Brevet FR2850711A1 — publié le 20040806

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la commande d'un moteur thermique comprenant des moyens pour déterminer la valeur réelle d'une grandeur de sortie de l'unité d'entraînement du moteur thermique, notamment de son couple. Etat de la technique Selon le document MTZ 12/2002, aux pages 1020-1027, on connaît un procédé selon lequel on détermine un couple indexé d'un moteur thermique à l'aide d'un champ de caractéristiques en fonction d'un 10 couple alternatif et du régime du moteur. Le couple alternatif est évalué selon ce procédé à partir de la vitesse angulaire, de l'accélération angulaire et de la pression de charge (pression d'alimentation). Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne un procédé du type défini 15 ci-dessus, caractérisé en ce qu'on détermine la valeur réelle en fonction du régime moteur actuel du moteur thermique, de la pression actuelle dans la conduite d'alimentation du moteur thermique et de la composante actuelle de la fréquence d'allumage du régime moteur. L'invention concerne également un dispositif pour la mise 20 en oeuvre de ce procédé, ce dispositif étant caractérisé en ce que des moyens déterminent la valeur réelle en fonction du régime actuel du moteur thermique, de la pression actuelle dans la conduite d'alimentation en air du moteur thermique et de la composante de fréquence d'allumage actuelle du régime moteur. Le procédé et le dispositif selon l'invention ont l'avantage vis-à-vis de l'état de la technique de déterminer la valeur réelle de la grandeur de sortie de l'unité d'entraînement du moteur thermique, notamment du couple, d'une manière relativement simple avec des moyens de calcul réduits et sans nécessiter de capteurs supplémentaires. Avantageusement on détermine la valeur réelle de la grandeur de sortie à l'aide d'un champ de caractéristiques. Il est particulièrement avantageux que la composante de la fréquence d'allumage du régime moteur soit prise en compte sous la forme d'une caractéristique pour calculer la valeur réelle de la grandeur de sortie 35 et que cette caractéristique soit formée par la projection de la composante de la fréquence d'allumage du régime moteur sur une droite. Cela permet de déterminer la valeur réelle, d'une manière non équivoque, en fonction de la composante de fréquence d'allumage actuelle du régime moteur. 285071 1 Selon un autre caractéristique avantageuse, la projection par rapport à la phase de la composante de fréquence d'allumage est faite lorsque le moteur thermique fonctionne au ralenti ou dans une plage proche du ralenti. Cela permet d'avoir une caractéristique avec une sensibilité 5 très élevée vis-à-vis de la force des gaz développée par le moteur thermique. Il est particulièrement avantageux de corriger la caractéristique avec la différence des valeurs de la caractéristique pour le régime actuel du moteur, de préférence en mode de poussée dans le cas d'un i0 moteur de référence et d'un moteur à combustion interne de la même série de construction pour le moteur thermique. Cela permet de tenir compte de l'influence des différences résultant des erreurs de roue phoniques, des forces massiques ou forces d'inertie et les forces de gaz entre le moteur à combustion interne considéré et le moteur de référence pour déterminer la 15 composante de la fréquence d'allumage. Il est également avantageux que la valeur réelle de la grandeur de sortie soit obtenue en fonction de la valeur moyenne du régime moteur. Ainsi, la détermination de la valeur réelle est moins influencée par les variations du régime moteur. Il est également avantageux que la valeur réelle de la grandeur de sortie soit obtenue en fonction de la pression de charge dans la conduite d'alimentation en air. Même en utilisant un compresseur pour comprimer l'air alimentant le moteur thermique on peut en tenir compte dans la détermination de la valeur réelle de la grandeur de sortie. Il est également avantageux que la composante de la fréquence d'allumage soit obtenue à partir d'un signal du capteur de vitesse de rotation ou du capteur d'angle de vilebrequin par une transformation de Fourier ou à l'aide d'un filtre passe-bande, filtre dont la fréquence centrale correspond sensiblement à la fréquence d'allumage. Cela permet de 30 déterminer la composante de la fréquence d'allumage d'une manière particulièrement simple et économique. