Brevet FR2768458A1 — publié le 19990319

Etat de la technique La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer la température d'une charge des gaz dans un cylindre d'un moteur à combustion interne selon lequel la charge des gaz comprend une partie des gaz résiduels et une partie des gaz frais, comprenant une étape pour déterminer la température des gaz frais. L'invention s'applique notamment au domaine de la commande de moteur à combustion interne en particulier de moteurs équipant des véhicules automobiles. Dans la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, on allume un mélange air/carburant pour créer le couple moteur. La température de la masse des gaz qui constitue la charge de la chambre de combustion doit être détectée aussi précisément que possible car elle définit entre autres le couple moteur, la quantité de carburant à injecter et l'instant de l'allumage. Dans le procédé connu servant à déterminer la température d'une charge des gaz dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, on prend comme température de la charge des gaz celle des gaz frais qui arrivent dans le cylindre par la tubulure d'aspiration. La température des gaz frais se détermine pour cela au niveau de la soupape d'admission du cylindre. L'inconvénient de ce procédé est que la température de la charge des gaz obtenue selon ce procédé ne donne qu'une valeur imprécise. En particulier, dans le procédé connu, on ne tient pas compte de l'augmentation de la température des gaz frais lors de l'arrivée dans le cylindre du fait de diverses influences. La température des gaz frais ainsi obtenue avec des erreurs ne permet pas un calcul optimum de la quantité de carburant à injecter. C'est pourquoi, le moteur ne travaille pas à son point de fonctionnement optimum ce qui d'une part ne permet pas d'atteindre le rendement optimum du moteur et d'autre part augmente la consommation de carburant et l'émission des gaz polluants. La présente invention a pour but de développer un procédé et un dispositif permettant de déterminer la température d'une charge des gaz dans un cylindre d'un moteur à com bustion interne remédiant aux inconvénients évoqués cidessus. L'invention se propose notamment de déterminer la température de la charge des gaz avec une meilleure précision. De plus, le procédé doit être simple et peu coûteux à mettre en oeuvre. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé doit être peu coûteux à la fabrication, au fonctionnement et à l'entretien. A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé par les étapes suivantes - on détermine la partie des gaz frais (afg) de la charge des gaz, - on détermine la température des gaz résiduels (T rg), - on détermine la partie des gaz résiduels (arg) de la charge des gaz, - on calcule la température de la charge des gaz (T~ges) à partir de la température des gaz résiduels (T rg), de la partie des gaz résiduels (a~rg), la température des gaz frais (T~fg) et de la partie des gaz frais (a~fg). Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention - on détermine la température des gaz frais (T~fg) à proximi té de l'entrée dans le cylindre, - on détermine la température des gaz frais (T~fg) par le calcul à partir d'au moins deux grandeurs mesurées, - on mesure la température des gaz frais (T~fg) dans la tubu lure d'aspiration du moteur à combustion interne, - on détermine la température des gaz résiduels (T~rg) à par tir de la température des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, - on détermine la pression partielle des gaz frais (p~fg) dans le cylindre, comme partie des gaz frais (afg) - on détermine la pression partielle des gaz résiduels (p~rg) dans le cylindre, comme partie des gaz résiduels (arg) et - on calcule la température de la charge des gaz (T~ges) se lon l'équation de détermination suivante Tiges = (p~fg x T fg + p~rg x T rg) / (p~fg + p~rg) - on détermine la partie des gaz frais (afg) comme masse des gaz frais (m~fg) dans le cylindre, - on détermine la partie des gaz résiduels (a~rg) comme masse des gaz résiduels (erg) dans le cylindre, et - on calcule la température de la charge des gaz (T~ges) se lon l'équation de détermination suivante Tiges = (m fg x T fg + m rg x T~rg) / fg + m rg) - on tient compte de la fonction de température de la capaci té thermique des gaz frais et des gaz d'échappement pour le calcul de la température de la charge des gaz (tues), - les moyens de calcul exécutent un procédé selon l'une quel conque des revendications 1 à 8. Le problème se situe dans le procédé permettant de déterminer la température d'une charge des gaz dans un cylindre d'un moteur à combustion interne, cette charge comprenant une partie des gaz résiduels et une partie des gaz frais. Le procédé comprend les étapes suivantes on détermine la température des gaz frais en déterminant la partie des gaz frais de la charge des gaz, la température des gaz