WO2008017771A1 - Procede d'estimation du debit de gaz entrant dans un moteur - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a vehicle engine.
  • the invention more specifically relates to a method of controlling a vehicle engine for estimating the flow rate of gas entering the engine.
  • the invention applies in particular to a turbocharged supercharger diesel engine.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • the total amount of the gases admitted into the engine is determined to deduce the fresh air flow rate and the flow rate of gas passing through the recirculation circuit (EGR).
  • An object of the invention is therefore to improve existing processes, in particular by providing a method in which it is possible to obtain a robust estimate of the total quantity of gas admitted to the engine, in at least one of the cases following:
  • the invention may also allow a robust estimation, even for the addition in the exhaust line of new after-treatment systems, involving a modified back pressure and a modified thermal behavior at the exhaust.
  • V cy ⁇ is the engine capacity
  • N the engine speed
  • p is dm ⁇ ss ⁇ on the density of the gas entering the engine
  • ⁇ has dm ⁇ ss ⁇ on the gas intake efficiency within the engine
  • PECHA PP ement the density of exhaust gas ⁇ écha PP ement the exhaust performance of engine output gas and which is a produced of correction functions f ( ⁇ ,) depending respectively on another parameter ⁇ , with l ⁇ i ⁇ n.
  • the method according to the invention may furthermore have at least one of the following characteristics: the parameters ⁇ , where l ⁇ i ⁇ n are the ambient temperature T amb
  • a mapping of the intake efficiency of the gases entering the engine ⁇ aJmmon (N, p aJmilum ) is determined by varying the range of possible values for the engine speed N and the density of the gases at the intake p adm ⁇ ss ⁇ on, the other parameters of equation (1) being known or maintained at constant value;
  • ⁇ x a mapping of yield ⁇ x is determined by varying the range of possible values for the engine speed N and the density of the exhaust gases Péch app ly, other parameters of the equation (1) is known or maintained at constant value;
  • a mapping of a yield ⁇ 3 is determined , by varying the range of possible values for the cooling temperature of the water T ea u, the other parameters of equation (1) being known or maintained at a constant value ;
  • FIG. supercharged internal combustion engine equipped with an exhaust gas recirculation circuit (EGR), and in this example a variable geometry turbo and a plurality of aftertreatment devices;
  • EGR exhaust gas recirculation circuit
  • - Figure 2 illustrates an exemplary mapping of the intake efficiency, determined based on the engine speed N and the density of the gas admission p adm ⁇ ss ⁇ on
  • FIG. 1 there is shown a motor 1 with an EGR circuit 4 conventionally comprising a bypass 41, a cooler 42 and a valve 43.
  • the engine 1 also comprises a turbocharger 2 formed of a compressor 21 and a a variable geometry turbine 22, and a plurality of post-processing devices 300, 301, 302 arranged in the exhaust line 3.
  • These elements typically a precatalyst 300, a particulate filter 301 and a muffler 302
  • the gas flow rate is estimated within the Q Engine by the following formulation:
  • V cy is the engine displacement (liters), ⁇ the engine speed (rev / min), p a dm ⁇ ssón the density of the gases entering the engine (kg / m 3 ), ⁇ admission the gas intake efficiency entering the engine, pe P c ement the density of the exhaust gas (kg / m 3), ⁇ fensivement the gas exhaust performance at the engine outlet and n
  • P [Z 1 Ca 1) is a product of correction functions f ( ⁇ ,) dependent
  • I I respectively of another parameter ⁇ , with l ⁇ i ⁇ n.
  • 'Jl scale 1 is the gas constant perfect exhaust.
  • a mapping of the intake efficiency of the gases entering the engine is determined ri rg, ss, is ⁇ N> P adm, ss, on)> by varying the range of possible values for the engine speed N and the density of gas in the admission inlet, the other parameters of the equation ( 1) being known or maintained at constant value.
  • the density of the gas per a dm ⁇ ss ⁇ on at the entrance of the engine 1 is varied preferably in the engine inlet pressure, the temperature T 23 in motor input also being known by a temperature sensor.
  • this identification of the intake efficiency is carried out at constant water motor cooling temperature T (hot engine), at a constant ambient temperature T amb .
  • the operating conditions of the engine must be as close as possible to those encountered by the driver, namely in particular in the context of the invention: a conventional combustion mode, a mean exhaust back pressure.
  • the zone 10 corresponds to the usual operating zone of the engine 1, the zone 11 to a zone difficult to reach by a vehicle, and finally the zone 12 a corresponding zone at a very low pressure on the accelerator pedal with the vehicle launched.
  • step 2 a mapping of yield ⁇ x, by varying the range of possible values for the engine speed N and the density of the exhaust gas transgressed PP ement, other parameters of the equation (1) being known or maintained at constant value.
  • the identification of the exhaust ⁇ écha PP ement efficiency is carried out at cooling water temperature of the engine T constant water (hot engine) and an ambient temperature T amb constant.
  • T constant water
  • T amb ambient temperature
  • the density of the exhaust gas transgressed PP ement it runs through all possible injection modes and all possible against exhaust pressures. It is thus possible to vary the temperature at the engine output T 3 1 or the engine output pressure P 31 . Practically, the different possible back-pressures are obtained with different loadings of the particulate filter 301 or with fouling in the exhaust line 3.
  • a mapping of a yield ⁇ 2 is determined (step 3), by varying the range of possible values for the ambient temperature T am b, the other parameters of equation (1) being known or maintained at a constant value.
  • the intake efficiency ⁇ has ⁇ ss ⁇ o d m n
  • the exhaust performance ⁇ écha PP ement and the water temperature T of cooling water are fixed.
  • a mapping of a yield ⁇ 3 is then determined (step 4), by varying the range of possible values for the cooling temperature of the water T water , the other parameters of equation (1) being known or maintained. constant value.
  • the admission admission efficiency, the exhaust efficiency ⁇ écha PP PPEMENT and the ambient temperature T amb are frozen.
  • This correction function f 2 thus makes it possible to take into account the influence of the temperature of the cooling water of the engine.

