EP4649232A1 - Procédé de détermination d'un remplissage maximal atteignable pour un moteur à combustion interne suralimenté - Google Patents

Procédé de détermination d'un remplissage maximal atteignable pour un moteur à combustion interne suralimenté

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EP4649232A1
EP4649232A1 EP23834248.9A EP23834248A EP4649232A1 EP 4649232 A1 EP4649232 A1 EP 4649232A1 EP 23834248 A EP23834248 A EP 23834248A EP 4649232 A1 EP4649232 A1 EP 4649232A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
internal combustion
air
combustion engine
correction factor
filling
Prior art date
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Pending
Application number
EP23834248.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sylvain CHASSAGNARD
Fabrice Chavanel
Kevin Betz
Philippe Quie
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Stellantis Auto SAS
Original Assignee
Stellantis Auto SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F02D2200/703—Atmospheric pressure

Definitions

  • TITLE METHOD FOR DETERMINING A MAXIMUM ACHIEVABLE FILLING FOR A SUPERCHARGED INTERNAL COMBUSTION ENGINE
  • the present invention relates to a method for determining a maximum achievable filling for a supercharged internal combustion engine.
  • the invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application with supercharged gasoline internal combustion engines implementing a Miller type combustion cycle.
  • Figure 1 shows an architecture of a supercharged internal combustion engine comprising an internal combustion engine 10 supercharged by a turbocharger 11 comprising an air compressor 13 and a turbine 14.
  • the air compressor 13 makes it possible to compress the intake air so as to optimize the filling of the cylinders of the internal combustion engine 10.
  • the air compressor 13 is arranged on an intake pipe 15 upstream of the internal combustion engine 10.
  • the intake pipe 15 also comprises a housing air inlet 16 receiving air from the outside (at ambient pressure and temperature) as well as an air filter 17.
  • the intake pipe 15 is connected to an intake distributor 18 capable of distributing air in the cylinders of the internal combustion engine 10.
  • a discharge valve 28 associated with a discharge circuit 29 makes it possible to manage the quantity of exhaust gas circulating through the turbine 14 and consequently to regulate the speed of rotation of said turbine 14.
  • Some turbines may not be equipped with this device and regulate the rotation speed via internally arranged vanes (variable geometry turbine).
  • a discharge valve 21 associated with a discharge circuit 22 makes it possible to secure the compressor 13 when the pressure at its terminals becomes too high by returning part of the flow supplied by the compressor 13 to the inlet of said compressor 13 via the discharge conduit 22.
  • a heat exchanger 23 called RAS (for “Supercharged Air Cooler”) is used capable of cooling the air circulating in the intake pipe 15.
  • the exchanger 23 is mounted downstream of the air compressor 13 and upstream of an air metering device 24 making it possible to manage a quantity of air entering the cylinders.
  • a catalyst 25 in particular a three-way type catalyst, is arranged on the exhaust pipe 19.
  • the catalyst 25 may or may not be associated with a particle filter.
  • the exhaust pipe 19 can also contain other post-treatment systems not illustrated in Figure 1 such as an ammonia reducer, a second particle filter or a second catalyst for example.
  • the exhaust pipe 19 also includes at least one silencer 26.1, 26.2.
  • an intermediate silencer 26.1 and a final silencer 26.2 are provided in order to comply with the noise standards of motor vehicles.
  • the intake pipe 15 and the exhaust pipe 19 as well as the elements arranged on these pipes 15, 19 form what is called the air loop in the rest of the document.
  • FIG. 2 illustrates the difference between a Miller combustion cycle (left) and an Atkinson combustion cycle (right). Below is the list of abbreviations in the figure: V: Volume
  • Patm Atmospheric pressure
  • TDC “Top Dead Center” or top dead center in French
  • IVO "Inlet Valve Opening” or opening of the intake valve in French
  • LIVC “Late Inlet Valve Closing” or late closing of an inlet valve in French
  • Figure 3 illustrates the impact on the volumetric efficiency of the millerization level. The lower the value of the intake closure F_adm, the earlier the valve closes and consequently the rate of millerization is high. In this case, iso-lines are formed vertically.
  • the inventive entity has developed a process for optimizing the stabilized performance in extreme conditions of gasoline thermal engines 10 equipped with a Miller combustion system. “Stabilized” performance is considered when a current value of air filling of the cylinders is close to or equal to a set value of air filling of the cylinders. Extreme conditions correspond to high altitude at which air density and cylinder filling decrease and/or high temperature.
  • Figure 4 illustrates in the form of a block diagram the definition of the criterion for activating a specific adjustment of the camshafts making it possible to close the intake valves later than in the context of conventional type operation. Miller.
  • adjustment of the camshafts is meant an adjustment of the phase shifters of the intake and exhaust camshafts.
  • the different blocks are implemented by a computer 30 of the motor vehicle.
  • Block (1) allows you to calculate the target filling (c) by selecting the minimum between the target filling before saturation (a) and the maximum filling under self-ignition stress of combustion (b).
