WO2014095047A1 - Procédé de détermination de la quantité de carburant injectée dans un moteur, notamment un moteur de type diesel - Google Patents

Procédé de détermination de la quantité de carburant injectée dans un moteur, notamment un moteur de type diesel Download PDF

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WO2014095047A1
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heat
amount
engine
fuel
cylinder
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PCT/EP2013/003820
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Bertrand Varoquie
Cyril Juvenelle
Original Assignee
Continental Automotive France
Continental Automotive Gmbh
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Publication date
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the amount of fuel injected into an engine, in particular a Diesel type engine.
  • This way of injecting the fuel makes it possible, on the one hand, to reduce the noise of the engine and, on the other hand, to limit the emission of pollutants of the nitrogen oxide type, grouped under the name of compounds NO x or NO x , for example nitrogen monoxide NO and nitrogen dioxide NO 2 .
  • the present invention is more particularly concerned with controlling the amount of fuel injected during a cycle in a combustion chamber.
  • the injection of the fuel into the combustion chamber is done using injectors which deliver a quantity of fuel according to a signal received from control and control means of the corresponding engine.
  • injectors have characteristics that derive with an inherent sensitivity to their initial design depending on aging, operating conditions, etc.
  • the control of fuel quantities injected is performed by a function embedded in each injector to measure the quantities actually injected and which makes it possible to correct the quantities injected if a drift is observed between the desired quantity and the quantity actually injected.
  • This control function is usually developed by the manufacturer of the injector and is usually based on the analysis of the oscillation of the engine speed during a test injection and / or the analysis of the wealth if the engine is equipped with a Lambda probe.
  • the document FR 2 901 848 describes a method and a device for correcting the pilot injection flow rate.
  • the device described comprises a module estimating values of , flow based on either cylinder pressure measurements from which heat release values are derived, or on engine rpm measurements from which rotational speed differences are derived, with or without pilot injection.
  • the prior art teaches a consideration of thermal losses according to a model developed by G. Woschni, which consists in calculating losses at all crankshaft degrees. Such a method of taking into account the heat losses generates a memory space and a computation time that is difficult to compare with the speed of execution of the successive motor cycles of a heat engine, the size and the cost of the engine computers.
  • the present invention aims to provide a method for determining the amount of fuel injected by an injector which has a greater accuracy.
  • the solution proposed by the invention will preferably be independent of the transmission coupled to the engine. In this way, it is possible to reduce costs in the management of vehicle platforms having engines in common.
  • the present invention proposes a method for determining a mass of fuel injected into a cylinder of an internal combustion engine, said cylinder being equipped with a sensor making it possible to know the pressure prevailing inside the engine. -this.
  • this method comprises the following steps:
  • Q P is the amount of heat corresponding to the heat losses
  • HR CUM is said amount of cumulative heat
  • a is a corrective factor of the amount of cumulative heat
  • this method makes an estimation thanks to a model based on the total energy released by the combustion of the fuel in the combustion chamber. It makes it possible to obtain highly accurate results by taking into account the thermal losses made possible with the model as defined according to the invention.
  • the thermal losses are taken into account according to a particularly advantageous choice within the framework of the motor control.
  • the choice according to the invention of the formulation of thermal losses in a manner proportional to the heat release calculated over the entire motor cycle considered makes it possible to consider the corrective factor of the amount of cumulative heat as constant during the heating cycle. combustion of said engine cycle. This corrective factor is thus independent of the angular position of the crankshaft in the cycle considered. Consequently, in particular, the memory space and the calculation time of a computer that implements such a method are limited.
  • the temperature can be calculated from the pressure considering that the ratio of the product of the pressure and the volume, on the one hand, and the temperature, on the other hand, is constant.
  • the integration of the amounts of heat released is for example carried out on a complete cycle of combustion, ie over an interval of 720 ° for a four-stroke engine. However, it is possible to make calculations over a smaller interval to control, for example, the pilot injections made during the injection of the fuel. It is also possible to follow the evolution of the mass injected during the combustion cycle, relative to the angle of rotation of the crankshaft.
  • the estimate of the heat losses advantageously also takes into account the increase in the density of the gas stream before entering the cylinder.
