WO2008084170A2 - Procede de regulation d'un moteur a combustion interne - Google Patents

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WO2008084170A2
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Ludovic Peron
Vincent Lacour
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Delphi Technologies, Inc.
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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections

Definitions

  • the present invention relates to a method of regulating an internal combustion engine.
  • an internal combustion engine in which fuel is injected into cylinders, it is known that the fuel must be injected in an appropriate amount at and at appropriate times, in particular to meet performance criteria and regulations concerning the emission of fuel. gas burned during combustion.
  • the mechanical wear the precision of the components and the hydraulic effects can influence the injection, it is necessary to implement an injection control strategy which makes it possible to compensate this influence.
  • a known injection strategy consists in regulating the injection in closed loop, as a function of the pressure internal to the cylinders.
  • Document FR-2 864 840-A1 describes a strategy of this type.
  • a first quantity characterizing the combustion evolution in the combustion chamber of at least one cylinder is determined as a function of a signal supplied by a combustion chamber pressure sensor. More precisely, the first magnitude is calculated by a conventional algorithm as a function of the first law of thermodynamics.
  • the object of the invention is to provide a control method whose accuracy is improved.
  • the invention provides a method of regulating an internal combustion engine, comprising the steps of:
  • the fourth curve is effectively representative of the rate of heat emission during a cycle, and in particular has a good repeatability, that is to say gives the same result in many cases. same conditions, indicates a zero rate after combustion, and is insensitive to errors on the pressure sensor gain, the time shift, ...
  • the overall accuracy of the regulation is improved.
  • the method comprises the steps of:
  • the fourth curve is transformed into a first set of restricted quantities, and therefore easily manipulated. by a device that implements the method, for example a microcontroller.
  • said first set comprises a determined number greater than one of quantities of quantity and of quantities of time corresponding to respective portions of said cycle, said determined number being the maximum number of injection during a cycle.
  • said second set comprises at least one target quantity quantity and a target quantity of time, said target quantity quantity and said target quantity of time being determined as a function of an engine speed and a second pre-recorded data table.
  • the determination of said second set does not require significant computing power.
  • the data table can be optimized in a design phase and calibration of the engine.
  • said respective portions are predetermined according to said second data table.
  • the division of the portion cycle must not be performed in real time at each cycle. It is independent of the injections made in the particular cycle.
  • a cutting of this type makes it possible in particular to take into account superimposed combustions over time, for example a combustion corresponding to a pilot injection followed by a combustion corresponding to a main injection.
  • the method comprises the steps of: - determining at least one offset quantity as a function of said first and second sets; - determining said control signal as a function of said at least one offset quantity.
  • said motor comprises a plurality of rolls, said first set and said second set being determined independently for each roll, said at least one shift amount being determined for each cylinder according to all of said first sets and second sets.
  • the method comprises the steps of:
  • the method comprises the steps of:
  • said correction signal is an injection correction signal, said method comprising the steps of:
  • injection correction signal indicates that a correction is necessary, determining an injection offset signal, modifying said control signal as a function of said offset signal.
  • the invention also provides a regulating device capable of being connected to at least one pressure sensor and to at least one injector, and comprising regulating means able to implement the method according to the invention above.
  • the device may for example be a microcontroller programmed appropriately. It may be a microcontroller of known type, in which a software has been loaded for the implementation of said method.
  • FIG. 1 and 2 schematically show a motor and a motor control device
  • FIGS. 3 to 7 are graphs representing the rate of heat emission during a cycle and other quantities, as a function of the crankshaft angle
  • FIG. 8 is a diagram showing steps of the method according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a graph illustrating the state determination step of an exemplary diagnostic strategy
  • FIG. 10 is a decision tree illustrating the decision step of the diagnostic strategy of FIG. 9,
  • FIGS. 11 and 12 are graphs representing the behavior of an injector
  • FIG. 13 is a diagram illustrating steps of the method according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 14 is a graph showing the behavior of an injector
  • FIG. 15 is a diagram illustrating steps of the method according to one embodiment of the invention.
  • Figures 1 and 2 show schematically an internal combustion engine 1 provided with cylinders, and a control device 2 connected to the engine 1.
  • the engine 1 is equipped with sensors 3, including in particular pressure sensors measuring the internal pressure of each cylinder and a crank angle sensor, and actuators 4 able to actuate injectors for injecting fuel into the cylinders.
  • the regulating device 2 is able to receive signals coming from the sensors 3, and is able to transmit signals towards the actuators 4.
  • the regulating device 2 is for example made in the form of a microprocessor of a known type, in which a software has been loaded for the implementation of a regulation method according to one embodiment of the invention, described below. In the frame representing the regulating device 2 in FIGS. 1 and 2, there are shown, in the form of diagrams, steps of the control method.
  • a first strategy 10 is a closed-loop control of the injection, based on the signals coming from the sensors 3, and which determines shift magnitudes for the injection control 11 which controls the actuators 4.
  • a second strategy 20 is a diagnosis of the shift magnitudes of the first strategy 10.
  • a third strategy 30 is a correction of an injector deflection, which acts on the injection control 1 1.
  • the second strategy 20 may, for example, decide to activate the third strategy 30 or to act on a control of the air intake system 40.
  • the regulating device 2 is also connected to an air intake system 40, which allows the control of the intake system of the air intake system 40. Air 40 to act for example on the admission of gases, the rate of reuse of gases (EGR), ...
  • each strategy 10, 20 and 30 as well as the injection control 11 and the control of the air intake system 40 is for example carried out by a module of the software.
