FR3111665A1

FR3111665A1 - Procede d’estimation d’une pression des gaz d’echappement pour un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR3111665A1
Application number: FR2006524A
Authority: FR
Inventors: Pierre-Emmanuel Guillaume; Fabien FOUQUET; Frederic Trelle
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2021-12-24
Anticipated expiration: 2040-06-22
Also published as: FR3111665B1

Abstract

La présente invention a pour objet un procédé d’estimation d’une pression des gaz d’échappement en phase de fermeture d’une soupape d’échappement d’un moteur à combustion interne consistant à calculer ladite pression à partir d’une première cartographie de calibration du moteur. Selon l’invention, durant une phase transitoire en régime et/ou en charge de remplissage des cylindres du moteur, le procédé comporte en outre les étapes suivantes de calcul (E2) d’une valeur corrigée de régime moteur, d’estimation (E3) d’un écart de pression des gaz d’échappement en fonction d’une première valeur de pression et d’une deuxième valeur de pression issue de ladite première cartographie pour ladite valeur corrigée de régime moteur et de calcul (E4) de ladite pression d’échappement en phase de fermeture de la soupape en fonction dudit écart de pression. Figure 3

Description

PROCEDE D’ESTIMATION D’UNE PRESSION DES GAZ D’ECHAPPEMENT POUR UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE

Le domaine de l’invention concerne un procédé d’estimation d’une pression des gaz d’échappement en sortie moteur, un procédé de pilotage de la charge en air frais des cylindres d’un moteur thermique, ainsi qu’une unité de commande de moteur thermique comportant des moyens de mettre en œuvre ledit procédé de pilotage.

Dans un moteur thermique, la détermination de la charge en air frais des cylindres est un des paramètres de fonctionnement primordial pour le pilotage d’un moteur à combustion interne. Typiquement, le pilotage de la charge se base sur la détermination de la masse des gaz à différents instants du cycle moteur, en particulier la masse de gaz totale dans les cylindres, la masse de gaz brulée résiduelle et la masse de gaz réaspirée en interne dans le cas d’un pilotage avec croisement des soupapes. De façon connue en soi, le calcul de la masse de gaz totale et de la masse de gaz brulée peut reposer sur le principe de l’équation d’état thermique des gaz parfaits, et le calcul de la masse de gaz réaspirée sur le principe de l’équation de Barré St Venant. Ces deux équations nécessitent une estimation de la pression des gaz d’échappement.

A titre d’exemple, on connait de l’état de la technique le document brevet WO2014130710A2 décrivant une technique de détermination de la masse de gaz résiduelle dans un moteur à combustion interne se basant sur des modèles de combustion des gaz, sur la valeur d’un facteur d’échelle adaptatif entre deux cycles de combustion et sur des mesures de température au niveau des collecteurs d’admission et d’échappement. On connait également le document brevet FR2847619A1 décrivant des techniques de détermination de masses de gaz pour le pilotage de la charge en remplissage d’air frais à partir de mesures de capteurs dans le collecteur d’admission ou dans les cylindres du moteur.

Ces techniques pour leur mise en œuvre reposent principalement sur l’usage de divers capteurs au sein du moteur, en particulier dans les collecteurs d’admission et d’échappement et dans les cylindres pour mesurer des valeurs en temps réels de température et de pression. Comme on le sait, l’implantation de moyens d’instrumentation intégrée est coûteuse. Les constructeurs ont bien sûr recours à ces moyens d’instrumentation pour la calibration en banc de test. Cependant, on cherche à éviter au maximum l’usage des capteurs en situation de vie des véhicules car en cas de défaillance ils peuvent être à l’origine de défauts au niveau des fonctions de pilotage des moteurs. Ces méthodes de commande des moteurs peuvent donc être problématiques et ne conviennent pas pour des fabrications en série pour lesquelles on recherche des coûts de fabrication faibles, ainsi qu’un usage réduit d’une instrumentation de mesure.

