Brevet FR3046630A1 — publié le 20170714

PROCEDE D'ESTIMATION D'UNE MASSE D'AIR FRAIS ADMISE A L'INTERIEUR D'UNE CHAMBRE DE COMBUSTION DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE A LEVEE DE SOUPAPE VARIABLE [0001] La présente invention porte sur un procédé d'estimation d'une masse d'air frais admise à l'intérieur d'une chambre de combustion de moteur à combustion interne à levée de soupape variable. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles. [0002] De façon connue en soi, les soupapes d'admission et les soupapes d'échappement du moteur sont déplacées par des arbres à came. Dans certaines configurations de moteur, la position relative de chaque arbre à cames par rapport au vilebrequin peut être modifiée au moyen de déphaseurs commandés hydrauliquement ou électriquement. Ces déphaseurs permettent, suivant les conditions de fonctionnement, d'avancer ou de retarder l'ouverture et/ou la fermeture des soupapes d'admission et d'échappement, c'est-à-dire de faire varier le phasage des lois de levée de ces soupapes par rapport à un mode de fonctionnement de référence. Ces déphaseurs sont connus sous l'acronyme VVA (Variable Valve Actuation en anglais) ou VVT (Variable Valve Timing en anglais). [0003] Dans le cas de moteurs dits "classiques" ou sans levée variable de soupape, il est connu d'estimer le remplissage en air à partir d'une variation de pression dans le répartiteur admission. Toutefois, les procédés d'estimations existants sont peu précis et maîtrisent mal le remplissage en air sur des moteur à levée de soupape variable, dans la mesure où les phénomènes physiques entre une levée de soupapes classique, dite levée haute, et une levée de soupape spécifique, dite levée basse, sont différents. On rappelle ici que la levée haute correspond à une position extrême de soupape complétement ouverte, et que la levée basse correspond à une position intermédiaire de soupape située entre les positions extrêmes d'ouverture et de fermeture complète de soupape. [0004] Or l'estimation de la masse d'air frais admise dans la chambre de combustion est importante pour commander efficacement le moteur à combustion interne. En effet, cette estimation est notamment utile pour déterminer la quantité de carburant à injecter et/ou pour régler l'avance à l'allumage afin d'optimiser la combustion. 3046630 2 [0005] L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un procédé d'estimation de la masse d'air frais admise à l'intérieur d'une chambre de combustion d'un cylindre de moteur à combustion interne muni d'au moins une soupape à levée variable lors d'un cycle moteur caractérisé en ce qu'il comprend: 5 - un étape d'estimation d'une pression d'admission dans un répartiteur d'air à l'admission, - une étape d'estimation d'une pente de remplissage, - une étape d'estimation de la masse d'air frais admise à l'intérieur de la chambre de combustion en fonction d'un produit entre la pression d'admission et la pente de remplissage, la pente de remplissage étant corrigée par un facteur pondérateur dépendant 10 d'une amplitude de levée de soupape, et - une étape de commande du moteur à combustion interne en fonction de la masse d'air précédemment déterminée. [0006] L'invention permet ainsi, grâce à une estimation précise du remplissagu en air à l'intérieur de la chambre de combustion, d'injecter une quantité d'essence adéquate dans 15 les cylindres pour une combustion optimale. La richesse du mélange air/essence est donc maîtrisée, ce qui conduit à une minimisation des particules polluantes générées par le moteur à combustion interne. [0007] Selon une mise en oeuvre, l'étape d'estimation de la pente de remplissage comporte une étape de calcul d'un ratio entre: 20 - un premier produit entre un coefficient correcteur dont la valeur est fonction d'un régime moteur et d'un angle de vilebrequin de fin d'admission, et un volume géométrique de la chambre de combustion calculé à l'angle de vilebrequin de fin d'admission, et - un second produit entre une constante égale à un rapport suivant R/M où R est la constante universelle des gaz parfaits et M une masse molaire en kg.mo1-1 des gaz 25 mélangés, et une température d'air frais [0008] Selon une mise en oeuvre, le facteur pondérateur est égal à 1 lorsque la soupape est-en levée haute, ou différent de 1 lorsque la soupape est en levée basse. 