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins 35 annexés dans lesquels: - la figure 1 montre un schéma par blocs d'un moteur à combustion interne, - la figure 2 montre un diagramme fonctionnel explicitant le procédé et le dispositif selon l'invention, - la figure 3 montre la projection de la composante de la fréquence d'allumage sur une droite. Description du mode de réalisation Selon la figure 1, la référence 1 désigne un moteur thermique, par exemple celui d'un véhicule automobile. Le moteur thermique i comprend un moteur à combustion interne 20 qui est un moteur à essence ou un moteur Diesel. On supposera à titre d'exemple que le moteur 10 à combustion interne 20 est un moteur Diesel. Le moteur Diesel 20 reçoit de l'air frais par une alimentation en air 25. Le sens de circulation de l'air frais dans l'alimentation en air 25 est représenté par une flèche à la figure 1. L'alimentation en air 25 comporte un compresseur 45 qui comprime l'air frais alimentant le moteur Diesel 20. En aval du compresseur 45 dans 15 le sens de passage de l'air frais, il est prévu un capteur de pression 50 dans l'alimentation en air 25. Le capteur de pression 50 mesure la pression de l'air frais comprimé par le compresseur 45 dans l'alimentation 25 et transmet la valeur de mesure à un dispositif 35 réalisé par exemple dans la commande de moteur. L'air frais comprimé est fourni au moteur 20 Diesel 20 par une soupape d'admission non représentée à la figure 1. La chambre de combustion du moteur Diesel 20 reçoit le carburant injecté par un injecteur 55. L'injecteur 55 est commandé par la commande de moteur ou gestion de moteur 35 pour fournir un débit massique de carburant, prédéterminé, à la chambre de combustion. Ce débit massique peut 25 être choisi par exemple pour régler un rapport de mélange air/carburant déterminé. La combustion du mélange air/carburant active un piston d'un cylindre du moteur Diesel 20 et ce dernier entraîne le vilebrequin du moteur Diesel 20. Ces différents moyens ne sont pas représentés à la figure i pour des raisons de simplification, le fonctionnement étant connu de 30 l'homme du métier. Le moteur Diesel 20 peut également comporter plusieurs cylindres munis chacun d'un injecteur. Un capteur de vitesse de rotation ou d'angle de vilebrequin 30 est associé au moteur Diesel 20. Celui-ci détecte le mouvement du vilebrequin et transmet un signal de mesure cor35 respondant à la commande de moteur 35. Selon un exemple habituel, on détecte 60 positions du vilebrequin par rotation. A partir de la courbe de l'angle du vilebrequin la commande de moteur 35 déduit de façon connue en soi la vitesse de rotation (régime) du moteur Diesel 20. Les gaz d'échappement résultant de la combustion du mélange air/carburant sont expulsés dans une tubulure d'échappement 60 à travers une soupape d'échappement du moteur Diesel 20 non représentée à la figure 1. Le sens de passage des gaz d'échappement dans la conduite ou tubulure de gaz 5 d'échappement 60 est indiqué à la figure 1 également par une flèche. La conduite de gaz d'échappement 60 est combinée dans cet exemple à une turbine 65 entraînée par les gaz d'échappement. La turbine 65 est reliée au compresseur 45 par un arbre 70. Ainsi, le compresseur 45 est entraîné à partir de la turbine 65 par l'intermédiaire de l'arbre 70 pour comprimer 10 l'air frais alimentant ce moteur Diesel 20. La turbine 65, l'arbre 70 et le compresseur 45 forment un turbocompresseur de gaz d'échappement. Comme représenté à la figure 1, la turbine 65 peut être commandée par la commande de moteur 35 pour régler un rapport de compression prédéterminé par le compresseur 45, par exemple par une régulation de pres15 sion de charge. La commande de moteur 35 peut commander par exemple une porte d'évacuation de la turbine 65 d'une manière connue en soi pour régler le rapport de compression souhaité. Selon