Dans ce but, les constructeurs font généralement appels à des techniques de pilotage consistant à estimer à partir de modèles et de cartographies de calibration divers paramètres d’état du moteur, notamment la température et la pression des gaz d’échappement pour calculer les masses de gaz en jeu. La valeur de pression peut s’estimer à partir d’une cartographie de calibration construite sur des points de fonctionnement nominal et stationnaire du moteur lors de la mise au point du moteur. La cartographie de calibration est alors enregistrée en mémoire de l’unité de commande du moteur et délivre à tout instant des valeurs de pression en fonction des paramètres instantanés moteur, notamment le régime et la charge en remplissage d’air frais. Ces techniques de pilotage sont avantageuses car elles reposent sur des observations précises du comportement moteur en conditions contrôlées et pour l’ensemble des points de fonctionnement du moteur. Elles évitent en outre le recours à de l’instrumentation coûteuse pour une fabrication en série.

Cependant, lors d’un transitoire de régime et de charge du moteur, les gaz d’échappement présentent une inertie de mouvement de fluide due à la célérité des gaz au travers de la ligne. Le calcul de la valeur nominale du point stabilisé issue de la cartographie de calibration peut alors être affecté d’une déviation par rapport à la valeur réelle de la pression de ligne, du fait de la vitesse de convergence des conditions thermiques vers la valeur du point stabilisé de fin de transitoire. Cette déviation entre la valeur de pression réelle de ligne et la valeur de pression issue de la cartographie de calibration à partir des paramètres instantanées moteur affectent par conséquent le calcul de la masse de gaz réaspirée et résiduelle par rapport aux conditions réelles, et donc au final le pilotage de la charge de remplissage en air frais par rapport au couple moteur à piloter.

Durant l’observation expérimentale d’un transitoire en régime et charge moteur, on a observé une dérive lente de richesse d’environ 4% à 5% durant une période d’environ deux minutes et trente secondes. La dérive de richesse est issue de la déviation du pilotage de la charge en air au regard du couple mesuré. En effet, une sous-estimation de la charge en air en début de transitoire impacte la fonction de régulation de richesse du moteur, dont un paramètre d’entrée du modèle est la charge en air, et peut donc impliquer une surconsommation du moteur. De plus, ce comportement de dérive de la richesse peut entrainer des problématiques au niveau des fonctions d’apprentissage des erreurs de l’estimateur de la charge en air. Un apprentissage de l’erreur sur un point de fonctionnement non convergé peut être critique.

Il existe donc un besoin de remédier aux problèmes précités. Un objectif de l’invention est de proposer une technique de pilotage améliorée de la charge en air frais d’un moteur à combustion interne lors d’un transitoire en régime et en charge pour réduire la consommation et optimiser le pilotage de la richesse. Un autre objectif est l’amélioration de la précision de calcul de la pression des gaz à l’échappement reposant sur des modèles de calibration lors d’une phase transitoire. Un autre objectif de l’invention est de proposer une technique de pilotage se basant principalement sur des modèles de calibration pour éviter le recours à de l’instrumentation embarquée.

Plus précisément, l’invention concerne un procédé d’estimation d’une pression des gaz d’échappement en phase de fermeture d’une soupape d’échappement d’un moteur à combustion interne consistant à calculer ladite pression à partir d’une première cartographie de calibration du moteur aux points de fonctionnement nominal et stationnaire du moteur et où ladite première cartographie fournit une valeur de pression en fonction au moins de la valeur instantanée de régime moteur. Selon l’invention, durant une phase transitoire en régime et/ou en charge de remplissage des cylindres du moteur, le procédé comporte en outre les étapes suivantes :

Le calcul d’une valeur corrigée de régime moteur représentative des variations thermodynamiques des gaz d’échappement dans la ligne d’échappement lors de la phase transitoire,
L’estimation d’un écart de pression des gaz d’échappement entre une première valeur de pression issue de ladite première cartographie pour la valeur instantanée du régime moteur et une deuxième valeur de pression issue de ladite première cartographie pour ladite valeur corrigée de régime moteur,
Le calcul de ladite pression d’échappement en phase de fermeture de la soupape en fonction dudit écart de pression et de ladite valeur de pression instantanée fournie par la cartographie pour la valeur instantanée de régime moteur.

Selon une variante, la valeur corrigée de régime moteur est calculée en fonction du rapport entre une première valeur d’un paramètre d’état des gaz d’échappement déterminée à partir d’un modèle du paramètre d’état modélisant ledit paramètre d’état pour des paramètres instantanés du moteur, et une deuxième valeur dudit paramètre d’état des gaz d’échappement déterminé à partir d’une deuxième cartographie de calibration.

