Brevet FR2851298A1 — publié le 20040820

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de commande d'un moteur thermique selon lequel le rapport air/carburant dans la chambre de combustion dépend des conditions de fonctionnement ou de l'état de fonctionnement du moteur thermique. L'invention concerne également un programme d'ordinateur, un support de mémoire électrique correspondant pour un appareil de commande ainsi qu'un appareil de commande et/ou de régulation. Etat de la technique On connaît un procédé du type défini ci-dessus. Il existe dans le commerce. Ce procédé est utilisé dans des moteurs thermiques à injection directe de carburant. Dans de tels moteurs thermiques on utilise un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NO. pour réduire les émis15 sions polluantes. Normalement, le moteur thermique fonctionne selon un mode de fonctionnement dans lequel le mélange carburant/air présent dans la chambre de combustion est maigre. Les oxydes d'azote formés dans ce mode de fonctionnement sont reçus par le catalyseur accumulateur d'oxydes NO. pour être stockés provisoirement. Pour faire fonctionner le moteur thermique avec le catalyseur accumulateur d'oxydes NO. il faut néanmoins commuter de temps à autre de ce premier mode de fonctionnement " maigre " sur un second mode de fonctionnement " riche " et inversement. Dans le mode de fonctionnement riche, le catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote NO. est dé25 chargé pratiquement complètement des oxydes d'azote qu'il contient. Les autres procédés connus, en particulier pour la commande de moteurs Diesel, utilisent comme grandeur centrale de la commande du couple moteur, la quantité de carburant à injecter. La conversion par calcul du couple demandé par le conducteur ainsi que d'autres requêtes, par exem30 ple une commande de boîte de vitesses, un couple de consigne, coordonné, pour obtenir la quantité de carburant à injecter, utilisent un module de conversion spécial. La quantité de carburant est définie ainsi par une courbe caractéristique dépendant du couple de consigne et de la vitesse de rotation actuelle comme paramètre de courbe caractéristique (faisceau de 35 courbes caractéristiques). Le document DE 100 30 936 Al propose un procédé selon lequel on détermine une masse d'air de consigne et une masse de carburant de consigne à partir des grandeurs d'entrée telles que la masse de carburant en mode maigre, la masse d'air en mode maigre, le coefficient lambda avantageux pour la régénération et la masse d'air effective. Pour cela, il faut convertir les valeurs lambda dans trois blocs de traitement différents pour obtenir des degrés d'action et faire ensuite une transfor5 mation inverse. Ce procédé ne convient toutefois pas pour convertir le couple de consigne en une masse de carburant à injecter avec un fort excédent d'air (mode maigre) du moteur thermique car dans ce mode de fonctionnement le couple et la quantité de carburant sont liés par une re10 lation qui n'est pas simple. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé du type défini ci-dessus permettant de l'appliquer de manière aussi simple que possible et de déterminer les deux grandeurs de réglage, à savoir la 15 quantité de carburant et la masse d'air d'une manière physiquement correcte même si le rapport air/carburant a été modifié intentionnellement. Exposé de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'à l'aide d'un modèle de données et à partir 20 d'un couple souhaité et de la masse d'air obtenue à l'aide d'un modèle ou d'une valeur de mesure, on détermine une grandeur qui exprime le rapport air/carburant souhaité et en outre on détermine une quantité de carburant de consigne à injecter dans la chambre de combustion et à l'aide du même modèle de données et à partir du couple souhaité et d'une gran25 deur qui exprime le rapport air/carburant prédéterminé dans la chambre de combustion, on définit la masse d'air de consigne qu'il faut fournir à la chambre de combustion Exposé des autres caractéristiques de l'invention et avantages L'idée de base de la présente invention consiste à établir, 30 par l'intermédiaire d'un modèle central de données, la relation entre la masse d'air, la masse de carburant et le couple du moteur thermique et de l'utiliser pour déterminer les deux grandeurs de consigne, principales. C'est pourquoi dans le procédé de l'invention, il faut au maximum deux blocs de conversion et qui de plus utilisent le même modèle de données. 