Brevet FR2858359A1 — publié le 20050204

Domaine de l'invention L'invention concerne un procédé de gestion d'une unité d'entraînement comprenant un moteur à combustion interne selon lequel on évalue une grandeur caractéristique pour la teneur en oxygène de l'air sortant du moteur à combustion interne. L'invention concerne également un dispositif pour gérer une unité d'entraînement comportant un moteur à combustion interne, un moyen d'évaluation pour évaluer une grandeur caractéristique d'air pour la teneur en oxygène dans le flux d'air sortant du moteur à combustion 10 interne. Etat de la technique Selon le document DE 100 17 280 on connaît déjà un procédé et un dispositif pour commander un moteur à combustion interne, selon lesquels on évalue la partie d'oxygène de l'air sortant du moteur à 15 combustion interne en utilisant un modèle. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on compare la grandeur caractéristique évaluée pour la teneur en oxygène à une grandeur caractéristique mesu20 rée pour la teneur en oxygène et en fonction du résultat de la comparaison on corrige une valeur de la grandeur caractéristique d'une quantité d'air frais aspirée par le moteur à combustion interne. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé des moyens de comparaison recevant la grandeur 25 caractéristique de la teneur en oxygène évaluée que l'on compare à une grandeur caractéristique mesurée de la teneur en oxygène, et des moyens de correction prévus pour corriger en fonction du résultat de la comparaison une valeur d'une grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée par le moteur à combustion interne. Cela permet de déterminer de manière très précise la quantité d'air frais aspirée en partant d'une valeur quelconque, et de supprimer le débitmètre massique d'air pour déterminer la quantité d'air frais aspirée et réaliser ainsi une économie. De plus, la valeur ainsi déterminée de manière précise pour la quantité d'air frais aspirée peut servir de grandeur 35 d'entrée fiable pour d'autres fonctions de commande et de régulation de l'unité d'entraînement, par exemple pour réguler la réintroduction des gaz d'échappement. Il est particulièrement avantageux que la grandeur caractéristique évaluée de la teneur en oxygène soit soumise à un filtrage avant sa comparaison à la grandeur mesurée qui copie le comportement d'un dispositif utilisé pour déterminer la grandeur caractéristique mesurée. De s cette manière on tient compte du comportement du dispositif de mesure en formant la grandeur caractéristique évaluée pour la teneur en oxygène de sorte que la comparaison avec la grandeur mesurée est particulièrement significative. Il est très avantageux que la valeur corrigée de la grandeur io caractéristique de la quantité d'air frais aspirée serve à la régulation de la réintroduction des gaz d'échappement. De cette manière on n'est plus lié à la mesure de la quantité d'air frais aspirée qui peut être erronée ou disparaître. La valeur ainsi corrigée de la grandeur caractéristique de l'air frais aspiré constitue ainsi toujours une valeur fiable disponible permettant 15 d'assurer la régulation de la réintroduction des gaz d'échappement sans avoir à couper ou à réparer l'unité d'entraînement à cause d'une mesure défaillante ou erronée de la quantité d'air frais aspirée ou de faire une réparation. On peut ainsi supprimer de manière générale un capteur comme par exemple un débitmètre massique d'air pour déterminer la quantité 20 d'air frais aspirée. On peut également prévoir une utilisation alternative de la valeur corrigée de la grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée dans le cadre de la régulation de la réintroduction des gaz d'échappement également, comme valeur de repli pour le cas où on ne 25 dispose pas d'une valeur de mesure de la grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée ou si cette grandeur est erronée. Dans ce cas on donne la priorité à une valeur de mesure correcte de la grandeur caractéristique de la quantité aspirée d'air frais par rapport à la valeur corrigée de la grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée. Dans 30 ce cas on utilise la valeur corrigée de la grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée pour la régulation du retour des gaz d'échappement seulement si on ne dispose pas d'une valeur de mesure de la grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée ou si cette valeur est erronée. Il est également avantageux si pour l'évaluation de la grandeur caractéristique de la teneur en oxygène dans l'air sortant du moteur à combustion interne on utilise la valeur corrigée de la grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée. Cela permet de réaliser un circuit de régulation donnant une approximation de la valeur corrigée de la grandeur caractéristique pour la quantité d'air frais commandée, aussi proche que possible de la valeur réelle de la quantité d'air frais aspirée. Cela s'applique surtout si la valeur de la grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée est corrigée en particulier par un circuit de régulation, dans le sens d'une réduction en amplitude du résultat de la comparaison. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'une unité d'entraînement comprenant un moteur à combustion interne, - la figure 2 montre un diagramme fonctionnel servant à décrire le procédé de l'invention, - la figure 3 montre une variante de réalisation. Description de modes de réalisation Selon la figure 1, la référence 1 désigne une unité 20 d'entraînement comprenant un moteur à combustion interne 5. L'unité d'entraînement 1 permet par exemple d'entraîner un véhicule. Le moteur à combustion interne 5 peut être un moteur à essence ou un moteur Diesel. Dans la suite et à titre d'exemple on suppose que le moteur à combustion interne 5 est un moteur à essence. Le moteur à combustion interne 5 re25 çoit de l'air frais par une conduite d'alimentation en air 40. La direction de passage de l'air frais dans la conduite d'alimentation 40 est indiquée par une flèche à la figure 1. Le débit massique d'air frais fourni est mesuré par un débitmètre massique d'air 50, par exemple un débitmètre massique d'air à film chaud et la valeur de mesure est transmise en continu ou pé30 riodiquement, de manière discrète, à une commande de moteur 20. Dans le sens de passage de l'air frais dans la conduite d'alimentation, en aval du débitmètre massique d'air 50 on a un volet d'étranglement 55. Ce volet est commandé par la commande de moteur 20 pour régler un degré d'ouverture prédéfini et par exemple obtenir un rapport de mélange 35 air/carburant souhaité dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne 5, chambre non représentée à la figure 1. La partie de l'alimentation en air 40, comprise entre le volet d'étranglement 55 et le moteur à combustion interne 5, est également appelée tubulure d'admission ou d'aspiration; cette partie porte la référence 45 à la figure 1. Dans la tubulure d'aspiration 45 débouche un canal de réintroduction des gaz d'échappement 90 comportant une soupape de réintroduction de gaz d'échappement 95; le degré d'ouverture de cette soupape de réintro5 duction des gaz d'échappement est également commandé par la commande de moteur 20 pour régler le taux souhaité de réintroduction des gaz d'échappement par exemple dans le cadre d'une régulation de réintroduction des gaz d'échappement. Un capteur de pression 60 est prévu dans la conduite d'admission 45 ainsi qu'un capteur de température 65. Le 10 capteur de pression 60 de la conduite d'admission mesure la pression dans la conduite d'admission et transmet en continu ou de manière périodique la valeur de mesure à la commande de moteur 20. Le capteur de température 65 de la conduite d'admission mesure la température régnant dans la conduite d'admission, c'est-à-dire la température de l'air fourni au S5 moteur à combustion interne 5 à travers la conduite d'admission 45 et transmet la valeur de mesure de façon continue ou discrètement dans le temps à la commande de moteur 20. Au moins un injecteur ou soupape d'injection 75 injecte le carburant dans un ou plusieurs cylindres non détaillés du moteur à com20 bustion interne 5, directement. La dose ou quantité injectée est définie par la commande de moteur 20 d'une manière connue du spécialiste par exemple pour obtenir le rapport de mélange air/carburant souhaité dans la chambre de combustion non représentée à la figure 1 du moteur à combustion interne 5. En outre, dans le cas d'un moteur à essence, cha25 que cylindre du moteur à combustion interne 5 est équipé d'une bougie d'allumage 80 servant à allumer le mélange air/carburant se trouvant dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne 5; l'instant d'allumage de la bougie est également commandé par la commande de moteur 20 pour obtenir par exemple le couple d'entraînement 30 souhaité que doit fournir le moteur à combustion interne 5. La vitesse de rotation (régime) du moteur à combustion interne 5 est mesurée par le capteur de vitesse de rotation 70 d'une façon connue du spécialiste; la valeur de mesure est transmise en continu ou de manière périodique à la commande de moteur 20. Les gaz d'échappement formés par la combus35 tion du mélange air/carburant dans la chambre de combustion des différents cylindres du moteur à combustion interne 5 sont expulsés par la conduite de gaz d'échappement 85. La teneur en oxygène des gaz d'échappement dans la conduite de gaz d'échappement 85 se mesure à l'aide d'une sonde lambda 10 et la valeur de mesure fournie par cette sonde est transmise en continu ou de manière discrète dans le temps à la commande de moteur 20. Une partie des gaz d'échappement est fournie de nouveau par le canal de réintroduction des gaz d'échappement 90 à la s conduite d'aspiration 45. En variante du mode de