Brevet FR3086346A1 — publié le 20200327

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF D'ESTIMATION PRÉDICTIVE DE LA TEMPÉRATURE DES GAZ D'ÉCHAPPEMENT EN SORTIE D'UN MOTEUR THERMIQUE DE VÉHICULE L'invention concerne les véhicules qui comprennent un moteur s thermique produisant des gaz d'échappement, et plus précisément l'estimation de la température de ces gaz d'échappement produits. De nombreux moteurs thermiques de véhicule comprennent une chambre alimentée en carburant et en air extérieur, éventuellement comprimé par un compresseur ou un turbocompresseur, et produisent des gaz Zo d'échappement qui sont évacués vers l'extérieur par un système d'échappement, généralement équipé de moyens de traitement (comme par exemple un catalyseur). Afin de minimiser la consommation de carburant et la production de polluants, tout en conservant un bon niveau de performance, on met en oeuvre des stratégies de contrôle qui nécessitent une bonne connaissance de l'état de fonctionnement en cours du moteur thermique et du système d'échappement associé, aussi bien dans une phase stabilisée que dans une phase transitoire. Cet état de fonctionnement en cours est défini par des valeurs de 20 paramètres ou grandeurs caractéristiques qui peuvent être estimées à partir d'information(s) telles que des mesures de capteur(s) ou le résultat d'un modèle ou une consigne ou encore une fusion de plusieurs données. Parmi les paramètres de contrôle d'un moteur thermique on peut notamment citer la pression de suralimentation (de l'air extérieur), l'avance à l'injection, l'avance 25 à l'allumage, la présence ou non d'injections pilotes. On entend ici par injection pilote » une injection de carburant envoyée avant l'injection principale afin de réduire le bruit de combustion et d'avoir une montée en température progressive de la chambre de combustion. Dans un moteur diesel, l'injection principale permet d'atteindre le couple cible. 30 Parmi les paramètres mesurés on peut notamment citer la température de l'air extérieur, éventuellement comprimé, qui alimente la 2 chambre. Parmi les paramètres estimés on peut notamment citer la température des gaz d'échappement en sortie de la chambre. Comme le sait l'homme de l'art, les sources de ces informations présentent des qualités variables et/ou font l'objet de compromis différents, s ce qui est de nature à faire varier la robustesse, la dynamique, ou le coût, par exemple. Comme évoqué plus haut, l'invention concerne plus spécifiquement l'estimation de la température des gaz d'échappement produits par le moteur thermique (et donc sortant de la chambre). Généralement, cette estimation se Zo fait à partir de cartographies de l'écart AT entre la température des gaz d'échappement produits (ou Te) et la température de l'air d'alimentation du moteur thermique (ou Ta), obtenues lors de phases d'essais. Ces cartographies sont dépendantes du mode de combustion (comme par exemple le chauffage du catalyseur, la régénération ou le nominal. Le mode nominal est le mode le plus fréquent pour l'usager et pour lequel le meilleur compromis en termes d'émissions de polluants est réalisé. Les modes de combustion moins fréquents (comme par exemple le chauffage du catalyseur ou la régénération) sont optimisés pour atteindre une température souhaitée dans la ligne échappement. 20 Plus précisément, pour chaque mode de combustion est prévue une cartographie de l'écart AT dédiée en fonction du régime du moteur thermique et de la quantité totale de carburant demandée au niveau de chacun des injecteurs (soit AT = f(régime, Qcarb)). En complément de ces cartographies de l'écart AT on utilise aussi des 25 cartographies du débit total d'air admis dans le moteur thermique et des cartographies des avances d'injection principale et d'injection séparée (ou en anglais « splited »), en fonction du régime du moteur thermique et de la quantité totale de carburant demandée au niveau de chacun des injecteurs. Toutes ces cartographies sont obtenues à partir de calibrations via 30 des iso-régimes réalisées lors de phases d'essais du moteur thermique en phase stabilisée. Les cartographies du débit total d'air admis et des avances d'injection sont utilisées