  • the target filling before saturation (a) is a target filling of the cylinders with air without taking into account the constraints (or limits) of the air loop linked to a maximum speed of the turbocharger 11, a maximum outlet temperature of the compressor, and a pumping effect of the compressor 13, nor the constraints linked to a temperature of the exhaust gases or the constraints linked to combustion stability.
  • the maximum filling under self-ignition stress of the combustion takes into account constraints linked to a knocking phenomenon according to which we observe an uncontrolled combustion of the gases in the chamber of a cylinder after the spark or the phenomenon of "rumble" (rumble in French) according to which we observe an uncontrolled combustion of gases in the chamber of a cylinder before the spark.
  • Block (2) verifies that the target filling (c) is greater than the maximum filling that the thermal engine 10 can do with the initial settings of the camshafts, taking into account the limits of the air loop (d ) and returns a Boolean value (e), for example 1, if the check is true.
  • Block (3) is an "AND" logic block which checks that all input conditions (e), (f) and (g) are met and returns the Boolean value 1 (0) in this case.
  • Input (f) checks that a transient optimization is not already activated in order to avoid double activation of camshaft settings.
  • Transient optimization corresponds to an adjustment of the camshafts implemented when the current air filling value of the cylinders tends towards a target value far from the current value.
  • the entry (g) is a preliminary check that all the generic conditions are met, namely that the coolant temperature of the internal combustion engine is greater than a threshold temperature, for example of the order of 90 degrees. Celsius or is within a predetermined temperature range, and/or the engine speed is within a predetermined speed range.
  • the invention proposes a method for calculating the maximum filling that the engine can do with the initial settings of the camshafts, taking into account the limits of the air loop.
  • the subject of the invention is a method for determining a maximum filling achievable for a supercharged internal combustion engine comprising an air loop having at least one air compressor and an intake distributor comprising: - a step of estimating or measuring an air temperature in the intake distributor, and
  • the calculation of the maximum filling under constraints of the air loop is carried out for different settings of camshaft phase shifters of the internal combustion engine.
  • said method comprises a step of defining an adjustment of camshaft phase shifters applied at full load of the internal combustion engine.
  • said method further comprises a step of determining a third correction factor depending on the phasing of camshaft phase shifters of the internal combustion engine.
  • the invention also relates to a computer for controlling an internal combustion engine capable of determining a maximum filling attainable for a supercharged internal combustion engine comprising an air loop having at least one air compressor and an intake distributor, said calculator being configured to determine a maximum base filling depending on a ratio between the air temperature in the intake distributor and the air temperature upstream of the air compressor,
  • said computer is configured to perform a calculation of the maximum filling under constraints of the air loop is carried out for different settings of camshaft phase shifters of the internal combustion engine.
  • said computer is configured to define an adjustment of camshaft phase shifters applied at full load of the internal combustion engine.
  • said calculator is configured to determine a third correction factor depending on the phasing of camshaft phase shifters of the internal combustion engine.
  • the invention further relates to a motor vehicle comprising a computer as defined above.
  • the motor vehicle comprises a supercharged gasoline internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows an architecture of a supercharged internal combustion engine implementing the method according to the present invention
  • FIG. 3 already described, illustrates the influence of a "millerization" rate on the volumetric efficiency of the internal combustion engine
  • FIG. 4 already described, illustrates functional blocks making it possible to activate a specific adjustment of camshafts in stability mode and extreme conditions
  • FIG. 5 illustrates functional blocks making it possible to calculate, according to the method according to the invention, a maximum filling of the cylinders that the thermal engine can do with initial adjustments of camshafts taking into account the limits of the air loop;
  • FIG. 6 illustrates the result of the modeling according to the invention and its precision compared to a series of simulations
  • FIG. 7 illustrates an error in estimating the maximum filling as a function of the current operating point
  • FIG. 8 illustrates an implementation of the invention for predicting a maximum torque of the heat engine
  • FIG. 9 illustrates a variant implementation of the method according to the present invention.
  • Figure 5 illustrates functional blocks making it possible to calculate, according to the method according to the invention, a maximum filling of the cylinders that the thermal engine 10 can make with initial adjustments of camshafts taking into account the limits of the air loop.
  • the block (1') makes it possible to define the maximum basic filling (a') depending on the ratio between the air temperature Trep in the intake distributor 18 and the air temperature Tcomp upstream of the compressor d air 13.
  • Trep and Tcomp temperatures can be measured using a dedicated sensor. Alternatively, Trep and Tcomp temperatures can be estimated using atmospheric pressure measurement and an air loop model.
  • This block (1 ') takes into account the impact of the air temperature T rep in the intake distributor 18 on the volumetric efficiency of the heat engine 10 and the impact of the temperature Tcomp upstream of the compressor air 13 on the constraints of the air compressor 13 (pumping, maximum temperature).
  • the block (2') makes it possible to define a correction factor (b') in order to take into account the impact of the air temperature Tcomp upstream of the air compressor 13 alone.
  • the block (3') makes it possible to define a second correction factor (c') in order to take into account the altitude at which the internal combustion engine 10 is located.