10009] Selon une mise en oeuvre, un basculement de la valeur du facteur pondérateur entre la levée haute et la levée basse est réalisé à l'aide d'un coefficient barycentrique 30 défini de la manière suivante: X=Z+kx(1-Z) avec: 3046630 3 - X=1 en levée haute, - X=Z41 en levée basse. [0010] Selon une mise en oeuvre, le coefficient barycentrique présentant une valeur variant entre 0 à 1 est défini suivant la relation suivante: k = min (1; max (0 ; f (1) g (N) 5 avec: - L représente ladite levée de soupape, - f (N) représente une levée de transition entre X=Z et X=1, - g (N) représente un écart de levée permettant la transition entre X=Z et X=1. [0011] Selon une mise en oeuvre, le facteur pondérateur en levée basse est déterminé 10 en utilisant un réseau de neurones artificiels. [0012] Selon une mise en oeuvre, le réseau de neurones artificiels prend notamment en compte un régime moteur, une levée de soupape, une position d'un déphaseur d'admission, et une position d'un déphaseur d'échappement. [0013] Selon une mise en oeuvre, le facteur pondérateur en levée basse est déterminé 15 au moyen d'une cartographie à deux dimensions dépendant d'un régime moteur et d'une levée de soupape. [0014] L'invention a également pour objet un calculateur moteur de véhicule automobile comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé tel que précédemment défini. 20 [0015] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0016] La figure 1 représente une vue en coupe schématique partielle d'un moteur à combustion interne apte à mettre en oeuvre le procédé d'estimation d'une masse d'air frais 25 admise à l'intérieur d'une chambre de combustion selon la présente invention; [0017] La figure 2 est un schéma illustrant le fonctionnement du réseau de neurones selon l'invention permettant de déterminer le facteur pondérateur. 3046630 4 [0018] La figure 1 montre une vue en coupe schématique partielle d'un moteur 1 à combustion interne à essence comportant une pluralité de cylindres 2 par exemple au nombre de trois ou quatre. [0019] Chaque cylindre 2 comporte un piston 3, une chambre de combustion 5, un 5 injecteur 6 de carburant, une bougie d'allumage 8 associée à un système 9 de réglage d'angle d'avance à l'allumage, au moins une soupape d'admission 11, au moins une soupape d'échappement 12. La chambre de combustion 5 est ainsi définie dans le cylindre 2 entre la face inférieure d'une culasse 13 et la face supérieure du piston 3. [0020] La bougie d'allumage 8 est liée à la culasse 13 et dotée d'électrodes qui 10 produisent une étincelle dans la chambre de combustion 5 lorsque le piston 3 est au voisinage de son point mort haut. Les soupapes d'admission 11 et d'échappement 12 sont montées mobiles dans la culasse 13 et sont disposées de part et d'autre d'un plan axial médian P du cylindre 2 de manière à définir un côté admission et un côté échappement. [0021] Les soupapes d'admission 11 sont déplacées par un premier arbre à cames 171 15 de manière à mettre la chambre de combustion 5, à un instant choisi précédant la compression, en communication avec un conduit d'admission 18. Une vanne 20, sous forme d'un papillon, assure la gestion du débit d'air introduit dans le cylindre 2. [0022] De façon analogue, les soupapes d'échappement 12 sont déplacées par un deuxième arbre à cames 172 de manière à mettre la chambre de combustion 5 à un 20 instant choisi postérieur à la combustion, en communication avec un conduit d'échappement 23. [0023] La position relative de chaque arbre à cames 171, 172 par rapport au vilebrequin du moteur 1 (non représenté) peut être modifiée respectivement au moyen d'un premier déphaseur 211 dit d'admission et d'un deuxième déphaseur 212 dit d'échappement. 