Brevet FR2852632A1 — publié le 20040924

L'invention concerne un procédé de régulation et une commande correspondante pour un moteur à combustion interne. Dans les concepts d'appareils de commande utilisés 5 actuellement pour des moteurs à combustion interne, la masse d'air frais aspirée est détectée et régulée par l'intermédiaire d'un capteur de masse d'air à film chaud (HFM) devant le compresseur et la pression d'admission est détectée et régulée par l'intermédiaire d'un capteur de 10 pression. Cependant, la mesure du flux massique d'air frais est souvent erronée en raison d'effets de stockage de l'admission pour des états dynamiques d'un moteur à combustion interne, notamment lors de variations de la pression d'admission, ce qui rend la commande imprécise. La présente invention vise donc un procédé de régulation et une commande correspondante pour un moteur à combustion interne qui permettent une commande du moteur à combustion interne plus précise que dans le cas des concepts de régulation connus jusqu'à présent. Ce problème est résolu par un procédé de régulation pour un moteur à combustion interne dans lequel on recycle du gaz d'échappement émis par le moteur et on le mélange à de l'air frais aspiré pour obtenir un mélange gazeux adéquat et l'amener au moteur et dans lequel on régule 25 directement une admission du moteur avec le mélange gazeux ou un taux de recyclage de gaz d'échappement du moteur, taux avec lequel le gaz d'échappement est recyclé. Ce problème est aussi résolu par une commande pour un moteur à combustion interne dans laquelle du gaz d'échappement 30 émis par le moteur est recyclé et mélangé à de l'air frais aspiré pour obtenir un mélange gazeux adéquat et l'amener au moteur, la commande comportant une structure qui est conçue pour réguler directement une admission du moteur avec le mélange gazeux ou un taux de recyclage de gaz 35 d'échappement du moteur, taux avec lequel le gaz d'échappement est recyclé. Il s'est avéré qu'une commande plus précise pour un moteur à combustion interne peut être obtenue par une régulation directe de l'admission totale avec le mélange gazeux ou par une régulation directe c'est-à-dire 5 immédiate du taux de recyclage de gaz d'échappement (AGR). Par contre, une régulation du recyclage de gaz d'échappement et de la pression d'admission sur la base de l'air frais ne permet pas ou permet seulement de manière imprécise la régulation du taux de recyclage de gaz 10 d'échappement et de l'admission totale car l'admission totale dépend de nombreuses conditions du moteur. En outre, la régulation de la masse d'air frais par la soupape du recyclage de gaz d'échappement (soupape AGR) est problématique parce que le système régulé (TV-AGR pour 15 la masse d'air frais) n'est pas linéaire et est très sensible aux perturbations. Par contre, le comportement stationnaire au transfert entre le rapport de cycle (TV) de la soupape de recyclage AGR et la masse de recyclage de gaz d'échappement dépend moins, comparé à la masse d'air 20 frais, de la vitesse de rotation. Lors de la comparaison des réponses transitoires du flux massique de recyclage de gaz d'échappement et de celui d'air frais, on trouve également des différences importantes dans le comportement au transfert. La réponse transitoire de la masse de 25 recyclage de gaz d'échappement atteint sensiblement plus tôt une valeur finale stable que la réponse transitoire du flux massique d'air frais en raison d'une faible constante de temps du système ouvert. De manière générale, on peut dire que plus la constante de temps du système ouvert est 30 petite, plus le circuit de régulation fermé est rapide. Par rapport à des concepts classiques, l'invention offre donc l'avantage que ce ne sont ni la masse d'air frais ni pression d'admission, mais directement l'admission avec le mélange gazeux composé du gaz 35 d'échappement recyclé et de l'air frais aspiré et le taux de recyclage AGR qui sont régulés. Ainsi, la masse gazeuse et sa composition peuvent être réglées de manière optimale indépendamment de l'état de fonctionnement du moteur. De plus, on peut se passer d'une mise à jour coûteuse de champs caractéristiques de