l'invention, il s'agit de déterminer la valeur réelle d'une grandeur de sortie d'une unité d'entraînement 5 du moteur thermi20 que 1. L'unité d'entraînement 5 comprend le moteur Diesel 20 et une boîte de vitesses coopérant avec le moteur d'une manière connue. Cette boîte de vitesses n'est pas représentée à la figure 1 pour des raisons de simplification. La grandeur de sortie de l'unité d'entraînement 5 choisie est par exemple dans cet exemple le couple moteur indexé MMot. En variante, on 25 peut également utiliser la puissance fournie, la charge du cylindre, la charge ou analogue ou une grandeur déduite des grandeurs ci-dessus comme grandeur de sortie de l'unité d'entraînement 5. Selon l'invention, on détermine le couple moteur indexé MMot en fonction du régime moteur instantané nmot du moteur thermique 1, la pression actuelle pBoost dans 30 la conduite d'alimentation en air 25 du moteur thermique 1 et la composante actuelle de la fréquence d'allumage ZFK pour le régime moteur nmot. La pression actuelle pBoost peut être dans cet exemple la pression de charge en aval du compresseur 45, pression mesurée par le capteur de pression 50. En variante, la pression actuelle pBoost peut également être 35 de manière très générale la pression dans la conduite d'aspiration dans le sens de passage des gaz frais, directement en amont du moteur Diesel 20, en particulier en l'absence de turbocompresseur de gaz d'échappement ou plus généralement de compresseur 45. 285071 1 Le régime moteur nmot peut s'utiliser comme cela sera supposé ciaprès dans sa valeur moyenne pour déterminer la valeur réelle de la grandeur de sortie. Cette solution a l'avantage d'éviter l'influence des variations dans le temps du régime moteur nmot sur la détermination de 5 la valeur réelle de la grandeur de sortie. La composante de fréquence d'allumage ZFK s'obtient dans la commande de moteur 35 à partir du signal de mesure fourni par le capteur de vitesse de rotation ou capteur d'angle de vilebrequin 30, par exemple par une transformation de Fourier ou en utilisant un filtre passe-bande dont la fréquence centrale corres10 pond sensiblement à la fréquence d'allumage. Si le moteur Diesel 20 est par exemple un moteur à quatre cylindres, la fréquence d'allumage sera double de la vitesse de rotation du vilebrequin car on allume deux cylindres par rotation du vilebrequin. Ainsi, par rotation du vilebrequin, on aura deux allumages. La composante de fréquence d'allumage ZFK est 15 également la transformation du signal fourni par le capteur de vitesse de rotation ou capteur d'angle de vilebrequin 30 dans la plage de fréquence pour cette fréquence d'allumage. Le composante de fréquence d'allumage ZFK mesurée de cette manière possède une amplitude Afzmes et une phase phifzmes. On peut prévoir de déterminer le couple moteur indexé MMot à l'aide d'un premier champ de caractéristiques 10. Le premier champ de caractéristiques 10 porte également la référence KRcharge à la figure 2. La figure 2 montre un diagramme fonctionnel pour déterminer le couple moteur indexé MMot. Les grandeurs d'entrée du premier champ de 25 caractéristiques 10 sont la valeur moyenne actuelle MWnmot du régime moteur, la pression de charge actuelle pBoost et la composante de fréquence d'allumage actuelle ZFK ou une caractéristique Alfz calculée à partir de celle-ci. Le premier champ de caractéristiques 10 peut s'obtenir par application, c'est-à-dire par exemple par des mesures sur un banc 30 d'essai et/ou par des essais sur route. Pour calculer la caractéristique Alfz il est prévu une unité de calcul de caractéristique 85 qui reçoit l'amplitude Afzmes et la phase phifzmes de la composante de fréquence d'allumage actuelle mesurée ZFK. L'unité de calcul de caractéristique 85 projette la composante de fréquence 35 d'allumage ZFK sur une droite 15 selon la figure 3. Cette projection peut être effectuée de manière avantageuse par rapport à une phase de la composante de fréquence d'allumage ZFK lorsque le moteur thermique 1 fonctionne au ralenti ou au voisinage du ralenti. La droite 15 de la figure 3 285071 1 représente ainsi la phase de la composante de fréquence d'allumage ZFK au ralenti ou à un régime proche du ralenti par exemple en mode de poussée avec un moteur thermique 1 tournant à faible régime; cette droite est inclinée d'un angle phifzlibre par rapport à l'horizontale 100. 