réalisation décrit cidessus, le carburant peut également être injecté dans la conduite d'admission 45 et non pas directement dans les cylindres du moteur à combustion interne 5. Dans le cas de moteurs Diesel, par comparaison avec un moteur à essence, il n'y aura pas de bougie d'allumage 80 dans 10 chaque cylindre. Dans le cas d'un moteur Diesel avec un turbocompresseur de gaz d'échappement, à la place du capteur de pression 60 dans la conduite d'admission, on peut également prévoir un capteur de pression de charge et à la place du capteur de température de la conduite d'admission 65 on peut également prévoir un capteur de température de 15 l'air de charge en amont du volet d'étranglement 55 dans le sens de passage de l'air frais et en aval du compresseur du turbocompresseur de gaz d'échappement dans l'alimentation en air 40 pour fournir des valeurs de mesure correspondantes à la commande de moteur 20. La figure 2 est un diagramme fonctionnel servant à décrire 20 le procédé selon l'invention ainsi que le dispositif selon l'invention. Dans ce diagramme, la référence 15 désigne un circuit de régulation qui peut être réalisé sous la forme d'un circuit et/ou être implémenté comme programme dans la commande de moteur 20. Le circuit de régulation 15 comprend un modèle 25 pour évaluer la teneur en oxygène dans les gaz 25 d'échappement expulsés du moteur à combustion interne 5 dans la conduite de gaz d'échappement 85. Le modèle 25 reçoit comme grandeurs d'entrée le régime moteur (n) fourni par le capteur de vitesse de rotation 70, la pression (p) dans la conduite d'admission fournie par le capteur de pression de conduite d'admission 60, la température (T) de la conduite 30 d'admission fournie par le capteur de température de conduite d'admission 65 ainsi que le flux massique de carburant (mk) réglé par la commande de moteur 20 dans au moins un injecteur 75. Le modèle 25 reçoit également une valeur corrigée (mLk) de la masse d'air frais fournie au moteur à combustion interne 5. Le modèle 25 utilise le régime moteur 35 (n), la pression (p) dans la conduite d'admission, la température (T) dans la conduite d'admission et la valeur corrigée (mLk) de la masse d'air ou débit massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5 ainsi que le débit massique de carburant (mk), pour évaluer la teneur en oxy- gène contenue dans les gaz d'échappement; cette teneur en oxygène est indiquée à la figure 2 par la référence (1/X)s. La seule différence dans le calcul de la valeur évaluée (1/X)s de la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement par rapport à l'état de la technique défini dans le docus ment DE 100 17 280 est que dans le présent exemple de réalisation, à la place de la valeur de mesure (mL) fournie par le débitmètre massique d'air 50 correspondant au flux massique d'air frais fourni, on utilise la valeur corrigée (mLk) du débit massique d'air frais fourni pour calculer la valeur évaluée (1/,X)s de la teneur en oxygène contenue dans les gaz 10 d'échappement. La valeur évaluée (l/,)s ainsi obtenue pour la teneur en oxygène contenue dans les gaz d'échappement peut être fournie à un bloc 100. Le bloc 100 se compose d'un filtre passe-bas avec une constante de temps de filtre et un élément de temps mort. L'élément de temps mort simule le temps de passage des gaz d'échappement à travers la conduite des 15 gaz d'échappement 85. La sortie du bloc 100 donne ainsi une valeur évaluée filtrée (1/,/X)s' transmise à un comparateur 30. Le comparateur 30, par exemple sous la forme d'un soustracteur, retranche la valeur évaluée filtrée (1/X)s' de la valeur de mesure (l/X)m de la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement, cette valeur (1/,/X)m étant fournie par la sonde lambda 20 10. La différence obtenue A à la sortie du comparateur 30 est alors appliquée à un élément de correction 35; cet élément de correction peut comporter un régulateur par exemple intégral proportionnel et/ou différentiel et peut former une valeur de correction (K) dans le sens d'une réduction de l'amplitude de la différence A. La valeur de correction (K) est appliquée 25 à un élément de combinaison 105 pour être combinée par exemple par addition ou multiplication à la valeur de mesure (mL) du débit massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5. A la sortie de l'élément de combinaison 105 on obtient ainsi la valeur corrigée (mLk) du débit massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5. Si l'élément de combinaison 105 est de structure additive, on peut initialiser la valeur de correction (K) par la valeur nulle. Si l'élément de combinaison 105 est de structure multiplicative, on initialise la valeur de correction (K) avec la valeur 1. La valeur corrigée (mLk) du flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5 et le 35 flux massique de carburant (mk), réglé, sont en outre fournis à l'élément de correction 35. Dans le modèle 25 selon