pour corriger l'écart AT lors de phases transitoires. Plus précisément, à chaque écart, entre la valeur courante d'un paramètre (débit total d'air admis ou avance d'injection) et la valeur correspondante fournie par la cartographie associée, correspond un correctif qui est déterminé à partir d'encore une autre cartographie dédiée (correctif = f(écart)). Ce mode d'estimation s'avère complexe, assez long (à moins s d'utiliser un calculateur très puissant), et surtout nécessite la génération de nombreuses cartographies, ce qui augmente notablement la durée et le nombre des phases d'essais du moteur thermique. De plus, plus l'écart entre la valeur courante d'un paramètre (débit total d'air admis ou avance d'injection) et la valeur correspondante fournie par la cartographie associée 10 devient important, plus l'estimation de l'écart AT est mauvaise du fait que les correctifs sont calibrés au mieux mais ne peuvent concerner tous les points de fonctionnement possibles. Par ailleurs, à chaque changement de calibration et ou de mode de combustion, on doit de nouveau réaliser des essais pour re-calibrer toutes les cartographies. 15 L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. Elle propose notamment à cet effet un procédé d'estimation destiné à estimer une température de gaz d'échappement produits par un moteur thermique d'un véhicule fonctionnant en fonction de valeurs en cours d'au moins deux paramètres prédéfinis. Ce procédé d'estimation se caractérise par le fait 20 qu'il comprend : - une première étape dans laquelle on détermine pour chaque paramètre prédéfini une valeur sans dimension en fonction de sa valeur en cours et de valeurs extrémales de ce paramètre prédéfini obtenues lors d'essais du moteur thermique, et 25 une seconde étape dans laquelle on estime un écart, entre la température de gaz d'échappement à estimer et une température en cours d'un air alimentant le moteur thermique, au moyen d'une loi d'évolution fonction de ces valeurs sans dimension déterminées, puis on déduit la température de gaz d'échappement estimée de cet écart estimé et de la température d'air 30 d'alimentation en cours. Grâce à cette loi d'évolution on n'a plus besoin de déterminer de nombreuses cartographies lors des phases d'essais, et on peut déterminer des estimées assez précises de la température des gaz d'échappement sortants 4 pour la plupart des, voire tous les, points de fonctionnement du moteur thermique. Le procédé d'estimation selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et s notamment : dans sa première étape on peut déterminer chaque valeur sans dimension d'un paramètre prédéfini en fonction de la valeur en cours de ce dernier, d'une valeur moyenne fonction des valeurs extrémales de ce paramètre prédéfini, et d'une valeur d'écart qui est fonction d'une différence entre Zo ces valeurs extrémales ; dans sa première étape la valeur d'écart d'un paramètre prédéfini peut être égale à la moitié de la différence entre les valeurs extrémales de ce paramètre prédéfini ; dans sa première étape la valeur moyenne d'un paramètre prédéfini peut 15 être égale à la moitié d'une somme des valeurs extrémales de ce paramètre prédéfini ; dans sa première étape chaque valeur sans dimension d'un paramètre prédéfini peut être égale au rapport entre, d'une part, une différence entre la valeur en cours et la valeur moyenne de ce paramètre prédéfini, et, 20 d'autre part, la valeur d'écart de ce paramètre prédéfini ; - dans sa seconde étape la loi d'évolution peut être une fonction polynomiale prédéfinie ; dans sa seconde étape la fonction polynomiale prédéfinie peut être égale à % + aivsclx, + a2vsclx, + - - - + anysd,' EZi ativsclxivsdxj + 25 rildik Clip( VSdxieSdxiVSCirk --- aiik...nrsd,ivsdxivsd,k ...vscl,', où chaque xi est l'un des paramètres prédéfinis, n est le nombre de paramètres prédéfinis, chaque vsdri est la valeur sans dimension d'un paramètre prédéfini xi, et les ao, ai, ai], aiik,..., aiik...o sont des coefficients déterminés lors des essais du moteur thermique. 