WO2016012095A1 - Procede de determination de la pression totale dans le cylindre d'un moteur - Google Patents

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combustion
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cylinder
fuel
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Bertrand Varoquie
Christophe BOUQUEY
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Aumovio France SAS
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Continental Automotive France SAS
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention generally relates to a method for determining the total pressure in a motor cylinder. It also relates to controlling the amount of fuel to be injected into an engine.
  • the invention finds applications, in particular, in the automotive sector and more specifically direct injection engines.
  • a direct injection engine comprises at least one cylinder in which fuel is injected by means of an injector.
  • a piston moves in the cylinder and compresses the gaseous mixture inside the cylinder.
  • the quantity of fuel to be injected must be controlled in an extremely precise way in order to avoid, on one side, injecting too little fuel which would cause a combustion action on the piston. less than that expected and, on the other hand, to inject too much fuel which would unnecessarily increase the consumption of the latter.
  • the quantity of fuel injected by an injector depends, on the one hand, on the pressure of the fuel supplying the injector and, on the other hand, on the opening time of the injector.
  • the pressure in the cylinder opposes the fuel injection and influences the amount of fuel injected.
  • the pressure in the cylinder, or back pressure seen from the injector, is due to both the compression of the air by the piston and the "overpressure" due to the combustion of the fuel injected.
  • Document US Pat. No. 6,782,737 proposes a system for estimating the maximum peak pressure in the cylinder, comprising a pressure sensor, a temperature sensor, means for determining the ratio between the charge and the quantity of fuel injected and a control computer determining the beginning of the injection.
  • the estimate of the maximum pressure peak is based on the fuel pressure and temperature, the ratio and the start of the injection. This estimate is used as data in order to limit the nitrogen oxide (NOx).
  • NOx nitrogen oxide
  • the pressure estimation system disclosed by this document uses sensors that measure a posteriori the pressure.
  • the solution proposed by this document can not therefore be used effectively as a predictive estimation model.
  • this system includes complex calculations that are not adapted to real-time estimation.
  • WO2005 / 103640A2 FR2892459A3, DE102012221245A1, DE102008044013A1 which relate to methods for evaluating the pressure in the cylinders of an internal combustion engine.
  • the invention aims to eliminate, or at least mitigate, all or part of the disadvantages of the prior art mentioned above.
  • the present invention will also make it possible to work in real time in order to precisely control the quantity of fuel to be injected as a function of the pressure levels prevailing in the cylinder.
  • the method according to the invention will also preferably be easy to calibrate and / or of high reliability and / or a moderate cost price.
  • the present invention proposes a method for determining the total pressure in a cylinder of an engine as a function of the angular position of a crankshaft and from a quantity of fuel to be injected, possibly in several injections.
  • the method comprises the following steps:
  • This method thus makes it possible in a direct injection engine to reliably determine the total pressure in the cylinder.
  • the tests carried out have shown that such a method is particularly well suited to accurately predict the pressure in the cylinder and be embedded in an engine computer.
  • this method advantageously makes it possible to dispense with certain calculations, such as thermodynamic calculations or enthalpy balances or energy balances or mass balances, which are too long and not compatible with a real-time calculation. .
  • An advantageous embodiment making it possible to simplify the calculations without substantially affecting the accuracy provides that the pressure without combustion is determined by considering that the compression and expansion of the gaseous mixture contained in the cylinder are adiabatic and that said mixture behaves as a perfect gas, said determination being corrected linearly as a function of the cooling temperature and the exhaust gas recirculation rate.
  • each under-pressure variation curve is effected by a relation between the combustion efficiency, the quantity of fuel to be injected, the cylinder volume relative to the angular position. of the crankshaft, the combustion start slope of the pressure subvariation curve, the angular position of the combustion start of the crankshaft, the end of combustion slope of the pressure subvariation curve and the end angular position crankshaft combustion.
  • This method taking into account the influence of all the injections advantageously allows a form of empirical determination of the pressure in the cylinder for multi-injection systems.
  • phase for determining each sub-variation of pressure may be such that:
  • the determination of each combustion start slope is made from a base value that is corrected for the amount of fuel to be injected, the exhaust gas recirculation rate and the time between previous injection and the corresponding injection
  • the determination of the angular position of the start of combustion of the crankshaft is carried out by adding the angular position of injection start and a time constant which is, it, determined from a base value which is corrected linearly according to the quantity of fuel to be injected and the exhaust gas recirculation rate,
  • the determination of the end of combustion slope is carried out by a linear relation as a function of the angular position of the beginning of injection,
  • the present invention furthermore relates to a device for determining the total pressure of a motor cylinder as a function of the angular position of a crankshaft, comprising means for implementing each of the steps of a method according to the invention.
  • This device directly embedded in a computer for controlling the engine advantageously improves the speed of calculation of the estimate. Indeed, this device makes it possible to estimate the total pressure in the cylinder in real time and in a predictive manner before the injection. It does not require, advantageously, no pressure sensor inside the cylinder.
  • the present invention relates to a device for controlling the amount of fuel to be injected into an engine cylinder as a function of the total pressure in the cylinder, comprising a device for determining the total pressure in a cylinder described above.
  • This device advantageously makes it possible, thanks to the estimation of the total pressure in a cylinder, to produce a finer and controlled injection. This allows to obtain a better adapted combustion and closer to the desired performance of the engine, which reduces losses and therefore fuel consumption.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a determination device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a general graph of the pressure in a cylinder as a function of the angular position of the crankshaft according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a validation graph for the present invention
  • FIG. 4 is an activity diagram illustrating a method according to the present invention.
