Brevet FR3103222A1 — publié le 20210521

Le procédé détermine une compensation transitoire (COMP trans ) à apporter à une masse de carburant (M carb ) à injecter dans un moteur thermique à allumage commandé (MT). Le procédé comprend une étape (E1) de lecture d’une erreur de masse de carburant (DM carb ) dans une cartographie (TAB), une étape (E2) de calcul d’une erreur de masse d’air de remplissage (DM air ) en prenant en compte l’erreur de masse de carburant et une mesure de richesse air/carburant (R mes ) dans le moteur thermique, le calcul de l’erreur de masse d’air de remplissage étant basé sur une première loi de calcul (2) dérivée d’un modèle mathématique de sonde de richesse, et une étape (E3) de calcul de ladite la transitoire en prenant en compte l’erreur de masse de carburant et l’erreur de masse d’air de remplissage, le calcul de la compensation transitoire étant basé sur une deuxième loi de calcul (4) dérivée du modèle mathématique de sonde de richesse et en prenant en compte un profil cible de richesse (R=1). Fig.1 PROCÉDÉ DE DÉTERMINATION DE COMPENSATION TRANSITOIRE POUR LA COMMANDE D’INJECTION D’UN MOTEUR THERMIQUE À ALLUMAGE COMMANDÉ L’invention concerne de manière générale la commande d’injection de carburant en phase transitoire dans un moteur thermique à allumage commandé. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un procédé de détermination d’une compensation transitoire à apporter à la masse de carburant à injecter dans un moteur thermique à allumage commandé. Le procédé de l’invention est particulièrement adapté pour un moteur thermique à injection directe. De manière générale, dans un moteur thermique à allumage commandé, tel qu’un moteur à essence, le couple mécanique fourni, résultant de la combustion du mélange air/carburant, est fortement dépendant du remplissage en air des cylindres. Le remplissage en air conditionne l’injection du carburant afin de réguler la richesse du mélange air/carburant à la valeur stœchiométrique de 1, correspondant, dans le cas de l’essence, à un coefficient de 14,7 grammes d'air pour 1 gramme de carburant. Une sonde d’oxygène, dite sonde lambda ou sonde de richesse, est placée dans la conduite d’échappement du moteur thermique et permet de connaître la richesse du mélange air/carburant, désigné « R » par la suite, à partir d’une mesure du taux résiduel d'oxygène dans les gaz d’échappement. La masse d’air entrant dans les cylindres du moteur à chaque cycle de fonctionnement n’est pas mesurable directement et doit être estimée pour déterminer la masse de carburant à injecter en fonction de la richesse R voulue. La masse d’air entrante est estimée à partir de variables accessibles à la mesure et d’une cartographie calibrée obtenues par des séries d’essais. La présence du pot catalytique d’oxydoréduction à trois voies dans les véhicules thermique à essence s’est généralisée afin de répondre aux contraintes environnementales et de réduire les émissions polluantes. La technologie du pot catalytique à trois voies impose un contrôle précis de la richesse R dans une fenêtre très étroite, par exemple entre 0,995 et 1,005. En effet, l’efficacité du pot catalytique à trois voies est optimale avec la richesse R=1. Lorsque le moteur thermique est sur des points de fonctionnement stables, c’est-à-dire avec un régime moteur et un couple qui ne varient pas, la technique connue permet d’obtenir une estimation suffisamment précise du remplissage en air. Il en découle un calcul correct de la masse de carburant à injecter et donc le respect de la richesse R=1 qui garantit un fonctionnement optimal du pot catalytique à trois voies. Par contre, lors d’un fonctionnement transitoire du moteur thermique, c’est-à-dire, avec un couple demandé qui varie, l’estimation du remplissage en air est sensiblement moins précise que celle obtenue lors des phases de fonctionnement stable. Il en découle un calcul erroné de la masse de carburant à injecter et une désadaptation de la richesse par rapport à R=1 en fonctionnement transitoire, désadaptation qui impacte les performances de dépollution du pot catalytique et engendre une surconsommation de carburant. Dans un véhicule, le moteur thermique est fréquemment dans des phases de fonctionnement transitoire, par exemple, lors d’une accélération