  • the block (4') calculates the maximum filling (d') under constraints of the air loop as a function of the maximum basic filling (a'), the first correction factor (b'), and of the second correction factor (c'). For this purpose, the maximum base filling (a') is multiplied by the first correction factor (b') between 0 and 1 and by the second correction factor (c') between 0 and 1.
  • the functional blocks (1'), (2'), (3'), and (4') are implemented in software by a computer 30 for controlling the internal combustion engine 10 (see Figure 1). The computer 30 is able to control the internal combustion engine 10 as well as the different components of the corresponding architecture.
  • Figure 6 illustrates the result of the modeling according to the invention compared to a series of simulations whose number ranging from 1 to 90 is indicated on the abscise.
  • the upper graph illustrates the gross filling Remp as a function of the engine speed Wmth and the ambient temperature, the air temperature Trep in the intake distributor 18 and the altitude.
  • the raw filling Remp is equal to the ratio between a mass of air enclosed in the cylinder compared to a theoretical mass of air enclosed in the cylinder without boosting.
  • Arrows F1 represent the impact of the temperature of the intake distributor 18.
  • Arrow F2 represents the impact of altitude.
  • the stars correspond to the measurement data serving as reference points.
  • the crosses correspond to the results of the modeling according to the invention.
  • the lower graph represents the relative error E of the filling between the model and the measurement. This graph highlights that the precision of the model according to the invention is mainly within +/-5%. Only a few points are less precise but correspond to life situations for which the measurement is not robust.
  • the invention can be implemented with a single adjustment of camshaft phase shifters or can be adapted for each camshaft adjustment available to the thermal engine 10.
  • the invention can also be implemented to predict the maximum filling at full load used to supply a stabilized full load torque model which will then be used in the regulation of ESP type driving assistance systems (for “Electronic Stability Program” according to Anglo-Saxon terminology or “Electronic Stability Program” in French) and potential hybrid systems. Indeed, initially the estimate of the maximum torque was based on current quantities and consequently very not robust when the heat engine 10 is at low filling. To do this, the structure previously illustrated in Figure 5 was duplicated for different camshaft phase shifter settings. A selection is then made based on the setting that will be applied at full load.
  • Figure 7 illustrates the error in the estimation of the maximum filling as a function of the current operating point of the heat engine 10 (Wmth speed / Remp filling). A very significant error is observed throughout the low filling and low rev zone (at the white circle R). Indeed, on the graph, the darker the color, the greater the error.
  • Figure 8 illustrates a second use of the empirical model of the invention. More precisely, block B1 is dedicated to a camshaft phase shifter adjustment and block B2 to another camshaft phase shifter adjustment. The data (a'1)-(a'2), (b'1)-(b'2) and (c'1)-(c'2) are respectively identical to the data (a'), (b' ) and (c') of Figure 5.
  • Block (f) allows you to define which setting should be applied at full load and thus allows selection between blocks B1 and B2 via selection block (g).
  • the block (1 ') makes it possible to define the maximum basic filling (a') depending on the ratio between the air temperature Trep in the intake distributor 18 and the air temperature Tcomp upstream of the air compressor 13.
  • This block (1') takes into account the impact of the air temperature Trep in the intake distributor 18 on the volumetric efficiency of the heat engine 10 and the impact of the temperature d air Tcomp upstream of the air compressor 13 on the constraints of the air compressor 13 (pumping, maximum temperature).
  • the block (2') makes it possible to define a first correction factor (b') in order to take into account the impact of the air temperature Tcomp upstream of the air compressor 13 alone.
  • the block (3') makes it possible to define a second correction factor (c') in order to take into account the altitude at which the internal combustion engine 10 is located.
  • the block (5') establishes a third correction factor (e') depending on the phasing of the intake and exhaust camshaft phase shifters.
  • the block (4') calculates the maximum filling (d') under constraints of the air loop as a function of the maximum basic filling (a'), the first correction factor (b'), the second correction factor (c'), and the third correction factor (e').
  • Other variants resulting from the combination of the different embodiments of previous variants can be implemented.

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de détermination d'un remplissage maximal atteignable pour un moteur à combustion interne (10) suralimenté comportant: - une étape d'estimation ou de mesure d'une température d'air (Trep) dans le répartiteur d'admission (18), et - une étape d'estimation ou de mesure d'une température d'air (Tcomp) en amont du compresseur d'air (13), - une étape de détermination d'un remplissage maximal de base (a') dépendant d'un ratio entre la température d'air (Trep) dans le répartiteur d'admission (18) et la température d'air (Tcomp) en amont du compresseur d'air (13), - une étape de détermination d'un premier facteur de correction (b') dépendant de la température d'air (Tcomp) en amont du compresseur d'air (13), - une étape de détermination d'un deuxième facteur de correction (c') dépendant d'une altitude, - une étape de calcul du remplissage maximal (d') sous contraintes de la boucle d'air en fonction de ces paramètres.