  • FIG. 1 illustrates the general structure of an embodiment of a determination device 10 making it possible to determine the pressure within a cylinder P cy i in an engine as a function of the angular position crk of a crankshaft 14 of said engine.
  • Figure 1 also schematically illustrates the general structure of an embodiment of a control device 1 1 of the amount of fuel to be injected into said engine cylinder as a function of the pressure in the cylinder P cy i.
  • the control device 11 comprises a control unit 12, for example a microprocessor, in which the determination device 10 is embedded.
  • the control device 11 receives information from the user through a command 13, for example the pedals of the vehicle, which are transmitted to the control unit 12. This information makes it possible to determine the requested torque to the engine and thus to manage different blocks such as an injector 15, and possibly an intake valve 16 and a valve d
  • the control unit 12 comprises a unit 18 arranged to define the quantity of fuel to be injected MF, in the cylinder for each injection inji.
  • the determining device 10 comprises:
  • a unit 19 arranged to determine, by calculation, a pressure sub-variation curve AP comb _j corresponding to a combustion for each injection,
  • a unit 20 designed to determine, by calculation, the pressure, called non-combustion pressure P cy i_ m , in the cylinder when there is no combustion, and
  • a unit 22 arranged to determine, by calculation, the pressure in the cylinder P cy i from the information provided by the previously mentioned units.
  • the unit 19 is preferably formed of several blocks, each of which makes it possible to determine a parameter necessary for the determination of the pressure subvariation curve AP. It therefore comprises:
  • a block 23 arranged to determine the efficiency ⁇ of the combustion
  • a block 24 arranged to determine the angular position of the crankshaft 14 at the start of the SOC combustion, for each injection,
  • a block 25 arranged to determine the angular position of the crankshaft 14 at the end of combustion EOQ for each injection inji,
  • a block 26 arranged to determine the combustion start slope of said curve for each inj injection
  • FIG. 2 illustrates the result of an exemplary implementation of the determination device 10.
  • the angular position range was chosen to represent only the cycle around fuel injections.
  • the angular position of the crankshaft 14 varies from -40 ° to + 40 ° with the 0 ° point corresponding to the top dead center (TDC) of a corresponding piston. to the cylinder considered.
  • a curve 30 represents the total pressure in the cylinder P cy i estimated by the determining device 10 before the engine cycle.
  • the gaseous mixture introduced into the cylinder is compressed by a piston and fuel is injected.
  • a first pre-injection pilot inji a second pre-injection pilot inj 2
  • a main injection inj 3 a main injection inj 3. It should be noted that the total pressure in the cylinder P cy i increases with each injection of fuel, and in particular during the main injection, then decreases when the combustion ends and the piston goes down again, the curve tending towards a pressure minimal.
  • the estimation of the curve 30 is based on the calculation of the combustion pressure P without cy i_ m, illustrated by a curve 32, and the calculation of areas of sub-pressure variation AP comb _j induced by each injection inj ,.
  • Each of the injections of FIG. 2 generates a significant sub-variation of pressure during the combustion.
  • Each inj injection 1 ( inj 2 , inj 3 ) starts at a certain angular position of the crankshaft 14 corresponding respectively to each of the angular positions of injection beginning SOI ⁇ SOI 2 , SOI 3.
  • combustion begins, respectively at the starting positions of combustion SOC ⁇ SOC 2 , SOC 3 , with an increase in pressure to a certain point and then the combustion ends, respectively at end angular positions of combustion EOC EOC 2 , EOC 3
  • curves 33, 34, 35 illustrate the pressure sub-variations AP com b_j due to the inj injections.
  • Curve 35 has a large pressure variation due to the greater amount of fuel injected.
  • the main injection therefore has a greater influence on the behavior of the pressure in the cylinder P cy i.
  • the pressure sub-variations of the curves 33, 34 are not zero during the main inj injection 3 . They therefore also influence this injection and thus the pressure in the overall cylinder P cy i.
  • a method 45 for determining this pressure described with the help of FIG.
  • a first step 37 is a step of determining the pressure P c smokeless _ m, followed by 38 steps of determining each curve Pressure sub-variation AP comb _i-
  • the chronological order between step 37 and steps 38 may vary: these steps can even be done in parallel since they are independent.
  • the non-combustion pressure P cy i_ m as well as the pressure sub-variation curves AP comb _j are calculated as a function of the angular position crk of the crankshaft 14.
  • Step 37 consists of calculating the non-combustion pressure P cy i_m from a relation 50 corresponding to an adiabatic compression and expansion and from a linear correction relation 51.
  • the relationship 50 considers the Laplace coefficient ⁇ and depends on the pressure of an inlet inlet P in ta k e of said cylinder and the volume relative to the angular position crk.
  • the value Vive designates the volume of the combustion chamber when the inlet valve closes
  • the value V (crk) the volume V relative to the angular position crk.
  • PcyLm i (crk) P intake ( ⁇ (50)
  • the relation 51 is formed of a base value, corresponding to the result of the relation 50, to which are added several linear corrections, which can be formed, each , a constant and a coefficient relative to the parameters of the injection inj, here a first correction cor TC o depends on the cooling temperature TCO and a second correction cor EGR depends on the rate of recirculation of the gases to the EGR exhaust.
  • Each step 38 consists of calculating a pressure subvariation curve ⁇ (; ⁇ _._ ⁇ ) and, more precisely, determining the shape of the corresponding curve.