  • Q R is the amount of heat dissipated by radiation
  • B is a constant
  • HR CU is the amount of cumulative heat
  • T max is the maximum temperature determined over the predetermined interval taken into account for determining the amount of cumulative heat
  • T C o is the engine temperature
  • Q c is the amount of heat dissipated by conduction and / or convection
  • f (N) is a function whose variable N corresponds to the engine speed
  • T max is the maximum temperature determined over the predetermined interval taken into account for determining the amount of cumulative heat
  • Tco is the engine temperature
  • a and C are constants
  • P in is the pressure of a gas flow just before entering the cylinder
  • Pamb is the ambient pressure
  • the present invention also relates to a method for correcting the flow rate of fuel injection in an internal combustion engine, characterized in that it comprises the following steps:
  • the present invention also relates to a device for determining a quantity of fuel injected into a cylinder of an internal combustion engine, characterized in that it comprises means for implementing each of the steps of a method as presented above.
  • the present invention also relates to a device for the management and control of an internal combustion engine, characterized in that it comprises means for implementing each of the steps of a method as presented above.
  • the single figure shows schematically the steps of a method for determining a quantity of fuel injected into a cylinder of an internal combustion engine according to the present invention.
  • the method illustrated in the single figure attached makes it possible to determine the cumulative mass of fuel injected into a cylinder of an internal combustion engine.
  • the present invention relates more particularly to compression ignition engines, also called diesel engines.
  • cylinders are formed in an engine block and closed by a cylinder head.
  • a piston is movable in each cylinder and defines a combustion chamber of variable volume with the cylinder head and the walls of the corresponding cylinder.
  • the pistons which have a translational movement in their cylinders are connected to a crankshaft animated with a rotary movement.
  • This motor will subsequently be considered to operate in a four-stroke cycle which is well known to those skilled in the art. So to perform a complete cycle in a cylinder, the crankshaft rotates two turns, or 720 °.
  • At least one of the cylinders is provided with a pressure sensor which measures the pressure in the corresponding pressure chamber.
  • the present invention proposes to estimate the mass of fuel injected into a cylinder equipped with a pressure sensor during a complete combustion cycle by means of a model based on the total energy released by the combustion of this fuel. This total energy is calculated from the information provided by the pressure sensor of the corresponding cylinder.
  • a first curve 2 illustrates the measured pressure P cy i measured as a function of the angular position of the crankshaft. For example, an interval of 0 ° to 720 ° of rotation of the crankshaft is considered here. Curve 2 is shown only over a portion of this range which corresponds to the part of the curve where pressure changes are greatest.
  • This total energy E is the sum, on the one hand, of a heat release HR which is transformed into work and, on the other hand, of thermal losses Q in the cylinder.
  • ⁇ of the crankshaft is given by the following relation: g dV 1 dP cvl
  • g is the perfect gas constant which is for example fixed here at 1.32 to obtain a representative value of the gases in the combustion cycle expansion phase
  • dV / d0 is the derivative of the volume of the combustion chamber with respect to the rotation angle of the crankshaft
  • N is the speed of rotation of the crankshaft
  • V the volume of the combustion chamber (depends on ⁇ as well as
  • dP cy i / de is the derivative of the pressure in the combustion chamber relative to the rotation angle of the crankshaft.
  • HR C UM will be called the amount of total or cumulative heat released at the combustion chamber, excluding of course the heat losses since this amount of heat is derived from the cylinder pressure.
  • a may be considered a corrective term or, in other words, thermal losses are a corrective factor of heat generation occurring at a cylinder.
  • the present invention considers that the thermal losses are due first of all to the thermal radiation related to the high temperatures in the cylinder and to the convection and / or the heat conduction at the walls of the combustion chamber.
  • the present invention proposes to formulate Q R as follows:
  • T max is the maximum temperature determined on the combustion cycle considered
  • Tco is the engine temperature.
  • a sensor is provided in all modern engines to control this engine temperature which corresponds to the temperature of the coolant.
  • P in is the air pressure at the entrance of the combustion chamber
  • V in corresponds to the maximum volume of the combustion chamber
  • T in is the temperature of the air entering the combustion chamber.
  • T ⁇ (e) P cyl (e) V (e) Tin / Pin V in This relation allows to know for each measurement of pressure in the cylinder the corresponding temperature since the variation of the volume with respect to the position of the crankshaft is known.
  • a curve 6 in the single figure illustrates the profile of the temperature as a function of the angular position of the crankshaft.
  • the invention proposes to formulate Q c as follows:
  • f (N) is a function whose variable N corresponds to the engine speed. This function is determined by calibration. This will usually be a decreasing function.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the integral of the amount of heat and a curve 10 illustrating the integral of the total energy with respect to the crank angle of rotation (crk).