5 La droite 15 représente ainsi une ligne de projection ou axe de projection sur lequel on projette la composante de la fréquence d'allumage ZFK. A la figure 3 on a représenté à titre d'exemple trois composantes de fréquences d'allumages différentes ZFK1, ZFK2, ZFK3. Une première composante de fréquence d'allumage ZFK1 pour un régime élevé possède, après projection 10 sur l'axe de projection 15, une première amplitude Alfz correspondant à une première caractéristique associée à la première composante de fréquence d'allumage ZFKI. Une seconde composante de fréquence d'allumage ZFK2 pour le régime moyen possède une amplitude Afzmes 2 et une phase phifzmes 2; après projection sur l'axe 15 on aura ainsi une 15 seconde amplitude projetée Alfz 2 comme caractéristique associée à la seconde composante de fréquence ZFK2. La figure 3 montre également une troisième composante de fréquence d'allumage ZFK3 pour le ralenti ou un mode de fonctionnement proche du ralenti. Cette composante se situe sur l'axe de projection 15 et son amplitude Alfz 3 correspond à l'amplitude 20 déjà projetée sur l'axe de projection 15. La figure 3 montre en outre que la troisième composante de fréquence d'allumage ZFK3 possède, au ralenti ou dans une plage de fonctionnement du moteur thermique 1 proche du ralenti, le régime le plus faible, l'amplitude la plus élevée et ainsi la plus grande sensibilité vis-à-vis des efforts développés dans les gaz du moteur 25 thermique 1. En outre, l'angle de phase phiLfzlibre au ralenti ou dans une plage voisine du ralenti pour le moteur thermique 1 est bien défini. C'est pourquoi la projection des composantes de la fréquence d'allumage sur l'axe de projection 15 par rapport à la phase de la troisième composante de fréquence d'allumage ZFK3 au ralenti ou dans une plage proche 30 du ralenti du moteur thermique 1 est une solution avantageuse. Le calcul des caractéristiques par l'unité de calcul de caractéristique 85 se fait par application de l'équation suivante: Alfz = Afzmes. cos [(phifzmes)-(phifzlibrel (1) 35 La caractéristique Alfz est fournie comme grandeur d'entrée au premier champ de caractéristiques 10. L'utilisation de la caractéristique Alfz comme grandeur d'entrée du premier champ de caractéristiques 285071 1 a en outre l'avantage d'avoir un couple moteur indexé MMot obtenu par le premier champ de caractéristiques 10 qui soit sans équivoque. En plus, et comme le montre la figure 2, on peut prévoir de corriger la caractéristique Alfz avant de l'entrer dans le premier champ de caractéristiques 5 10. On peut pour cela corriger la caractéristique Alfz par la différence des valeurs de caractéristiques qui résultent du régime moteur actuel, de préférence en mode de poussée, par rapport à un moteur de référence et pour le moteur Diesel 10 du moteur thermique 1. Comme déjà évoqué cidessus, le régime moteur actuel nmot peut être pris en compte pour éviter i0 les variations dans le temps sous la forme d'une valeur moyenne MWnmot. Le mode de poussée du moteur thermique 1 convient tout particulièrement comme point de fonctionnement du moteur thermique 1 pour lequel le moteur de référence peut se comparer particulièrement bien au moteur Diesel 20. La valeur moyenne MWnmot du régime moteur est 15 fournie en outre à un second champ de caractéristiques 75 et à un troisième champ de caractéristiques 80. Le second champ de caractéristiques 75 est désigné à la figure 2 également par la référence KLpouss.mes et le troisième champ de caractéristiques 80 par la référence KLpouss.mes. Le second champ de caractéristiques 75 peut s'obtenir par adaptation, appli20 cation par des essais sur route à la sortie de la chaîne de fabrication du moteur thermique 1 et/ou par des mesures sur un banc d'essai. De façon correspondante on adapte ou on applique le troisième champ de caractéristiques 80 par exemple par des essais sur route à la sortie de la chaîne de fabrication du moteur de