correction dépendant de la 5 température pour les valeurs de consigne de la masse d'air frais et de la pression d'admission. Des dispersions d'émission entre des moteurs, dues à des comportements d'admission différents, peuvent également être réduites par la régulation d'admission et de taux de recyclage de 10 gaz d'échappement. La détection dynamique précise de toutes les grandeurs d'état permet d'optimiser le fonctionnement instable du moteur. L'invention est basée notamment sur la détection de masses ainsi que de la composition du mélange gazeux 15 aspiré dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne. Le procédé selon l'invention est donc basé globalement sur une combinaison physique des grandeurs d'état mesurées du système gazeux. Pour la mise en place d'une régulation d'admission et 20 de taux de recyclage de gaz d'échappement, on évalue de préférence la pression des cylindres pour détecter ou saisir les masses. Le procédé selon l'invention peut toutefois aussi être mis en oeuvre à l'aide d'autres méthodes pour la détermination de l'admission. De préférence, des grandeurs de réglage sont fournies par un modèle. Le modèle peut être mis en oeuvre par exemple par un micro-ordinateur, dont des programmes ont été prévus en conséquence, d'un appareil de commande du moteur à combustion interne. Les grandeurs de réglage comprennent notamment la masse réelle de recyclage AGR, l'admission réelle et le taux de recyclage AGR réel. La détection de la masse de recyclage de gaz d'échappement permet en plus une adaptation de la limite de régulation pour l'ouverture d'une soupape de 35 recyclage AGR. Ainsi, lors de la régulation, l'ouverture de la soupape de recyclage AGR peut être accélérée et une masse suffisante de recyclage de gaz d'échappement peut donc être ajoutée à temps. Des mesures stables ont montré que la limite de régulation pour l'ouverture de la soupape de recyclage AGR est presque indépendante du point de 5 fonctionnement dynamique. Cette adaptation ou observation de la grandeur de réglage n'est pas possible, en raison du manque d'informations, avec la configuration utilisée jusqu'à présent et basée sur l'air frais. Par l'intermédiaire d'une nouvelle formulation des 10 grandeurs de réglage dans le calcul de valeur de consigne, on peut réduire des couplages et des non-linéarités dans le circuit de régulation et on peut donc améliorer la qualité de régulation dans le fonctionnement stationnaire et dynamique du moteur. Des valeurs de consigne dépendantes du point de fonctionnement pour l'admission et pour la masse de recyclage AGR peuvent être calculées à partir de la vitesse de rotation du moteur et de la quantité injectée à l'aide de l'admission réelle et du taux de recyclage AGR réel. On peut produire en particulier des signaux de commande pour le réglage de l'admission et du taux de recyclage de gaz d'échappement à l'aide des valeurs de consigne dépendantes du point de fonctionnement pour l'admission et pour la masse de recyclage AGR, à l'aide de 25 la masse réelle de recyclage AGR et à l'aide de l'admission réelle. L'invention concerne par ailleurs une commande qui est destinée à un moteur à combustion interne et qui comporte une structure conçue pour la régulation de 30 l'admission et du taux de recyclage de gaz d'échappement. Il est prévu notamment un modèle qui fournit des grandeurs de réglage. Le modèle est conçu de préférence de manière à fournir comme grandeurs de réglage la masse réelle de 35 recyclage AGR, l'admission réelle et le taux de recyclage AGR réel. De plus, il peut être prévu une structure de valeurs de consigne qui est conçue de manière à calculer des valeurs de consigne dépendantes du point de fonctionnement pour l'admission et pour la masse de recyclage AGR à 5 partir de la vitesse de rotation du moteur et de la quantité injectée à l'aide de l'admission réelle et du taux de recyclage AGR réel. Par ailleurs, il peut être prévu un régulateur à grandeurs multiples qui est conçu de manière à produire 10 des signaux de commande pour le réglage de l'admission et du taux de recyclage de gaz d'échappement à l'aide des valeurs de consigne dépendantes du point de fonctionnement