Brevet FR2897653A1 — publié le 20070824

L'invention concerne les moteurs à combustion interne, en particulier les procédés pour déterminer la masse de gaz enfermée dans une chambre de combustion du moteur. L'invention est applicable à tous les moteurs à combustion interne, qu'ils soient à allumage commandé, comme les moteur à essence, ou par compression, comme les moteurs diesel. Le passage des futures normes de pollution impose aux constructeurs automobiles d'améliorer leurs procédés de contrôle du moteur. Pour cela, il devient nécessaire de connaître précisément la masse d'air enfermée dans chaque chambre de combustion du moteur. Cette masse correspond à du gaz frais et à des gaz d'EGR, c'est-à-dire des gaz d'échappement recirculés. Plus précisément, les procédés de contrôle du moteur nécessitent de connaître la masse de gaz enfermée dans la chambre de combustion pendant les phases de compression et de détente. De plus, cette grandeur doit être connue aussi bien en régime stabilisé qu'en régime transitoire, ce à quoi ne répondent pas les cartographies utilisées jusqu'à présent. En effet, on connaît des procédés dans lesquels la masse de gaz admise dans la chambre de combustion est déterminée par des cartographies dont les entrées sont la pression régnant dans le collecteur d'admission et le régime du moteur. Cette méthode a pour inconvénient d'être peu fiable en régime transitoire. De plus, pour établir la cartographie, elle nécessite de mapper complètement le moteur, c'est-à-dire de relever sur un banc des valeurs pour tous les points de fonctionnement du moteur, ce qui est long et coûteux. De plus, ce relevé concerne seulement un exemplaire du moteur de sorte qu'il ne permet pas de prendre en compte les dispersions de fabrication et il ne prend pas davantage en compte le vieillissement du moteur. Un but de l'invention est donc d'améliorer la détermination de la masse d'air en rendant cette détermination plus robuste, notamment durant les phases transitoires. A cet effet, on prévoit selon l'invention un procédé de commande d'un moteur de véhicule dans lequel on calcule une masse de gaz enfermée dans une chambre de combustion du moteur directement à partir d'au moins l'une des valeurs suivantes : - une valeur de pression ; - une valeur de température ; et - une valeur de volume de la chambre. Ainsi, le procédé de détermination de la masse d'air par cartographie est remplacé par un estimateur qui évalue en temps réel la masse d'air dans la chambre de combustion. Le principal avantage de cette technique est sa robustesse en régime transitoire. Le procédé selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes : - la pression est celle régnant dans un cylindre ; - la température est celle régnant dans un collecteur d'admission ; - on mesure au moins l'une parmi la valeur de pression et la valeur de température ; - on détermine par mesure ou par cartographie la valeur de volume ; - on détermine pour au moins l'une des valeurs un signal représentant une valeur instantanée en fonction d'une position angulaire d'un vilebrequin du moteur - au moins l'une des valeurs, et de préférence les trois, correspond à un instant de fermeture d'une soupape d'admission ; on calcule la masse au moyen des trois valeurs ; et on calcule la masse au moyen d'une formule du type : P y,l . Vcyl m=k- Tol où - Puyi est la valeur de pression ; - Vcy, est la valeur de volume ; - T 01 est la valeur de température ; et - k est un coefficient prédéterminé. 3 On prévoit également selon l'invention un moteur de véhicule comprenant une chambre de combustion et des moyens de commande du moteur agencés pour calculer une masse de gaz enfermée dans la chambre directement à partir d'au moins l'une des grandeurs suivantes : - une valeur de pression ; -une valeur de température ; et - une valeur de volume de la chambre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode préféré de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue en coupe d'un moteur selon l'invention suivant l'axe de l'une de ses chambres de combustion ; - la figure 2 montre sur un schéma de la chambre en vue de dessus la localisation de certaines des grandeurs mentionnées dans la description qui va suivre ; - la figure 3 est un diagramme comparant la masse d'air telle qu'obtenue par simulation et telle qu'estimée au moyen du procédé de l'invention ; - la figure 