Selon une variante, le paramètre d’état des gaz d’échappement est la température des gaz d’échappement.

Selon une variante, la valeur corrigée de régime moteur est égale à l’équation suivante, où RPM2 est la valeur corrigée de régime, RPM1 la valeur instantanée de régime moteur, T1 est la première valeur de température et T2 est la deuxième valeur de température :

Selon cette dernière équation, la deuxième cartographie de calibration fournit une valeur de température représentative des gaz d’échappement, soit une première température en sortie du collecteur d’échappement du moteur, soit une deuxième température en aval d’une turbine d’un turbocompresseur d’un circuit de recirculation des gaz du moteur, soit une troisième température moyenne d’un catalyseur de la ligne d’échappement, ou soit une quatrième température moyenne en sortie d’un catalyseur de la ligne d’échappement.

Selon une variante, le procédé comporte en outre la détection d’une phase de croisement des soupapes d’un cylindre et la première et la deuxième valeur de pression des gaz d’échappement sont respectivement une première et une deuxième valeur moyenne de la pression durant ladite phase de croisement des soupapes.

Selon un premier mode de détection de la phase de croisement, la détection de la phase de croisement consiste à détecter un premier instant d’ouverture d’une soupape d’admission et un deuxième instant de fermeture d’une soupape d’échappement et la phase de croisement est délimitée par le premier et le deuxième instant.

Selon un deuxième mode de détection, la détection de la phase de croisement consiste à détecter un point de croisement des soupapes et la phase de croisement est délimitée par une plage angulaire du vilebrequin de +/-2,5 degrés autour dudit point de croisement.

Selon un troisième mode, le procédé comporte la détection d’un point de fermeture d’une soupape d’échappement d’un cylindre et la première et la deuxième valeur de pression des gaz d’échappement sont respectivement une première et une deuxième valeur moyenne de la pression sur une plage angulaire du vilebrequin de +/-1 degré autour dudit point de fermeture.

L’invention concerne également un procédé de pilotage de la charge en air frais des cylindres et/ou de la consigne de richesse d’un moteur à combustion interne comprenant le calcul de masse de gaz brulée et comprenant les étapes suivantes :

L’estimation de la pression des gaz d’échappement durant une phase de fermeture d’une soupape d’échappement dudit moteur au moyen du procédé d’estimation de la pression d’échappement selon l’un quelconque des modes de réalisation précédent,
Le calcul d’une masse de gaz brulée dans les cylindres du moteur en fonction de ladite pression d’échappement.

L’invention concerne une unité de commande d’un moteur thermique configurée pour mettre en œuvre l’un quelconque des modes de réalisation des procédés selon l’invention, et un véhicule automobile comportant un moteur thermique et ladite unité de commande.

L’invention concerne également un produit programme-ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par une unité de commande du moteur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre l’un quelconque des modes de réalisation du procédé d’estimation de la pression des gaz d’échappement selon l’invention.

L’invention permet d’améliorer la précision de calcul de la pression d’échappement en sortie moteur en prenant en compte la célérité et les variations thermodynamiques des gaz d’échappement au travers de la ligne d’échappement lors d’un transitoire en régime et charge moteur. Le procédé améliore le pilotage de la charge en air frais.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :

représente une unité de commande d’un moteur thermique à combustion interne configurée pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention ;

illustre une cartographie de calibration fournissant une valeur de pression des gaz d’échappement en fonction du régime et de la charge de remplissage en air frais du moteur ;

représente un algorithme de mise en œuvre d’un procédé d’estimation de la pression des gaz d’échappement et de calcul des masses de gaz brulées lors d’un transitoire en régime et/ou charge moteur conformément à l’invention ;

représente la fonction de calcul du régime moteur corrigé mise en œuvre par le procédé selon l’invention ;

représente la fonction de calcul d’un écart de pression des gaz d’échappement sur la base du régime moteur corrigé pour l’estimation des masses de gaz brulées lors d’un transitoire en régime et/ou charge moteur ;

illustre un cycle de montée et descente d’une soupape d’admission et d’une soupape d’échappement et une période de calcul de la pression des gaz d’échappement dudit cycle conformément au procédé selon l’invention.