ou d’une décélération, ou lors d’une soudaine activation d’un organe prélevant du couple comme l’alternateur ou la climatisation. Une stratégie de correction de l’injection de carburant lors des phases de fonctionnement transitoire est donc nécessaire et est habituellement prévue dans l’état de la technique afin de palier à la désadaptation de la richesse susmentionnée. Cette stratégie de correction de l’injection de carburant, active lors des phases de fonctionnement transitoire, détermine une correction de masse de carburant dite compensation transitoire par l’homme du métier. Cette compensation transitoire est ajoutée à l’estimation de la masse de carburant à injecter afin de maintenir la richesse au plus près de la valeur R=1. Il est connu de déterminer les masses de carburant de compensation transitoire à appliquer dans différentes situations de vie du moteur thermique par un procédé faisant appel des itérations successives. Une méthodologie de type essai-erreur est utilisée et requiert de très nombreux essais. Les valeurs calibrées des masses de carburant pour la compensation transitoire sont intégrées dans une cartographie en fonction de différentes variables pouvant être mesurées, ou estimées, et disponibles pour le calculateur moteur multifonction du véhicule. Cette solution de l’état de la technique présente cependant l’inconvénient de nécessiter des investissements importants, en termes de temps nécessaire pour le déroulement de l’ensemble du processus et en termes de moyens financiers requis pour la mobilisation de moyens d’essais pendant une longue période. Il a été proposé aussi d’utiliser un procédé avec une approche de type plan d’expériences afin d’identifier, avec un nombre d’essais minimisé, un modèle pouvant être appliqué pour la détermination des masses de carburant de compensation transitoire. Ce procédé repose sur un processus mathématique qui à ce jour n’offre pas suffisamment de garantie en termes de robustesse. Par ailleurs, les deux procédés susmentionnés de l’état de la technique sont critiquables en ce qu’ils ne sont pas basés sur la physique des phénomènes. Ils ne font aucune distinction entre l’estimation de la masse d’air et l’estimation de la masse de carburant, et prennent l’hypothèse d’une compensation complète via la masse de carburant introduite dans les cylindres. Par le document FR2938019A1, il est connu d’utiliser un modèle de combustion linéarisé pour appliquer au cours des transitoires des corrections à la fois sur l’allumage de la combustion et sur l’estimation du remplissage en air des cylindres. Dans le procédé de FR2938019A1, la masse de carburant à injecter est simplement déduite de l’estimation de la masse d’air dans les cylindres, sans prendre en compte la dynamique de la mesure de richesse obtenue avec la sonde de richesse. La correction s’applique ici en temps réel, et non a posteriori, et porte essentiellement sur l’allumage. Elle est déterminée sans prise en compte, au moyen d’une mesure, de l’erreur sur la masse de carburant injectée. Il est souhaitable de proposer un procédé ne présentant pas les inconvénients susmentionnés de la technique antérieure pour la détermination de la compensation transitoire à apporter à la masse de carburant à injecter en phase transitoire dans un moteur thermique à allumage commandé. Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de détermination d’une compensation transitoire à apporter à une masse de carburant à injecter dans un moteur thermique à allumage commandé comprenant une étape de lecture d’une erreur de masse de carburant dans une cartographie, une étape de calcul d’une erreur de masse d’air de remplissage en prenant en compte l’erreur de masse de carburant et une mesure de richesse air/carburant dans le moteur thermique, le calcul de l’erreur de masse d’air de remplissage étant basé sur une première loi de calcul dérivée d’un modèle mathématique de sonde de richesse, et une étape de calcul de la compensation transitoire en prenant en compte l’erreur de masse de carburant et l’erreur de masse d’air de remplissage, le calcul de la compensation transitoire étant basé sur une deuxième loi de calcul dérivée du modèle mathématique de sonde de richesse et en prenant en compte un profil cible de richesse. Selon une