30 L'invention propose également un produit programme d'ordinateur comprenant un jeu d'instructions qui, lorsqu'il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en oeuvre le procédé d'estimation présenté ci-avant pour estimer une température de gaz d'échappement produits par un moteur thermique d'un véhicule. L'invention propose également un dispositif d'estimation destiné à estimer une température de gaz d'échappement produits par un moteur thermique d'un véhicule fonctionnant en fonction de valeurs en cours d'au moins s deux paramètres prédéfinis. Ce dispositif d'estimation se caractérise par le fait qu'il comprend au moins un calculateur : déterminant pour chaque paramètre prédéfini une valeur sans dimension en fonction de sa valeur en cours et de valeurs extrémales de ce paramètre prédéfini obtenues lors d'essais du moteur thermique, puis - estimant un écart, entre la température de gaz d'échappement à estimer et une température en cours d'un air alimentant le moteur thermique, au moyen d'une loi d'évolution fonction de ces valeurs sans dimension déterminées, puis déduisant la température de gaz d'échappement estimée de cet écart estimé et de la température d'air d'alimentation en cours. L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant un moteur thermique produisant des gaz d'échappement et un dispositif d'estimation du type de celui présenté ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de véhicule automobile comprenant un moteur thermique et un exemple de dispositif d'estimation selon l'invention, et la figure 2 illustre schématiquement un exemple d'algorithme mettant en oeuvre un procédé d'estimation selon l'invention. L'invention a notamment pour but de proposer un procédé d'estimation, et un dispositif d'estimation DE associé, destinés à permettre l'estimation de la température Te des gaz d'échappement qui sont produits par un moteur 30 thermique MT d'un véhicule V. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le véhicule V est de type automobile. Il s'agit par exemple d'une voiture, comme 6 illustré sur la figure 1. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type de véhicule. Elle concerne en effet tout type de véhicule comprenant un moteur thermique (par exemple diesel ou à essence ou au gaz de pétrole liquéfié (GPL) ou au gaz naturel pour véhicules (GNV), éventuellement suralimenté en air par un s compresseur ou un turbocompresseur. Par conséquent, elle concerne les véhicules terrestres, les bateaux et les aéronefs. On a schématiquement représenté sur la figure 1 un exemple de véhicule automobile V comprenant un moteur thermique MT et un exemple de dispositif d'estimation DE selon l'invention. 10 On considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le moteur thermique MT est alimenté en essence et suralimenté en air extérieur par un turbocompresseur. Mais le moteur thermique MT pourrait être alimenté en gasoil (ou en GPL ou encore en GNV) et/ou alimenté en air extérieur non comprimé. 15 Le moteur thermique MT fonctionne en fonction de valeurs en cours d'au moins deux paramètres prédéfinis, ci-après notés xi (avec i = 1 à n, où n est le nombre total de paramètres pris en compte). Parmi ces paramètres prédéfinis xi on peut notamment citer l'avance à l'injection (principale ou séparée), l'avance à l'allumage, la présence ou non d'injections pilotes, la 20 quantité totale de carburant demandée à chacun des injecteurs, la pression du plénum, la température du plénum, le régime moteur, ainsi que l'éventuelle pression de suralimentation (de l'air extérieur). Comme évoqué plus haut, l'invention propose notamment un procédé d'estimation destiné à permettre l'estimation de la température Te des gaz 25 d'échappement qui sont produits par le moteur thermique MT du véhicule V. Ce procédé d'estimation peut être au moins partiellement mis en oeuvre par le dispositif d'estimation DE qui comprend à cet effet au moins un calculateur CD. Par exemple, ce calculateur CD comprend au moins un processeur de signal numérique (ou DSP (c d = (vminxi + vmaxxi )/2. Cela constitue une moyenne 25 arithmétique. Mais d'autres formules mathématiques représentatives de la valeur moyenne d'un paramètre dont les valeurs extrémales sont connues peuvent être utilisées. Ainsi, on pourrait utiliser une moyenne quadratique ou une moyenne géométrique, ou encore une moyenne