  • each of the curves is estimated in the same way by a relation 52 depending on the combustion efficiency ⁇ , the quantity of fuel to be injected MFi, the volume V relative to the angular position crk, the volume of the cylinder when the piston is at the top dead center V PMH and the starting slope ⁇ > combustion of said curve, the combustion start angular position SOQ, combustion end slope oc, said curve and the combustion end angular position EOQ.
  • the method 45 then comprises, within each step 38, several sub-steps. steps, each of which calculates one of the parameters of the relationship 52.
  • a substep 39 consists of calculating the combustion efficiency ⁇ , in bars / mg, in a linear relationship.
  • This relation includes a base value cste n to which are added several linear corrections.
  • Each of the corrections can be formed of a constant and a coefficient relative to the parameters of the inj injection.
  • a first correction horn FU p depends on the pressure of the FUP fuel injection and a second horn correcting T co depends TCO cooling temperature ,. Indeed, the more the engine is cooled, the more the combustion efficiency ⁇ decreases, that is to say that the number of unburned increases.
  • the parameters of the relationship 55, the relation 56, 57 and the relation 58 are first estimated in seconds in order to simplify the calculations, and then converted into angular degree. To do this, the conversion is carried out here from the relation 54 where N designates the engine speed.
  • the angular position. start of combustion SOC is determined by the relationship 55 where Xi represents a self-ignition time of the fuel, as shown in Figure 2.
  • the self-ignition delay xi can be estimated in seconds linearly by the relation 56 which comprises a base value cste T to which several linear corrections are added. Each of the corrections can be formed of a constant and a coefficient relative to the parameters of the injection injj.
  • a first correction MF MF depends on the amount of fuel MF
  • a second correction cor EGR depends on the recirculation rate of exhaust gases EGR ,.
  • the self-ignition delay ⁇ also comprises a third correction cor XDIFF depending on the time T D
  • the self-ignition time, of the relation 56 can be converted into degrees by the relation 54.
  • a sub-step 41 for determining the end angular position of EOG combustion is determined by the relation 57 where ⁇ indicates the combustion rate initially in mg.s -1 and converted to ° crk.s "1 .
  • a substep 42 consists in determining the slope ⁇ of the curve of under variation considered at the beginning of combustion. It can be estimated in second linearly by the relation 58 which comprises a base value cste ff to which several linear corrections are added. These can be formed, each, of a constant and a coefficient relative to the parameters of the inj injection.
  • the corrections depend on the fuel quantity MF ,, of the exhaust gas recirculation rate EGR; and time T D
  • a sub-step 43 makes it possible to calculate the slope It varies according to the angular position of the beginning of injection SOI, of the injection considered inj ,. Indeed, the more the injection is far from the position of the piston PMH and the slope a, end of combustion is slow.
  • the slope ai is therefore calibrable. It is, for example, calculated using an interpolation table.
  • a step 44 then makes it possible to estimate the final pressure by adding the combustion pressure P without cy i_ m and each of the pressure sub-b_i com AP variations according to the relation 59 where n denotes the total number of injections inj ,.
  • FIG. 3 illustrates, for an injection similar to that of FIG. 2, the results obtained with the determination method described above.
  • injections injection 2 , inj 3 of Figure 3 differ slightly from those of Figure 2.
  • a curve 28 illustrates the different injections.
  • this example comprises three injections: a first pilot pre-injection, a second pilot pre-injection, and then a main injection.
  • a curve 29 represents a measurement of the pressure in the cylinder P cy i made to validate the proposed method.
  • Curve 30 schematizes the total pressure in the cylinder P cy i estimated by the determination device 10 before the engine cycle (predictive estimation). Note that the curve 30 is very close to the curve 29. In fact, the difference between these two curves does not exceed a threshold of +/- 5 bars, illustrated in the figure by an interval 31, in the region of pre- injection, also called compression zone, and a threshold of +/- 10 bar in the combustion zone.
  • the present invention thus makes it possible to simply predict the pressure in a engine cylinder while getting very good accuracy.
  • the present invention also makes it possible to estimate the pressure in the cylinder by taking into account all the injections of a motor cycle, that is to say both the pre-injections and the main injection, as well as the injections after the injection. main injection.
  • Estimating the pressure in the cylinder at the time of the control of the injection makes it possible to effectively adjust the control of the quantity of fuel injected into the engine by acting for example on the opening time of the injectors.
  • the present invention can find applications for example in devices using engines, for example compression ignition engines also called diesel engines or also spark ignition engines also called gasoline engines.
  • the present invention can therefore be easily adapted to different motors.
  • correction parameters described above depend on the motor and the desired level of precision. It will not be beyond the scope of the invention to add a correction coefficient to take into account a parameter not mentioned here.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé (45) de détermination de la pression totale dans un cylindre (Pcyl) d'un moteur en fonction de la position angulaire (crk) d'un vilebrequin (14) et à partir d'une quantité de carburant à injecter en éventuellement plusieurs injections, comprenant les étapes suivantes : • détermination de la pression dans le cylindre lorsqu'il n'y a pas de combustion, ladite pression étant dite pression sans combustion (Pcyl_m), • détermination pour chaque injection (inji) d'une courbe de sous-variation de pression (ΔPcomb_i) provoquée par la combustion de la quantité de carburant injectée lors de l'injection (inji) considérée, courbe dont la forme est estimée en fonction de la quantité de carburant à injecter (MFi) et de la position angulaire de début d'injection (SOIi) de l'injection correspondante, • détermination de la pression totale dans le cylindre (Pcyl) par addition de la pression sans combustion (Pcyl_m) et des pressions données par les courbes de sous-variation de pression (ΔPcomb_i) de chaque injection (inji).