résiduels, la partie des gaz résiduels comprise dans la charge des gaz puis on calcule la température de la charge des gaz à partir de la température des gaz résiduels, de la partie des gaz résiduels, la température des gaz frais et de la partie des gaz frais. En tenant compte de la partie des gaz résiduels provenant d'une combustion produite au cours du cycle de fonctionnement suivant dans le cylindre, on améliore considérablement la détermination de la température de la charge des gaz. En particulier, on améliore la détermination de la température de la charge des gaz du fait que l'on tient compte non seulement de la température des gaz frais et de celle des gaz d'échappement, mais également de l'apport calorifique lié à la partie respective des gaz frais et des gaz résiduels prise de manière pondérée. Par une détermination plus précise de la température de la charge des gaz, on peut déterminer de manière plus précise la quantité de carburant à injecter et régler plus précisément l'instant d'allumage. Cela donne un meilleur fonctionnement du moteur à combustion interne et ainsi un meilleur rendement, une moindre consommation et une moindre émission de matières polluantes. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, on détermine la température des gaz frais à proximité de l'entrée dans le cylindre. Cela permet de déterminer exactement de façon avantageuse la température de la partie des gaz frais et ainsi la participation des gaz frais à la température de la charge des gaz. Cela permet finalement une détermination plus précise de la température de toute la charge des gaz. Selon une application particulièrement intéressante de l'invention, le procédé détermine la température des gaz frais par le calcul en utilisant au moins deux grandeurs mesurées. On peut par exemple déterminer la température des gaz frais à partir des températures mesurées du moteur et de l'environnement. Il est avantageux qu'à partir de ces deux températures mesurées, on puisse déterminer par le calcul, d'une manière très précise, la température des gaz frais ce qui finalement permet de déterminer de manière plus exacte la température de l'ensemble de la charge des gaz. Il est en outre avantageux de déterminer la température du moteur et celle de l'environnement pour d'autres applications dans le véhicule automobile. Ainsi, sans utiliser des capteurs supplémentaires, on dispose de la température des gaz frais à partir des valeurs de température déjà disponibles pour la température du moteur et la température de 1 ' environnement. Selon une autre caractéristique particulièrement intéressante, on mesure la température des gaz frais dans une tubulure d'aspiration. La mesure directe de la température des gaz frais dans la tubulure d'aspiration nécessite un capteur pour déterminer cette température. De façon avantageuse, la température des gaz frais est ainsi indépendante d'autres grandeurs obtenues par des mesures et peut se déterminer de manière très précise. Il est en outre avantageux que la détermination par les mesures de la température des gaz frais permette de tenir compte des variations à court terme et/ou locales de la température des gaz frais, améliorant finale ment la précision de la détermination de la température pour la charge totale des gaz. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, on détermine la température des gaz résiduels à l'aide de la température des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Cela présente l'avantage de disposer également de la température des gaz d'échappement en général déjà dans le véhicule automobile ou dans une commande du moteur à combustion interne. La valeur de la température des gaz d'échappement peut soit se mesurer directement soit s'obtenir indirectement par le calcul à partir d'autres données de commande du moteur. Il est particulièrement avantageux de ne pas nécessiter de moyens de mesure supplémentaires pour déterminer la température des gaz résiduels et notamment de ne pas avoir à installer de capteurs de mesure supplémentaires. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention - on détermine la pression partielle des gaz frais (p fg) dans le cylindre, comme partie des gaz frais (afg) - on détermine la pression partielle des gaz résiduels (p rg) dans le cylindre, comme partie des gaz résiduels (a~rg) et - on calcule la température de la charge des gaz (Tges) se lon l'équation de détermination suivante T~ges = (p~fg x T fg + p rg x Trg) / (p fg + p rg) En tenant compte comme indiqué ci-dessus des pressions partielles des parties des gaz, en pondérant avec les températures respectives de ces parties des gaz, on détermine de manière très précise la température de toute la charge des gaz. Les valeurs des pressions partielles des différentes parties des gaz peuvent ainsi être rapportées à la température actuelle de ces parties des gaz ou à un niveau de température commun. T~ges = (p fg x T fg + p~rg x Trg) / (p fg + p rg) Il est en outre avantageux que les valeurs numériques des parties de pression partielles des gaz frais et des gaz résiduels soient obtenues en général déjà dans la commande du moteur pour d'autres applications et qu'elles soient ainsi disponibles pour le calcul de la température de la charge des gaz. Cela permet une détermination précise de la température de la charge des gaz sans nécessiter des moyens de mesure ou de métrologie supplémentaires. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention - on détermine la partie des gaz frais (afg) comme masse des gaz frais (m fg) dans le cylindre, - on détermine la partie des gaz résiduels (a~rg) comme masse des gaz résiduels (m rg) dans le cylindre, et - on calcule la température de la charge des gaz (T~ges) se lon l'équation de détermination suivante Tiges = (m fg x T fg + m rg x T rg) / (m~fg + m rg) Il est avantageux qu'en tenant compte des différentes parties de masses des gaz, on puisse calculer de manière encore plus précise la température de toute la charge des gaz. On saisit ainsi exactement la participation à la température par les différentes masses des gaz dans la charge totale des gaz. Tiges = (m fg x T fg + m rg x T rg) / (m~fg + m rg) En outre, il est avantageux que les parties de masses des gaz frais et des gaz résiduels aient déjà été déterminées en général pour d'autres applications dans la commande du moteur et qu'elles soient disponibles pour le calcul de la température de la charge totale des gaz. On peut ainsi déterminer exactement la température de la charge totale des gaz sans la mise en oeuvre de moyens en appareils supplémentaires, notamment sans capteurs de mesure supplémentaires. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, en calculant la température de la charge des gaz, on tient compte de la fonction de température, de la capacité calorifique des gaz frais et des gaz d'échappement. Une telle prise en compte de la capacité calorifique dépendant de la température pour les différentes composantes des gaz, augmente encore plus la précision de la détermination de la température. On peut notamment tenir compte de la capacité thermique et en particulier également de la composition totale des gaz frais et des gaz d'échappement ainsi que de la fonction de température de la capacité calorifique sur la base de la composition des gaz. La présente invention concerne également un dispositif pour la détermination de la température d'une charge des gaz dans un moteur à combustion interne avec des moyens de calcul. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il exécute le procédé calculé ci-dessus. Les moyens de calcul peuvent être réalisés selon l'état de la technique en particulier les moyens de calcul peuvent être constitués par un circuit électronique, un microcontrôleur avec des unités périphériques et de mémoire appropriées ou encore par un ordinateur personnel équipé d'un programme de calcul correspondant. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre un système d'alimentation et d'évacu ation des gaz d'un cylindre, - la figure 2 montre la réalisation du procédé selon l'inven tion pour déterminer la température des gaz. La figure 1 montre un système d'alimentation et d'évacuation des gaz d'un cylindre. Le cylindre 101 forme un volume 105 avec le piston 102, la soupape d'admission 103 et la soupape d'échappement 104. La température Tiges de la quantité des gaz contenue dans le volume 105 du cylindre doit être déterminée. Pour une position appropriée de la soupape d'admission 103, des gaz frais à la température T~fg venant de la tubulure d'aspiration 106 arrivent dans le volume 105 du cylindre. Pendant une phase d'expulsion, les gaz d'échappement sortent du volume 105 lorsque la soupape d'échappement 104 occupe une position appropriée et ces gaz passent dans la tubulure d'échappement 107. La température des gaz d'échappement est supposée dans le cas présent égale à la température T rg des gaz résiduels dans le volume 105 du cylindre. La figure 2 montre la réalisation du procédé selon l'invention pour déterminer la température Tiges de la charge totale des gaz dans le cylindre. Pour déterminer cette température Tues, on détermine tout d'abord la température T fg de la partie des gaz frais. Pour cela, à partir de la vitesse de rotation du moteur (régime) n~mot et de la pression p~s dans la tubulure d'aspiration, à l'aide d'une fonction 201, on détermine un coefficient de pondération 202. A partir du coefficient de pondération ainsi obtenu, et avec une fonction de filtre passe-bas 203 qui représente le comportement de régulation du chemin de régulation des gaz, on détermine le coefficient de pondération effectif F sp. Ce coefficient de pondération F sp est multiplié par la température du moteur Tmot diminuée de la température ambiante T amb. Au résultat de cette