  • Figure 2 shows that the first strategy 10 comprises four steps. During the first step 12, the heat emission rate is determined during a cycle. In the second step 13, the rate determined in step 12 is converted into a first set of parameters. Step 14 consists in determining a second set of parameters corresponding to a target combustion. Step 15 consists in determining shift magnitudes for the injection control 11, which determines a control signal of the actuators 4.
  • Figures 3 to 7 illustrate the first step 12.
  • the explanations will relate to curves that represent continuous physical quantities in abscissa and ordinate.
  • these curves are processed by the regulation device 2 of numerically.
  • the horizontal axis represents the crankshaft angle but could equivalently represent the time.
  • - dQ is the heat emission rate
  • - P is the internal pressure of the cylinder
  • - V is the volume of the compression chamber of the cylinder
  • - ⁇ is the adiabatic coefficient
  • Vk dP '/ P'
  • P 'a pressure which would be the internal pressure of the cylinder in the absence of combustion.
  • the curves 16 and 17 respectively represent dP / P and Vk during a cycle, depending on the crank angle.
  • Vkmean is determined according to the engine speed, that is to say as a function of the speed of rotation and the load.
  • Vkmean is determined by using a data table pre-stored in the memory of the regulating device 2.
  • the pre-recorded data are determined in a calibration phase of the engine, making the average on the various cylinders of the ratio dP / P in the absence of combustion, for different regimes.
  • Vkmean is determined by interpolation of these data.
  • the curve 19 is determined by calculating the difference between the derivative of the curve 18 and the curve 16.
  • Curve 42 represents the rate of heat emission during a cycle dQ.
  • each curve is divided into a number N of windows (also called portions).
  • the number N corresponds to the maximum number of injections during a cycle. For example, in an engine in which there are one, two or three injections during a cycle, depending on the engine speed, N will be equal to 3.
  • the windows are predetermined, that is to say that they are not calculated cycle by cycle but only once when designing and tuning the engine.
  • the windows are for example determined during the optimization process described below with reference to step 14. Preferably, there is an overlap between the windows.
  • a THR parameter correlated with the quantity of heat emitted during the window is determined, for example by integrating the curve dQ on the window, and a CoG parameter correlated with the distribution of the heat emission at the window. during the window, for example by calculating the center of gravity of the curve dQ on the window.
  • a first set of 2N parameters is obtained which represents the combustion in the cylinder.
  • the total number of parameters is 2N * the number of cylinders.
  • step 14 determine target parameters that characterize a target combustion, as a function of the engine speed. These parameters are, for each window, the parameters THR * and CoG * defined above, which correspond to a target combustion verifying performance and emission criteria for flue gases.
  • the parameters THR * and CoG * are determined according to pre-recorded tables which give the values of the parameters according to the engine speed. These pre-recorded tables are determined in a design and calibration phase of the engine, by applying the calculations described with reference to steps 12 and 13 to the signals from the sensors 3 during a target combustion, for different engine speeds.
  • An optimization program is used to define the windows used to split the cycle so that the tables are as linear as possible.
  • the THR and CoG parameters are calculated in the same way as that used to calculate the target parameters THR * and CoG * recorded in the tables, a precise precision of these calculations is not necessary.
  • step 15 offset magnitudes are determined for the injection control 11.
  • the control signal issued by the injection control 11 corresponds to the control signal of the preceding cycle, corrected by the offset quantities determined by the control.
  • Step 15 Similar to the THR and CoG parameters, the offset magnitudes comprise quantities related to the quantity of fuel injected, and quantities related to the injection instants, or equivalent to the crankshaft injection angles.
  • step 15 the difference between the parameters THR, CoG, and THR *, CoG * is determined for each cylinder and for each window, and this difference serves as an input quantity for a PID regulator 43.
  • the output quantities calculated by the PID regulator 43 are then supplied to a harmonization module 44 and a clipping module 45.
  • the harmonization module 44 does not process the output variables of the PID regulator 43 independently of one another, but in a manner overall. Based on rules, it makes it possible to ensure coherence between the output quantities of the PID regulator 43 before these become the offset quantities supplied to the injection control 1 1. For example, in the case of 'a cycle normally presenting two equal pre-injections, it must be ensured that the offset magnitudes cause the same modification of the two pre-injections.
  • the clipping module 45 makes it possible to limit the amplitude of the offset magnitudes in order to guarantee the robustness of the regulation. In fact, in nominal operation, the offset quantities should be zero.
  • the first strategy 10 is a fast loop, that is to say that it acts cycle by cycle.
  • the other strategies 20 and 30 make it possible to maintain an operation close to nominal operation in the event of excessive deviation. Indeed, if one or some of the output variables of the PID regulator 43 are too large, they are clipped by the module 45, and the necessary correction can be made by the strategies 20 and 30 as described below.
  • the second strategy 20 is a diagnosis of the offset quantities determined by the first strategy 10.
  • the purpose of the diagnosis is to continuously monitor the outputs of the first strategy 10, to detect a drift or malfunction of the system, to identify the cause of drift and ask another strategy to take corrective action, if possible.
  • the second strategy is a slow loop, as opposed to the first so-called fast loop strategy, in that it does not necessarily produce an effect at each cycle.
  • the diagnosis made by the second strategy 20 can be divided into two steps: in a first step, the shift magnitudes determined by the first strategy 10 are checked, and in a second step, it is decided, according to the result of the first step, if corrective measures are necessary and if so, which ones.
  • the first step is for example carried out by defining a deflection threshold 46 and a malfunction threshold 47 for each offset quantity.
  • the thresholds 46 and 47 may depend on the engine speed.