Description

Procédé de détermination de la pression totale dans le cylindre d'un moteur
La présente invention se rapporte en général à un procédé de détermination de la pression totale dans un cylindre de moteur. Elle concerne également le contrôle de la quantité de carburant à injecter dans un moteur.
L'invention trouve des applications, en particulier, dans le secteur de l'automobile et plus précisément des moteurs à injection directe.
Un moteur à injection directe comprend au moins un cylindre dans lequel est injecté, grâce à un injecteur, du carburant. Un piston se déplace dans le cylindre et comprime le mélange gazeux se trouvant à l'intérieur du cylindre. Pour une meilleure maîtrise du fonctionnement du moteur, la quantité de carburant à injecter doit être contrôlée de manière extrêmement précise afin d'éviter, d'un côté, d'injecter trop peu de carburant ce qui provoquerait une action de la combustion sur le piston moindre à celle attendue et, d'un autre côté, d'injecter trop de carburant ce qui augmenterait inutilement la consommation de ce dernier. La quantité de carburant injectée par un injecteur dépend, d'une part, de la pression du carburant alimentant l'injecteur et, d'autre part, du temps d'ouverture de l'injecteur. Cependant, la pression dans le cylindre s'oppose à l'injection de carburant et vient influencer la quantité de carburant injectée. La pression dans le cylindre, ou contre-pression vue de l'injecteur, est due à la fois à la compression de l'air par le piston et à la "surpression" due à la combustion du carburant injecté.
La plupart des moteurs à injection directe d'il y a quelques années ne tiennent pas compte de la pression régnant dans le cylindre pour commander l'injecteur. En effet, ce paramètre est négligé car on a estimé qu'il influait peu sur l'injection de carburant. Cependant, de nouvelles conceptions de moteurs rendent la quantité de carburant injecté dans un cylindre plus sensible à la pression régnant dans ledit cylindre. En effet, la quantité de carburant à injecter dans le cylindre est liée à la différence entre la pression du rail d'alimentation qui varie par exemple pour un moteur Diesel entre 200 bars et 2000 bars en fonction de la charge du moteur et la pression dans le cylindre qui varie entre 0 bar et 100 bars. Plus la charge du moteur est importante, donc plus la pression du rail d'alimentation est importante, et plus la pression dans le cylindre est négligeable par rapport à la pression du carburant injecté. En revanche, les zones de faible charge, et donc de faible pression, sont très sensibles à la pression régnant dans le cylindre. Les nouveaux moteurs obligent donc de tenir compte de la pression dans le cylindre afin d'obtenir des injections très précises.
Le document US 6,782,737 propose un système d'estimation du pic maximum de pression dans le cylindre comprenant un capteur de pression, un capteur de température, des moyens de détermination du ratio entre la charge et la quantité de carburant injecté et un ordinateur de contrôle déterminant le début de l'injection. L'estimation du pic maximum de pression se fait en fonction de la pression et de la température du carburant, dudit ratio et du début de l'injection. Cette estimation est utilisée comme donnée afin de limiter les émissions d'oxyde d'azote (NOx).
Ce document se focalise sur l'estimation du pic maximum de pression correspondant à l'injection principale. Cependant les moteurs actuels comportent des systèmes à multi-injections dont chaque injection influe sur la suivante. La précision de l'estimation fournie par le système de ce document peut donc être améliorée.
De plus, le système d'estimation de la pression divulgué par ce document utilise des capteurs qui mesurent a postériori la pression. La solution proposée par ce document ne peut donc pas être utilisée efficacement comme un modèle d'estimation prédictif.
En outre, ce système comprend des calculs complexes non adaptés à une estimation en temps réel.
On connaît également les documents WO2005/103640A2, FR2892459A3, DE102012221245A1 , DE102008044013A1 qui se rapportent à des procédés d'évaluation de la pression dans les cylindres d'un moteur à combustion interne.
L'invention vise à supprimer, ou du moins atténuer, tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur précités.
La présente invention a alors pour but de proposer un procédé permettant de déterminer précisément et de manière prédictive la valeur de la pression totale dans le cylindre le long d'au moins une partie d'un cycle moteur.
Avantageusement, la présente invention permettra aussi de travailler en temps réel afin de piloter précisément la quantité de carburant à injecter en fonction des niveaux de pression régnant dans le cylindre.
Le procédé selon l'invention sera également de préférence facile à calibrer et/ou d'une grande fiabilité et/ou d'un prix de revient modéré.
À cet effet, la présente invention propose un procédé de détermination de la pression totale dans un cylindre d'un moteur en fonction de la position angulaire d'un vilebrequin et à partir d'une quantité de carburant à injecter en éventuellement plusieurs injections. Selon l'invention le procédé comprend les étapes suivantes :
• détermination de la pression dans le cylindre lorsqu'il n'y a pas de combustion, ladite pression étant dite pression sans combustion,
• détermination pour chaque injection d'une courbe de sous-variation de pression provoquée par la combustion de la quantité de carburant injectée lors de l'injection considérée, courbe dont la forme est estimée en fonction de la quantité de carburant à injecter et de la position angulaire de début d'injection de l'injection correspondante, • détermination de la pression totale dans le cylindre par addition de la pression sans combustion et des pressions données par les courbes de sous-variation de pression de chaque injection.
Ce procédé permet ainsi dans un moteur à injection directe de déterminer de manière fiable la pression totale dans le cylindre. Les essais réalisés ont montré qu'un tel procédé est particulièrement bien adapté pour prédire précisément la pression dans le cylindre et être embarqué dans un calculateur du moteur.