35 L'application du procédé selon l'invention est de ce fait très simple et peut s'exécuter rapidement. Le procédé selon l'invention est en outre physiquement correct pour des rapports air/carburant différents car la détermination de la quantité de consigne de carburant à injecter avec l'utilisation de la masse d'air obtenue selon le chemin de calcul de la masse d'air de consigne est couplée en réaction. La détermination de la quantité de carburant de consigne en fonction de la grandeur qui exprime un rapport air/carburant souhaité conduit en outre à un procédé très stable sans tendance à osciller. Il est à remarquer ici que le couple souhaité, la masse d'air, etc... peuvent s'exprimer également par des grandeurs correspondantes, par exemple la position de la pédale d'accélérateur est une tension d'un capteur HFM ou analogue. Selon un premier développement, la grandeur qui exprime le rapport air/carburant est l'inverse du coefficient d'air lambda. Cela simplifie le modèle de données et les calculs correspondants. Le procédé est particulièrement avantageux si dans la détermination de la quantité de consigne de carburant on limite la grandeur 15 exprimant le rapport souhait air/carburant par une valeur limite spécifique à l'émission. Cette valeur limite encore appelée " limite de fumée " évite que pendant le fonctionnement du moteur thermique il ne se forme des fumées noires inacceptables. Comme on limite non pas la quantité de carburant qui est à injecter, mais la grandeur qui exprime le rapport 20 air/carburant, on évite de limiter brutalement la quantité de carburant à injecter, ce qui peut conduire à des vibrations du système et à des excitations à haute fréquence de la ligne d'entraînement. L'origine est d'une part la dynamique élevée de la limite de fumée. D'autre part, il existe jusqu'à présent un risque d'entrée en 25 oscillations du fait des imprécisions du modèle dans la modélisation de la quantité d'air (charge) car cette modélisation dépend, notamment dans le cas de moteurs à turbine, de la vitesse de rotation et du couple. On évite également cela grâce à l'invention car il n'y a pas de boucle de calcul avec un modèle itératif. Il est avantageux que la valeur limite spécifique des émissions soit obtenue à partir de la masse d'air déterminée par un modèle ou une valeur de mesure, à partir de la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur thermique et le cas échéant à partir de la position du début de l'injection de carburant par rapport à l'angle du vilebrequin. Dans ce cas, 35 la limite de fumée présente certes une dynamique très élevée, ce qui permet d'éviter en toute sécurité la formation de noir de fumée, car le procédé selon l'invention est insensible à une limite de fumée même très dynamique comme cela a été indiqué ci-dessus. Selon un développement, on filtre le couple demandé par l'utilisateur du moteur. Ainsi, les autres interventions dynamiques sur le couple demandé, par exemple un programme de stabilité ou le couple demandé par la boîte de vitesses équipant le moteur, ne sont pas filtrées, ce 5 qui est important pour le bon fonctionnement. Cela est possible selon l'invention sans procéder à des interrogations complexes mais uniquement en plaçant le filtre à un endroit du chemin du procédé avant que l'intervention évoquée ne soit active. En filtrant on atténue les variations brusques du couple demandé au moteur par l'utilisateur et on évite ainsi 10 d'exciter les oscillations du système d'entraînement. Il est également possible qu'en déterminant la quantité de carburant de consigne on limite la grandeur qui exprime le rapport air/carburant souhaité par au moins une valeur limite dépendante du mode de fonctionnement. Cette limitation peut se faire vers le haut ou vers 15 le bas. Il est particulièrement avantageux que le modèle de données soit développé au voisinage de la limitation de la grandeur qui exprime le rapport air/carburant demandé pour avoir une transition douce vers la limitation. On diminue ainsi le risque d'exciter les oscillations du 20 système d'entraînement et on augmente le confort de fonctionnement du moteur thermique. Si le modèle de données comprend un faisceau de courbes caractéristiques ou un champ de caractéristiques, le procédé selon l'invention se réalise d'une manière particulièrement simple. 25 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation préférentiels représentés dans les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe d'un moteur thermique équipant 30 un véhicule automobile, - la figure 2 montre un schéma de fonctionnement du moteur thermique de la figure 1, - la figure 3 montre un diagramme d'un modèle de données qui combine l'inverse du coefficient lambda, le couple et la quantité d'air pour dé35 crire la première étape du procédé de la figure 2, - la figure 4 montre un diagramme analogue à celui de la figure 3 pour décrire une seconde étape du procédé de la figure 2, - la figure 5 montre un diagramme pour décrire la valeur limite spécifique de l'émission pour le coefficient d'air lambda, - la figure 6 montre un diagramme analogue à celui de la figure 3 pour décrire une troisième étape du procédé de la figure 2, s - la figure 7 montre une variante du diagramme de la figure 6. Description des modes de réalisation