  • FIG. 9 represents the successive values of one of the shift magnitudes O (i) determined by the first strategy 10, and the thresholds 46 and 47. As long as O (i) is lower, in absolute value, than the diversion threshold 46 , the value "1-no problem" is associated with O (i). If O (i) exceeds the threshold 46 while remaining below the threshold 47, the value "detected 2-deviation” is associated with O (i). Finally, if O (i) exceeds the threshold 47, the value "3 -function detected” is associated with O (i).
  • the state is "detected 2-deviation"
  • a correction measure of the deviation is required for the cylinder in question.
  • Such a correction measure is described below with reference to the third strategy 30.
  • the state is "2-deviation detected”
  • a measure of correction of the air intake is necessary for the cylinder in question.
  • Such a correction measure is made by modifying the parameters of the control of the air intake system 40, for example by modifying the rate of reuse of the gases.
  • the third strategy 30 is a correction of an injection deflection.
  • FIG. 11 is a graph which represents the quantity of fuel delivered by an injector, as a function of the duration of a pulse present in the control signal of the injector.
  • Curve 48 represents the nominal behavior of the injector
  • curve 49 represents the behavior of the injector in case of deviation, for example due to mechanical wear. Note that for a pulse of given duration, the amount of fuel injected in case of deviation, given by the curve 49, will be lower than the nominal fuel quantity given by the curve 48.
  • the injection control 11 determines an injector control signal including a pulse at step 50.
  • a compensation time is added to the duration of the pulse at step 51 , which amounts to shifting the curve 49 towards the left as shown in Figure 12, so that the amount of fuel injected corresponds to the nominal amount.
  • the compensation time is determined from a table 52, as a function of the pressure of the common rail, as shown by the arrow 53.
  • the injector has not normally undergone any deviation, and the table 52 contains only null values.
  • the purpose of the third strategy 30 is to update the table 52, when the second strategy 20 decides that it becomes necessary.
  • the third strategy is based on the correlation between the heat emitted during a pre-injection (pilot injection) HR_PIL, and the quantity of fuel delivered by the pilot injection. This correlation is shown in FIG. 14.
  • HR_PIL is calculated as a function of the internal pressure of the cylinder, in a manner equivalent to the calculation of THR in the first strategy 10, by defining a window which corresponds to the pilot injection.
  • Fig. 15 is a step diagram showing a closed-loop embodiment of the third strategy 30.
  • Step 54 is optional and consists of calculating HR_PIL in the absence of pilot injection. If the result is non-zero, it can be stored as the correction value HR_COR which is used to correct HR_PIL in step 56.
  • HR_PIL is calculated in the presence of a given pulse that produces pilot combustion, and in step 56 HR_PIL is compared with a reference value HR_REF.
  • HR_REF corresponds to the heat emitted during a reference pilot injection, which depends on the specifications of the particular application.
  • step 57 a variable TRIM is increased in proportion to the difference HR_PIL - HR_REF
  • HR_ ⁇ is a margin of error determined for each application as a function of the signal-to-noise ratio of the heat emission. This embodiment is called a closed-loop mode because it uses a calculation loop to determine the TRIM variable used to update the table.
  • variable TRIM is determined without using a calculation loop. This embodiment is therefore called open-loop mode.
  • a reference curve is stored, for example in the memory of the control device 2.
  • This reference curve gives HR_PIL as a function of the duration of the injection pulse, in the absence of deviation of the injector.
  • This reference curve is for example measured during a calibration step during commissioning of the injector.
  • the TRIM variable is determined according to the calculated HR_PIL value and the HR_PIL value given by the reference curve.
  • the TRIM variable is used to update the table 52.
  • the third strategy 30 could be used independently of the first strategy 10, for example with another closed-loop control strategy to determine the offset quantities used by the injection control 11.

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Abstract

Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne (1), comprenant les étapes consistant à : déterminer un premier ensemble (13) de grandeurs représentatives de la combustion dans un cylindre dudit moteur en fonction d'un signal de pression représentatif de la pression interne dudit cylindre au cours d'un cycle (3, 12); déterminer (11) au moins un signal de commande d'un injecteur (4) en fonction dudit premier ensemble (13) et d'un deuxième ensemble (14) de grandeurs représentatives d'une combustion souhaitée; déterminer ledit premier ensemble (13) en fonction du rapport entre la dérivée de ladite pression interne et ladite pression interne au cours dudit cycle.

Description

PROCÉDÉ DE RÉGULATION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
La présente invention se rapporte à un procédé de régulation d'un moteur à combustion interne. Dans un moteur à combustion interne, dans lequel du carburant est injecté dans des cylindres, il est connu que le carburant doit être injecté en quantité appropriée à et des instants appropriés, notamment pour respecter des critères de performance et la réglementation concernant l'émission de gaz brûlés lors de la combustion. Comme l'usure mécanique, la précision des composants et des effets hydrauliques peuvent influencer l'injection, il est nécessaire de mettre en œuvre une stratégie de commande d'injection qui permette de compenser cette influence.
Une stratégie d'injection connue consiste à réguler l'injection en boucle fermée, en fonction de la pression interne aux cylindres. Le document FR-2 864 840-A1 décrit une stratégie de ce type.
Dans ce document, une première grandeur caractérisant l'évolution de combustion dans la chambre de combustion d'au moins un cylindre est déterminée en fonction d'un signal fourni par un capteur de pression de chambre à combustion. Plus précisément, la première grandeur est calculée par un algorithme classique en fonction de la première loi de la thermodynamique.
Ce procédé n'est pas complètement satisfaisant, notamment parce que le calcul de la première grandeur peut être entaché d'erreurs, par exemple il peut indiquer un taux d'émission de chaleur non nul après la combustion. Cela diminue la précision globale de la régulation.