caractéristique particulière, la cartographie est calibrée lors d’une phase préalable à partir d’une pluralité d’essais dans différentes situations de vie du moteur thermique, et l’erreur de masse de carburant est obtenue à partir d’une différence entre une consigne de masse de carburant injectée et une masse de carburant déduite à partir d’une mesure volumique fournie par un débitmètre de carburant. Selon une autre caractéristique particulière, dans la cartographie, l’erreur de masse de carburant est tabulée en fonction d’un régime moteur et d’une masse d’air de remplissage estimée. Selon un autre aspect, l’invention concerne aussi un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions de programme pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit brièvement ci-dessus. Selon une caractéristique particulière, le calculateur est un calculateur moteur multifonction d'un véhicule. L’invention concerne aussi un véhicule comprenant un calculateur tel qu’indiqué ci-dessus. D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La Fig.1 est un bloc-diagramme de principe relatif à la mise en œuvre du procédé selon l’invention dans un moteur thermique à allumage commandé et injection directe. La Fig.2 montre différentes phases et étapes comprises dans le procédé selon l’invention. En référence à la Fig.1, dans la forme de réalisation particulière décrite ici, le procédé selon l’invention est mis en œuvre dans un calculateur moteur multifonctionnel CMM d’un moteur thermique MT à allumage commandé et à injection directe. Le procédé selon l’invention détermine une compensation transitoire COMP trans à apporter en phase transitoire à une masse de carburant M carb préalablement calculée pour une injection dans le moteur thermique MT, la masse de carburant M carb ayant été obtenue par un calcul connu à partir d’une masse d’air de remplissage estimée M air dans les cylindres du moteur thermique MT. La compensation transitoire COMP trans est donc déterminée postérieurement à la masse de carburant M carb et est ajoutée à celle-ci pour obtenir une consigne de masse de carburant à injecter CM carb qui est fournie à un système d’injection de carburant SIJ du moteur thermique MT. L’ajout de la compensation transitoire COMP trans à la masse de carburant M carb pour obtenir la consigne CM carb est représenté par une fonction d’addition ADD à la Fig.1. Comme montré schématiquement à la Fig.1, deux modules logiciels embarqués ML1 et ML2 sont contenus dans une mémoire MEM du calculateur moteur multifonctionnel CMM et ont pour fonctions de déterminer la masse de carburant M carb et la compensation transitoire COMP trans , respectivement. Le module logiciel ML1 applique un calcul conventionnel connu pour déterminer la masse de carburant M carb à injecter à partir d’une masse d’air de remplissage estimée M air dans les cylindres du moteur thermique MT. Ainsi, le module logiciel ML1 réalise une fonction FER d’estimation du remplissage en air qui fournit la masse d’air de remplissage estimée M air en utilisant une cartographie (non représentée). Cette cartographie comprend différentes valeurs de la masse d’air M air tabulées en fonction de variables d’entrée VAR qui sont accessibles au calculateur moteur multifonctionnel CMM, telles qu’un régime moteur RM et autres variables, par exemple, la température, la pression et/ou le débit de l’air entrant. Le module logiciel ML1 réalise aussi une fonction FCC de calcul de masse de carburant qui exploite la masse d’air de remplissage estimée M air délivrée la fonction FER pour calculer la masse de carburant M carb adéquate pour obtenir une richesse air/carburant R=1 lorsque le moteur thermique MT est dans un mode de fonctionnement stable. Le module logiciel ML2 est dédié à la détermination, par la mise en œuvre du procédé selon l’invention, de la compensation transitoire COMP trans destinée de corriger la masse de carburant M carb pour obtenir la consigne de masse de carburant à injecter CM carb . Le module logiciel ML2 autorise la mise en œuvre du procédé selon l’invention par l’exécution d’instructions de code de programme par un processeur (non représenté) du calculateur moteur multifonctionnel CMM. Comme visible à la Fig.1, le module logiciel ML2 comporte une cartographie TAB et réalise