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCÉDÉ DE DÉTERMINATION D'UN REMPLISSAGE MAXIMAL ATTEIGNABLE POUR UN MOTEUR À COMBUSTION INTERNE SURALIMENTÉ
[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française N°2300257 déposée le 11 .01 .2023 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[0002] La présente invention porte sur un procédé de détermination d'un remplissage maximal atteignable pour un moteur à combustion interne suralimenté. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les moteurs à combustion interne à essence suralimentés mettant en œuvre un cycle de combustion de type Miller.
[0003] L’adoption des normes antipollution a nécessité d'optimiser continuellement le rendement des moteurs thermiques. L’utilisation de la suralimentation couplée à un réduction de la taille des moteurs ("downsizing" selon la terminologie anglo-saxonne) a permis d'effectuer des progrès importants dans ce sens. Afin de continuer à réduire les émissions de particules polluantes dans le cadre des nouvelles règlementations Euro7 européenne, Sulev30 aux Etats-Unis d'Amérique et China7 en Chine, l’adoption du cycle de combustion Miller couplé à une turbine à géométrie variable se généralise.
[0004] L’adoption du cycle Miller basé sur une fermeture précoce de la soupape d’admission réduit drastiquement le rendement volumétrique (capacité à enfermer une masse d’air dans le cylindre à une pression donnée), ce qui a pour conséquence de demander beaucoup plus de pression de suralimentation et donc de venir mettre le moteur plus proche de ses contraintes thermomécaniques.
[0005] La figure 1 montre une architecture d’un moteur à combustion interne suralimenté comportant un moteur à combustion interne 10 suralimenté par un turbocompresseur 11 comprenant un compresseur d'air 13 et une turbine 14. Le compresseur d'air 13 permet de comprimer l'air d'admission de manière à optimiser le remplissage des cylindres du moteur à combustion interne 10. A cet effet, le compresseur d'air 13 est disposé sur une conduite d’admission 15 en amont du moteur à combustion interne 10. La conduite d'admission 15 comporte également un boîtier d'entrée d'air 16 recevant de l'air depuis l'extérieur (à pression et température ambiante) ainsi qu'un filtre à air 17. La conduite d'admission 15 est reliée à un répartiteur d'admission 18 apte à répartir l'air dans les cylindres du moteur à combustion interne 10.
[0006] L'écoulement des gaz d'échappement du moteur à combustion interne 10 entraîne en rotation la turbine 14 disposée sur une conduite d'échappement 19 reliée à un collecteur d'échappement 27 faisant converger les gaz d'échappement des cylindres vers la conduit d'échappement 19. La turbine 14 entraîne alors en rotation le compresseur d'air 13 par l'intermédiaire d'un arbre d'accouplement 20.
[0007] Une vanne de décharge 28 associée à un circuit de décharge 29 permet de gérer la quantité de gaz d’échappement circulant à travers la turbine 14 et par conséquence de réguler la vitesse de rotation de ladite turbine 14.
Certaines turbines peuvent ne pas être équipées de ce dispositif et régulent la vitesse de rotation via des ailettes disposées en interne (turbine à géométrie variable).
[0008] Une vanne de décharge 21 associée à un circuit de décharge 22 permet de sécuriser le compresseur 13 lorsque la pression à ses bornes devient trop importante en renvoyant une partie du débit fourni par le compresseur 13 à l’entrée dudit compresseur 13 via le conduit de décharge 22.
[0009] De manière à maximiser la densité de l’air, on utilise un échangeur de chaleur 23 dit RAS (pour "Refroidisseur d'Air de Suralimentation") apte à refroidir l’air circulant dans la conduite d’admission 15. L'échangeur 23 est monté en aval du compresseur d'air 13 et en amont d'un doseur d'air 24 permettant de gérer une quantité d'air entrant dans les cylindres.
[0010] Par ailleurs, un catalyseur 25, notamment un catalyseur de type trois voies, est disposé sur la conduite d'échappement 19. Le catalyseur 25 peut être associé ou non à un filtre à particules. [0011] La conduite d’échappement 19 peut également contenir d’autres systèmes de post-traitement non illustrés sur la figure 1 tels qu’un réducteur d’ammoniac, un second filtre à particule où un second catalyseur par exemple.
[0012] La conduite d'échappement 19 comporte également au moins un silencieux 26.1 , 26.2. En l'occurrence, on prévoit un silencieux intermédiaire 26.1 et un silencieux final 26.2 afin de respecter les normes sonores des véhicules automobiles.
[0013] La conduite d'admission 15 et la conduite d'échappement 19 ainsi que les éléments disposés sur ces conduites 15, 19 forment ce que l'on appelle la boucle d'air dans la suite du document.