pondérée, par exemple. Egalement en présence de la dernière option (relative à vsdxi), chaque 30 valeur sans dimension vsdxi d'un paramètre prédéfini xi peut, par exemple, être égale au rapport entre, d'une part, la différence entre les valeur en cours vxi et valeur moyenne vmxi de ce paramètre prédéfini xi, et, d'autre part, la valeur d'écart exi de ce paramètre prédéfini Xi, soit vsdxi = (vxi - vmxi)/exi. Cette formule 8 mathématique permet de faire varier chaque valeur sans dimension vsdxi entre les valeurs -1 et +1. Mais d'autres formules mathématiques représentatives de la valeur sans dimension d'un paramètre peuvent être utilisées. Ainsi, on pourrait utiliser s une moyenne quadratique ou une moyenne géométrique, ou encore une moyenne pondérée, par exemple. Dans la seconde étape 20-30 du procédé, on (le calculateur CD) commence par estimer l'écart AT, entre la température des gaz d'échappement à estimer Te et la température en cours Ta de l'air extérieur qui alimente le Zo moteur thermique MT (et qui est connue et accessible dans le véhicule V), soit AT = Te - Ta. Cette température en cours Ta est la température dans le répartiteur d'admission. Cette estimation se fait au moyen d'une loi d'évolution qui est fonction des valeurs sans dimension vsdxi déterminées. Puis, on (le calculateur CD) déduit la température de gaz 15 d'échappement estimée Te de cet écart AT estimé et de la température d'air d'alimentation en cours Ta, soit Te = AT + Ta. L'utilisation de cette loi d'évolution prédéterminée évite d'avoir à déterminer de (très) nombreuses cartographies lors des phases d'essais, et permet de déterminer des estimées Te assez précises de la température des 20 gaz d'échappement sortants de la chambre pour la plupart des, voire tous les, points de fonctionnement du moteur thermique MT. Par exemple, dans la seconde étape 20-30 la loi d'évolution qui est utilisée par le calculateur CD peut être une fonction polynomiale prédéfinie. En présence de la dernière option, la fonction polynomiale prédéfinie 25 peut, par exemple, être égale à : ao + aivsclx, + a2 vscir, + - - - + anvsdxn + rtj ativsdicivsd,j + Clijk vsdicivsdx ivsclxn + - + aijk...nvsd,ivsdx où chaque xi, xi, xk, xo est l'un des n paramètres prédéfinis, n est le nombre de paramètres prédéfinis xi, chaque vsdxi est la valeur sans dimension de l'un des 30 n paramètres prédéfinis xi, et les ao, ai, ai], alik,..., alik...n sont des coefficients de calibration qui sont déterminés lors des essais du moteur thermique MT. Par exemple, les coefficients de calibration peuvent être calculés au 9 moyen d'une technique de type moindres carrés. Pour ce faire, on résout l'équation donnant l'écart AT, et il faut au minimum n essais pour trouver les n coefficients de calibration. Ainsi, la loi d'évolution de l'écart AT estimé est une loi statistique, ce qui s lui permet de suivre au mieux toutes les variations des paramètres prédéfinis xi, y compris les plus fortes. De plus, cette loi d'évolution statistique est définie pour la chambre de combustion complète du moteur thermique MT (et notamment pour son injection, sa pression, sa température, et sa géométrie (bol, piston et écoulement), et n'est plus dépendante des réglages de combustion (les 10 coefficients dépendent en effet de la géométrie de la chambre de combustion). En d'autres termes, cette loi d'évolution statistique est à priori valable pour tous les points de fonctionnement du moteur thermique MT. On notera que pour déterminer avec précision les coefficients de calibration utilisés dans la loi d'évolution, il est nécessaire d'effectuer des essais dans lesquels les paramètres prédéfinis xi associés sont tous présents à chaque fois. Par exemple, si le taux de recirculation des gaz d'échappement (ou en anglais EGR, pour « Exhaust Gas Recirculation ») est utilisé dans la loi d'évolution, alors les essais dans lesquels la vanne EGR est fermée (absence de recirculation) ne pourront pas être utilisés pour la détermination des 20 coefficients de calibration du fait qu'ils pourraient fausser les résultats. Par ailleurs, il est préférable de séparer les essais en deux parties, une première partie permettant l'apprentissage de la loi d'évolution (points qui permettent de déterminer les coefficients de calibration) et une seconde partie permettant d'obtenir des points de validation (typiquement de l'ordre de 10% du 25 total des points d'essais) qui sont ensuite utilisés pour vérifier si la loi d'évolution fournit des bons résultats pour des points différents de ceux ayant permis de la définir. On a schématiquement représenté sur la figure 2 un exemple d'algorithme mettant en oeuvre un procédé d'estimation selon l'invention. 