Selon la figure 1, un moteur thermique porte globalement la référence 10. Ce moteur est installé dans un véhicule automobile 12 schématisé uniquement par un trait mixte. Le moteur thermique 10 a plusieurs cylindres dont un seul est représenté à la figure 1 dans un but de simplification. Le cylindre comprend une chambre de combustion 14 alimentée en air comburant par une conduite d'alimentation 16 et à travers une soupape d'admission 18. Les gaz chauds de combustion sont évacués à travers la soupape 15 d'échappement 20 dans la conduite de gaz d'échappement 22. La quantité d'air arrivant dans la chambre de combustion 14 peut se régler à l'aide d'un volet d'étranglement 24. Cette quantité d'air est détectée par un capteur HFM 26. Les gaz de combustion sont nettoyés dans un catalyseur 28 équipé d'une sonde lambda 30. Le carburant arrive dans la chambre de combustion 14 par un injecteur 32 alimenté par un système d'alimentation en carburant 34. Le mélange carburant-air dans la chambre de combustion 14 est allumé par une bougie d'allumage 36 reliée à un système d'allumage 38. Il est à remarquer ici que le procédé décrit ci-après peut s'appliquer de façon 25 analogue à un moteur Diesel qui ne comporte pas de bougie d'allumage. La vitesse de rotation du vilebrequin 40 est détectée par un capteur 42. Le fonctionnement du moteur thermique 10 est commandé ou régulé par un appareil de commande ou de régulation 44. Entre autres, le volet d'étranglement 24, le système d'allumage 38 et l'injecteur 32 sont 30 reliés à l'appareil de commande et de régulation 44. L'appareil de commande et de régulation 44 reçoit les informations du capteur HFM 26, du capteur de vitesse de rotation 42, du catalyseur 28 et d'une boîte de vitesses 46 ainsi que d'un système de stabilisation 48. La position de la pédale d'accélérateur 50 est détectée par un capteur de valeur de pédale 52 qui 35 fournit également les signaux à l'appareil de commande et de régulation 44. Le moteur thermique représenté à la figure 1 fonctionne dans différents modes de fonctionnement. Ces modes de fonctionnement diffèrent par le rapport carburant-air du mélange carburant-air dans la chambre de combustion 14. Pour régler la composition du mélange correspondant dans le mode de fonctionnement respectif au couple demandé, on exécute le procédé qui sera décrit en détail à l'aide des figures 2 à 7. Le 5 procédé est enregistré comme commande d'ordinateur dans une mémoire 53 de l'appareil de commande et de régulation 44. Suivant le mode de fonctionnement, l'appareil de commande et de régulation 44 prédéfinit un certain coefficient d'air LV. Un signal MDRS, fourni par le capteur de valeur de pédale 52, arrive dans un io filtre 54 pour obtenir le couple MDS demandé par le conducteur du véhicule 12. Ce coefficient d'air LV et son inverse 1/LV sont appliqués à un faisceau de courbes caractéristiques (bloc 56). Le diagramme correspondant est représenté à la figure 3. Le faisceau de courbes caractéristiques du bloc 56 combine l'inverse l/L du coefficient d'air L, le couple MD et la 15 masse d'air correspondante ML. Le faisceau de courbes caractéristiques 56 prédéfinit une masse d'air de consigne MLS qui se traduit enfin par une commande appropriée du volet d'étranglement 24. La masse d'air MLI qui arrive effectivement dans la chambre de combustion 14 à partir de la conduite d'alimentation 16 est détectée 20 par le capteur HFM 26 (débitmètre massique à film chaud) et cette information ainsi que le couple demandé MDS arrivent dans un faisceau de courbes caractéristiques 58 (voir figure 4). Le faisceau de courbes caractéristiques 58 est en principe identique au faisceau de courbes caractéristiques 56, c'est-à-dire qu'il correspond au même modèle de données. Le 25 faisceau de courbes caractéristiques 58 donne l'inverse I/LS d'un coefficient d'air de consigne LS transmis à un bloc de valeur minimale 60. Celui-ci reçoit également l'inverse I/LG du coefficient d'air limite LG. Ce coefficient se détermine à l'aide d'un champ de caractéristiques 62 dans lequel sont enregistrés le débit massique d'air frais MLI 30 fourni par le capteur HFM 26, la vitesse de rotation N du vilebrequin 40 fournie par le capteur de vitesse de rotation 42 et le cas échéant position actuelle TI du début de l'injection de carburant par rapport à l'angle de vilebrequin 40. Du point de vue physique, le coefficient d'air limite LG définit une " limite de fumée " c'est-à-dire une composition du mélange car35 burant-air qui est à la limite du mélange autorisé du point de vue des émissions (voir figure 5). Le bloc 60 choisit la plus petite des deux valeurs 1/LG ou 1/LS. La limitation de l'inverse 1/LSG par l'inverse 1/LG du coefficient d'air limite LG apparaît particulièrement bien à la figure 6. On voit qu'un couple demandé MD qui augmente dans le temps est converti pour une masse d'air réelle donnée MLI en une valeur de consigne croissante 5 pour l'inverse 1 /L jusqu'à atteindre la limite 1 /LG. Si le couple demandé MD continue d'augmenter cela ne se traduit par aucune augmentation de l'inverse 1i/L. La valeur fournie par le bloc 60 arrive dans un bloc 64 qui définit une nouvelle fois des limites supérieures et inférieures. Celles-ci 10 prennent en compte d'autres conditions limites ou modes de fonctionnement du moteur thermique 10 prédéfinis par exemple par les conditions de fonctionnement du catalyseur 28 (ou de manière générale par le système des gaz d'échappement). On peut également tenir compte d'autres modes de fonctionnement et types de transition de mode de fonctionneent. 