L’invention concerne un procédé d’estimation d’une pression des gaz d’échappement et un procédé de pilotage de la charge en air frais et/ou de la consigne de richesse d’un moteur à combustion interne et une unité de commande de moteur à combustion interne configuré pour la mise en œuvre desdits procédés. L’invention s’applique aux véhicules automobiles. Les gaz d’échappement d’un moteur thermique passent successivement par les soupapes d’échappement, le collecteur d’échappement, éventuellement une partie par un circuit de recirculation, pour déboucher vers une ligne d’échappement, laquelle est munie de dispositifs de dépollution, tel qu’un catalyseur. Une partie des gaz peut être réaspirée en interne du moteur dans le circuit d’admission en cas de croisement des soupapes. Pour le pilotage de la charge en air frais et de la consigne de richesse, il est nécessaire d’estimer précisément les différentes masses de gaz brulées en jeu, notamment lors de transitoires en régime et/ou charge du moteur durant lesquels le comportement thermodynamique des gaz à travers la ligne peut affecter la précision des paramètres d’état estimés à partir de cartographies de calibration.

La figure 1 illustre une unité de commande ECU (« Electronic Control Unit ») de moteur à combustion interne, destinée par exemple pour un groupe motopropulseur de véhicule automobile. L’unité de commande ECU met en œuvre des cartographies de calibration de paramètres d’état, ainsi que des modèles de calcul de paramètres d’état, du moteur et de la ligne d’échappement, construits en banc d’essai et délivrant des valeurs pour des points de fonctionnement du moteur. Les modèles et cartographies sont bien connus de l’homme du métier dans le domaine de pilotage des moteurs à combustion interne. Plus précisément, une cartographie de calibration est construite sur des points de fonctionnement nominal et stationnaire du moteur, défini également comme régime stabilisé, ayant par exemple comme paramètres d’entrée le régime RG et la charge CG du moteur. Ces paramètres d’état, déterminés en temps réels, lors du fonctionnement du moteur peuvent être pris comme paramètre d’entrée par une ou plusieurs fonctions de pilotage du moteur, telles que les fonctions de calcul de masses de gaz, la fonction de la consigne de richesse CS_ric et la consigne de charge en air frais CS_ch.

La consigne de charge en air frais est estimée à partir de l’équation suivante :

Où, CS_ch est la consigne de charge en air frais, Ma la masse d’air frais, Mtot la masse de gaz dans le cylindre, Mo la masse de gaz de référence aux conditions normales de température et de pression (To= 298.15K, Po= 1013mbar), Mb la masse de gaz brulée, Mb_resi = Masse de gaz brûlée résiduelle, Mb_reasp = Masse de gaz brulée réaspirée de façon interne (avec croisement de soupape).

En outre, le calcul de la masse de gaz totale et la masse de gaz résiduelle se réalise à partir de l’équation des gaz parfait et le calcul de la masse de gaz réaspirée à partir de l’équation de Barré St Venant.

Par exemple, l’unité de commande ECU est configurée au moyen d’une cartographie de calibration de la pression des gaz d’échappement CART P3c ayant comme paramètre d’entrée le régime RG et la charge CG moteur et avec pour paramètre de sortie une valeur de pression P3c, et des cartographies de calibration de température des gaz d’échappement en sortie moteur, pour différentes positions dans la ligne d’échappement CART T3, CART T4, CART T5, CART TKTA avec pour paramètre de sortie une valeur de température des gaz d’échappement T3, T4, T5, TKTA respectivement au niveau du collecteur d’échappement du moteur, en aval d’une turbine d’un turbocompresseur d’un circuit de recirculation des gaz du moteur, au niveau d’un catalyseur de la ligne d’échappement, et en sortie d’un catalyseur de la ligne d’échappement. Les cartographies de calibration de température prennent comme paramètres d’entrée les valeurs instantanées de régime et charge moteur.

La valeur de la position du vilebrequin VL peut être utilisée pour déclencher le calcul de la pression P3c et de la température des gaz d’échappement T3, T4, T5, TKTA à des instants spécifiques du cycle moteur, par exemple durant une phase de croisement des soupapes d’un cylindre, ou une période encadrant l’instant du point de fermeture des soupapes d’échappement en cas de pilotage sans croisement de soupape, le cas échéant. Ces instants sont définis par des positions angulaires du vilebrequin du moteur.