En outre, ce procédé permet avantageusement de s'affranchir de certains calculs, tels que des calculs thermodynamiques ou des bilans d'enthalpie ou des bilans énergétiques ou encore des bilans de masse, qui sont trop longs et non compatibles avec un calcul en temps réel.
Une forme de réalisation avantageuse permettant de simplifier les calculs sans nuire de manière sensible à la précision prévoit que la pression sans combustion est déterminée en considérant que la compression et la détente du mélange gazeux contenu dans le cylindre sont adiabatiques et que ledit mélange se comporte comme un gaz parfait, ladite détermination étant corrigée linéairement en fonction de la température de refroidissement et du taux de recirculation des gaz à l'échappement.
En outre, dans une forme de réalisation préférée, la détermination de chaque courbe de sous-variation de pression s'effectue par une relation entre l'efficacité de combustion, la quantité de carburant à injecter, le volume du cylindre relatif à la position angulaire du vilebrequin, la pente de début de combustion de la courbe de sous-variation de pression, la position angulaire de début de combustion du vilebrequin, la pente de fin de combustion de la courbe de sous-variation de pression et la position angulaire de fin de combustion du vilebrequin.
Cette méthode prenant en compte l'influence de toutes les injections permet avantageusement une forme de détermination empirique de la pression dans le cylindre pour des systèmes à multi-injections.
Une telle phase de détermination de chaque sous-variation de pression, selon des modes de réalisation de l'invention pris isolément ou en combinaison, peut être telle que :
• la détermination de l'efficacité de combustion s'effectue à partir d'une valeur de base qui est corrigée en fonction de la température de refroidissement du carburant et de la pression du carburant à l'injection,
• la détermination de chaque pente de début de combustion s'effectue à partir d'une valeur de base qui est corrigée en fonction de la quantité de carburant à injecter, du taux de recirculation des gaz à l'échappement et du temps entre l'injection précédente et l'injection correspondante, • la détermination de la position angulaire de début de combustion du vilebrequin s'effectue par addition de la position angulaire de début d'injection et d'une constante de temps qui est, elle, déterminée à partir d'une valeur de base qui est corrigée linéairement en fonction de la quantité de carburant à injecter et du taux de recirculation des gaz à l'échappement,
• la détermination de la pente de fin de combustion s'effectue par une relation linéaire en fonction de la position angulaire de début d'injection,
• la détermination de la position angulaire de fin de combustion s'effectue par une relation linéaire entre la position angulaire de début de combustion, la vitesse de la combustion et la quantité de carburant à injecter.
La linéarité des calculs proposés ici permet de déterminer la pression dans le cylindre de manière simple et rapide diminuant ainsi les coûts.
La présente invention concerne en outre un dispositif de détermination de la pression totale d'un cylindre de moteur en fonction de la position angulaire d'un vilebrequin, comprenant des moyens pour la mise en œuvre de chacune des étapes d'un procédé selon l'invention. Ce dispositif directement embarqué dans un calculateur servant à contrôler le moteur permet d'améliorer, de manière avantageuse, la rapidité de calcul de l'estimation. En effet, ce dispositif permet d'estimer la pression totale dans le cylindre en temps réel et de manière prédictive avant l'injection. Il ne nécessite, avantageusement, pas de capteur de pression à l'intérieur du cylindre.
Enfin, la présente invention concerne un dispositif de contrôle de la quantité de carburant à injecter dans un cylindre de moteur en fonction de la pression totale dans le cylindre, comprenant un dispositif de détermination de la pression totale dans un cylindre décrit ci-dessus. Ce dispositif permet avantageusement, grâce à l'estimation de la pression totale dans un cylindre, de réaliser une injection plus fine et maîtrisée. Cela permet donc d'obtenir une combustion mieux adaptée et plus proche des performances souhaitées du moteur, ce qui diminue les pertes et donc la consommation de carburant.
Des détails et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma bloc illustrant un dispositif de détermination selon un mode de réalisation de la présente invention,
- la figure 2 est un graphe général de la pression dans un cylindre en fonction de la position angulaire du vilebrequin selon un exemple de réalisation de la présente invention,
- la figure 3 est un graphe de validation pour la présente invention, et - la figure 4 est un diagramme d'activités illustrant un procédé selon la présente invention.
La figure 1 illustre la structure générale d'une forme de réalisation d'un dispositif de détermination 10 permettant de déterminer la pression au sein d'un cylindre Pcyi dans un moteur en fonction de la position angulaire crk d'un vilebrequin 14 dudit moteur.
La figure 1 illustre également de manière schématique la structure générale d'une forme de réalisation d'un dispositif de contrôle 1 1 de la quantité de carburant à injecter dans ledit cylindre de moteur en fonction de la pression dans le cylindre Pcyi.
Le dispositif de contrôle 1 1 comprend une unité de contrôle 12, par exemple un microprocesseur, dans laquelle est embarqué le dispositif de détermination 10. Le dispositif de contrôle 1 1 reçoit des informations de l'utilisateur à travers une commande 13, par exemple les pédales du véhicule, qui sont transmises à l'unité de contrôle 12. Ces informations permettent de déterminer le couple demandé au moteur et ainsi de gérer différents blocs tels qu'un injecteur 15, et éventuellement une soupape d'admission 16 et une soupape d'échappement 17. En outre, l'unité de contrôle 12 comprend une unité 18 agencée pour définir la quantité de carburant à injecter MF, dans le cylindre pour chaque injection inji.