25 Chaque déphaseur 211, 212 pourra être commandé hydrauliquement ou électriquement. Les déphaseurs 211, 212 permettent, suivant les conditions de fonctionnement, d'avancer ou de retarder l'ouverture et/ou la fermeture des soupapes d'admission 11 et d'échappement 12 par rapport à un mode de fonctionnement de référence. [0024] Un calculateur moteur 33 assure la commande des différents éléments de 30 l'architecture du moteur 1 en fonction notamment de données issues de différents capteurs (non représentés) implantés dans le système. Ce calculateur 33 comporte à cet 3046630 5 effet une mémoire 331 stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé d'estimation de la masse d'air frais Ma admise à l'intérieur de la chambre de combustion 5 d'un cylindre 2 du moteur 1 à levée de soupape L variable lors d'un cycle moteur. 5 [0025] Le procédé consiste à déterminer un remplissage en air du moteur à combustion interne 1 en levée basse. A cet effet, le calculateur 33 détermine un remplissage en levée haute suivant la relation suivante: avec: Ma Mbal rempl _tot =-+ Mo Mo 10 - rempLtot est le remplissage en air du moteur 1, - Ma est la masse d'air frais contenue dans la chambre de combustion 5 à la fin de la phase d'admission de l'air frais, - Mbal est une masse de gaz balayé (air) entre l'admission et l'échappement pendant un croisement de soupapes, 15 - Mo est une masse de référence d'air dans les conditions normales de températures et de pression. [0026] La masse d'air frais Ma est une solution du système d'équation suivant: Mtot = AADM X PADM X Vcy1FA r X Tmelange Ma = Mtot - Mb Tmelange = Ma x cpa x Ta + Mb x cpb x Tb Ma x cpa + Mb x cpb avec: - Mtot est une masse totale de gaz contenue dans la chambre de combustion 5 à la fin de 20 l'admission de l'air frais définie précédemment, - Mb est une masse de gaz brûlés contenue dans la chambre de combustion 5 à la fin de l'échappement des gaz brûlés, - AADM est un coefficient correcteur dont la valeur est fonction d'un régime moteur 30 et de un angle de fin d'admission, 25 - PADm est une pression admission de l'air dans un répartiteur d'air - 17cyLFA est un volume géométrique de la chambre de combustion 5 calculé à l'angle de fin d'admission, 3046630 6 - Tmelange est une température du mélange d'air frais et de gaz brûlés contenu dans la chambre de combustion 5, - r est une constante égale au rapport suivant R/M où R est la constante universelle des gaz parfaits et M est une masse molaire en kg.mol-1 des gaz mélangés, 5 - cpa et cpb sont des capacités calorifiques massiques à pression constante, respectivement, de l'air frais et des gaz brulés, et - Ta et Tb sont des températures, respectivement, de l'air frais et des gaz brulés. [0027] En réalisant l'approximation cpa = cpb, la masse d'air frais Ma peut s'écrire: Ma = PADMx AADM x Vcyl FA Tb Mb x -Ta r x Ta [0028] La masse d'air frais Ma admise à l'intérieur de la chambre de combustion 5 en 10 levée haute est ainsi estimée en fonction du produit entre la pression d'admission PADm et une pente de remplissage ("pente") déterminés par le calculateur moteur 33, soit plus précisément: Ma = PADm x pente - offset [0029] L'invention consiste à corriger la pente de remplissage par un facteur pondérateur X dépendant d'une amplitude de levée de soupape L. L'équation de remplissage devient 15 alors: Ma = PADm x pente x X -offset [0030] En levée haute, le facteur pondérateur X est forcé égal à 1 de manière à ne pas impacter la précision de l'estimation du remplissage en levée haute. En levée basse, le facteur pondérateur X est égal à Z et est différent de 1. [0031] Pour effectuer le basculement entre la valeur de X=1 en levée haute et la valeur 20 X=Z en levée basse, on utilise un coefficient barycentrique k défini de la manière suivante: X =Z +kx (1- Z) avec: - X=1 en levée haute, - X=Z41 en levée basse. 