L’unité de commande ECU met en œuvre également pour les besoins du procédé d’estimation de la pression d’échappement un modèle de température MOD T délivrant une température des gaz d’échappement en sortie du moteur, dite réelle ou courante, en fonction de divers paramètres tels que le régime moteur, la charge, l'avance à l'allumage, le débit des gaz d’échappement et la consigne de richesse.

La figure 2 illustre schématiquement une cartographie de calibration de la pression des gaz d’échappement P3c en fonction du régime RPM exprimé en tours/min et du rapport RL de la charge par rapport à la capacité de charge moteur au point de croisement des soupapes d’un cylindre sur laquelle deux points de fonctionnement du moteur sont indiqués, PT1500 et PT2000 pour respectivement un régime de 1500 tr/min et un rapport de charge de 0,5RL et un régime de 2000 tr/min pour un rapport de charge de 0,5RL. Cette illustration démontre la variation de pression pour un transitoire en régime à charge constante de 1500 tr/min à 2000 tr/min. Selon cette cartographie, on constate qu’à régime variable autour du point PT1500 la pression diminue et qu’à régime décroissant à partir du point PT2000 la pression augmente. Cette cartographie illustre donc le phénomène de variation de la pression et l’impact sur le calcul des masses de gaz.

L’unité de commande ECU est munie d’un calculateur à circuits intégrés et de mémoires électroniques, le calculateur et les mémoires étant configurés pour exécuter le procédé d’estimation de la pression des gaz d’échappement et de pilotage de la charge en air frais et/ou de la richesse. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, le calculateur pourrait être externe à l’unité de commande ECU, tout en étant couplé à cette dernière. Dans ce dernier cas, il peut être lui-même agencé sous la forme d’un calculateur dédié comprenant un éventuel programme dédié, par exemple. Par conséquent, l’unité de commande, selon l’invention, peut être réalisée sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d’une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels.

La figure 3 représente une séquence schématique du procédé d’estimation de la pression d’échappement P3c en sortie du moteur et du procédé de pilotage de la charge en air frais et de la consigne de richesse mise en œuvre par l’unité de commande du moteur thermique. Le procédé réalise en continu, avec un pas de calcul d’environ 10ms par exemple, divers calculs et acquisitions de paramètres d’état, notamment le régime moteur instantané, la charge en air, le calcul d’un régime corrigé représentatif d’une variations thermodynamiques de gaz d’échappement à travers la ligne d’échappement, des valeurs de pression d’échappement et écart de pression en fonction du régime corrigé et des valeurs de température issues des modèles de températures et cartographies de température.

Dans une première étape E1, le procédé détecte un instant de début d’une période de calcul pour l’estimation d’une valeur de pression d’échappement. Le procédé d’estimation de la pression d’échappement s’exécute durant une phase de fermeture des soupapes. Par phase de fermeture, on entend que le procédé s’applique pour les cas avec croisement des soupapes d’admission et d’échappement, ainsi que les cas sans croisement des soupapes. La période de calcul s’initie lorsqu’on détecte une position angulaire du vilebrequin correspondant à un point d’ouverture des soupapes d’admission (cas de croisement des soupapes), une position angulaire de référence par rapport au point de croisement des soupapes, ou une position angulaire de référence par rapport au point de fermeture des soupapes (sans croisement des soupapes) selon l’architecture du moteur.

Dans une deuxième étape E2, le procédé comporte une étape d’acquisition d’une valeur du régime moteur instantané et le calcul d’une valeur corrigée de régime. Selon l’invention, le régime corrigé est fonction notamment d’un rapport entre deux valeurs de température des gaz d’échappement. Ce calcul sera décrit plus précisément dans la suite de la description en figure 4 qui est réalisé par le module MD_RPM2.

Dans une troisième étape E3, le procédé comporte une étape d’estimation d’un écart de pression d’échappement à partir du régime corrigé et du régime instantané. Ce calcul sera décrit plus précisément dans la suite de la description en figure 5 qui est réalisé par le module MD_DP3C.

Ensuite, à une étape E4, le procédé selon l’invention estime une pression d’échappement corrigée en fonction de la pression issue de la cartographie et de l’écart de pression. La pression d’échappement corrigée permet d’estimer de manière plus précise la masse de gaz brulés, c’est-à-dire la masse de gaz résiduelle et la masse de gaz réaspirée.