4 montre la corrélation entre les valeurs simulée et réelle présentées à la figure 3 ; - la figure 5 est un diagramme présentant l'évolution de l'erreur de l'estimation par rapport à la mesure de la masse d'air ; et la figure 6 est un schéma du calcul mis en oeuvre dans le procédé de l'invention. L'invention s'applique à un moteur de véhicule à essence, diesel ou encore de type HCCI. Le moteur 2 du présent mode de réalisation de l'invention comprend classiquement une culasse 4 formant plusieurs cylindres 6, par exemple au nombre de 4 ou 6. Dans chaque cylindre 6, un piston 8 est monté mobile suivant un axe vertical 10 du cylindre. Le piston est relié par un système 4 bielle-manivelle 12 à un vilebrequin 14 du moteur. Au-dessus du piston 8, le cylindre 6 définit une chambre de combustion 16 entre la face supérieure du piston et le sommet du cylindre 6. Dans cette chambre débouchent un conduit 18 d'admission de gaz obturé par une soupape 20 ainsi qu'un conduit 22 d'échappement de gaz obturé par une soupape 24. Le moteur selon l'invention comprend un organe 26 permettant de mesurer le mouvement de rotation du vilebrequin, un organe tel qu'un capteur de pression 30 permettant de mesurer la pression régnant dans la chambre de combustion 16, ainsi qu'un organe de mesure 32 tel qu'un capteur permettant de mesurer la température dans le conduit d'admission 18. Le moteur comprend de façon connue en elle-même une unité de commande électronique 36 connectée aux différents organes 26, 30, 32 notamment, et permettant de piloter le moteur. Le procédé selon l'invention permet de connaître précisément la quantité de gaz (air et gaz d'échappement recirculés) comprise dans la chambre de combustion 16 lors de la fermeture de la soupape d'admission 20. Dans le procédé, cette masse est estimée à partir des mesures de pression dans la chambre 16 et de température dans le conduit d'admission 18. L'estimation de la masse de gaz dans le cylindre est basée sur la corrélation simple qui existe entre la température dans la chambre de combustion 16 et la température régnant dans le collecteur d'admission 18 lors de l'ouverture de la soupape d'admission. On fait ici l'hypothèse que la température dans le collecteur d'admission 18 Tao, et la température dans le cylindre Tcy, sont liées par la relation suivante : Tcoi = n . Tir Dans cette formule, i est une valeur de rendement connue en elle- même. Par ailleurs, on ne mesure la pression que dans la chambre de combustion. C)n reconstruit donc la température dans le cylindre Tcy, à partir de la loi des gaz parfaits : Puy, . V l T1 Mal. r Où: - r est une constante ; et - mcy,, Pey, et 1/c,,, sont respectivement la masse de gaz dans la chambre de combustion 16, sa pression et son volume. On a donc : Pwr • Vcyi Tor r) II s'ensuit qu'on peut estimer la masse totale de gaz enfermée dans le cylindre à partir de la mesure de la pression Pcy, régnant dans le cylindre, de la position angulaire 6 du vilebrequin (dans la mesure où le volume de la chambre est une fonction de cette position angulaire), et de la température Tao, régnant dans le collecteur d'admission. Ce mode d'estimation a été validé à la fois par simulation et par expérimentation sur un banc moteur. La figure 3 montre ainsi la comparaison, lors de la simulation, de la masse de gaz telle que calculée par simulation et l'estimation de cette masse par le procédé. La figure 4 illustre la corrélation entre ces deux grandeurs. La figure 5 montre l'évolution de l'erreur d'estimation par rapport à la mesure de la masse d'air en pourcentage sur l'axe des ordonnées en fonction du temps indiqué en abscisse, et ce lors d'une validation sur un banc moteur. On fait ici remarquer que l'on peut approximer le terme Tco, / rj par un polynôme de la forme a + b . Tco, ou des polynômes d'ordre supérieur. Il faudra identifier les paramètres a et b avec par exemple une méthode du type de celle des moindres carrés. Concrètement, la détermination de la masse de gaz dans la chambre de combustion est effectuée de la façon suivante dans le présent mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention. La série d'étapes qui suit est mise en oeuvre en continu de façon répétée dans le moteur lors de son fonctionnement. La pression régnant dans le cylindre est enregistrée à l'aide du capteur de pression 30 ou d'un autre moyen. Cette pression est