  • LHV lower heating value
  • a curve 12 shows the evolution of MF during a combustion cycle.
  • the process described above can be performed either to know on a complete combustion cycle the amount of fuel injected or to determine the evolution during a combustion cycle of the amount of fuel injected.
  • a single calculation can be performed at the end of the combustion cycle.
  • a calculation can be made for example at each degree of rotation of the crankshaft.
  • the method according to the present invention makes it possible to know the total amount of fuel injected into a cylinder equipped with a pressure sensor. This knowledge makes it possible to diagnose a drift of the corresponding fuel injector if a difference between the total quantity of injected fuel measured by the method described above and the quantity of fuel to be injected (set point) is constantly highlighted. .
  • a method for correcting the flow rate of fuel injection in an internal combustion engine then comprises, for example, the following steps:
  • the present invention is not limited to the preferred embodiment described above by way of non-limiting example but it also relates to the variants mentioned and those within the reach of the skilled person.

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Abstract

Procédé de détermination d'une masse de carburant injectée dans un cylindre d'un moteur à combustion interne équipé d'un capteur pression, comportant les étapes suivantes : • détermination à partir de la pression mesurée, d'une part, de la température correspondante régnant dans le cylindre et, d'autre part, de la quantité de chaleur dégagée, • intégration des quantités de chaleur dégagée sur un intervalle prédéterminé pour déterminer une quantité de chaleur cumulative, • estimation des pertes de chaleur en tenant compte, d'une part, des pertes de chaleur par rayonnement et dépendantes de la température mesurée à la puissance quatre et, d'autre part, des pertes de chaleur par conduction et/ou convection dépendantes à la fois de la température mesurée et du régime moteur correspondant, selon la formule : QP = α HRCUM . Où : QP est la quantité de chaleur correspondant aux pertes de chaleur, HRCUM est ladite quantité de chaleur cumulative, α est un facteur correctif de la quantité de chaleur cumulative, • détermination de la quantité de carburant injectée qui est proportionnelle à la quantité de chaleur cumulative ajoutée aux pertes de chaleur.

Description

Procédé de détermination de la quantité de carburant injectée dans un moteur, notamment un moteur de type Diesel
La présente invention concerne un procédé de détermination de la quantité de carburant injectée dans un moteur, notamment un moteur de type Diesel.
Dans un moteur de type Diesel, de l'air est comprimé dans une chambre de combustion puis du carburant est injecté sous pression dans cette chambre. Les conditions de température et de pression dans la chambre sont telles lors de l'injection qu'il y a alors combustion du carburant.
Pour un meilleur contrôle du moteur et limiter aussi les émissions polluantes, il convient de maîtriser au mieux les conditions dans lesquelles s'effectue la combustion du carburant au sein de la chambre de combustion. En ce qui concerne l'injection de carburant, il est préférable de ne pas injecter en une seule fois la quantité de carburant nécessaire pour réaliser une combustion mais plutôt de réaliser une première injection, appelée aussi "injection pilote" suivie d'une seconde injection ou "injection principale". Lors de l'injection pilote, une faible quantité de carburant est injectée en une fois ou en plusieurs "micro-injections" successives. La combustion de ce carburant permet d'augmenter la température et la pression dans la chambre de combustion et favorise ainsi la combustion du carburant injecté lors de l'injection principale. Cette manière d'injecter le carburant permet, d'une part, de réduire le bruit du moteur et, d'autre part, de limiter le rejet de polluants de type oxydes d'azote, regroupés sous l'appellation de composés NOx ou NOx, par exemple le monoxyde d'azote NO et le dioxyde d'azote N02.
La présente invention s'intéresse ici plus particulièrement au contrôle de la quantité de carburant injectée lors d'un cycle dans une chambre de combustion.
L'injection du carburant dans la chambre de combustion se fait à l'aide d'injecteurs qui délivrent une quantité de carburant en fonction d'un signal reçu de moyens de commande et de contrôle du moteur correspondant. Ces injecteurs ont des caractéristiques qui dérivent avec une sensibilité inhérente à leur conception initiale en fonction du vieillissement, des conditions de fonctionnement, etc..