A une cinquième étape E5, le procédé détecte un instant de fin de la période de calcul de la pression des gaz d’échappement en fonction de la position angulaire du vilebrequin. Cet instant correspond à la fermeture des soupapes d’échappement, une position angulaire de référence par rapport au point de croisement des soupapes, ou une position angulaire de référence par rapport au point de fermeture des soupapes (sans croisement des soupapes). Le procédé détermine alors une valeur moyenne de pression à partir de l’ensemble des valeurs calculées durant la période de calcul.

Enfin, à une sixième étape E6, le procédé comporte une étape de calcul des masses de gaz, notamment la masse de gaz totale dans un cylindre et la masse de gaz brulée (résiduelle et réaspirée) à partir de la valeur moyenne de pression des gaz d’échappement calculée conformément au procédé selon l’invention. A partir des masses de gaz, l’unité de commande du moteur détermine la consigne de charge en air frais et la consigne de richesse.

Les figures 4 et 5 illustrent respectivement le module de calcul du régime corrigé MD_RPM2 et le module de calcul MD_DP3C de l’écart de pression des gaz d’échappement à partir du régime instantané et du régime corrigé RPM2 pour le calcul des masses de gaz.

La figure 4 représente le module de calcul MD_RPM2 mis en œuvre par l’unité de commande du moteur pour le procédé d’estimation de la pression d’échappement. Ce module MD_RPM2 a pour fonction de modéliser la variation thermodynamique des gaz à travers la ligne d’échappement par une valeur de régime corrigée afin de calculer un écart de pression résultant du transitoire en régime et/ou charge moteur. Le module de calcul comporte un moyen d’estimer la valeur corrigée du régime moteur RPM2 en continu en fonction du rapport entre une première valeur T1 d’un paramètre d’état des gaz d’échappement et une deuxième valeur T2 dudit paramètre d’état des gaz d’échappement.

La valeur T1 est déterminée à partir d’un modèle du paramètre d’état modélisant ledit paramètre d’état pour des paramètres instantanés du moteur, tandis que la valeur T2 dudit paramètre d’état des gaz d’échappement est déterminée à partir d’une cartographie de calibration, cette fois aux points de fonctionnement nominal et stationnaire du moteur, pour les valeurs instantanées de régime moteur et de charge de remplissage des cylindres. Le rapport entre les valeurs T1 et T2 illustre la variation thermodynamique des gaz d’échappement dans la ligne d’échappement et permet ainsi d’obtenir une valeur corrigée de régime moteur.

Plus précisément, dans ce mode de réalisation préféré du procédé d’estimation, le paramètre d’état des gaz d’échappement est la température des gaz d’échappement et le calcul se base sur la variation de la célérité du gaz dans la ligne d’échappement en fonction de la différence de température observée dans la ligne d’échappement.

Le modèle de température, par exemple le modèle MOD T en figure 1, modélise la température T1 des gaz d’échappement en sortie du moteur, la température est dite réelle ou courante, en fonction de divers paramètres tels que le régime moteur, la charge, l'avance à l'allumage, le débit des gaz d’échappement, la consigne de richesse. La cartographie de calibration délivrant la valeur de température T2 est une cartographie parmi, ou une combinaison, des cartographies CART T3, CART T4, CART T5, CART TKTA décrite en figure 1. Plus précisément, la cartographie utilisée pour la température T2 peut être soit la température en sortie du collecteur d’échappement du moteur, soit la température en aval d’une turbine d’un turbocompresseur d’un circuit de recirculation des gaz du moteur, soit la température moyenne d’un catalyseur de la ligne d’échappement, ou soit la température moyenne en sortie d’un catalyseur de la ligne d’échappement.

Plus précisément, selon ce mode de réalisation préférentiel, la valeur corrigée de régime moteur RPM2 est égale à l’équation suivante :

Où RPM2 est la valeur corrigée de régime, RPM1 la valeur instantanée de régime moteur, T1 est la première valeur de température et T2 est la deuxième valeur de température.