[0014] La figure 2 illustre la différence entre un cycle de combustion Miller (à gauche) et un cycle de combustion Atkinson (à droite). On indique ci-après la liste des abréviations de la figure: V: Volume
Vmin : Volume de compression
Vh : Volume de cylindrée p pression
Patm : Pression atmosphérique
BDC : "Bottom Dead Center" ou point mort bas en langue française
TDC : "Top Dead Center" ou point mort haut en langue française
CA : "Crank Angle" ou angle de vilebrequin en langue française h : levée de soupape
EVO : "Exhaust Valve Opening" ou ouverture de la soupape d’échappement en langue française
EVC : "Exhaust Valve Closing" ou fermeture de la soupape d’échappement en langue française
IVO : "Inlet Valve Opening" ou ouverture de la soupape d’admission en langue française
IVC : "Inlet Valve Closing" ou fermeture de la soupape d’admission en langue française
EIVC : "Early Inlet Valve Closing" ou fermeture précoce de la soupape d’admission en langue française
LIVC : "Late Inlet Valve Closing" ou fermeture tardive d’une soupape d’admission en langue française
LCT: "Load control with throttle" ou contrôle de la charge avec le doseur d'air, EIVC_P: Profil de l’ElVC LIVC_P : Profil de LIVC
Conv_P : Profil conventionnel
Ech: Echappement Adm : Admission.
[0015] La figure 3 illustre l’impact sur le rendement volumétrique du niveau de millerisation. Plus la valeur de la fermeture admission F_adm est faible, plus la soupape se ferme tôt et par conséquence le taux de millerisation est important. Dans ce cas, des iso-lignes se forment à la verticale.
[0016] Les fermetures des soupapes d’admission F_adm et d’échappement F_ech s’expriment en degrés vilebrequin après le point mort bas.
[0017] L'entité inventive a développé un procédé d’optimisation de la performance stabilisée en conditions extrêmes des moteurs thermiques 10 à essence équipés d’un système de combustion Miller. La performance "stabilisée" est considérée lorsqu'une valeur courante d'un remplissage en air des cylindres est proche ou égale à une valeur de consigne d'un remplissage en air des cylindres. Les conditions extrêmes correspondent à une altitude élevée à laquelle la densité de l'air et le remplissage des cylindres diminuent et/ou à une température élevée.
[0018] La figure 4 illustre sous forme de schéma-bloc la définition du critère d'activation d'un réglage spécifique des arbres à cames permettant de fermer les soupapes d'admission plus tard que dans le cadre d'un fonctionnement classique de type Miller. Par "réglage des arbres à cames", on entend un réglage des déphaseurs des arbres à cames d'admission et d'échappement. Les différents blocs sont mis en œuvre par un calculateur 30 du véhicule automobile. Le bloc (1) permet de calculer le remplissage de consigne (c) en sélectionnant le minimum entre le remplissage de consigne avant saturation (a) et le remplissage maximal sous contrainte d’auto-inflammation de la combustion (b). Le remplissage de consigne avant saturation (a) est un remplissage d'air de consigne des cylindres sans prendre en compte des contraintes (ou des limites) de la boucle d'air liées à un régime maximal du turbocompresseur 11 , une température maximale en sortie du compresseur, et un effet de pompage du compresseur 13, ni les contraintes liées à une température des gaz d'échappement ou des contraintes liées à une stabilité de combustion.
[0019] Le remplissage maximal sous contrainte d’auto-inflammation de la combustion (b) tient compte de contraintes liées à un phénomène de cliquetis suivant lequel on observe une combustion non contrôlée des gaz dans la chambre d'un cylindre après l'étincelle ou le phénomène de "rumble" (grondement en français) suivant lequel on observe une combustion non contrôlée des gaz dans la chambre d'un cylindre avant l'étincelle.
[0020] Le bloc (2) vérifie que le remplissage de consigne (c) est supérieur au remplissage maximal que peut faire le moteur thermique 10 avec les réglages initiaux des arbres à cames en tenant compte de limites de la boucle d’air (d) et renvoi une valeur booléenne (e), par exemple 1 , si la vérification est vraie. Le bloc (3) est un bloc logique "ET" qui vérifie que toutes les conditions d’entrée (e), (f) et (g) sont bien remplies et renvoi la valeur booléenne 1 (0) dans ce cas.
[0021] L’entrée (f) vérifie qu’une optimisation transitoire n’est pas déjà activée afin d’éviter une double activation de réglages des arbres à cames. L'optimisation transitoire correspond à un réglage des arbres à cames mis en œuvre lorsque la valeur courante de remplissage en air des cylindres tend vers une valeur cible éloignée de la valeur courante.
[0022] L’entrée (g) est une vérification préalable que toutes les conditions génériques sont remplies, à savoir que la température de liquide de refroidissement du moteur à combustion interne est supérieure à une température seuil par exemple de l'ordre de 90 degrés Celsius ou se trouve dans une plage de température prédéterminée, et/ou que le régime moteur se trouve dans une plage de régime prédéterminée. [0023] L'invention propose un procédé de calcul du remplissage maximal que peut faire le moteur avec les réglages initiaux des arbres à cames en tenant compte des limites de la boucle d’air.