référence et/ou par des mesures sur un banc 25 d'essai. Le troisième champ de caractéristiques 80 et le premier champ de caractéristiques 10 se déterminent sur le même moteur ou véhicule. Le second champ de caractéristiques 75 de cet exemple est une courbe caractéristique donnant en fonction de la valeur moyenne MWnmot du régime moteur, une première valeur de la caractéristique Alfz du moteur 30 Diesel 20. Le troisième champ de caractéristiques 80 de cet exemple de réalisation est une courbe caractéristique qui donne en fonction de la valeur moyenne MWnmot du régime moteur, une seconde valeur pour la caractéristique Alfz de ce moteur Diesel 20 de même construction que le moteur de référence. La première valeur de la caractéristique Alfz et la se35 conde valeur de la caractéristique Alfz sont appliquées à un sous tracteur 90. Le soustracteur 90 retranche la première valeur de la caractéristique Alfz de la seconde valeur de cette caractéristique Alfz. La différence Afzdelta obtenue est appliquée à un élément de correction 95. L'élément de 285071 1 correction 95 est par exemple réalisé sous la forme d'un additionneur. L'élément de correction 95 corrige la caractéristique Alfz calculée par l'unité de calcul de caractéristique 95 avec la différence Afzdelta par exemple en additionnant la différence Afzdelta à la caractéristique calculée 5 Alfz. A la sortie de l'élément de correction 98 on dispose de la caractéristique corrigée Afzcorr. Cette caractéristique est fournie comme grandeur d'entrée au premier champ de caractéristiques 10. Les valeurs des caractéristiques venant des champs de caractéristiques 75, 80 tiennent compte de l'influence de l'erreur de la roue io phonique, des différences des forces massiques et des forces des gaz entre le moteur Diesel 20 considéré et le moteur de référence vis-à-vis de la composante de fréquence d'allumage ZFK. Les différences d'erreurs de roue phoniques proviennent des défauts de saisie de la vitesse de rotation ou de l'angle du vilebrequin pour ce moteur Diesel 20 ou le moteur de ré15 férence. Les différences de force d'inertie résultent des masses différentes du piston ou de différentes pièces de la transmission par vilebrequin, c'est-à-dire de la liaison entre chaque piston et le vilebrequin pour le moteur Diesel 20 considéré et d'autre part le moteur de référence. Les différences de forces de gaz correspondent aux différentes compressions des 20 cylindres dans le moteur Diesel 20 envisagées et dans le moteur de référence. La valeur caractéristique corrigée ainsi obtenue Afzcorr correspond ainsi sensiblement à la valeur de la caractéristique qui pour le point de fonctionnement actuel, c'est-à-dire pour la pression de charge 25 actuelle pBoost, le régime moteur actuel nmot ou la valeur moyenne actuelle MWnmot du régime moteur et du couple moteur actuel, indexé, se mesurerait sur le moteur de référence. C'est pourquoi le premier champ de caractéristiques 10 peut s'utiliser pour tous les moteurs de même construction. La relation entre le régime moteur actuel nmot ou la valeur 30 moyenne actuelle MWnmot, la pression de charge actuelle pBoost, la caractéristique corrigée Afzcorr et le couple moteur indexé actuel MMot n'ont à être déterminés qu'une seule fois au préalable. Le résultat du procédé de l'invention est à la sortie du premier champ de caractéristiques 10, le couple moteur indexé actuel MMot. Le diagramme fonctionnel de la figure 2 représente les moyens pour déterminer la valeur réelle du couple moteur indexé, c'est-àdire du couple indexé actuel portant la référence 40 à la figure 2. Les 285071 1 moyens 40 peuvent être implémentés par programme et/ou par circuit dans la commande de moteur 35. Pour déterminer le couple moteur indexé actuel MMot il est avantageux d'utiliser un signal de vitesse de rotation en général disponible 5 pour chaque moteur fourni par le capteur de vitesse de rotation ou capteur d'angle de vilebrequin 30 ainsi qu'un signal de pression de charge ou de conduite d'aspiration, également disponible en général dans chaque moteur, ce signal étant fourni par le capteur de pression 50. Un autre avantage de l'invention