une fonction de calcul de compensation transitoire FCT qui calcule la compensation transitoire COMP trans . La cartographie TAB délivre une erreur de masse de carburant DM carb en fonction du régime moteur RM et de la masse d’air de remplissage estimée M air délivrée par la fonction FER du module logiciel ML1. Conformément au procédé selon l’invention, la cartographie TAB est calibrée lors d’une phase préalable P0, incorporant des essais et mesures, qui est décrite plus bas en référence à la Fig.2. La fonction de calcul de compensation transitoire FCT calcule la compensation transitoire COMP trans à partir de la masse d’air de remplissage estimée M air , de la masse de carburant M carb , de l’erreur de masse de carburant DM carb et d’une richesse air/carburant R mes dans les cylindres du moteur thermique MT. La richesse air/carburant R mes est déduite d’une mesure et est une variable qui est disponible dans le calculateur moteur multifonctionnel CMM. La richesse air/carburant Rmes est déterminée par calcul à partir d’une mesure d’oxygène MS fournie par la sonde de richesse SL présente dans la conduite d’échappement CE du moteur thermique MT. Un modèle mathématique linéaire intégrant un retard est typiquement utilisé pour le calcul de la richesse air/carburant R mes . En référence aussi à la Fig.2, le procédé selon l’invention comprend la phase préalable P0 susmentionnée de réalisation de la cartographie TAB et des étapes E1 à E3. Les étapes E1 à E3 interviennent dans une phase d’exploitation P1 du procédé et sont exécutées par le module logiciel embarqué ML2 pour déterminer à chaque cycle de fonctionnement du moteur thermique MT la compensation transitoire COMP trans à ajouter à la masse de carburant M carb afin d’obtenir la consigne de masse de carburant à injecter CM carb . Dans la phase préalable P0, le procédé selon l’invention prévoit la réalisation de la cartographie TAB à partir d’une pluralité d’essais dans les différentes situations de vie du moteur thermique MT. Ainsi, dans cette phase P0, l’erreur DM carb sur la masse de carburant est estimée à partir d’un réseau de points de mesure en fonctionnement stabilisé, en calculant la différence entre une consigne de masse de carburant injectée M carb_cm et une masse de carburant M carb_deb déduite à partir d’une mesure volumique fournie par un débitmètre de carburant. La consigne de masse de carburant injectée M carb_cm est la consigne calculée par le calculateur moteur multifonctionnel CMM dans les différentes situations de vie lors des essais. L’erreur de masse de carburant DM carb est obtenue avec l’égalité (1) montrée à la Fig.2. Dans la cartographie TAB réalisée, l’erreur de masse de carburant DM carb est tabulée en fonction du régime moteur RM et de la masse d’air de remplissage estimée M air dans les différentes situations de vie. Dans la phase d’exploitation P1, Le module logiciel embarqué ML1 met en œuvre les étapes E1 à E3 détaillées ci-dessous qui sont exécutées successivement par le processus de traitement. A l’étape E1, l’erreur de masse de carburant DM carb à prendre en compte est lue dans la cartographie TAB en utilisant comme entrées le régime moteur RM et la masse d’air de remplissage estimée M air délivrée par la fonction FER. A l’étape E2, une erreur de masse d’air de remplissage DM air (t i ) au temps courant est estimée par la fonction de calcul de compensation transitoire FCT. L’erreur de masse d’air de remplissage DM air (t i ) est calculée au moyen d’une première loi de calcul (2) montrée à la Fig.2 qui est obtenue par une inversion de l’équation du modèle mathématique de la sonde de richesse. On notera que t i est le temps courant, Dt i est le pas de temps du processus, M air (t i ) est la masse d’air de remplissage estimée par la fonction FER, M carb (t i ) est la masse de carburant calculée par la fonction FCC, DM carb (t i ) est l’erreur de masse de carburant obtenue à l’étape E1, k sto est le coefficient stœchiométrique applicable au carburant utilisé, et Ret et CT sont respectivement un retard et une constante de temps du modèle mathématique de la sonde de richesse qui sont fournis par des cartographies (non représentées) en fonction du régime moteur RM et de la masse d’air de remplissage estimée M air (t i ). A l’étape E3, il