3046630 7 [0032] Le coefficient barycentrique k est un coefficient dont la valeur varie entre 0 et 1 permettant de transiter entre la valeur de X=Z en levée basse et X=1 en levée haute selon l'équation suivante: k = min (1; max (0 ; L f (1) g (N) - L représentant la levée de soupape, 5 - f (N) représentant une levée de transition entre X=Z et X=1, - g (N) représentant un écart de levée permettant la transition entre X=Z et X=1. [0033] La mise en oeuvre du procédé pour la détermination du facteur pondérateur Z en levée basse est réalisée au moyen d'un réseau de neurones artificiels 25. [0034] Comme illustré sur la figure 2, le réseau de neurones artificiels 25 est apte à 10 déterminer la valeur du facteur pondérateur Z en levée basse à partir des variables d'entrées suivantes: le régime moteur 30, la levée de soupape L, la position du déphaseur d'admission 211 et la position du déphaseur d'échappement 212. [0035] En variante, la détermination de Z pourra être réalisée au moyen de cartographie en deux dimensions dépendante du régime moteur 30 et de la levée de soupape L. 15 [0036] Le moteur à combustion interne 1 est commandé en fonction de la masse d'air frais Ma précédemment déterminée. 25 REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation de la masse (Ma) d'air frais admise à l'intérieur d'une chambre de combustion (5) d'un cylindre (2) de moteur à combustion interne (1) muni d'au moins une soupape à levée variable lors d'un cycle moteur caractérisé en ce qu'il comprend: - un étape d'estimation d'une pression d'admission (PADM) dans un répartiteur d'air à l'admission, - une étape d'estimation d'une pente de remplissage, - une étape d'estimation de ladite masse d'air frais (Ma) admise à l'intérieur de ladite chambre de combustion (5) en fonction d'un produit entre ladite pression d'admission (PADM) et ladite pente de remplissage, ladite pente de remplissage étant corrigée par un facteur pondérateur (X) dépendant d'une amplitude de levée de soupape (L), et - une étape de commande dudit moteur à combustion interne (1) en fonction de ladite masse (Ma) d'air précédemment déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'estimation de la pente de remplissage comporte une étape de calcul d'un ratio entre: - un premier produit entre un coefficient correcteur (AADM) dont la valeur est fonction d'un régime moteur (30) et d'un angle de vilebrequin de fin d'admission, et un volume géométrique (17,3,LFA) de ladite chambre de combustion (5) calculé audit angle de vilebrequin de fin d'admission, et - un second produit entre une constante (r) égale à un rapport suivant R/M où R est la constante universelle des gaz parfaits et M une masse molaire en kg.mo1-1 des gaz mélangés, et une température (Ta) d'air frais. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit facteur pondérateur (X) est égal à 1 lorsque ladite soupape est en levée haute, ou différent de 1 lorsque ladite soupape est en levée basse. 3046630 9 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un basculement de la valeur dudit facteur pondérateur (X) entre la levée haute et la levée basse est réalisé à l'aide d'un coefficient barycentrique (k) défini de la manière suivante: X=Z+kx (1 - Z) avec 5 - X=1 en levée haute, - X=Z41 en levée basse. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit coefficient barycentrique (k) présentant une valeur variant entre 0 à 1 est défini suivant la relation suivante: k = min (1; max (0 ; L f(N))) g (N) 10 avec: - L représente ladite levée de soupape, - f(N) représente une levée de transition entre X=Z et X=1, - g(N) représente un écart de levée permettant la transition entre X=Z et X=1. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que 15 ledit facteur pondérateur (Z) en levée basse est déterminé en utilisant un réseau de neurones artificiels (25). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit réseau de neurones artificiels (25) prend notamment en compte un régime moteur (30), une levée de soupape (L), une position d'un déphaseur d'admission (211), et une position d'un 20 déphaseur d'échappement (212). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit facteur pondérateur (Z) en levée basse est déterminé au moyen d'une cartographie à deux dimensions dépendant d'un régime moteur (30) et d'une levée de soupape (L). 9. Calculateur moteur de véhicule automobile comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre dudit procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.