Le contrôle des quantités de carburant injectées est réalisé par une fonction embarquée dans chaque injecteur afin de mesurer les quantités injectées réellement et qui permet de corriger les quantités injectées si une dérive est constatée entre la quantité souhaitée et la quantité réellement injectée. Cette fonction de contrôle est généralement développée par le fabricant de l'injecteur et se base le plus souvent sur l'analyse de l'oscillation du régime moteur lors d'une injection test et/ou sur l'analyse de la richesse si le moteur est équipé d'une sonde Lambda.
Le document FR 2 901 848 décrit un procédé et un dispositif de correction du débit d'injection pilote. Le dispositif décrit comporte un module estimateur de valeurs de , débit basé soit sur des mesures de pression dans les cylindres, à partir desquelles sont dérivées des valeurs de dégagement de chaleur, soit sur des mesures de nombre de tours du moteur à partir desquelles sont dérivées des différences de vitesse de rotation, avec ou sans injection pilote.
L'art antérieur enseigne une prise en compte des pertes thermiques selon un modèle élaboré par G. Woschni, qui consiste à calculer les pertes tous les degrés de vilebrequin. Une telle méthode de prise en compte des pertes thermiques génère un espace mémoire et un temps de calcul difficilement compatibles avec la rapidité d'exécution des cycles moteurs successifs d'un moteur thermique, la taille et le coût des calculateurs moteurs.
Les documents DE 10 2007 061225 A1 et FR2 846 373 A1 enseignent des procédés de détermination d'une masse de carburant injectée dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, à partir de la pression cylindre et d'un calcul de la quantité de chaleur dégagée. Ces modèles ne prennent pas en compte les pertes de chaleur.
Par rapport aux solutions connues de l'art antérieur, la présente invention a pour but de fournir un procédé de détermination de la quantité de carburant injectée par un injecteur qui présente une plus grande précision.
La solution proposée par l'invention sera de préférence indépendante de la transmission couplée au moteur. De cette manière, il est possible de réduire les coûts dans la gestion de plateformes de véhicules ayant des moteurs en commun.
À cet effet, la présente invention propose un procédé de détermination d'une masse de carburant injectée dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, ledit cylindre étant équipé d'un capteur permettant de connaître la pression régnant à l'intérieur de celui-ci.
Selon la présente invention, ce procédé comporte les étapes suivantes :
• détermination à partir de la pression mesurée, d'une part, de la température correspondante régnant dans le cylindre et, d'autre part, de la quantité de chaleur dégagée,
• intégration des quantités de chaleur dégagée sur un intervalle prédéterminé pour déterminer une quantité de chaleur cumulative,
• estimation des pertes de chaleur en tenant compte, d'une part, des pertes de chaleur par rayonnement et dépendantes de la température mesurée à la puissance quatre et, d'autre part, des pertes de chaleur par conduction et/ou convection dépendantes à la fois de la température mesurée et du régime moteur correspondant, selon la formule :
QP = a HRCUM
Où : QP est la quantité de chaleur correspondant aux pertes de chaleur,
HRCUM est ladite quantité de chaleur cumulative,
a est un facteur correctif de la quantité de chaleur cumulative,
• détermination de la quantité de carburant injectée qui est proportionnelle à la quantité de chaleur cumulative ajoutée aux pertes de chaleur.
De façon originale, ce procédé réalise une estimation grâce à un modèle basé sur l'énergie totale libérée par la combustion du carburant dans la chambre de combustion. Il permet d'obtenir des résultats de grande précision grâce à une prise en compte des pertes thermiques rendu possible avec le modèle tel que défini selon l'invention. Selon ce modèle, les pertes thermiques sont prises en compte suivant un choix particulièrement avantageux dans le cadre du contrôle moteur. En particulier, le choix selon l'invention de la formulation des pertes thermiques de manière proportionnelle au dégagement de chaleur calculé sur l'ensemble du cycle moteur considéré, permet de considérer le facteur correctif de la quantité de chaleur cumulative comme constant pendant le cycle de combustion dudit cycle moteur. Ce facteur correctif est ainsi indépendant de la position angulaire de vilebrequin dans le cycle considéré. En conséquence, notamment, l'espace mémoire et le temps de calcul d'un calculateur qui met en œuvre un tel procédé sont limités.
Dans ce procédé de détermination selon l'invention, la température peut être calculée à partir de la pression en considérant que le rapport du produit de la pression et du volume, d'une part, et de la température, d'autre part, est constant.