pour l'admission et pour la masse de recyclage AGR, à l'aide de la masse réelle de recyclage AGR et à l'aide de 15 l'admission réelle. Dans le cadre de la présente invention, on peut réguler aussi bien en combinaison l'admission du moteur et le taux de recyclage de gaz d'échappement que seulement l'une des deux grandeurs de réglage. L'invention convient 20 aussi de préférence à des moteurs diesels sans être pour autant restreinte à ceux-ci. D'autres avantages, caractéristiques et possibilités d'utilisation de la présente invention se déduisent de la description ci-après d'un exemple de réalisation d'une 25 commande de moteur selon l'invention. Les figures annexées montrent: Figure 1 une structure globale d'une commande selon l'invention; Figure 2 une structure de valeurs de consigne de la structure globale de la figure 1; et Figure 3 un régulateur à grandeurs multiples de la structure globale de la figure 1. La figure 1 montre la structure globale d'une régulation d'admission et de taux de recyclage de gaz 35 d'échappement 10 selon l'invention. Les valeurs de consigne, dépendantes du point de fonctionnement, pour l'admission 26 et pour le taux de recyclage AGR 28 sont transformées par calcul en une structure de valeurs de consigne 12 pour découpler les grandeurs de réglage et pour optimiser le fonctionnement dynamique. Les valeurs de 5 consigne 26 et 28 sont déduites de la vitesse de rotation 30 et de la quantité de carburant injecté 32 à l'aide des champs caractéristiques 34 et 36. Une régulation directe du taux de recyclage AGR se révélerait problématique en raison des non-linéarités fortement marquées. Les 10 grandeurs de consigne transformées de la grandeur de consigne d'admission 38 et de la grandeur de consigne de masse de recyclage AGR 40 sont traitées par un régulateur à grandeurs multiples 14. Le régulateur à grandeurs multiples 14 produit des signaux 16 et 18 pour la commande 15 de l'admission ou du taux de recyclage de gaz d'échappement. Un modèle d'admission non représenté fournit les grandeurs réelles masse réelle de recyclage AGR 20, admission réelle 22 et taux de recyclage AGR réel 24 pour la structure de valeurs de consigne 12 et pour le 20 régulateur à grandeurs multiples 14. Avec la structure de valeurs de consigne représentée sur la figure 2, on détermine à partir de l'admission réelle 22 mGASIst et de la valeur de consigne de taux de recyclage AGR 28 rAGRSoll une valeur brute mAGRSollroh 25 pour la valeur de consigne de masse de recyclage de gaz d'échappement 54 selon la formule suivante MAGR Soll roh = rAGR Soll mGAS Ist Pour régler une masse suffisante d'air frais en cas de sauts quantitatifs et pour accélérer l'établissement de 30 la pression d'admission, la valeur brute 54 est diminuée de la différence entre l'admission de consigne et l'admission réelle 56. On obtient comme résultat la grandeur de consigne de masse de recyclage AGR 40 transformée. En vue d'une optimisation dynamique, la différence 56 (AmGAS) 35 peut être amplifiée selon sa grandeur par une courbe caractéristique 42 (k (mGAS)) avec la fonction suivante: mAGRSoll roh = rAGRSoll mGASIst - AmGAS k (mGas) Comme l'admission ne peut pas être réglée à chaque point de fonctionnement (petites quantités injectées) et 5 comme la valeur de consigne de taux de recyclage AGR 28 ne serait donc pas atteinte pour une structure donnée, la valeur de consigne 28 est corrigée par un régulateur I sous la forme d'une régulation en cascade. La régulation en cascade comprend un soustracteur 58, qui établit une 10 différence entre la valeur de consigne 28 et le taux de recyclage AGR réel 24, un élément de validation 52, qui valide au moyen d'un signal de validation 60 la différence établie par le soustracteur 58, et un additionneur 50, qui additionne un signal de sortie de l'élément de validation 15 52 à la valeur de consigne 28. La régulation en cascade agit seulement en cas de régulation d'admission inactivée en régime permanent. La composante I est mise à zéro et gelée en cas de régulation d'admission active. Lors d'un changement d'état de la régulation d'admission active à la 20 régulation d'admission inactive, le régulateur