Le but de l'invention est de fournir un procédé de régulation dont la précision est améliorée.
Pour cela l'invention fournit un procédé de régulation d'un moteur à combustion interne, comprenant les étapes consistant à :
- déterminer un premier ensemble de grandeurs représentatives de la combustion dans un cylindre dudit moteur en fonction d'un signal de pression représentatif de la pression interne dudit cylindre au cours d'un cycle, - déterminer au moins un signal de commande d'un injecteur en fonction dudit premier ensemble et d'un deuxième ensemble de grandeurs représentatives d'une combustion souhaitée, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à : - déterminer une première courbe représentative du rapport entre la dérivée de ladite pression interne et ladite pression interne au cours dudit cycle,
- déterminer une deuxième courbe en fonction d'un régime moteur et d'une première table de données pré-enregistrées, - déterminer une troisième courbe qui serait représentative, en l'absence de combustion, du rapport entre la dérivée de ladite pression interne et ladite pression interne au cours dudit cycle, en fonction de ladite première courbe et ladite deuxième courbe,
- déterminer une quatrième courbe représentative du taux d'émission de chaleur au cours d'un cycle en fonction de la différence entre ladite première courbe et ladite troisième courbe,
- déterminer ledit premier ensemble en fonction de ladite quatrième courbe.
Grâce à ces caractéristiques, on s'assure que la quatrième courbe est effectivement représentative du taux d'émission de chaleur au cours d'un cycle, et notamment présente une bonne répétitivité, c'est-à- dire donne un même résultat dans de mêmes conditions, indique un taux nul après la combustion, et est peu sensible à des erreurs sur le gain de capteur de pression, le décalage temporel,... La précision globale de la régulation s'en trouve améliorée.
De préférence, le procédé comprend les étapes consistant à :
- déterminer au moins une grandeur de quantité représentative de la quantité de chaleur émise au cours d'une portion dudit cycle, en fonction de ladite quatrième courbe, - déterminer au moins une grandeur de temps représentative de la répartition de l'émission de chaleur au cours de ladite portion dudit cycle, en fonction de ladite quatrième courbe, ledit premier ensemble comprenant au moins ladite grandeur de quantité et ladite grandeur de temps. En d'autres termes, on transforme la quatrième courbe en un premier ensemble de grandeurs restreint, et donc facilement manipulable par un dispositif qui met en œuvre le procédé, par exemple un microcontrôleur.
Avantageusement, ledit premier ensemble comprend un nombre déterminé supérieur à un de grandeurs de quantité et de grandeurs de temps correspondant à des portions respectives dudit cycle, ledit nombre déterminé étant le nombre maximal d'injection au cours d'un cycle.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit deuxième ensemble comprend au moins une grandeur de quantité cible et une grandeur de temps cible, ladite grandeur de quantité cible et ladite grandeur de temps cible étant déterminées en fonction d'un régime moteur et d'une deuxième table de données pré-enregistrée.
Ainsi, comme elle fait appel à une table de données préenregistrée, la détermination dudit deuxième ensemble ne nécessite pas une puissance de calcul importante. De plus, la table de données peut être optimisée dans une phase de conception et calibrage du moteur.
De préférence, lesdites portions respectives sont prédéterminées en fonction de ladite deuxième table de données.
Autrement dit, le découpage du cycle en portion ne doit pas être réalisé en temps réel à chaque cycle. Il est indépendant des injections réalisées dans le cycle particulier. Un découpage de ce type permet notamment de prendre en compte des combustions superposées dans le temps, par exemple une combustion correspondant à une injection pilote suivie d'une combustion correspondant à une injection principale.
Avantageusement, le procédé comprend les étapes consistant à : - déterminer au moins une grandeur de décalage en fonction desdits premier et deuxième ensembles, - déterminer ledit signal de commande en fonction de ladite au moins une grandeur de décalage.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit moteur comprend une pluralité de cylindres, ledit premier ensemble et ledit deuxième ensemble étant déterminés indépendamment pour chaque cylindre, ladite au moins une grandeur de décalage étant déterminée pour chaque cylindre en fonction de l'ensemble desdits premiers ensembles et deuxièmes ensembles.
Ainsi, il est possible de tenir compte de l'injection dans un cylindre pour commander l'injection dans un autre cylindre. De préférence, le procédé comprend les étapes consistant à :
- tester si lesdites grandeurs de décalage vérifient une condition de validation,
- dans la négative, modifier lesdites grandeurs de décalage.
Cela permet d'assurer une cohérence entre les caractéristiques quantitatives et temporelles des injections, et entre les injections dans différents cylindres. Cela permet aussi de s'assurer que la régulation n'a pas pour effet de tenter inutilement de compenser une déviation importante résultant par exemple d'une usure importante.
Avantageusement, le procédé comprend les étapes consistant à :
- déterminer un état de fonctionnement dudit moteur en fonction de ladite au moins une grandeur de décalage et d'au moins un seuil,
- déterminer un signal de correction en fonction dudit état de fonctionnement. Selon un mode de réalisation particulier, ledit signal de correction est un signal de correction d'injection, ledit procédé comprenant les étapes consistant à :
- si ledit signal de correction d'injection indique qu'une correction est nécessaire, déterminer un signal de décalage d'injection, - modifier ledit signal de commande en fonction dudit signal de décalage.