L'intégration des quantités de chaleur dégagée est par exemple réalisée sur un cycle complet de combustion, soit sur un intervalle de 720° pour un moteur quatre temps. On peut toutefois faire des calculs sur un intervalle plus réduit pour contrôler par exemple les injections pilotes réalisées au cours de l'injection du carburant. Il est également envisageable de suivre l'évolution de la masse injectée au cours du cycle de combustion, par rapport en fonction de l'angle de rotation du vilebrequin.
Pour augmenter la précision du procédé de détermination selon l'invention, l'estimation des pertes de chaleur prend avantageusement également en compte l'augmentation de la densité du flux gazeux avant son entrée dans le cylindre.
Pour la mise en œuvre du procédé de détermination de masse de carburant injectée dans la chambre de combustion, il est proposé ici une variante de réalisation préférée qui prévoit que les pertes de chaleur par rayonnement sont estimées à l'aide de la formule :
QR = B HRCUM (Tmax 4 - TCo4) / co
Où :
QR est la quantité de chaleur dissipée par rayonnement, B est une constante,
HRCU est la quantité de chaleur cumulative,
Tmax est la température maximale déterminée sur l'intervalle prédéterminé pris en compte pour la détermination de la quantité de chaleur cumulative,
TCo est la température du moteur.
De même, une variante de réalisation préférée prévoit que les pertes de chaleur par conduction et/ou convection sont estimées à l'aide de la formule : Qc = f(N) HRCUM (Tmax - Tco) / Tco
Où :
Qc est la quantité de chaleur dissipée par conduction et/ou convection, f(N) est une fonction ayant comme variable N correspondant au régime du moteur,
Tmax est la température maximale déterminée sur l'intervalle prédéterminé pris en compte pour la détermination de la quantité de chaleur cumulative,
Tco est la température du moteur.
En utilisant les variantes préférées précédentes, il est proposé que les pertes de chaleur soient estimées à l'aide de la formule :
QP - A HRCUM + QR + Qc + C HRCUM Pin / amb
Où :
QP est la quantité de chaleur correspondant aux pertes de chaleur,
A et C sont des constantes,
Pin est la pression d'un flux gazeux juste avant son entrée dans le cylindre, Pamb est la pression ambiante,
formule dans laquelle ledit facteur correctif a de la quantité de chaleur cumulative s'écrit donc de la manière suivante :
a = A + B (Tmax 4 - Tco4) / + f(N) (Tmax - Tco) / Tco + C Pin / Pamb.
La présente invention concerne également un procédé de correction du débit de l'injection de carburant dans un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
• détermination de la quantité de carburant injectée au cours d'un cycle de combustion tel que décrit ci-dessus, • comparaison de la quantité de carburant déterminée à l'étape précédente à une valeur de consigne correspondant à la quantité de carburant à injecter lors du même cycle de combustion, et
• réitération des étapes de détermination et de comparaison précédentes,
· utilisation des résultats des comparaisons entre des quantités de carburant déterminées par un procédé tel que décrit ci-dessus et des quantités de consigne pour définir une valeur de correction à appliquer à une valeur de consigne correspondant à une quantité de carburant à injecter.
La présente invention concerne également un dispositif pour la détermination d'une quantité de carburant injectée dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en œuvre de chacune des étapes d'un procédé tel que présenté ci-dessus.
La présente invention concerne également un dispositif pour la gestion et le contrôle d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour la mise en oeuvre de chacune des étapes d'un procédé tel que présenté ci-dessus.
Des détails et avantages de la présente invention apparaîtront mieux de la description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel :
L'unique figure représente schématiquement les étapes d'un procédé de détermination d'une quantité de carburant injectée dans un cylindre d'un moteur à combustion interne selon la présente invention.
Le procédé illustré sur la figure unique jointe permet de déterminer la masse cumulée de carburant injecté dans un cylindre d'un moteur à combustion interne. La présente invention concerne plus particulièrement les moteurs à allumage par compression, appelés aussi moteurs Diesel. Dans un tel moteur, des cylindres sont ménagés dans un bloc moteur et fermés par une culasse. Un piston est mobile dans chaque cylindre et définit une chambre de combustion de volume variable avec la culasse et les parois du cylindre correspondant. Les pistons qui présentent un mouvement de translation dans leurs cylindres sont reliés à un vilebrequin animé d'un mouvement rotatif. On considérera par la suite un tel moteur fonctionnant selon un cycle à quatre temps qui est bien connu de l'homme du métier. Ainsi pour réaliser un cycle complet dans un cylindre, le vilebrequin tourne de deux tours, soit 720°.