15 Le résultat est l'inverse 1/LSG d'un coefficient d'air de consigne, limite, LSG. Cette valeur est multipliée dans le bloc 66 avec la masse d'air effective MLI; cette masse d'air s'obtient à l'aide d'un champ de caractéristiques 68 en s'appuyant sur les valeurs de mesure des capteurs 26 et 42. On obtient ainsi la masse de carburant de consigne MKF qui doit être in20 jectée dans la chambre de combustion 14. La figure 7 montre une variante de la procédure de la figure 6. Cette variante ou alternative permet d'éviter d'exciter des vibrations engendrant des secousses dans la ligne de transmission du véhicule automobile 12. En cas d'évolution différentiable des courbes caractéristiques 25 du faisceau de courbes caractéristiques, on forme un profil différencié (filtré) du couple souhaité MD par rapport à un profil différencié de l'inverse 1/L. On évite ainsi les excitations entraînées par une coupure brutale de l'inverse i/L et par conséquent de la masse de carburant à injecter MKS. En variante, en cas d'évolution non différenciée de la courbe 30 caractéristique, on peut prévoir une limitation du gradient pour chacune des valeurs des inverses 1 /L situées dans la plage des inverses 1 /LG. Cela est possible car dans le procédé décrit, l'état se détermine de manière très simple même à proximité de la " limite de fumée ". Ainsi, la grandeur principale pour la détermination des va35 leurs de consigne de la masse de carburant à injecter MKS et pour la masse d'air MLS à fournir découle du couple demandé MDS qui est l'inverse I/L du coefficient d'air et pour les calculs principaux ou les déterminations on utilise un unique modèle de données. REVENDICATIONS 10) Procédé de commande d'un moteur thermique (10) selon lequel le rapport air/carburant (L) dans la chambre de combustion (14) dépend des conditions de fonctionnement ou de l'état de fonctionnement du moteur thermique (10), caractérisé en ce qu' - à l'aide d'un modèle de données (58) et à partir d'un couple souhaité (MDS) et de la masse d'air (MLI) obtenue à l'aide d'un modèle ou d'une valeur de mesure, on détermine une grandeur (1/L) qui exprime le rap10 port air/carburant souhaité et en outre on détermine une quantité de carburant de consigne (MKS) à injecter dans la chambre de combustion (14) et - à l'aide du même modèle de données (56) et à partir du couple souhaité (MDS) et d'une grandeur (1/L) qui exprime le rapport air/carburant 15 prédéterminé dans la chambre de combustion (14), on définit la masse d'air de consigne (MLS) qu'il faut fournir à la chambre de combustion (14) . 2 ) Procédé selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que la grandeur qui exprime le rapport air/carburant est l'inverse (1/L) du coefficient d'air lambda (L). 30) Procédé selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce qu' en déterminant la quantité de carburant de consigne (MKS) on limite la grandeur (1/L) qui exprime le rapport air/carburant souhaité par une valeur limite (1/LG) spécifique à l'émission. 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on détermine la grandeur limite (1/LG) spécifique à l'émission à partir de la masse d'air (MLI) obtenue à partir d'un modèle ou d'une valeur de mesure, à partir de la vitesse de rotation (N) du vilebrequin (40) du moteur 35 thermique (12) et le cas échéant de la position (TI) du début de l'injection de carburant par rapport à l'angle du vilebrequin (40). 5 ) Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu' on filtre le couple (MDRS) souhaité par l'utilisateur du moteur thermique (14). 60) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en déterminant la quantité de consigne de carburant, la grandeur exprimant le rapport air/carburant souhaité est limitée par au moins une valeur limite dépendant du mode de fonctionnement. 10 70) Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu' à proximité de la limite de la grandeur (1/L) exprimant le rapport souhaité air/carburant le modèle de données est défini pour avoir une transition en 15 douceur vers la limite. 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modèle de données (56, 58) comprend un faisceau de courbes caracté20 ristiques ou un champ de caractéristiques.