Cela permet de prendre des mesures de correction appropriées quand elles deviennent nécessaires pour que la combustion ne s'écarte pas trop de la combustion cible. L'invention fournit également un dispositif de régulation apte à être relié à au moins un capteur de pression et à au moins un injecteur, et comprenant des moyens de régulation aptes à mettre en œuvre le procédé selon l'invention ci-dessus. Le dispositif peut par exemple être un microcontrôleur programmé de manière appropriée. Il peut s'agir d'un microcontrôleur de type connu, dans lequel on a chargé un logiciel pour la mise en œuvre dudit procédé. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins :
- les figures 1 et 2 représentent schématiquement un moteur et un dispositif de régulation du moteur,
- les figures 3 à 7 sont des graphes représentant le taux d'émission de chaleur au cours d'un cycle et d'autres grandeurs, en fonction de l'angle de vilebrequin,
- la figure 8 est un schéma représentant des étapes du procédé selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 9 est un graphe illustrant l'étape de détermination d'état d'un exemple de stratégie de diagnostic,
- la figure 10 est un arbre de décision illustrant l'étape de décision de la stratégie de diagnostic de la figure 9,
- les figures 11 et 12 sont des graphes représentant le comportement d'un injecteur, - la figure 13 est un schéma illustrant des étapes du procédé selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 14 est un graphe représentant le comportement d'un injecteur,
- la figure 15 est un schéma illustrant des étapes du procédé selon un mode de réalisation de l'invention.
Les figures 1 et 2 représentent schématiquement un moteur 1 à combustion interne muni de cylindres, et un dispositif de régulation 2 relié au moteur 1.
Le moteur 1 est équipé de capteurs 3, comprenant notamment des capteurs de pression mesurant la pression interne de chaque cylindre et un capteur d'angle de vilebrequin, et d'actionneurs 4 aptes à actionner des injecteurs pour injecter du carburant dans les cylindres. Le dispositif de régulation 2 est apte à recevoir des signaux en provenance des capteurs 3, et est apte à émettre des signaux vers les actionneurs 4. Le dispositif de régulation 2 est par exemple réalisé sous la forme d'un microprocesseur d'un type connu, dans lequel on a chargé un logiciel pour la mise en œuvre d'un procédé de régulation selon un mode de réalisation de l'invention, décrit ci-dessous. Dans le cadre représentant le dispositif de régulation 2 sur les figures 1 et 2, on a représenté, sous forme de schémas, des étapes du procédé de régulation.
Le procédé peut être divisé en trois stratégies. Une première stratégie 10 est une régulation en boucle fermée de l'injection, basée sur les signaux en provenance des capteurs 3, et qui détermine des grandeurs de décalage pour le contrôle d'injection 11 qui commande les actionneurs 4. Une deuxième stratégie 20 est un diagnostic des grandeurs de décalage de la première stratégie 10. Une troisième stratégie 30 est une correction d'une déviation d'injecteur, qui agit sur le contrôle d'injection 1 1. La deuxième stratégie 20 peut par exemple décider d'activer la troisième stratégie 30 ou d'agir sur un contrôle du système d'admission d'air 40. Le dispositif de régulation 2 est également relié à un système d'admission d'air 40, ce qui permet au contrôle du système d'admission d'air 40 d'agir par exemple sur l'admission des gaz, le taux de réutilisation des gaz (EGR), ...
Ces différentes stratégies sont décrites en détail ci-dessous. Chaque stratégie 10, 20 et 30 ainsi que le contrôle d'injection 11 et le contrôle du système d'admission d'air 40 est par exemple réalisée par un module du logiciel. La figure 2 montre que la première stratégie 10 comprend quatre étapes. Au cours de la première étape 12, on détermine le taux d'émission de chaleur au cours d'un cycle. Dans la deuxième étape 13, on convertit le taux déterminé à l'étape 12 en un premier ensemble de paramètres. L'étape 14 consiste à déterminer un deuxième ensemble de paramètres correspondant à une combustion cible. L'étape 15 consiste à déterminer des grandeurs de décalage pour le contrôle d'injection 11 , qui détermine un signal de commande des actionneurs 4.
Les figures 3 à 7 illustrent la première étape 12. Dans ce qui suit, les explications porteront sur des courbes qui représentent des grandeurs physiques continues en abscisses et en ordonnées. Bien entendu, ces courbes sont traitées par le dispositif de régulation 2 de manière numérique. L'axe horizontal représente l'angle de vilebrequin mais pourrait, de manière équivalente, représenter le temps.
La détermination du taux d'émission de chaleur au cours d'un cycle est basée sur la formule suivante :
dQ = PV/(γ-l) * ( dP/P - Vk ) (1)
Dans cette équation :
- dQ est le taux d'émission de chaleur, - P est la pression interne du cylindre,
- dP est la dérivée première de la pression interne du cylindre,
- V est le volume de la chambre de compression du cylindre, - γ est le coefficient adiabatique,
- Vk est une courbe virtuelle, avec Vk = dP'/P', avec P' une pression qui serait la pression interne du cylindre en l'absence de combustion.
Différentes courbes sont représentées sur les figures 3 à 7. Les courbes 16 et 17 représentent respectivement dP/P et Vk au cours d'un cycle, en fonction de l'angle de vilebrequin.