Pour la mise en oeuvre de la présente invention, il convient que l'un au moins des cylindres soit muni d'un capteur de pression qui mesure la pression dans la chambre de pression correspondante.
La présente invention propose d'estimer la masse de carburant injectée dans un cylindre équipé d'un capteur de pression au cours d'un cycle complet de combustion grâce à un modèle basé sur l'énergie totale libérée par la combustion de ce carburant. Cette énergie totale est calculée à partir notamment de l'information fournie par le capteur de pression du cylindre correspondant.
Sur la figure unique, une première courbe 2 illustre la pression mesurée Pcyi mesurée en fonction de la position angulaire du vilebrequin. On considère ici par exemple un intervalle de 0° à 720° de rotation du vilebrequin. La courbe 2 est représentée uniquement sur une partie de cet intervalle qui correspond à la partie de la courbe où les variations de pression sont les plus importantes.
Pour déterminer la quantité de carburant injectée au cours du cycle de combustion considéré, il convient de calculer l'énergie totale libérée par la combustion du carburant injecté. Cette énergie totale E est la somme, d'une part, d'un dégagement de chaleur HR qui est transformé en travail et, d'autre part, de pertes thermiques Q dans le cylindre.
E = HR + Q Le dégagement de chaleur HR en un point donné correspondant à la position
Θ du vilebrequin est donné par la relation suivante : g dV 1 dPcvl
Où :
g est la constante des gaz parfaits qui est par exemple fixée ici à 1 ,32 pour obtenir une valeur représentative des gaz dans la phase d'expansion du cycle de combustion,
dV / d0 est la dérivée du volume de la chambre de combustion par rapport à l'angle de rotation du vilebrequin,
N est la vitesse de rotation du vilebrequin,
V le volume de la chambre de combustion (dépend de Θ de même que
Figure imgf000008_0001
dPcyi / de est la dérivée de la pression régnant dans la chambre de combustion par rapport à l'angle de rotation du vilebrequin.
Le dégagement de chaleur HR en fonction du temps est donné par la relation suivante :
HR(t) = HR(9) 6 x N Sur la figure unique, on a illustré par une courbe 4 l'allure que prend habituellement le dégagement de chaleur HR en fonction de la position angulaire du vilebrequin.
On appellera HRCUM la quantité de chaleur totale ou cumulative dégagée au niveau de la chambre de combustion, excluant bien entendu les pertes thermiques puisque cette quantité de chaleur est issue de la pression cylindre. On a alors :
HRCUM = ° H (e) x 6 x N
On propose d'exprimer les pertes thermiques Q sous la forme suivante :
Q = a HRCUM
On a alors :
E = (1 +a) HRCUM
avec a > 0
Le terme a peut être considéré comme un terme correctif ou, exprimé d'une autre manière, les pertes thermiques sont un facteur correctif du dégagement de chaleur se produisant au niveau d'un cylindre.
La présente invention considère que les pertes thermiques sont dues en premier lieu au rayonnement thermique lié aux hautes températures dans le cylindre et à la convection et/ou la conduction de chaleur au niveau des parois de la chambre de combustion. On appellera QR les pertes thermiques liées au rayonnement et Qc les pertes thermiques liées à la conduction et/ou convection au cours d'un cycle de combustion.
La présente invention propose de formuler QR de la manière suivante :
QR = B HRCUM (Tmax 4 - co4) Tco4
Où :
B est une constante à déterminer par calibration,
Tmax est la température maximale déterminée sur le cycle de combustion considéré,
Tco est la température du moteur. Un capteur est prévu dans tous les moteurs modernes pour contrôler cette température du moteur qui correspond à la température du liquide de refroidissement.
La température dans la chambre de combustion peut être déterminée à partir de la mesure de pression. En effet, pour une quantité de gaz donné, le quotient PV/T est constant, P représentant la pression du gaz, V son volume et T sa température. En prenant comme référence le volume de gaz (air) que l'on introduit dans la chambre de combustion on a alors l'équation suivante : Pin Vin / Tin = Pc^(e) V(0) / Tc ))
Où :
Pin est la pression de l'air à l'entrée de la chambre de combustion,
Vin correspond au volume maxi de la chambre de combustion,
Tin correspond à la température de l'air qui pénètre dans la chambre de combustion.
On obtient donc :
T^(e) = Pcyl(e) V(e) Tin / Pin Vin Cette relation permet donc de connaître pour chaque mesure de pression dans le cylindre la température correspondant puisque la variation du volume par rapport à la position du vilebrequin est connue. Une courbe 6 sur la figure unique illustre le profil de la température en fonction de la position angulaire du vilebrequin.