I est initialisé avec la valeur gelée. La nouvelle formulation des grandeurs de réglage permet donc de régler les grandeurs d'état déterminantes pour le gaz d'échappement par l'intermédiaire de la masse 25 de recyclage AGR et de l'admission totale. Pour la régulation à grandeurs multiples, on peut utiliser n'importe quel type de régulateur (par exemple régulateur PID découplé, régulateur de grandeurs d'état et régulateur à logique floue). Le procédé est décrit ciaprès à l'aide 30 d'une régulation PID découplée. La figure 3 montre un régulateur à grandeurs multiples PID 14 avec termes de découplage 78 et 80. Le régulateur 14 comprend des commandes préalables 62 et 64 qui reçoivent en entrée la vitesse de rotation 30 et la 35 grandeur de consigne d'admission transformée 38 ou la grandeur de consigne de masse de recyclage AGR transformée 40. A partir des signaux reçus ou des valeurs reçues, les commandes préalables 62 et 64 produisent des valeurs de commande préalable 66 ou 68 qui sont additionnées par des additionneurs 70 ou 72 à des signaux de régulateur 5 internes 74 ou 76 pour obtenir le signal de commande d'admission 16 ou le signal de commande de taux de recyclage de gaz d'échappement 18. On obtient ainsi un comportement de régulation rapide. Les signaux de régulateur internes 74 et 76 sont produits par un additionneur 10 86 ou 88 à partir des signaux de sortie de régulateurs PID 82 ou 84 et des commandes préalables 62 ou 64. Le régulateur PID 82 reçoit en entrée la différence, produite par un soustracteur 86, entre la grandeur de consigne d'admission transformée 38 et l'admission réelle 15 22 et le régulateur PID 84 reçoit en entrée la différence, produite par un soustracteur 88, entre la grandeur de consigne de masse de recyclage AGR transformée 40 et la masse réelle de recyclage AGR 20. Les sensibilités transversales entre les grandeurs 20 réglantes et les grandeurs de réglage sont compensées par les termes de découplage 78 et 80 en relation avec des additionneurs 90 ou 92. L'important est que seule les composantes de grandeur réglante des régulateurs PID 82 et 84 sont envoyées aux termes de découplage 78 et 80 car les 25 valeurs de commande préalable 66 et 68 sont, d'une part, déterminées à partir de données de mesure stationnaires (régime permanent) et ne sont dépendantes d'autre part que des valeurs de consigne. La structure choisie permet donc une application des termes de découplage 78 et 80 à partir 30 de modèles de système linéarisés et dépendants du point de fonctionnement. On n'a pas représenté un niveau de coordination dont la tâche consiste à adapter les paramètres de régulation, la validation de découplage et la coordination de 35 régulateur. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par l'homme de l'art que des modifications dans la forme et dans des détails 5 peuvent être effectuées sans sortir du cadre de l'invention. LISTE DES REFERENCES Structure globale d'une régulation d'admission et de taux de recyclage de gaz d'échappement 12 Structure à valeurs de consigne 14 Régulateur à grandeurs multiples 16 Signal de commande d'admission 18 Signal de commande de taux de recyclage de gaz d'échappement 20 Masse réelle de recyclage AGR 22 Admission réelle 24 Taux de recyclage AGR réel 26 Valeur de consigne d'admission 28 Valeur de consigne de taux de recyclage AGR 15 30 Vitesse de rotation du moteur 32 Quantité injectée 34 Champs caractéristiques 36 Champs caractéristiques 38 Grandeur de consigne d'admission transformée 40 Grandeur de consigne de taux de recyclage AGR transformée 42 Fonction 44 Soustracteur 46 Soustracteur 48 Multiplicateur Additionneur 52 Elément de validation 54 Valeur brute pour valeur de consigne de masse de recyclage de gaz d'échappement 56 Différence entre admission de consigne et admission réelle 58 Soustracteur Signal de validation 62 Commande préalable 35 64 Commande préalable 66 Valeur de commande préalable il 68 Valeur de commande préalable Additionneur 72 Additionneur 74 Signal de régulateur 5 76 Signal de régulateur 78 Terme de découplage 80 Terme de découplage 82 Régulateur PID 84 Régulateur PID 10 86 Soustracteur 88 Soustracteur 90 Additionneur 92 Additionneur REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation pour un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que du gaz d'échappement émis par le moteur est recyclé et mélangé à de l'air frais 5 aspiré pour obtenir un mélange gazeux correspondant et l'amener au moteur et dans lequel on régule directement une admission du moteur avec le mélange gazeux ou un taux de recyclage de gaz d'échappement du moteur, taux avec lequel le gaz d'échappement est recyclé. 