Le calcul de Vk est décomposé en plusieurs étapes. Tout d'abord, une courbe 18 appelée Vkmean est déterminée en fonction du régime moteur, c'est-à-dire en fonction de la vitesse de rotation et de la charge. Afin de limiter la puissance de calcul nécessaire, Vkmean est déterminée en faisant appel à une table de données pré-enregistrée dans la mémoire du dispositif de régulation 2. Les données pré-enregistrées sont déterminées dans une phase de calibrage du moteur, en faisant la moyenne sur les différents cylindres du rapport dP/P en l'absence de combustion, pour différents régimes. En fonctionnement, Vkmean est déterminé par interpolation de ces données. Ensuite, la courbe 19 est déterminée en calculant la différence entre la dérivée de la courbe 18 et la courbe 16. La courbe 19 est filtrée et intégrée, et le résultat est ajouté à la courbe 18, ce qui donne la courbe 41 de la figure 6. Enfin, la courbe 41 est décalée pour être alignée avec la courbe 16 sur le cycle, ce qui donne la courbe 17 représentant Vk. On peut alors déterminer la courbe 42 de la figure 7 par application de l'équation (1). La courbe 42 représente le taux d'émission de chaleur au cours d'un cycle dQ. En s'assurant d'une bonne précision dans le calcul de Vk, on obtient une bonne précision dans le calcul de dQ. Les grandeurs dQ et Vk sont calculées cycle par cycle, cylindre par cylindre. Cela permet de s'affranchir des perturbations que pourraient entraîner des fluctuations de cycle et une dispersion de dQ entre les cylindres.
Après l'étape 12 de la figure 2, on a donc déterminé une courbe dQ par cylindre. L'étape 13 a pour objet de convertir ces courbes en un nombre de paramètres restreint, et donc plus facilement manipulable par le dispositif de régulation 2. Dans cette étape, chaque courbe est divisée en un nombre N de fenêtres (également appelées portions). Le nombre N correspond au nombre maximum d'injections au cours d'un cycle. Par exemple, dans un moteur dans lequel il y a une, deux ou trois injections au cours d'un cycle, en fonction du régime moteur, N sera égal à 3. Les fenêtres sont prédéterminées, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas calculées cycle par cycle mais une seule fois lors de la conception et de la mise au point du moteur. Les fenêtres sont par exemple déterminées au cours du procédé d'optimisation décrit ci- dessous en référence à l'étape 14. De préférence, il y a un chevauchement entre les fenêtres.
Ensuite, pour chaque fenêtre, on détermine un paramètre THR corrélé à la quantité de chaleur émise au cours de la fenêtre, par exemple en intégrant la courbe dQ sur la fenêtre, et un paramètre CoG corrélé à la répartition de l'émission de chaleur au cours de la fenêtre, par exemple en calculant le centre de gravité de la courbe dQ sur la fenêtre.
Pour un cylindre donné, on obtient donc après l'étape 13 un premier ensemble de 2N paramètres qui représentent la combustion dans le cylindre. Le nombre total de paramètres est 2N * le nombre de cylindres.
L'étape 14 a pour objet de déterminer des paramètres cibles qui caractérisent une combustion cible, en fonction du régime moteur. Ces paramètres sont, pour chaque fenêtre, les paramètres THR* et CoG* définis ci-dessus, qui correspondent à une combustion cible vérifiant des critères de performance et d'émission de gaz brûlés. En fonctionnement, les paramètres THR* et CoG* sont déterminés en fonction de tables préenregistrées qui donnent les valeurs des paramètres en fonction du régime moteur. Ces tables pré-enregistrées sont déterminées dans une phase de conception et de calibrage du moteur, en appliquant les calculs décrits en référence aux étapes 12 et 13 aux signaux provenant des capteurs 3 lors d'une combustion cible, pour différents régimes moteurs. Un programme d'optimisation est utilisé pour définir les fenêtres utilisées pour découper le cycle de manière à ce que les tables soient aussi linéaires que possible.
Comme en fonctionnement, les paramètres THR et CoG sont calculés de la même manière que celle utilisée pour calculer les paramètres cibles THR* et CoG* enregistrés dans les tables, une précision poussée de ces calculs n'est pas nécessaire.
A l'étape 15, on détermine des grandeurs de décalage pour le contrôle d'injection 11. Le signal de commande émis par le contrôle d'injection 11 correspond au signal de commande du cycle précédent, corrigé par les grandeurs de décalage déterminées à l'étape 15. De manière similaire aux paramètres THR et CoG, les grandeurs de décalage comprennent des grandeurs liées à la quantité de carburant injectée, et des grandeurs liées aux instants d'injection, ou de manière équivalente aux angles de vilebrequin d'injection.
Dans l'étape 15, on détermine pour chaque cylindre et pour chaque fenêtre la différence entre les paramètres THR, CoG, et THR*, CoG*, et cette différence sert de grandeur d'entrée à un régulateur PID 43. Les grandeurs de sorties calculées par le régulateur PID 43 sont ensuite fournies à un module d'harmonisation 44 et un module d'écrêtage 45. Le module d'harmonisation 44 ne traite pas les grandeurs de sortie du régulateur PID 43 indépendamment les unes des autres, mais de manière globale. En se basant sur des règles, il permet d'assurer une cohérence entre les grandeurs de sortie du régulateur PID 43 avant que celles-ci ne deviennent les grandeurs de décalage fournies au contrôle d'injection 1 1. Par exemple, dans le cas d'un cycle présentant normalement deux pré-injections égales, il faut s'assurer que les grandeurs de décalage provoquent une même modification des deux préinjections.
Le module d'écrêtage 45 permet de limiter l'amplitude des grandeurs de décalage pour garantir la robustesse de la régulation. En effet, en fonctionnement nominal les grandeurs de décalage devraient être nulles. La première stratégie 10 est une boucle rapide, c'est-à-dire qu'elle agit cycle par cycle. Les autres stratégies 20 et 30 permettent de maintenir un fonctionnement proche du fonctionnement nominal en cas de déviation trop importante. En effet, si une ou certaines des grandeurs de sortie du régulateur PID 43 sont trop importantes, elles sont écrêtées par le module 45, et la correction nécessaire peut être apportée par les stratégies 20 et 30 comme décrit ci-dessous.