transmise au boîtier électronique 36 et reliée par ce dernier à l'information de position angulaire () du vilebrequin transmise également à ce dernier par l'organe 26. A l'aide de ces deux séries d'informations, l'unité 36 détermine alors un signal représentant l'évolution de la pression instantanée dans la chambre 16 en fonction de l'angle de vilebrequin. De même que pour la pression régnant dans la chambre 16, le boîtier 36 enregistre l'évolution de la température mesurée dans le collecteur d'admission 18 au moyen du capteur 32 et détermine un signal montrant l'évolution de cette température en fonction de la position angulaire () du vilebrequin. Par ailleurs, toujours dans le boîtier électronique, à partir de cette information sur la position angulaire du vilebrequin, l'unité 36 détermine dans le bloc 38 illustré à la figure 6 l'évolution du volume de la chambre de combustion en fonction de la position angulaire 0 du vilebrequin. Cette détermination est effectuée soit à l'aide d'une formule analytique, soit au moyen d'une cartographie donnant ce volume en fonction de l'angle O. Dans une étape ultérieure, l'unité 36 enregistre la valeur de ces trois grandeur de pression, de température et de volume à un angle prédéterminé ()RFA. Cet angle est choisi pour correspondre à un instant proche de celui où se ferme la soupape d'admission 20. On est alors capable de déterminer la masse totale enfermée dans la chambre de combustion au moment de la fermeture de cette soupape au moyen de la formule : P 1 [RFA] . V~,r [RFA] mc,l _ 7;01 [RFA] r.- 1 7 On dispose ainsi d'une estimation fiable de la masse d'air dans la chambre de combustion. Le procédé selon l'invention est donc mis en oeuvre au cours du fonctionnement du moteur pour disposer en temps réel d'une information fiable sur la masse de gaz comprise dans chaque chambre 16 du moteur. Le schéma de calcul qui vient d'être décrit a été illustré sur la figure 6. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. Le mode de réalisation qui a été décrit fait intervenir l'établissement de signaux instantanés pour les trois valeurs de pression, de volume et de température car ces fonctions sont utiles pour d'autres aspects de la commande du moteur non liés à l'invention et non décrits ici. II va de soi qu'on pourra, pour mettre en oeuvre l'invention, se contenter de relever directement les trois valeurs correspondant à 6RFA. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur (2) de véhicule, caractérisé en ce qu'on calcule une masse de gaz enfermée dans une chambre de combustion (16) du moteur directement à partir d'au moins l'une des valeurs suivantes : - une valeur de pression (Pcy1) ; - une valeur de température (Tco,) ; et - une valeur de volume (Vcy,) de la chambre. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pression (P(,y,) est celle régnant dans un cylindre (6). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température (Tco1) est celle régnant dans un collecteur d'admission (18). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on mesure au moins l'une parmi la valeur de pression et la valeur de température. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine par mesure ou par cartographie la valeur de volume. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine pour au moins l'une des valeurs un signal représentant une valeur instantanée en fonction d'une position angulaire d'un vilebrequin (14) du moteur. 30 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins l'une des valeurs, et de préférence les trois, correspond à un instant de fermeture d'une soupape d'admission (20). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on calcule la masse au moyen des trois valeurs. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on calcule la masse au moyen d'une formule du type : P~.1. V m = k Tcol où - Pcy, est la valeur de pression ; - Vcy, est la valeur de volume ; - Tao, est la valeur de température ; et - k est un coefficient prédéterminé. 10. Moteur (2) de véhicule comprenant une chambre de combustion (16) et des moyens de commande (36) du moteur, caractérisé en ce que les moyens de commande sont agencés pour calculer une masse de gaz enfermée dans la chambre directement à partir d'au moins l'une des grandeurs suivantes : -une valeur de pression ; - une valeur de température ; et - une valeur de volume de la chambre.