Le dispositif de détermination 10 comprend :
• une unité 19 agencée pour déterminer, par le calcul, une courbe de sous- variation de pression APcomb_j correspondant à une combustion pour chaque injection inj,,
• une unité 20 agencée pour déterminer, par le calcul, la pression, dite pression sans combustion Pcyi_m, dans le cylindre lorsqu'il n'y a pas de combustion, et
• une unité 22 agencée pour déterminer, par le calcul, la pression dans le cylindre Pcyi à partir des informations fournies par les unités précédemment citées.
L'unité 19 est, de préférence, formée de plusieurs blocs permettant chacun de déterminer un paramètre nécessaire à la détermination de la courbe de sous-variation de pression AP Elle comprend donc :
• un bloc 23 agencé pour déterminer l'efficacité η de la combustion,
· un bloc 24 agencé pour déterminer la position angulaire du vilebrequin 14 au début de la combustion SOC, pour chaque injection inj,,
• un bloc 25 agencé pour déterminer la position angulaire du vilebrequin 14 en fin de combustion EOQ pour chaque injection inji,
• un bloc 26 agencé pour déterminer la pente de début de combustion
Figure imgf000007_0001
de ladite courbe pour chaque injection inj,, et
• un bloc 27 agencé pour déterminer la pente de fin de combustion ai de ladite courbe pour chaque injection inj,. La figure 2 illustre le résultat d'un exemple de mise en oeuvre du dispositif de détermination 10. Cette figure 2 représente donc un graphique de la pression totale dans le cylindre Pcyi, en bars, ainsi que de la quantité de carburant MF, à injecter en mg (MF-i = 0,8 mg, MF2 = 0,8 mg, MF3 = 14,2 mg) en fonction de la position angulaire crk, en degré, du vilebrequin 14. La plage de position angulaire a été choisie de manière à représenter uniquement le cycle autour des injections de carburant. Ainsi, dans cette figure 2 (de même que pour la figure 3), la position angulaire du vilebrequin 14 varie de -40° à +40° avec le point 0° qui correspond au point mort haut (PMH) d'un piston correspondant au cylindre considéré.
Une courbe 30 représente la pression totale dans le cylindre Pcyi estimée par le dispositif de détermination 10 avant le déroulement du cycle moteur. Le mélange gazeux introduit dans le cylindre est comprimé par un piston et du carburant est injecté. Dans le présent exemple de réalisation, on suppose qu'il y a trois injections consécutives : une première pré-injection pilote inji, une deuxième pré-injection pilote inj2, puis une injection principale inj3. On remarque bien que la pression totale dans le cylindre Pcyi augmente à chaque injection de carburant, et en particulier lors de l'injection principale, puis diminue lorsque la combustion se termine et que le piston redescend, la courbe 30 tendant vers une pression minimale.
L'estimation de la courbe 30 se base sur le calcul de la pression sans combustion Pcyi_m, illustrée par une courbe 32, et sur le calcul de courbes de sous- variation de pression APcomb_j induites par chaque injection inj,.
Chacune des injections de la figure 2 génère une sous-variation de pression non négligeable lors de la combustion. Chaque injection inj1 ( inj2, inj3, débute à une certaine position angulaire du vilebrequin 14 correspondant respectivement à chacune des positions angulaires de début d'injection SOI^ SOI2, SOI3. Peu après chacune des injections, la combustion commence, respectivement à des positions angulaires de début de combustion SOC^ SOC2, SOC3, avec une augmentation de la pression jusqu'à un certain point puis la combustion se termine, respectivement à des positions angulaires de fin de combustion EOC EOC2, EOC3, avec la diminution de la pression jusqu'à tendre vers zéro. Des courbes 33, 34, 35 illustrent les sous-variations de pression APcomb_j dues aux injections inj,.
La courbe 35 présente une forte variation de pression du fait de la plus grande quantité de carburant injecté. L'injection principale a donc une plus grande influence sur le comportement de la pression dans le cylindre Pcyi. Cependant on remarque que les sous- variations de pression des courbes 33, 34 ne sont pas nulles lors de l'injection principale inj3. Elles influencent donc également cette injection et ainsi la pression dans le cylindre Pcyi globale. Afin de calculer la pression totale dans le cylindre Pcy,, il est proposé ici un procédé 45 de détermination de cette pression, décrit avec l'aide de la figure 4.
Comme représenté sur cette figure 4, à partir d'une quantité de carburant à injecter MF,, une première étape 37 est une étape de détermination de la pression sans combustion Pc _m, puis viennent des étapes 38 de détermination de chaque courbe de sous-variation de pression APcomb_i- L'ordre chronologique entre l'étape 37 et les étapes 38 peut varier : ces étapes peuvent même se faire en parallèle puisqu'elles sont indépendantes. De plus, la pression sans combustion Pcyi_m ainsi que les courbes de sous-variation de pression APcomb_j sont calculées en fonction de la position angulaire crk du vilebrequin 14.
L'étape 37 consiste à calculer la pression sans combustion Pcyi_m à partir d'une relation 50 correspondant à une compression et une détente adiabatiques et d'une relation 51 de correction linéaire.
La relation 50 considère le coefficient de Laplace γ et dépend de la pression d'une entrée d'admission Pintake dudit cylindre et du volume relatif à la position angulaire crk. Dans la relation 50, la valeur Vive désigne le volume de la chambre de combustion lorsque la soupape d'admission se ferme, et la valeur V(crk) le volume V relatif à la position angulaire crk.
PcyLmi(crk) = Pintake (^ (50) La relation 51 est formée d'une valeur de base, correspondant au résultat de la relation 50, à laquelle viennent s'ajouter plusieurs corrections linéaires. Ces dernières peuvent être formées, chacune, d'une constante et d'un coefficient relatif aux paramètres de l'injection inj,. Ici, une première correction corTCo dépend de la température de refroidissement TCO et une seconde correction corEGR dépend du taux de recirculation des gaz à l'échappement EGR.