est calculé la compensation transitoire COMP trans à ajouter à la masse de carburant pour ramener la richesse air/carburant à R=1 pendant cette phase transitoire. La compensation transitoire COMP trans est déterminée en résolvant l’équation (3) montrée à la Fig.2 qui fixe une cible de richesse R=1. La compensation transitoire COMP trans est donnée par une deuxième loi de calcul (4) montrée à la Fig.2. Ainsi, de manière générale, afin d’obtenir la compensation de masse de carburant à injecter lors d’un transitoire de charge pour un moteur thermique, le procédé de l’invention distingue l’erreur provenant de l’estimation de la masse d’air admise et celle provenant de l’estimation de la masse de carburant injectée. Ces erreurs sont mesurées et permettent de corriger les estimations susmentionnées de la masse d’air admise et de la masse de carburant injectée afin de déterminer à postériori la compensation transitoire adaptée pour un meilleur suivi de richesse air/carburant lors d’un transitoire de charge. L’invention apporte une solution qui prend en compte les phénomènes physiques, contrairement aux méthodes connues susmentionnées de type « essai-erreur » ou basées sur un plan d’expérience. L’invention permet d’obtenir une compensation transitoire correspondant à un profil cible de richesse à partir de données cartographiques et de données d’essais. Les données d’essais comprennent des mesures spécifiques avec un débitmètre de carburant et la sonde de richesse. Des lois de commande découlant du modèle mathématique de la sonde de richesse sont utilisées pour déterminer la compensation transitoire qui s’approche le plus possible du profil cible. On notera que l’invention présente un intérêt économique certain en permettant de réduire le temps nécessaire pour la calibration des compensations transitoires lors de la mise au point du moteur thermique, tout en améliorant la précision d’exécution de cette calibration. L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation particuliers qui ont été décrits ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention. Procédé de détermination d’une compensation transitoire (COMP trans ) à apporter à une masse de carburant (M carb ) à injecter dans un moteur thermique à allumage commandé (MT), caractérisé en ce qu’il comprend une étape (E1) de lecture d’une erreur de masse de carburant (DM carb ) dans une cartographie (TAB), une étape (E2) de calcul d’une erreur de masse d’air de remplissage (DM air ) en prenant en compte ladite erreur de masse de carburant (DM carb ) et une mesure de richesse air/carburant (R mes ) dans ledit moteur thermique (MT), ledit calcul de ladite erreur de masse d’air de remplissage (DM air ) étant basé sur une première loi de calcul (2) dérivée d’un modèle mathématique de sonde de richesse, et une étape (E3) de calcul de ladite compensation transitoire (COMP trans ) en prenant en compte ladite erreur de masse de carburant (DM carb ) et ladite erreur de masse d’air de remplissage (DM air ), ledit calcul de ladite compensation transitoire (COMP trans ) étant basé sur une deuxième loi de calcul (4) dérivée dudit modèle mathématique de sonde de richesse et en prenant en compte un profil cible de richesse (R=1). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cartographie (TAB) est calibrée lors d’une phase préalable (P0) à partir d’une pluralité d’essais dans différentes situations de vie dudit moteur thermique (MT), et ladite erreur de masse de carburant (DM carb ) est obtenue à partir d’une différence entre une consigne de masse de carburant injectée (M carb_cm ) et une masse de carburant (M carb_deb ) déduite à partir d’une mesure volumique fournie par un débitmètre de carburant. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans ladite cartographie (TAB), ladite erreur de masse de carburant (DM carb ) est tabulée en fonction d’un régime moteur (RM) et d’une masse d’air de remplissage estimée (M air ). Calculateur (CMM) comportant une mémoire (MEM) stockant des instructions de programme pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. Calculateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit calculateur est un calculateur moteur multifonction (CMM) d'un véhicule. Véhicule comprenant un calculateur selon la revendication 4 ou 5.