De même que pour les pertes par rayonnement, l'invention propose de formuler Qc de la manière suivante :
Qc = f(N) HRCUM (Tmax - Tco) / Tco
Où f(N) est une fonction ayant comme variable N correspondant au régime du moteur. Cette fonction est déterminée par calibration. Il s'agira habituellement d'une fonction décroissante.
Pour obtenir une estimation plus précise des pertes thermiques, il est préférable de tenir également compte de l'augmentation de la densité de l'air par rapport à l'air ambiant. Il est proposé alors d'introduire également un terme correctif pour tenir compte de cette augmentation de densité. Il convient alors d'introduire dans la formulation donnant le terme correctif a le quotient Pin / Pamb où Pin est la pression de l'air avant son entrée dans le cylindre comme défini précédemment et Pamb est la pression ambiante.
Globalement, au vu de la description qui précède, on a alors dans une forme de réalisation préférée de la présente invention : a = A + B (Tmax 4 - Tco4) Tco4 + f(N) (Tmax - Tco) / Tco + C Pin / Pamb Où A est une constante et où les autres termes ont déjà été définis précédemment.
Dans cette formule, les constantes A, B et C sont obtenues par calibrage de même que la fonction f(N).
Comme indiqué plus haut, la quantité de chaleur totale ou cumulative HRCUM qui correspond au travail utile fourni par le moteur est obtenue par intégration. Les pertes de chaleur correspondent à a HRCUM et l'énergie totale E fournie par le carburant introduit dans la chambre de combustion est la somme du travail utile et des pertes. On a représenté schématiquement sur l'unique figure une courbe 8 illustrant l'intégrale de la quantité de chaleur et une courbe 10 illustrant l'intégrale de l'énergie totale par rapport à l'angle de rotation du vilebrequin (crk).
La masse de carburant brûlée est directement proportionnelle à l'énergie totale dégagée au cours du cycle de combustion. Soit LHV (acronyme anglais de Lower Heating Value, soit en français pouvoir calorifique inférieur) le coefficient indiquant la quantité d'énergie libérée lors d'une combustion par une unité de masse de carburant, on a alors :
MF = E / LHV
Où MF est la masse de carburant recherchée.
Sur l'unique figure, une courbe 12 montre l'évolution de MF au cours d'un cycle de combustion.
L'homme du métier comprendra que le procédé décrit plus haut peut être réalisé soit pour connaître sur un cycle complet de combustion la quantité de carburant injectée soit pour déterminer l'évolution au cours d'un cycle de combustion de la quantité de carburant injectée. Dans le premier cas, un seul calcul peut être effectué en fin du cycle de combustion. Dans l'autre cas, un calcul peut être réalisé par exemple à chaque degré de rotation du vilebrequin. Dans ce dernier cas, il est possible de contrôler les injections pilotes des injections dans le cylindre mais par contre de nombreux calculs sont nécessaires et il faut en conséquence prévoir un calculateur capable de réaliser tous ces calculs.
Dans tous les cas, le procédé selon la présente invention permet de connaître la quantité totale de carburant injectée dans un cylindre muni d'un capteur de pression. Cette connaissance permet de diagnostiquer une dérive de l'injecteur de carburant correspondant si une différence entre la quantité totale de carburant injectée mesurée par le procédé décrit plus haut et la quantité de carburant à injecter (valeur de consigne) est mise en évidence de manière constante. Un procédé de correction du débit de l'injection de carburant dans un moteur à combustion interne comporte alors par exemple les étapes suivantes :
• détermination de la quantité de carburant injectée au cours d'un cycle de combustion tel que décrit ci-dessus,
· comparaison de la quantité de carburant déterminée à l'étape précédente à une valeur de consigne correspondant à la quantité de carburant à injecter lors du même cycle de combustion, et
• réitération des étapes de détermination et de comparaison précédentes,
• utilisation des résultats des comparaisons entre des quantités de carburant déterminées par un procédé tel que décrit ci-dessus et des quantités de consigne pour définir un valeur de correction à appliquer à une valeur de consigne correspondant à une quantité de carburant à injecter.
Les essais réalisés ont montré que la détermination de la quantité de carburant injectée avec le procédé selon l'invention était précise et robuste. Elle peut être utilisée dans toutes les conditions de fonctionnement du moteur, au démarrage, à régime constant, que le moteur soit froid ou chaud, à tous les régimes, quelle que soit la charge du moteur, ...