PcyLm(crk) = Pcyl ml(crk) * (l + corTCO ^) * (l + corEGR E ) (51 )
Chaque étape 38 consiste à calculer une courbe de sous-variation de pression ΔΡ(;οπι_._ί et, plus précisément, à déterminer la forme de la courbe correspondante. Pour ce faire, chacune des courbes est estimée de la même manière par une relation 52 dépendant de l'efficacité de la combustion η, de la quantité de carburant à injecter MFi, du volume V relatif à la position angulaire crk, du volume du cylindre lorsque le piston est au point mort haut VPMH et de la pente de début de combustion σ> de ladite courbe, de la position angulaire de début de combustion SOQ, de la pente de fin de combustion oc, de ladite courbe et la position angulaire de fin de combustion EOQ.
Figure imgf000009_0001
Le procédé 45 comprend alors, au sein de chaque étape 38, plusieurs sous- étapes, chacune consistant à calculer un des paramètres de la relation 52.
Une sous-étape 39 consiste à calculer l'efficacité de combustion η, en bars/mg, suivant une relation 53 linéaire. Cette relation comprend une valeur de base csten à laquelle viennent s'ajouter plusieurs corrections linéaires. Chacune des corrections peut être formée d'une constante et d'un coefficient relatif aux paramètres de l'injection inj,. Ici, une première correction corFUp dépend de la pression du carburant FUP, à l'injection et une seconde correction corTco dépend de la température de refroidissement TCO,. En effet, plus le moteur est refroidi, plus l'efficacité de combustion η diminue, c'est-à-dire que le nombre d'imbrulés augmente.
η = este,, * (l + corFUP ?^) * (l + cor^o^^) (53)
Dans cet exemple, les paramètres de la relation 55, de la relation 56, 57 et de la relation 58 sont tout d'abord estimés en seconde afin de simplifier les calculs, puis convertis en degré angulaire. Pour se faire, on réalise, ici, la conversion à partir de la relation 54 où N désigne le régime moteur.
x(°crk) = 6 * N * x(s) (54)
La position angulaire . de début de combustion SOC, est déterminée par la relation 55 où Xi représente un délai d'auto-allumage du carburant, comme représenté sur la figure 2.
SOC^ SOIi + Tj (55) Le délai d'auto-allumage xi peut être estimé en seconde de manière linéaire par la relation 56 qui comprend une valeur de base csteT à laquelle viennent s'ajouter plusieurs corrections linéaires. Chacune des corrections peut être formée d'une constante et d'un coefficient relatif aux paramètres de l'injection injj. Pour le délai d'auto-allumage τ„ une première correction corMF dépend de la quantité de carburant MF, et une deuxième correction corEGR dépend du taux de recirculation des gaz à l'échappement EGR,. Ces deux corrections sont chacune de l'ordre de 40% par rapport à la valeur de correction globale. Le délai d'auto-allumage τ, comprend également une troisième correction corXDIFF dépendant du temps TD|FFÎ entre l'injection précédente inj,^ et l'injection inj,, une quatrième correction corFUP dépendant de la pression du carburant FUP, à l'injection et une cinquième correction corTco dépend de la température de refroidissement TCO,.
τ, = este, * (1 + , corMF— MFi " )\ * (l + . corEGR i^ EGR-i ) * (l + . corTDIFF— TDIF—Fi * i1 + C°rFUP + COI co (56)
Afin de calculer la position angulaire de début de combustion SOC,, le délai d'auto-allumage , de la relation 56 peut être converti en degré par la relation 54.
Une sous-étape 41 de détermination de la position angulaire de fin de combustion EOG, est déterminée par la relation 57 où λ indique la vitesse de combustion initialement en mg.s"1 et convertie en °crk.s"1.
EOCi = SOQ + ( ) (57)
Une sous-étape 42 consiste à déterminer la pente σ, de la courbe de sous variation considérée en début de combustion. Elle peut être estimée en seconde de manière linéaire par la relation 58 qui comprend une valeur de base csteff à laquelle viennent s'ajouter plusieurs corrections linéaires. Ces dernières peuvent être formées, chacune, d'une constante et d'un coefficient relatif aux paramètres de l'injection inj,. Ici, les corrections dépendent de la quantité de carburant MF,, du taux de recirculation des gaz à l'échappement EGR; et du temps TD|FFi entre l'injection précédente inj et l'injection inji.
°> = cste» * i1 +∞r- i£:) * (χ +
Figure imgf000011_0001
* i1 + Î≥) <58>
Une sous-étape 43 permet de calculer la pente Elle varie en fonction de la position angulaire de début d'injection SOI, de l'injection considérée inj,. En effet, plus l'injection se fait loin de la position PMH du piston et plus la pente a, de fin de combustion est lente. La pente ai est donc calibrable. Elle est, par exemple, calculée à l'aide d'une table d'interpolation.
Une étape 44 permet alors d'estimer la pression finale en ajoutant la pression sans combustion Pcyi_m et chacune des sous-variations de pression APcomb_i suivant la relation 59 où n désigne le nombre total d'injections inj,.
rcyl_m (crk) + ∑f=1 APcomb(crk)i (59)
La figure 3 illustre, pour une injection similaire à celle de la figure 2, les résultats obtenus avec le procédé de détermination décrit plus haut. Toutefois, les injections inj^ inj2, inj3 de la figure 3 diffèrent légèrement de celles de la figure 2. Une courbe 28 illustre les différentes injections. Comme pour la figure 2, cet exemple comprend trois injections : une première pré-injection pilote, une deuxième pré-injection pilote, puis une injection principale.
