N,P) pré-définis et cartographies) qu'il est également possible d'encadrer la valeur réelle de N et de P par les valeurs approchantes de chacune des cartographies pour donner par extra/interpolation une valeur de (λ) extrapolée puis d'obtenir, au moyen de la relation non linéaire, la valeur de (α) correspondante.
Cette variante permet, comme dans le cadre du premier mode de mise en œuvre, d'explorer toute la gamme de variations en λ. Les résultats obtenus sont plus précis et plus fiables qu'un simple facteur de correction. Cette variante est plus robuste face aux lois de variations du paramètre de fonctionnement en fonction des paramètres de commande.
On notera que cette variante permet de représenter parfaitement les deux types de corrections connues dont on a déjà parlé, à savoir la simple correction additive ou proportionnelle tout comme le basculement simple et binaire d'une table à l'autre. Il suffit pour cela de choisir judicieusement la loi α = f(λ).
On notera que si les deux cartographies C1 et C2 existent déjà, on peut les reprendre sans avoir à recommencer toute la calibration. Il suffit de définir la relation permettant de passer de l'une à l'autre.
Si la plage de variation en λ change au cours du développement du projet de mise au point d'un moteur type, il suffit de changer la gamme de variation de λ sans avoir à recommencer toute la calibration déjà faite. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation ci-dessus décrit et englobe toute variante à la portée de l'homme de l'art. Notamment, le procédé selon l'invention peut être appliqué partout où une mémorisation d'un espace à quatre dimensions est nécessaire. Ainsi, le procédé selon l'invention peut être appliqué au calcul du taux d'EGR (Exhaust Gas Recirculation - Taux de Recirculation des Gaz d'Echappement) et notamment à la correction de l'avance à l'allumage à appliquer en fonction de ce taux ou en fonction de la VVT, etc....
De même, les cartographies C1 et C2 ne sont pas forcément réalisées en fixant λ au minimum ou au maximum (mélange riche ou mélange pauvre). Ces deux cartographies peuvent être réalisées pour deux valeurs de λ quelconques mais distinctes.

Claims

WO 00/55499 PCTtEPOO/021467 REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination d'un paramètre de fonctionnement (a) d'un moteur à combustion interne en fonction de trois paramètres de commande (N, P, λ) de ce moteur, le dit procédé consistant à :
- établir une première cartographie (C1) du paramètre de fonctionnement (α) en fonction de deux des paramètres de commande (N, P), le troisième paramètre de commande (λ) étant fixé à une première valeur et,
- établir une seconde cartographie (C2) du paramètre de fonctionnement (α) en fonction des deux mêmes paramètres de commande (N, P), le troisième paramètre de commande (λ) étant fixé à une seconde valeur, le dit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste en outre à :
- établir au banc d'essai une relation f(λ) non linéaire entre le paramètre de fonctionnement (α) et le troisième paramètre (λ) de commande sur toute la plage de variation de ce paramètre en au moins un point de fonctionnement déterminé (N, P) et,
- appliquer cette relation pour déterminer le paramètre de fonctionnement (α) en fonction des trois paramètres de commande (N, P, λ) en tous points de fonctionnement du moteur.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le paramètre de fonctionnement (α) est déterminé selon la relation suivante :
Figure imgf000009_0001
dans laquelle :
- 1 est la valeur du paramètre de fonctionnement donné par la première cartographie (C1) pour un couple de paramètres de commande (N, P),
- ot2 est la valeur du paramètre de fonctionnement donné par la seconde cartographie (C2) pour ce même couple de paramètres de commande (N, P), et
- f(λ) est la relation non linéaire reliant le paramètre de fonctionnement α et le troisième paramètre de commande λ.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la détermination de la fonction non linéaire reliant le paramètre de fonctionnement (α) et le troisième paramètre de commande (λ) est effectuée en au moins deux points de fonctionnement distincts pour lesquels les deux paramètres de commande sont fixés (N, P).
4. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la valeur réelle de N et de P est encadrée par les valeurs approchantes de chacune des cartographies (C1 , C2) pour donner par extra/interpolation une valeur de (λ) WO 00/55499 PCTtEPOO/02146
8 extrapolée permettant d'obtenir, au moyen de la relation non linéaire, la valeur de (α) correspondante.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le paramètre de fonctionnement est l'angle d'avance à l'allumage (α), et les trois paramètres de commandes sont :
- un paramètre représentatif du régime moteur (N),
- un paramètre représentatif de la charge du moteur (P) et,
- un paramètre représentatif de la composition du mélange (λ), la première et la seconde cartographie (C1 , C2) donnant l'angle d'avance à l'allumage (α) en fonction du régime (N) et de la charge (P).
PCT/EP2000/002146 1999-03-12 2000-03-10 Procede de determination d'un parametre de fonctionnement d'un moteur WO2000055499A1 (fr)

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