le document DE 100 17 280, on tient compte des temps de parcours des gaz à travers le moteur à com- bustion interne 5 et du retour des gaz d'échappement par le canal de réintroduction de gaz d'échappement 90 de sorte que la valeur évaluée (1/X)s' pour la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement présente une dynamique correspondante. Grâce aux constantes de temps systéma5 tiques copiées dans modèle 25 à motivation physique selon le document DE 100 17 280, pour le système d'air de l'unité d'entraînement 1 comprenant l'alimentation en air 40, la conduite d'admission 45, la conduite de gaz d'échappement 85 et le canal de retour des gaz d'échappement 90, il est possible de saisir qualitativement le comportement dynamique du flux 10 massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5 dans les états de fonctionnement les plus différents de l'unité d'entraînement 1. L'utilisation du régulateur dans l'élément de correction 35 permet d'atteindre la précision stationnaire. En application de la relation mLk 14,5mk valable pour un fonctionnement stationnaire du moteur, liant le flux massique de carburant mk, réglé, la valeur corrigée mLk du flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5 et la valeur de mesure de la sonde lambda 10, un régulateur approprié dans l'élément de correction 35 permet de calculer à partir de la différence entre la valeur de me20 sure (1/./X)m de la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement et la valeur évaluée filtrée (1/X)s' de la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement, le coefficient de correction (K) dans le sens d'une réduction de l'amplitude de la différence A. La valeur corrigée (mLk) ainsi obtenue pour le flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion 25 interne 5 peut alors servir à la régulation de la réintroduction des gaz d'échappement. Le procédé et le dispositif selon l'invention permet d'obtenir un signal très correct de la grandeur du flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5 même si le débitmètre massique d'air 50 30 fonctionne avec défaut ou si défaillant, la valeur de mesure mL est fausse. Cela signifie que l'on peut supprimer complètement le débitmètre massique d'air 50 et déterminer comme valeur de mesure (mL) une valeur résultant de l'expérience pour le flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5 et que l'on définit par exemple au banc d'essai, 35 c'est-à-dire une valeur de mesure constante. A la place de la valeur obtenue par expérience on peut également prévoir comme valeur de mesure (mL) n'importe quelle autre valeur que l'on combine à la valeur de correction (K) par la régulation dans l'organe de régulation 35 pour obtenir la valeur corrigée (mLk) sensiblement du flux massique d'air frais fourni effectivement au moteur à combustion interne 5. La valeur corrigée (mLk) du flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5 peut 5 alors être utilisée indépendamment du bon fonctionnement du débitmètre massique d'air 50 ou de l'existence de ce débitmètre massique d'air pour réguler le retour des gaz d'échappement sans nécessiter de capteurs supplémentaires. Ainsi, la valeur corrigée (mLk) du flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5 constitue un signal fiable néces0lo saire par exemple à un circuit de régulation pour effectuer la régulation de la réintroduction des gaz d'échappement. Cela permet de respecter les limites d'émission prescrites par le législateur en utilisant la valeur corrigée (mLk) pour le flux massique d'air frais alimentant le moteur à combustion interne 5. La figure 3 donne une variante de réalisation pour fournir une valeur correspondant au flux massique d'air frais alimentant le moteur à combustion interne 5. Dans cette figure on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments qu'à la figure 2. La figure 3 ne montre qu'une partie du diagramme fonctionnel de la figure 2, les autres 20 parties étant inchangées. Dans l'exemple de la figure 3 on peut fournir la valeur de mesure (mL) du débitmètre massique d'air 50 par l'intermédiaire d'un commutateur commandé 115 directement au modèle 25 dont les autres grandeurs d'entrée correspondent aux grandeurs d'entrée décrites à la figure 2 et qui sont uniquement indiquées à la figure 3. En variante de 25 la valeur de mesure mL, le modèle 25 reçoit par l'intermédiaire du commutateur 115, la valeur corrigée (mLk) du flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5. Cette valeur corrigée (mLk) est formée dans l'élément de combinaison 105, de la manière décrite, par une combinaison additive ou multiplicative de la valeur de correction (K) et d'une 30 valeur prédéfinie (mL') du flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5. La valeur prédéfinie mL' peut correspondre à la valeur de mesure (mL) du flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5 ou encore être n'importe quelle autre