[0024] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de détermination d'un remplissage maximal atteignable pour un moteur à combustion interne suralimenté comportant une boucle d'air ayant au moins un compresseur d'air et un répartiteur d'admission comportant: - une étape d'estimation ou de mesure d'une température d'air dans le répartiteur d'admission, et
- une étape d'estimation ou de mesure d'une température d'air en amont du compresseur d'air,
- une étape de détermination d'un remplissage maximal de base dépendant d'un ratio entre la température d’air dans le répartiteur d'admission et la température d’air en amont du compresseur d'air,
- une étape de détermination d'un premier facteur de correction dépendant de la température d'air en amont du compresseur d'air,
- une étape de détermination d'un deuxième facteur de correction dépendant d'une altitude à laquelle se trouve le moteur à combustion interne, et
- une étape de calcul du remplissage maximal sous contraintes de la boucle d’air en fonction du remplissage maximal de base, du premier facteur de correction, et du deuxième facteur de correction.
[0025] Selon une mise en œuvre de l'invention, le calcul du remplissage maximal sous contraintes de la boucle d’air est effectué pour différents réglages de déphaseurs d'arbres à cames du moteur à combustion interne.
[0026] Selon une mise en œuvre de l'invention, ledit procédé comporte une étape de définition d'un réglage de déphaseurs d'arbres à cames appliqué en pleine charge du moteur à combustion interne.
[0027] Selon une mise en œuvre de l'invention, ledit procédé comporte en outre une étape de détermination d'un troisième facteur de correction dépendant de phasages de déphaseurs d’arbres à cames du moteur à combustion interne. [0028] L'invention a également pour objet un calculateur de contrôle d'un moteur à combustion interne apte à déterminer un remplissage maximal atteignable pour un moteur à combustion interne suralimenté comportant une boucle d'air ayant au moins un compresseur d'air et un répartiteur d'admission, ledit calculateur étant configuré pour déterminer un remplissage maximal de base dépendant d'un ratio entre la température d’air dans le répartiteur d'admission et la température d’air en amont du compresseur d'air,
- pour déterminer un premier facteur de correction dépendant d'une température d'air en amont du compresseur d'air,
- pour déterminer un deuxième facteur de correction dépendant d'une altitude à laquelle se trouve le moteur à combustion interne, et
- pour calculer le remplissage maximal sous contraintes de la boucle d’air en fonction du remplissage maximal de base, du premier facteur de correction, et du deuxième facteur de correction.
[0029] Selon une réalisation de l'invention, ledit calculateur est configuré pour effectuer un calcul du remplissage maximal sous contraintes de la boucle d’air est effectué pour différents réglages de déphaseurs d'arbre à cames du moteur à combustion interne.
[0030] Selon une réalisation de l'invention, ledit calculateur est configuré pour définir un réglage de déphaseurs d'arbres à cames appliqué en pleine charge du moteur à combustion interne.
[0031] Selon une réalisation de l'invention, ledit calculateur est configuré pour déterminer un troisième facteur de correction dépendant de phasages de déphaseurs d’arbres à cames du moteur à combustion interne.
[0032] L'invention concerne en outre un véhicule automobile comportant un calculateur tel que précédemment défini.
[0033] Selon une réalisation de l'invention, le véhicule automobile comporte un moteur à combustion interne à essence suralimenté. [0034] 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.
[0035] [Fig. 1], déjà décrite, montre une architecture d’un moteur à combustion interne suralimenté mettant en œuvre le procédé selon la présente invention;
[0036] [Fig. 2], déjà décrite, Illustre des cycles de combustion de type Miller (à gauche) et Atkinson (à droite);
[0037] [Fig. 3], déjà décrite, illustre l’influence d'un taux de "millerisation" sur le rendement volumétrique du moteur à combustion interne;
[0038] [Fig. 4], déjà décrite, illustre des blocs fonctionnels permettant d'activer un réglage spécifique d'arbres à cames en régime stabilité et conditions extrêmes;
[0039] [Fig. 5] illustre des blocs fonctionnels permettant de calculer, suivant le procédé selon l'invention, un remplissage maximal des cylindres que peut faire le moteur thermique avec des réglages initiaux d'arbres à cames en tenant compte des limites de la boucle d'air;
[0040] [Fig. 6] illustre le résultat de la modélisation selon l'invention et sa précision comparativement à une série de simulations;
[0041] [Fig. 7] illustre une erreur d'estimation du remplissage maximal en fonction du point de fonctionnement courant;
[0042] [Fig. 8] illustre une mise en œuvre de l'invention pour prédire un couple maximal du moteur thermique;
[0043] [Fig. 9] illustre une variante de mise en œuvre du procédé selon la présente invention.
[0044] La figure 5 illustre des blocs fonctionnels permettant de calculer, suivant le procédé selon l'invention, un remplissage maximal des cylindres que peut faire le moteur thermique 10 avec des réglages initiaux d'arbres à cames en tenant compte des limites de la boucle d'air. [0045] Le bloc (1') permet de définir le remplissage maximal de base (a') dépendant du ratio entre la température d’air Trep dans le répartiteur d'admission 18 et la température d’air Tcomp en amont du compresseur d'air 13. Les températures Trep et Tcomp peuvent être mesurées au moyen d'un capteur dédié. Alternativement, températures Trep et Tcomp peuvent être estimées au moyen d'une mesure de la pression atmosphérique et d'un modèle de la boucle d'air.