multiplication, on ajoute la température ambiante T~amb ce qui donne une première valeur modélisée 204 pour la température des gaz frais. La valeur numérique 204 résultant de cette addition est convertie par une opération 207 en degrés de Kelvin. A la sortie de cette modélisation de la température avec les grandeurs d'entrée régime du moteur n mot, pression de la tubulure d'aspiration p~s, température du moteur T mot, température ambiante T~amb, température des gaz d'échappement réinjectés T egr, et la partie des gaz d'échappement réinjectés a ego on détermine la température des gaz frais T fg. La température T fg peut également se déterminer de n'importe quelle autre manière, par exemple on peut déterminer la température en la mesurant avec un capteur approprié placé dans la tubulure d'aspiration. Selon une seconde étape du procédé, on détermine tout d'abord les coefficients de rapport entre le gaz frais a fg et les gaz d'échappement a~rg. Ces coefficients s'obtiennent dans une première opération 211 à partir de la pression partielle des gaz frais p-fg et de la pression partielle des gaz résiduels p-rg. Pour cela, on calcule tout d'abord le coefficient de rapport des gaz frais a~fg selon l'équation a fg = p~fg/(p~fg + p rg) De façon correspondante, on calcule le coefficient de rapport des gaz résiduels a rg selon l'équation a rg = p~fg/(p~fg + p rg) Le coefficient de rapport ainsi obtenu pour le gaz frais a~fg est multiplié ensuite par l'opération de calcul 212 avec la température des gaz frais T fg. On détermine ainsi la participation à la température T1 des gaz frais à la température Tiges de la charge totale des gaz. De manière correspondante, on multiplie le coefficient de rapport des gaz résiduels a rg avec la température T~rg des gaz résiduels dans une opération de calcul 213. On détermine de cette manière la participation à la température T2 des gaz résiduels à la température Tiges de la charge totale des gaz. Dans l'opération de calcul suivante 214, on additionne les deux participations à la température T1, T2 et le résultat de la détermination de la température selon l'invention est la température Tiges de la charge totale des gaz. REVENDICATIONS 1") Procédé pour déterminer la température d'une charge des gaz dans un cylindre d'un moteur à combustion interne selon lequel la charge des gaz comprend une partie des gaz résiduels et une partie des gaz frais, comprenant une étape pour déterminer la température des gaz frais (T fg), caractérisé par les étapes suivantes - on détermine la partie des gaz frais (afg) de la charge des gaz, - on détermine la température des gaz résiduels (T rg), - on détermine la partie des gaz résiduels (a~rg) de la charge des gaz, - on calcule la température de la charge des gaz (T ges) à partir de la température des gaz résiduels (T rg), de la partie des gaz résiduels (a~rg), la température des gaz frais (T fg) et de la partie des gaz frais (a~fg). 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la température des gaz frais (T~fg) à proximité de l'entrée dans le cylindre 3 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu' on détermine la température des gaz frais (T~fg) par le calcul à partir d'au moins deux grandeurs mesurées. 4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu' on mesure la température des gaz frais (T fg) dans la tubulure d'aspiration du moteur à combustion interne. 5 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu' on détermine la température des gaz résiduels (erg) à partir de la température des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. 60) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que - on détermine la pression partielle des gaz frais (p~fg) dans le cylindre, comme partie des gaz frais (afg) - on détermine la pression partielle des gaz résiduels (p~rg) dans le cylindre, comme partie des gaz résiduels (arg) et - on calcule la température de la charge des gaz (T~ges) se lon l'équation de détermination suivante T~ges = (p~fg x T fg + p rg x T~rg) / (p~fg + p~rg) 70) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu' - on détermine la partie des gaz frais (afg) comme masse des gaz frais (m~fg) dans le cylindre, - on détermine la partie des gaz résiduels (a~rg) comme masse des gaz résiduels (m~rg) dans le cylindre, et - on calcule la température de la charge des gaz (T~ges) se lon l'équation de détermination suivante T~ges = (m~fg x T fg + m rg x T~rg / (m~fg + m~rg) 8 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu' on tient compte de la fonction de température de la capacité thermique des gaz frais et des gaz d'échappement pour le calcul de la température de la charge des gaz (Tges). 90) Dispositif pour déterminer la température d'une charge des gaz dans le moteur à combustion interne avec des moyens de calcul caractérisés en ce que les moyens de calcul exécutent un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.