valeur prédéfinie comme cela a déjà été décrit, indépendamment de la valeur de mesure 35 (mL) fournie par le débitmètre massique d'air 50 ou par exemple comme décrit ci-dessus, provenir d'une valeur obtenue par expérience. Le commutateur 115 de cet exemple selon la figure 3 est commandé par une unité de surveillance 110 pour appliquer sélectivement la valeur de mesure (mL) ou la valeur corrigée (mLk) au modèle 25. L'unité de surveillance 110 surveille le débitmètre massique d'air 50 pour déceler les signaux de mesure défectueux, en faisant par exemple un contrôle de plausibilité d'une manière connue des spécialistes. Aussi longtemps que le débitmètre 5 massique d'air 50 fournit un signal de mesure non défectueux, l'unité de surveillance 110 commande le commutateur 115 pour qu'il fournisse la valeur de mesure mL au modèle 25. Ce n'est qu'au cas où l'unité de surveillance 110 détecte la défaillance du débitmètre massique d'air 50 ou un signal de mesure défectueux (mL) qu'il demande au commutateur 115 de 10 relier la sortie de l'élément de combinaison 105 au modèle 25 et de fournir ainsi la valeur corrigée (mLk) correspondant au flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5, au modèle 25 comme grandeur d'entrée. A la place des grandeurs décrites ci-dessus de la teneur en 15 oxygène contenue dans les gaz d'échappement ou du flux massique d'air frais alimentant le moteur à combustion interne 5 on peut également utiliser pour ces grandeurs, des grandeurs caractéristiques déduites de la teneur en oxygène contenue dans les gaz d'échappement ou du flux massique d'air frais fourni au moteur à combustion interne 5, ou obte20 nues par conversions de ces grandeurs, et qui finalement fournissent une mesure de la teneur en oxygène ou du flux massique d'air frais. Cela est vrai à la fois pour les valeurs de mesure et pour les valeurs évaluées des valeurs de correction. C'est ainsi que par exemple à la place du flux massique d'air frais on peut également utiliser un volume d'air frais ou une 25 masse d'air frais ou de façon générale une quantité d'air frais par course de cylindre dans la conduite d'admission 45, pour appliquer le procédé décrit ci-dessus ou mettre en oeuvre le dispositif tel que décrit. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de gestion d'une unité d'entraînement (1) comprenant un moteur à combustion interne (5) selon lequel on évalue une grandeur caractéristique pour la teneur en oxygène de l'air sortant du moteur à combustion interne (5), caractérisé en ce qu' on compare la grandeur caractéristique évaluée pour la teneur en oxygène à une grandeur caractéristique mesurée pour la teneur en oxygène et en fonction du résultat de la comparaison on corrige une valeur de la 10 grandeur caractéristique d'une quantité d'air frais aspirée par le moteur à combustion interne (5). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on soumet la grandeur caractéristique évaluée de la teneur en oxygène, avant la comparaison avec la grandeur mesurée, à un filtrage qui copie le comportement d'un dispositif de mesure (10) utilisé pour déterminer la grandeur caractéristique mesurée. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on utilise la valeur corrigée de la grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée pour une régulation de retour de gaz d'échappement. 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on utilise la valeur corrigée de la grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée pour réguler le retour des gaz d'échappement si l'on ne dispose pas d'une valeur de mesure de la grandeur caractéristique de la 30 quantité d'air frais aspirée ou si la valeur dont on dispose est fausse. 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour l'évaluation de la grandeur caractéristique de la teneur en oxygène 35 dans l'air sortant du moteur à combustion interne (5) on utilise la valeur corrigée de la grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée. il 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on corrige la valeur de la grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée en particulier à l'aide d'un circuit de régulation (15) dans le sens d'une réduction de l'amplitude du résultat de la comparaison. 7 ) Dispositif (20) pour gérer une unité d'entraînement (1) comportant un moteur à combustion interne (5), un moyen d'évaluation (25) pour évaluer une grandeur caractéristique d'air pour la teneur en oxygène dans le flux 10 d'air sortant du moteur à combustion interne (5), caractérisé par des moyens de comparaison (30) recevant la grandeur caractéristique de la teneur en oxygène évaluée que l'on compare à une grandeur caractéristique mesurée de la teneur en oxygène, et des moyens de correction (35) prévus pour corriger en fonction du résultat de la comparaison une valeur d'une grandeur caractéristique de la quantité d'air frais aspirée par le moteur à combustion interne (5).