est que le couple moteur 10 indexé actuel MMot est disponible de façon multiple pour différentes fonctions du moteur thermique 1, par exemple pour surveiller, pour réguler le couple, etc.... Dans certaines conditions limites on peut rencontrer des situations dans lesquelles le couple moteur actuel indexé MMot ou une grandeur qui en est déduite ne correspond pas à une valeur prédétermi15 née comme par exemple pour une combustion étrangère dans le moteur Diesel 20. C'est pourquoi, et par exemple pour convertir la régulation du couple, il est souhaitable de connaître le couple moteur indexé actuel MMot réalisable selon le procédé décrit de l'invention. Le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être ap20 pliqués de façon correspondante à un moteur à combustion interne 20 sous forme d'un moteur à essence. Dans le cas d'un moteur à essence on réalise le déclenchement de l'allumage dans les différents cylindres par une bougie d'allumage. En outre, l'alimentation en air frais d'un moteur à essence peut se régler par le papillon. L'injection de carburant dans un 25 moteur à essence peut se faire comme pour un moteur Diesel, en variante également dans la conduite d'alimentation en air 25, au niveau de cette conduite représentée à titre d'exemple à la figure 1, entre le compresseur et le moteur à combustion interne 20. 285071 1 REVEND I CATI ONS 10) Procédé de commande d'un moteur thermique (1) selon lequel on détermine une valeur réelle d'une grandeur de sortie d'une unité d'entraînement (5) du moteur thermique (1), notamment son couple, caractérisé en ce qu' on détermine la valeur réelle en fonction du régime moteur actuel du moteur thermique (1), de la pression actuelle dans la conduite d'alimentation (25) du moteur thermique (1) et de la composante actuelle de la fréquence d'allumage du régime moteur. 10 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la valeur réelle de la grandeur de sortie à l'aide d'un champ de caractéristiques (10). 15 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composante de la fréquence d'allumage du régime moteur est prise en compte sous la forme d'une caractéristique pour le calcul de la valeur 20 réelle de la grandeur de sortie et cette caractéristique est formée par la projection de la composante de la fréquence d'allumage du régime moteur sur une droite (15). 40) Procédé selon la revendication 3, 25 caractérisé en ce qu' on effectue la projection par rapport à une phase de la composante de la fréquence d'allumage lorsque le moteur thermique (1) fonctionne au ralenti ou dans une plage proche du ralenti. 50) Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu' on corrige la caractéristique par la différence des valeurs de la caractéristique correspondant au régime moteur actuel, de préférence en mode de poussée, dans le cas d'un moteur de référence et dans le cas du moteur à 35 combustion interne (20) du moteur thermique (1). 60) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 285071 1 on détermine la valeur réelle de la grandeur de sortie en fonction d'une valeur moyenne du régime moteur. 70) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la valeur réelle de la grandeur de sortie en fonction d'une pression de charge dans l'alimentation en air (25). 80) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la composante de la fréquence d'allumage à partir d'un signal fourni par le capteur de vitesse de rotation ou capteur d'angle de vilebrequin (30) par une transformation de Fourier ou à l'aide d'un filtre passe-bande, filtre dont la fréquence centrale correspond sensiblement à 15 la fréquence d'allumage. 90) Dispositif (35) pour la commande d'un moteur thermique (1) comprenant des moyens (40) pour déterminer la valeur réelle d'une grandeur de sortie de l'unité d'entraînement (5) du moteur thermique (1), notamment 20 de son couple, caractérisé en ce que des moyens (40) déterminent la valeur réelle en fonction du régime actuel du moteur thermique (1), de la pression actuelle dans la conduite d'alimentation en air (25) du moteur thermique (1) et de la composante de 25 fréquence d'allumage actuelle du régime moteur.