Une courbe 29 représente une mesure de la pression dans le cylindre Pcyi faite pour valider le procédé proposé. La courbe 30 schématise la pression totale dans le cylindre Pcyi estimée par le dispositif de détermination 10 avant le déroulement du cycle moteur (estimation prédictive). On remarque que la courbe 30 est très proche de la courbe 29. En effet, la différence entre ces deux courbes ne dépasse pas un seuil de +/-5 bars, illustré sur la figure par un intervalle 31 , dans la zone de pré-injection, également appelée zone de compression, et un seuil de +/-10 bars dans la zone de combustion.
La présente invention permet ainsi de prédire simplement la pression dans un cylindre de moteur tout en obtenant une très bonne précision.
La présente invention permet aussi d'estimer la pression dans le cylindre en tenant compte de toutes les injections d'un cycle moteur, c'est-à-dire aussi bien les préinjections que l'injection principale ou encore que les injections postérieures à l'injection principale.
Estimer la pression dans le cylindre au moment de la commande de l'injection permet d'adapter efficacement le contrôle de la quantité de carburant injecté dans le moteur en agissant par exemple sur la durée d'ouverture des injecteurs.
La présente invention peut trouver des applications par exemple dans des dispositifs mettant en œuvre des moteurs, par exemple des moteurs à allumage par compression appelés aussi moteurs Diesel ou également des moteurs à allumage commandé appelés aussi moteurs à essence. La présente invention peut donc être facilement déclinée pour des moteurs différents.
Les paramètres de corrections décrits plus haut dépendent du moteur et du niveau de précision souhaité. On ne sortira donc pas du cadre de l'invention en ajoutant un coefficient de correction pour tenir compte d'un paramètre non évoqué ici.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation présentée ci-dessus à titre d'exemple non limitatif. Elle concerne également les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de la pression totale dans un cylindre (Pcyi) d'un moteur en fonction de la position angulaire (crk) d'un vilebrequin (14) et à partir d'une quantité de carburant à injecter en éventuellement plusieurs injections, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : · détermination de la pression dans le cylindre lorsqu'il n'y a pas de combustion, ladite pression étant dite pression sans combustion (Pcyi_m),
• détermination pour chaque injection (inj,) d'une courbe de sous-variation de pression (APcomb_j) provoquée par la combustion de la quantité de carburant injectée lors de l'injection (inj,) considérée, courbe dont la forme est estimée en fonction de la quantité de carburant (MF,) à injecter et de la position angulaire de début d'injection (SOIj) de l'injection correspondante,
• détermination de la pression totale dans le cylindre (Pcyi) par addition de la pression sans combustion (Pcyi_m) et des pressions données par les courbes de sous-variation de pression (APCOmb_i) de chaque injection (injj).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la pression sans combustion (Pcyi_m) est déterminée en considérant que la compression et la détente du mélange gazeux contenu dans le cylindre sont adiabatiques et que ledit mélange se comporte comme un gaz parfait, ladite détermination étant corrigée linéairement en fonction de la température de refroidissement (TCO) et du taux de recirculation des gaz à l'échappement (EGR).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la détermination de chaque courbe de sous-variation de pression (APCOmb_j) s'effectue par une relation entre l'efficacité de combustion (η), la quantité de carburant à injecter (MF,), le volume du cylindre relatif à la position angulaire (crk) du vilebrequin (14), la pente de début de combustion (σι) de la courbe de sous-variation de pression (APComb_i), la position angulaire de début de combustion (SOC,) du vilebrequin (14), la pente de fin de combustion (ai) de la courbe de sous-variation de pression (APcomb_j) et la position angulaire de fin de combustion (EOC,) du vilebrequin (14).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la détermination de l'efficacité de combustion (η) s'effectue à partir d'une valeur de base (ctsen) qui est corrigée en fonction de la température de refroidissement du carburant (TCO,) et de la pression du carburant (FUP,) à l'injection.
5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que la détermination de chaque pente de début de combustion (σι) s'effectue à partir d'une valeur de base (ctseCT) qui est corrigée en fonction de la quantité de carburant à injecter (MF,), du taux de recirculation des gaz à l'échappement (EGR,) et du temps (TD|FR) entre l'injection précédente (inji.-ι) et l'injection correspondante (inj,).
6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la détermination de la position angulaire de début de combustion (SOQ) du vilebrequin s'effectue par addition de la position angulaire de début d'injection (SOI,) et d'une constante de temps (τι) qui est, elle, déterminée à partir d'une valeur de base (ctseT) qui est corrigée linéairement en fonction de la quantité de carburant à injecter (MF,) et du taux de recirculation des gaz à l'échappement (EGR).
7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la détermination de la pente de fin de combustion (α,) s'effectue par une relation linéaire en fonction de la position angulaire de début d'injection (SOI,).
8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la détermination de la position angulaire de fin de combustion (EOC,) s'effectue par une relation linéaire entre la position angulaire de début de combustion (SOQ), la vitesse de la combustion (λ) et la quantité de carburant à injecter (MFj).
9. Dispositif de détermination de la pression totale d'un cylindre (Pcyi) de moteur en fonction de la position angulaire (crk) d'un vilebrequin (14), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour la mise en uvre de chacune des étapes d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 8.
10. Dispositif de contrôle de la quantité de carburant à injecter dans un cylindre de moteur en fonction de la pression totale dans le cylindre (Pcyi), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon la revendication 9.
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