10 2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est basé sur une saisie de masses et d'une composition du mélange gazeux aspiré dans une chambre de combustion du moteur à combustion interne. 3. Procédé de régulation selon la revendication 2, 15 caractérisé en ce qu'on évalue une pression de chambre de combustion du moteur à combustion interne pour la saisie des masses. 4. Procédé de régulation selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, 20 caractérisé en ce que des grandeurs de réglage (20, 22, 24) sont fournies par un modèle. 5. Procédé de régulation selon la revendication 4, caractérisé en ce que les grandeurs de réglage comprennent une masse réelle de recyclage de gaz 25 d'échappement (20), une admission réelle (22) avec le mélange gazeux et un taux réel de recyclage de gaz d'échappement (24) du moteur à combustion interne. 6. Procédé de régulation selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on calcule (12) des valeurs de 30 consigne dépendantes du point de fonctionnement pour l'admission et pour la masse de recyclage de gaz d'échappement (38, 40) à partir d'une vitesse de rotation de moteur (30) et d'une quantité de mélange gazeux injecté (32) fonction de l'admission réelle (22) et du taux réel de 35 recyclage de gaz d'échappement (24). 7. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on produit des signaux de commande (16, 18) pour régler l'admission et le taux de recyclage de gaz d'échappement à l'aide des valeurs de 5 consigne dépendantes du point de fonctionnement pour l'admission et pour la masse de recyclage de gaz d'échappement (38, 40), ainsi qu'à l'aide de la masse réelle de recyclage de gaz d'échappement (20) et à l'aide de l'admission réelle (22). 8. Commande pour un moteur à combustion interne, caractérisée en ce que du gaz d'échappement émis par le moteur est recyclé et mélangé à de l'air frais aspiré pour obtenir un mélange gazeux adéquat et l'amener au moteur, la commande comportant une structure (10) qui est conçue 15 pour réguler directement une admission du moteur avec le mélange gazeux ou un taux de recyclage de gaz d'échappement du moteur, taux avec lequel le gaz d'échappement est recyclé. 9. Commande selon la revendication 8, caractérisée en ce que la commande exploite un modèle qui fournit des grandeurs de régulation (20, 22, 24). 10. Commande selon la revendication 9, caractérisée en ce que le modèle est conçu de manière à fournir comme grandeurs de réglage une valeur réelle de 25 masse de recyclage de gaz d'échappement (20), une admission (22) et un taux réel de recyclage de gaz d'échappement (24) du moteur à combustion interne. 11. Commande selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'il est prévu une structure de 30 valeurs de consigne (12) qui est conçue de manière à calculer des valeurs de consigne dépendantes du point de fonctionnement pour l'admission et pour la masse de recyclage de gaz d'échappement (38, 40) à partir d'une vitesse de rotation de moteur (30) et d'une quantité de mélange 35 gazeux injecté (32) fonction de l'admission réelle (22) et du taux réel de recyclage de gaz d'échappement (24). 12. Commande selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'il est prévu un régulateur à grandeurs multiples (14) qui est conçu de manière à produire des signaux de commande (16, 18) pour le réglage 5 de l'admission et du taux de recyclage de gaz d'échappement sur la base de valeurs de consigne dépendantes du point de fonctionnement pour l'admission et pour la masse de recyclage de gaz d'échappement (38, 40), compte tenu de la masse réelle de recyclage de gaz d'échappement (20) et 10 de la valeur réelle de l'admission (22).