La deuxième stratégie 20 est un diagnostic des grandeurs de décalage déterminées par la première stratégie 10. Le diagnostic a pour buts de contrôler continûment les sorties de la première stratégie 10, de détecter une dérive ou un disfonctionnement du système, d'identifier la cause de la dérive et de demander à une autre stratégie de prendre des mesures correctives, si possible.
La deuxième stratégie 20 est une boucle lente, par opposition à la première stratégie 10 qualifiée de boucle rapide, en ce sens qu'elle ne produit pas nécessairement un effet à chaque cycle. Le diagnostic réalisé par la deuxième stratégie 20 peut être divisé en deux étapes : dans une première étape, on contrôle les grandeurs de décalage déterminées par la première stratégie 10, et dans une deuxième étape on décide, en fonction du résultat de la première étape, si des mesures correctives sont nécessaires et dans l'affirmative, lesquelles.
La première étape est par exemple réalisée en définissant un seuil de déviation 46 et un seuil de disfonctionnement 47 pour chaque grandeur de décalage. Les seuils 46 et 47 peuvent dépendre du régime moteur. La figure 9 représente les valeurs successives d'une des grandeurs de décalage O(i) déterminées par la première stratégie 10, et les seuils 46 et 47. Tant que O(i) est inférieur, en valeur absolue, au seuil de déviation 46, la valeur « 1-pas de problème » est associée à O(i). Si O(i) dépasse le seuil 46 tout en restant inférieure au seuil 47, la valeur « 2-déviation détectée » est associée à O(i). Enfin si O(i) dépasse le seuil 47, la valeur « 3 -disfonctionnement détecté » est associée à O(i). Sur base des valeurs « 1-pas de problème », « 2-déviation détectée » et « 3 -disfonctionnement détecté » associées aux différentes grandeurs de décalage, on décide à la deuxième étape si des mesures correctives doivent être prises, et si oui lesquelles. Cette décision peut être réalisée par exemple par un arbre de décision, dont un exemple est représenté à la figure 10.
Dans l'arbre de décision de la figure 10, si pour un cylindre donné et pour chaque grandeur de décalage liée à la quantité de carburant, l'état est « 2-déviation détectée », on décide qu'une mesure de correction de la déviation est nécessaire pour le cylindre en question. Une telle mesure de correction est décrite ci-dessous en référence à la troisième stratégie 30. Si pour un cylindre donné et pour chaque grandeur de décalage liée aux instants d'injection, l'état est « 2-déviation détectée », on décide qu'une mesure de correction de l'admission d'air est nécessaire pour le cylindre en question. Une telle mesure de correction est réalisée en modifiant les paramètres du contrôle du système d'admission d'air 40, par exemple en modifiant le taux de réutilisation des gaz.
Bien entendu, d'autres arbres de décision que celui représenté sur la figure 10 pourraient être utilisés. On remarque que la deuxième stratégie 20 pourrait être utilisée avec des grandeurs de décalage déterminées autrement qu'avec la première stratégie 10.
La troisième stratégie 30 est une correction d'une déviation d'injection. La figure 11 est un graphe qui représente la quantité de carburant délivrée par un injecteur, en fonction de la durée d'une impulsion présente dans le signal de commande de l' injecteur. La courbe 48 représente le comportement nominal de l'injecteur, et la courbe 49 représente le comportement de l'injecteur en cas de déviation, par exemple due à l'usure mécanique. On remarque que pour une impulsion de durée donnée, la quantité de carburant injectée en cas de déviation, donnée par la courbe 49, sera inférieure à la quantité de carburant nominale donnée par la courbe 48.
Comme le montre la figure 13, le contrôle d'injection 11 détermine un signal de commande d' injecteur comprenant une impulsion à l'étape 50. Ensuite, une durée de compensation est ajoutée à la durée de l'impulsion à l'étape 51, ce qui revient à décaler la courbe 49 vers la gauche comme le montre la figure 12, afin que la quantité de carburant injectée corresponde à la quantité nominale. La durée de compensation est déterminée à partir d'une table 52, en fonction de la pression de la rampe commune, comme le montre la flèche 53. En début de vie, l'injecteur n'a subi normalement aucune déviation, et la table 52 contient uniquement des valeurs nulles. Le but de la troisième stratégie 30 est de mettre à jour la table 52, quand la deuxième stratégie 20 décide que cela devient nécessaire.
La troisième stratégie 30 est basée sur la corrélation entre la chaleur émise au cours d'une pré-injection (injection pilote) HR_PIL, et la quantité de carburant délivrée par l'injection pilote. Cette corrélation est représentée à la figure 14. HR_PIL est calculé en fonction de la pression interne du cylindre, de manière équivalente au calcul de THR dans la première stratégie 10, en définissant une fenêtre qui correspond à l'injection pilote.
La figure 15 est un schéma d'étapes qui représente un mode de réalisation en boucle fermée de la troisième stratégie 30.
L'étape 54 est facultative et consiste à calculer HR_PIL en l'absence d'injection pilote. Si le résultat est non nul, il peut être mémorisé en tant que grandeur de correction HR_COR qui sert à corriger HR_PIL à l'étape 56.
A l'étape 55, on calcule HR_PIL en présence d'une impulsion donnée qui produit une combustion pilote, et à l'étape 56 HR_PIL est comparé avec une valeur de référence HR_REF. HR_REF correspond à la chaleur émise lors d'une injection pilote de référence, qui dépend des spécifications de l'application particulière.
Si HR_PIL < HR_REF - HR_Δ, on passe à l'étape 57 où une variable TRIM est augmentée proportionnellement à la différence HR_PIL - HR_REF|. Ensuite on retourne à l'étape 55. Si HR_PIL > HR_REF + HR_Δ, on passe à l'étape 58 où la variable TRIM est diminuée proportionnellement à la différence HR_PIL - HR_REF|. Ensuite on retourne à l'étape 55.