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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 : Q<SUB>moteur</SUB> Vcyl /2*N/60*P

Description

Procédé d'estimation du débit de αaz entrant dans un moteur.
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
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 2789731 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 2824596, 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 :
/ > )
Figure imgf000004_0001
(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, ηéchaPPement le rendement d'échappement des gaz en sortie du moteur et où est un
Figure imgf000005_0001
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 ηaJmmon(N,paJmilum), en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour le régime moteur N et la masse volumique des gaz à l'admission padmιssιon, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante ;
- on détermine une cartographie d'un rendement ηx, 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 ;
- on détermine la cartographie du rendement d'échappement des gaz sortant du moteur ηechappement{N,Pechappement) par la relation ηx = i échappement \ ' r échappement J I admission \ > r admission ) '
- 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 U dépendante du paramètre ai = Tamb, par la relation : J1[CC1 1 amb ) ï/ '21 XfI admission V* ' P admission ) 'l échappement Λ ' P * échappement )) '
- on détermine une cartographie d'un rendement η3, 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 /[ ηaJm∞on(N,paJmilumy
I échappement \ ' 1 échappement J 1 J '
- on détermine dans un ordre quelconque le rendement d'échappement ηéchaPPement des gaz en sortie du moteur, une fonction de correction \λ dépendante de la température ambiante (X1 = 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 padmιssιon
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 :
) /*n I échappement ( \N ' r o échappement J )*r IT I J fΛ (a I ) '
Figure imgf000007_0001
(1)
où Vcy, est la cylindrée du moteur (litres), Ν le régime moteur (tours/mn), padmιssιon la masse volumique des gaz entrant dans le moteur (kg/m3), ηadmission le rendement d'admission des gaz entrant dans le moteur, péchapPement la masse volumique des gaz d'échappement (kg/m3), ηéchappement le rendement d'échappement des gaz en sortie du moteur et n où P[Z1Ca1) est un produit de fonctions de corrections f(α,) dépendantes
I=I respectivement d'un autre paramètre α, avec l≤i≤n.
On détermine le rendement d'admission par la relation p
P admission = ~ — ou ' 'adm est \Ά constante des gaz parfaits à l'admission, radm * 23 p et on détermine le rendement d'échappement péchaDBement = — où reCh
' éch 1Jl est la constante des gaz parfaits à l'échappement.
Les paramètres α, avec l≤i≤n sont par exemple la température ambiante Tamb (^ = 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 riadm,ss,on{N>Padm,ss,on)> en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour le régime moteur N et la masse volumique des gaz à l'admission Padmission, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante. Pour faire varier la masse volumique des gaz padmιssιon 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 Tamb 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 ηx, 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 ηéchaPPement 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 T31 ou la pression en sortie moteur P31. 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 η echappemeΛ{N , p echappemeΛ) par la relation ηλ =
I échappement \ ' ' échappement J I admission \ > r admission / V / "
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 ηéchaPPement et la température de l'eau de refroidissement Teau sont figés.
Sur la base de ce rendement η2, on calcule une fonction de correction U dépendante du paramètre ai = Tamb, par la relation : fAai =Tamb)=^2l^adm,S^^Padm,SS,on)*^échaPPemeAN ^PéchaPPemen,)) (3)- Cθttθ fonction de correction U permet ainsi de prendre en compte l'influence de la température ambiante au moteur.
On détermine alors (étape 4) une cartographie d'un rendement η3, 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 Tambsont 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) = τ]3 /[ηadmιssιon{N,padmιssιonY ηechappemem (N, pechappemem Y f 1 ( ai = Tamb)] (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 U, 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 ηéchappement, puis une étape 3 consistant à établir une fonction f1= f^on = Teau) selon une formulation analogue à celle de la formule (3), l'étape 4 consistant ainsi à établir une fonction f2= f2(α2 = Tamb) 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
Figure imgf000010_0001
= Tamb) 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 f2= f2(α2 = Teau) selon l'équation (4).

Claims

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 :
I > Λ
Figure imgf000011_0001
(1) où Vcy, 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, ηéchaPPement le rendement d'échappement des gaz en sortie du moteur et où est un
Figure imgf000011_0002
produit de fonctions de corrections f(α,) dépendantes respectivement d'un autre paramètre α, avec l≤i≤n.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les paramètres α, avec l≤i≤n sont la température ambiante Tamb (α! = Tamb) et/ou la température de l'eau de refroidissement du moteur Teau (α2
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 ηaΛaimn(N,paΛaumn), en faisant varier la gamme de valeurs possibles pour le régime moteur N et la masse volumique des gaz à l'admission padmιssιon, les autres paramètres de l'équation (1) étant connus ou maintenus à valeur constante.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine une cartographie d'un rendement ηλ, 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. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on détermine la cartographie du rendement d'échappement des gaz sortant du moteur ηechappement(N,pechappement) par la relation ηλ =
/échappement \ ' r échappement J I admission \ > P admission / V / "
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. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on calcule une fonction de correction ^ dépendante du paramètre α1 = Tamb, par la relation : V* ' P échappement JJ (^) •
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine une cartographie d'un rendement η3, 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. 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 /[
Figure imgf000012_0002
*7 echappemeAN > P échappement)* ^(Uï = Tamb)] (4).
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 U dépendante de la température ambiante on = 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 dβS gθZ.
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