[0046] Ce bloc (1 ') prend en compte l’impact de la température d'air T rep dans le répartiteur d'admission 18 sur le rendement volumétrique du moteur thermique 10 et l’impact de la température Tcomp en amont du compresseur d'air 13 sur les contraintes du compresseur d'air 13 (pompage, température maximal).
[0047] Le bloc (2') permet de définir un facteur de correction (b') afin de prendre en compte l’impact de la température d'air Tcomp en amont du compresseur d'air 13 seule.
[0048] Le bloc (3') permet de définir un second facteur de correction (c') afin de prendre en compte l'altitude à laquelle se trouve le moteur à combustion interne 10.
[0049] Le bloc (4') effectue le calcul du remplissage maximal (d') sous contraintes de la boucle d’air en fonction du remplissage maximal de base (a'), du premier facteur de correction (b'), et du deuxième facteur de correction (c'). A cet effet, le remplissage maximal de base (a') est multiplié par le premier facteur de correction (b') compris entre 0 et 1 et par le deuxième facteur de correction (c') compris entre 0 et 1 . Les blocs fonctionnels (1'), (2'), (3'), et (4') sont mis en œuvre de façon logicielle par un calculateur 30 de contrôle du moteur à combustion interne 10 (cf. figure 1 ). Le calculateur 30 est apte à piloter le moteur à combustion interne 10 ainsi que les différents composants de l'architecture correspondante.
[0050] La figure 6 illustre le résultat de la modélisation selon l'invention comparativement à une série de simulations dont le numéro allant de 1 à 90 est indiqué en abscise. Le graphe supérieur illustre le remplissage brut Remp en fonction du régime moteur Wmth et de la température ambiante, de la température d'air Trep dans le répartiteur d'admission 18 et de l’altitude. Le remplissage brut Remp est égal au ratio entre une masse d'air enfermée dans le cylindre par rapport à une masse d'air théorique enfermée dans le cylindre sans suralimentation. Les flèches F1 représentent l'impact de la température du répartiteur d'admission 18. La flèche F2 représente l'impact de l'altitude.
[0051] Les étoiles correspondent aux données de mesure servant de points de repère. Les croix correspondent aux résultats de la modélisation selon l'invention. Le graphe inférieur représente l’erreur E relative du remplissage entre le modèle et la mesure. Ce graphique met en évidence que la précision du modèle selon l'invention est majoritairement dans les +/-5%. Seuls quelques points sont moins précis mais correspondent à des situations de vie pour lesquelles la mesure n’est pas robuste.
[0052] L'invention peut être mise en œuvre avec un unique réglage de déphaseurs d’arbres à cames ou peut être déclinée pour chaque réglage d’arbres à cames dont dispose le moteur thermique 10.
[0053] L'invention peut également être mise en œuvre pour prédire le remplissage maximal en pleine charge utilisé pour alimenter un modèle de couple stabilisé pleine charge qui sera ensuite utilisé dans la régulation des systèmes d'aide à la conduite de type ESP (pour "Electronic Stability Program" selon la terminologie anglo-saxonne ou "Programme de stabilité électronique" en français) et de potentiels systèmes hybrides. En effet, initialement l’estimation du couple maximal était basée sur les grandeurs courantes et par conséquence très peu robustes quand le moteur thermique 10 est sur un remplissage faible. Pour ce faire, la structure précédemment illustrée sur la figure 5 a été dupliquée pour différents réglages de déphaseurs d’arbres à cames. Une sélection est ensuite effectuée en fonction du réglage qui sera appliqué en pleine charge.
[0054] La figure 7 illustre l’erreur de l’estimation du remplissage maximal en fonction du point de fonctionnement courant du moteur thermique 10 (régime Wmth / remplissage Remp). Sur toute la zone à faible remplissage et bas régime (au niveau du rond blanc R) on observe une erreur très importante. En effet, sur le graphique, plus la couleur est foncée, plus l’erreur est importante. [0055] La figure 8 illustre une seconde utilisation du modèle empirique de l'invention. Plus précisément, le bloc B1 est dédié à un réglage de déphaseur d’arbre à cames et le bloc B2 à un autre réglage de déphaseur d’arbre à cames. Les données (a'1 )-(a'2), (b'1 )-(b'2) et (c'1 )-(c'2) sont respectivement identiques aux données (a'), (b') et (c') de la figure 5. (e1 ) correspond au remplissage maximal des cylindres pouvant être obtenu pour les réglages d'arbres à cames actuels. (e2) correspond au remplissage maximal des cylindres pouvant être obtenu pour les réglages d'arbres à cames qui optimisent les performances en régime stabilisé. Le bloc (f) permet de définir quel réglage doit être appliqué en pleine charge et permet ainsi de faire la sélection entre les blocs B1 et B2 via le bloc de sélection (g).