La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation préférée décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif mais elle concerne également les variantes de réalisation évoquées et celles à la portée de l'homme du métier.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination d'une masse de carburant injectée dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, ledit cylindre étant équipé d'un capteur permettant de connaître la pression régnant à l'intérieur de celui-ci,
caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
· détermination à partir de la pression mesurée, d'une part, de la température correspondante régnant dans le cylindre et, d'autre part, de la quantité de chaleur dégagée,
• intégration des quantités de chaleur dégagée sur un intervalle prédéterminé pour déterminer une quantité de chaleur cumulative,
· estimation des pertes de chaleur en tenant compte, d'une part, des pertes de chaleur par rayonnement et dépendantes de la température mesurée à la puissance quatre et, d'autre part, des pertes de chaleur par conduction et/ou convection dépendantes à la fois de la température mesurée et du régime moteur correspondant, selon la formule : QP = a HRCUM
Où :
QP est la quantité de chaleur correspondant aux pertes de chaleur,
HRCUM est ladite quantité de chaleur cumulative,
a est un facteur correctif de la quantité de chaleur cumulative,
· détermination de la quantité de carburant injectée qui est proportionnelle à la quantité de chaleur cumulative ajoutée aux pertes de chaleur.
2. Procédé de détermination selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la température est calculée à partir de la pression en considérant que le rapport du produit de la pression et du volume, d'une part, et de la température, d'autre part, est constant.
3. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'intégration des quantités de chaleur dégagée est réalisée sur un cycle complet de combustion, soit sur un intervalle de 720° pour un moteur quatre temps.
4. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'estimation des pertes de chaleur prend en compte également l'augmentation de la densité du flux gazeux avant son entrée dans le cylindre.
5. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pertes de chaleur par rayonnement sont estimées à l'aide de la formule : QR = B HRCUM (Tmax 4 - T*co4) / co4
Où :
QR est la quantité de chaleur dissipée par rayonnement,
B est une constante,
HRCUM est la quantité de chaleur cumulative,
Tmax est la température maximale déterminée sur l'intervalle prédéterminé pris en compte pour la détermination de la quantité de chaleur cumulative,
Tco est la température du moteur.
6. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les pertes de chaleur par conduction et/ou convection sont estimées à l'aide de la formule :
Qc = f(N) HRCUM (Tmax - Tco) / Tc0
Où :
Qc est la quantité de chaleur dissipée par conduction et/ou convection, f(N) est une fonction ayant comme variable N correspondant au régime du moteur,
Tmax est la température maximale déterminée sur l'intervalle prédéterminé pris en compte pour la détermination de la quantité de chaleur cumulative,
Tco est la température du moteur.
7. Procédé de détermination selon les revendications 4, 5 et 6, caractérisé en ce que les pertes de chaleur sont estimées à l'aide de la formule :
QP = A HRCUM + QR + Qc + C HRCUM Pin / amb
Où :
QP est la quantité de chaleur correspondant aux pertes de chaleur,
A et C sont des constantes,
Pin est la pression d'un flux gazeux juste avant son entrée dans le cylindre,
Pamb est la pression ambiante,
formule dans laquelle ledit facteur correctif a de la quantité de chaleur cumulative s'écrit donc de la manière suivante : = A + B (Tmax 4 - Tco4) / Tco4 + f(N) (Tmax - Tco) / Tco + C Pin / Pamb-
8. Procédé de correction du débit de l'injection de carburant dans un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
• détermination de la quantité de carburant injectée au cours d'un cycle de combustion selon l'une des revendications 1 à 7,
• comparaison de la quantité de carburant déterminée à l'étape précédente à une valeur de consigne correspondant à la quantité de carburant à injecter lors du même cycle de combustion, et
• réitération des étapes de détermination et de comparaison précédentes,
• utilisation des résultats des comparaisons entre des quantités de carburant déterminées par un procédé selon l'une des revendications 1 à 7 et des quantités de consigne pour définir une valeur de correction à appliquer à une valeur de consigne correspondant à une quantité de carburant à injecter.
9. Dispositif pour la détermination d'une quantité de carburant injectée dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, ledit cylindre étant équipé d'un capteur permettant de connaître la pression régnant à l'intérieur de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur comportant des moyens pour la mise en œuvre de chacune des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
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