Si I HR PIL - HR REF | < HR Δ, on passe à l'étape 59 où la variable TRIM est utilisée pour mettre à jour la table 52. HR_Δ est une marge d'erreur déterminée pour chaque application en fonction du rapport signal à bruit de l'émission de chaleur. Ce mode de réalisation est appelé mode en boucle fermée car il fait appel à une boucle de calcul pour déterminer la variable TRIM qui sert à mettre à jour la table 52
Dans un autre mode de réalisation de la troisième stratégie 30, la variable TRIM est déterminée sans faire appel à une boucle de calcul. Ce mode de réalisation est donc appelé mode en boucle ouverte.
Dans le mode en boucle ouverte, une courbe de référence est mémorisée, par exemple dans la mémoire du dispositif de régulation 2. Cette courbe de référence donne HR_PIL en fonction de la durée de l'impulsion d'injection, en l'absence de déviation de l'injecteur. Cette courbe de référence est par exemple mesurée lors d'une étape de calibrage lors de la mise en service de l'injecteur.
En fonctionnement, la variable TRIM est déterminée en fonction de la valeur HR_PIL calculée et de la valeur HR_PIL donnée par la courbe de référence.
Ensuite, la variable TRIM sert à mettre à jour la table 52.
On remarque que la troisième stratégie 30 pourrait être utilisée indépendamment de la première stratégie 10, par exemple avec une autre stratégie de régulation en boucle fermée pour déterminer les grandeurs de décalage utilisées par le contrôle d'injection 11.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec un mode de réalisation particulier, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de régulation d'un moteur à combustion interne (1), comprenant les étapes consistant à :
- déterminer (12, 13) un premier ensemble de grandeurs représentatives de la combustion dans un cylindre dudit moteur en fonction d'un signal de pression représentatif de la pression interne dudit cylindre au cours d'un cycle,
- déterminer (1 1) au moins un signal de commande d'un injecteur en fonction dudit premier ensemble et d'un deuxième ensemble de grandeurs représentatives d'une combustion souhaitée, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à :
- déterminer une première courbe (16) représentative du rapport entre la dérivée de ladite pression interne et ladite pression interne au cours dudit cycle, - déterminer une deuxième courbe (18) en fonction d'un régime moteur et d'une première table de données pré-enregistrées,
- déterminer une troisième courbe (17) qui serait représentative, en l'absence de combustion, du rapport entre la dérivée de ladite pression interne et ladite pression interne au cours dudit cycle, en fonction de ladite première courbe et ladite deuxième courbe,
- déterminer une quatrième courbe (42) représentative du taux d'émission de chaleur au cours d'un cycle en fonction de la différence entre ladite première courbe et ladite troisième courbe,
- déterminer ledit premier ensemble en fonction de ladite quatrième courbe.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à :
- déterminer au moins une grandeur de quantité (THR) représentative de la quantité de chaleur émise au cours d'une portion dudit cycle, en fonction de ladite quatrième courbe,
- déterminer au moins une grandeur de temps (CoG) représentative de la répartition de l'émission de chaleur au cours de ladite portion dudit cycle, en fonction de ladite quatrième courbe, ledit premier ensemble comprenant au moins ladite grandeur de quantité et ladite grandeur de temps.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit premier ensemble comprend un nombre déterminé supérieur à un de grandeurs de quantité et de grandeurs de temps correspondant à des portions respectives dudit cycle, ledit nombre déterminé étant le nombre maximal d'injection au cours d'un cycle.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit deuxième ensemble comprend au moins une grandeur de quantité cible (THR*) et une grandeur de temps cible (GoG*), ladite grandeur de quantité cible et ladite grandeur de temps cible étant déterminées (14) en fonction d'un régime moteur et d'une deuxième table de données pré-enregistrée.
5. Procédé selon la revendication 3 prise en combinaison avec la revendication 4, dans lequel lesdites portions respectives sont prédéterminées en fonction de ladite deuxième table de données.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant les étapes consistant à :
- déterminer (15) au moins une grandeur de décalage en fonction desdits premier et deuxième ensembles,
- déterminer (11) ledit signal de commande en fonction de ladite au moins une grandeur de décalage.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel ledit moteur comprend une pluralité de cylindres, ledit premier ensemble et ledit deuxième ensemble étant déterminés indépendamment pour chaque cylindre, ladite au moins une grandeur de décalage étant déterminée pour chaque cylindre en fonction de l'ensemble desdits premiers ensembles et deuxièmes ensembles.
8. Procédé selon la revendication 7, comprenant les étapes consistant à :
- tester (44, 45) si lesdites grandeurs de décalage vérifient une condition de validation,
- dans la négative, modifier (44, 45) lesdites grandeurs de décalage.
9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, comprenant les étapes consistant à :
- déterminer un état de fonctionnement dudit moteur en fonction de ladite au moins une grandeur de décalage ( O(i) ) et d'au moins un seuil
(46, 47), - déterminer un signal de correction en fonction dudit état de fonctionnement.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ledit signal de correction est un signal de correction d'injection, ledit procédé comprenant les étapes consistant à :
- si ledit signal de correction d'injection indique qu'une correction est nécessaire, déterminer (30) un signal de décalage d'injection (TRIM),
- modifier (51 , 52) ledit signal de commande en fonction dudit signal de décalage.
11. Dispositif de régulation (2) apte à être relié à au moins un capteur de pression (3) et à au moins un injecteur, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens de régulation (10, 20, 30) configurés de manière à mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 10.
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