[0056] Les mises en œuvre de l'invention présentées ci-dessus sont dépendantes des réglages des déphaseurs d’arbres à cames en pleine charge. Tant que les réglages sont connus et qu’ils ne peuvent pas changer, ces mises en œuvre sont suffisantes. Cependant, si les réglages peuvent changer en fonction de conditions externes, les mises en œuvre précédentes sont limitées en précision. Afin de remédier à cela, une variante consiste à incorporer une dépendance aux phasages des déphaseurs en plus dans la modélisation selon l'invention, tel que cela est illustré sur la figure 9.
[0057] Plus précisément, le bloc (1 ') permet de définir le remplissage maximal de base (a') dépendant du ratio entre la température d’air Trep dans le répartiteur d'admission 18 et la température d’air Tcomp en amont du compresseur d'air 13. Ce bloc (1') tient compte de l’impact de la température d'air Trep dans le répartiteur d'admission 18 sur le rendement volumétrique du moteur thermique 10 et de l’impact de la température d'air Tcomp en amont du compresseur d'air 13 sur les contraintes du compresseur d'air 13 (pompage, température maximal).
[0058] Le bloc (2') permet de définir un premier facteur de correction (b') afin de prendre en compte l’impact de la température d'air Tcomp en amont du compresseur d'air 13 seule. [0059] Le bloc (3') permet de définir un second facteur de correction (c') afin de tenir compte de l'altitude à laquelle se trouve le moteur à combustion interne 10.
[0060] Le bloc (5') établit un troisième facteur de correction (e') dépendant de phasages des déphaseurs d’arbres à cames d'admission et d'échappement.
[0061] Le bloc (4') effectue le calcul du remplissage maximal (d') sous contraintes de la boucle d’air en fonction du remplissage maximal de base (a'), du premier facteur de correction (b'), du deuxième facteur de correction (c'), et du troisième facteur de correction (e'). [0062] D’autres variantes résultantes de la combinaison des différents modes de réalisation précédentes variantes peuvent être mises en œuvre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination d'un remplissage maximal atteignable pour un moteur à combustion interne (10) suralimenté comportant une boucle d'air ayant au moins un compresseur d'air (13) et un répartiteur d'admission (18), caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
- une étape d'estimation ou de mesure d'une température d'air (Trep) dans le répartiteur d'admission (18), et
- une étape d'estimation ou de mesure d'une température d'air (Tcomp) en amont du compresseur d'air (13),
- une étape de détermination d'un remplissage maximal de base (a') dépendant d'un ratio entre la température d’air (Trep) dans le répartiteur d'admission (18) et la température d’air (Tcomp) en amont du compresseur d'air (13),
- une étape de détermination d'un premier facteur de correction (b') dépendant de la température d'air (Tcomp) en amont du compresseur d'air (13),
- une étape de détermination d'un deuxième facteur de correction (c') dépendant d'une altitude à laquelle se trouve le moteur à combustion interne (10), et
- une étape de calcul du remplissage maximal (d') sous contraintes de la boucle d’air en fonction du remplissage maximal de base (a'), du premier facteur de correction (b'), et du deuxième facteur de correction (c').
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le calcul du remplissage maximal (d') sous contraintes de la boucle d’air est effectué pour différents réglages de déphaseurs d'arbres à cames du moteur à combustion interne (10).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de définition d'un réglage de déphaseurs d'arbres à cames appliqué en pleine charge du moteur à combustion interne (10).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de détermination d'un troisième facteur de correction (e') dépendant de phasages de déphaseurs d’arbres à cames du moteur à combustion interne (10).
5. Calculateur (30) de contrôle d'un moteur à combustion interne (10) apte à déterminer un remplissage maximal atteignable pour un moteur à combustion interne (10) suralimenté comportant une boucle d'air ayant au moins un compresseur d'air (13) et un répartiteur d'admission (18), caractérisé en ce que ledit calculateur (30) est configuré pour déterminer un remplissage maximal de base (a) dépendant d'un ratio entre la température d’air (Trep) dans le répartiteur d'admission (18) et la température d’air (Tcomp) en amont du compresseur d'air (13),
- pour déterminer un premier facteur de correction (b') dépendant d'une température d'air (Tcomp) en amont du compresseur d'air (13),
- pour déterminer un deuxième facteur de correction (c') dépendant d'une altitude à laquelle se trouve le moteur à combustion interne (10), et
- pour calculer le remplissage maximal (d') sous contraintes de la boucle d’air en fonction du remplissage maximal de base (a'), du premier facteur de correction (b'), et du deuxième facteur de correction (c').
6. Calculateur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est configuré pour effectuer un calcul du remplissage maximal (d') sous contraintes de la boucle d’air est effectué pour différents réglages de déphaseurs d'arbre à cames du moteur à combustion interne (10).
7. Calculateur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est configuré pour définir un réglage de déphaseurs d'arbres à cames appliqué en pleine charge du moteur à combustion interne (10).
8. Calculateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il est configuré pour déterminer un troisième facteur de correction (e') dépendant de phasages de déphaseurs d’arbres à cames du moteur à combustion interne (10).
9. Véhicule automobile comportant un calculateur (30) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8.
10. Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur (10) à combustion interne à essence suralimenté.
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