30 Dans une première sous-étape 10 de la première étape, on (le calculateur CD) détermine pour chaque paramètre prédéfini xi une valeur sans dimension vsdd en fonction de sa valeur en cours vxi et de valeurs extrémales vminxi et vmaxxi du paramètre prédéfini xi qui ont été préalablement obtenues lors d'essais du moteur thermique MT. Puis, dans une deuxième sous-étape 20 de la seconde étape, on (le calculateur CD) estime l'écart AT, entre la température des gaz d'échappement à estimer Te et la température en cours Ta de l'air extérieur qui alimente le s moteur thermique MT, au moyen d'une loi d'évolution qui est fonction des valeurs sans dimension vsdxi déterminées dans la première sous-étape 10. Puis, dans une troisième sous-étape 30 de la seconde étape on (le calculateur CD) déduit la température de gaz d'échappement estimée Te de cet écart AT estimé dans la deuxième sous-étape 20 et de la température d'air Zo d'alimentation en cours Ta, soit Te = AT + Ta. On notera que l'invention propose aussi un produit programme d'ordinateur comprenant un jeu d'instructions qui, lorsqu'il est exécuté par des moyens de traitement de type circuits électroniques (ou hardware), comme par exemple le calculateur CD, est propre à mettre en oeuvre le procédé d'estimation 15 décrit ci-avant pour estimer la température Te des gaz d'échappement qui sont produits par le moteur thermique MT du véhicule V. On notera également que sur la figure 1 le dispositif d'estimation DE est très schématiquement et fonctionnellement illustré par le calculateur CD. Ce dernier (CD) peut être réalisé au moyen d'au moins un processeur, par exemple 20 de signal numérique (ou DSP (Digital Signal Processor)), éventuellement associé à une mémoire vive pour stocker des instructions pour la mise en oeuvre par ce processeur du procédé d'estimation tel que décrit ci-avant. Par ailleurs, le dispositif d'estimation DE peut, comme évoqué plus haut, comprendre un boitier comportant des circuits intégrés (ou imprimés), reliés par des connections 25 filaires ou non filaires. On entend par circuit intégré (ou imprimé) tout type de dispositif apte à effectuer au moins une opération électrique ou électronique. Par ailleurs, ce dispositif d'estimation DE peut comprendre au moins une mémoire de masse notamment pour le stockage des données définissant les valeur d'écart exi et valeur moyenne VITbd de chaque paramètre prédéfini xi (ou 30 bien seulement les valeurs extrémales vmind et vmaxi de chaque paramètre prédéfini xi) et éventuellement des données définissant les résultats de ses traitements (ou calculs), une interface d'entrée pour la réception d'au moins la valeur en cours vxi de chaque paramètre prédéfini xi qu'éventuellement il met en 11 forme et/ou démodule et/ou amplifie de façon connue en soi, et une interface de sortie pour la transmission des résultats de ses calculs et traitements (et notamment l'estimée Te de la température des gaz d'échappement en sortie de la chambre du moteur thermique MT). s Une ou plusieurs étapes ou sous-étapes du procédé d'estimation peuvent être effectuées par des composants différents. Ainsi, le procédé d'estimation peut-être mis en oeuvre par une pluralité de processeurs, mémoire vive, mémoire de masse, interface d'entrée, interface de sortie et/ou processeur de signal numérique. Dans ces situations, le dispositif d'estimation DE peut-être décentralisé, au sein d'un réseau local (plusieurs processeurs reliés entre eux par exemple) ou d'un réseau étendu. L'invention permet notamment d'améliorer la qualité des régulations de pression de suralimentation et air/EGR, et donc de réduire les émissions de polluants à la source (c'est-à-dire REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation d'une température de gaz d'échappement produits par un moteur thermique (MT) d'un véhicule (V) fonctionnant en fonction de valeurs en cours d'au moins deux paramètres prédéfinis, caractérisé s en ce qu'il comprend i) une première étape (10) dans laquelle on détermine pour chaque paramètre prédéfini une valeur sans dimension en fonction de sa valeur en cours et de valeurs extrémales dudit paramètre prédéfini obtenues lors d'essais dudit moteur thermique (MT), et ii) une seconde étape (20-30) dans laquelle on estime un écart, entre ladite température de gaz d'échappement à 10 estimer et une température en cours d'un air alimentant ledit moteur thermique (MT), au moyen d'une loi d'évolution fonction desdites valeurs sans dimension déterminées, puis on déduit ladite température de gaz d'échappement estimée dudit écart estimé et de ladite température d'air d'alimentation en cours. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans ladite 15 première étape (10) on détermine chaque valeur sans dimension d'un paramètre prédéfini en fonction de ladite valeur en cours de ce dernier, d'une valeur moyenne fonction desdites valeurs extrémales dudit paramètre prédéfini, et d'une valeur d'écart fonction d'une différence entre lesdites valeurs extrémales. 20 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans ladite première étape (10) ladite valeur d'écart d'un paramètre prédéfini est égale à la moitié de ladite différence entre les valeurs extrémales de ce paramètre prédéfini. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que dans 25 ladite première étape (10) ladite valeur moyenne d'un paramètre prédéfini est égale à la moitié d'une somme des valeurs extrémales de ce paramètre prédéfini. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que 30 dans ladite première étape (10) chaque valeur sans dimension d'un paramètre prédéfini est égale au rapport entre, d'une part, une différence entre lesdites 13 valeur en cours et valeur moyenne de ce paramètre prédéfini, et, d'autre part, ladite valeur d'écart de ce paramètre prédéfini. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que dans ladite seconde étape (20-30) ladite loi d'évolution est une fonction s polynomiale prédéfinie. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans ladite seconde étape (20-30) ladite fonction polynomiale prédéfinie est égale à ai) + ctivsdr, + a2 vsdr, + - - - + anvsdrn + Enj ciiivsdxf vscl, + k aijk vsclxivscix ivsd,k + - + aijk...nVSCIril1Sdx il)Sdxic ...vsclx., où chaque xi Zo est l'un desdits paramètres prédéfinis, n est le nombre de paramètres prédéfinis, chaque esdri est ladite valeur sans dimension d'un paramètre prédéfini xi, et les ao, ai, au, alik,..., alik...o sont des coefficients déterminés lors desdits essais du moteur thermique (MT). 8. Produit programme d'ordinateur comprenant un jeu d'instructions 15 qui, lorsqu'il est exécuté par des moyens de traitement, est propre à mettre en oeuvre le procédé d'estimation selon l'une des revendications précédentes pour estimer une température de gaz d'échappement produits par un moteur thermique (MT) d'un véhicule (V). 9. Dispositif d'estimation (DE) pour estimer une température de gaz 20 d'échappement produits par un moteur thermique (MT) d'un véhicule (V) fonctionnant en fonction de valeurs en cours d'au moins deux paramètres prédéfinis, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un calculateur (CD) i) déterminant pour chaque paramètre prédéfini une valeur sans dimension en fonction de sa valeur en cours et de valeurs extrémales dudit paramètre 25 prédéfini obtenues lors d'essais dudit moteur thermique (MT), puis ii) estimant un écart, entre ladite température de gaz d'échappement à estimer et une température en cours d'un air alimentant ledit moteur thermique (MT), au moyen d'une loi d'évolution fonction desdites valeurs sans dimension déterminées, puis iii) déduisant ladite température de gaz d'échappement 30 estimée dudit écart estimé et de ladite température d'air d'alimentation en 7_4 10. Véhicule (V) comprenant un moteur thermique (MT) produisant des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif d'estimation (DE) selon la revendication 9.