Cette équation est constituée du facteur de correction du régime moteur déduite à partir de la formule de célérité des gaz et pouvant se simplifier à la formule suivante :

Ce facteur de correction est représentatif de la variation thermodynamique des gaz d’échappement lors d’un transitoire en régime et/ou charge du moteur. La valeur du facteur de correction est issue d’une simplification de l’équation basée sur le calcul de la vitesse du son selon l’état initial et l’état courant du gaz et sur le rapport qui illustre l’écart entre l’état initial du gaz et l’état courant du gaz. Le régime corrigé RPM2 est calculé, grâce à l’utilisation du modèle et de la cartographie de calibration selon un pas de calcul fin, de l’ordre de quelques millisecondes, par exemple 10ms environ.

Comme l’illustre la figure 5, le module de calcul MD_DP3C a pour fonction de calculer deux valeurs de pression d’échappement P3C1 et P3C2 à partir de la cartographie de pression CART P3c, décrite en figure 1, délivrant des valeurs de pression en fonction du régime et de la charge moteur. La cartographie CART P3C, connue de l’homme du métier, est identique pour les deux valeurs P3C1 et P3C2 et est construite sur des points de fonctionnement nominal et stationnaire du moteur. Le module MD_DP3C est constitué de moyens d’acquisition de paramètres d’état en temps réel, d’estimation et de calcul de la pression. Le régime instantané et la charge sont mesurés à partir de capteurs par exemple.

Plus précisément, la première valeur P3C1 est obtenue à partir de la valeur instantanée RPM1 du régime moteur et de la valeur instantanée de la charge moteur CG. La deuxième valeur P3C2 est obtenue à partir de la valeur corrigée RPM2 du régime moteur, et de la valeur instantanée de la charge moteur CG.

A partir de la première et deuxième valeur de pression P3C1 et P3C2, le module de calcul estime une valeur d’écart de pression DP3C au moyen d’un bloc de calcul apte à déterminer la différence par soustraction entre la valeur P3C1 et P3C2 pour calculer une valeur corrigée de pression d’échappement durant la phase de fermeture des soupapes d’échappement. Cette valeur d’écart de pression DP3C est injectée dans le modèle de calcul MDG de la masse des gaz qui est nécessaire pour piloter la consigne de charge en air frais. L’écart de pression DP3C permet de corriger la valeur de pression P3C1 issue de la cartographie de calibration CART P3C pour prendre en compte le transitoire en régime-charge moteur et l’impact de la variation thermodynamique des gaz dans la ligne d’échappement.

Le modèle MDG, connu de l’homme du métier, calcule une masse de gaz résiduelle Mb_resi et une masse de gaz réaspirée dans le circuit d’admission Mb_reasp, en croisement de soupape le cas échéant. Plus précisément, la masse de gaz résiduelle est calculée à partir de l’équation des gaz parfaits et la masse de gaz réaspirée à partir de l’équation de Barré St venant. Les masses sont calculées en fonction de l’écart de pression DP3C et de la valeur P3C1 calculée par la cartographie de calibration pour le régime instantané.

La figure 6 illustre un cycle moteur d’admission et d’échappement d’un cylindre et représente graphiquement la position P_sp exprimée en millimètres des soupapes d’admission (courbe ADM : trait en pointillé) et d’échappement (courbe ECH : trait plein) en ordonnée en fonction de la position angulaire VL du vilebrequin en abscisse exprimée en degrés. La courbe P3c représente les pics de pression à l’échappement lors de ce cycle, exprimée par exemple en bars.

Le calcul de la pression d’échappement est effectué durant une fenêtre ou période de calcul FC (zone hachurée) pouvant être configurée selon plusieurs modes d’observation durant la phase de fermeture de l’échappement. Ces modes d’observation dépendant notamment de l’architecture du moteur à combustion interne. La période de calcul FC est détectable notamment à partir de la position angulaire du vilebrequin.

Dans un premier mode, la période de calcul FC de la pression P3c est délimitée par le croisement de soupape, entre un point d’ouverture OA de la soupape d’admission et un point fermeture FE de la soupape d’échappement. Le procédé selon l’invention consiste donc à détecter l’instant d’ouverture OA d’une soupape d’admission et l’instant de fermeture FE d’une soupape d’échappement. La période de calcul est alors délimitée par ces deux instants et le calcul de la pression consiste à calculer la valeur moyenne des pressions entre ces deux instants.

Dans un deuxième mode, la période de calcul FC se définit en fonction du point de croisement des soupapes PC, et le calcul de la valeur de la pression P3c consiste à calculer la valeur moyenne de la pression sur une plage angulaire du vilebrequin de +/-2,5 degrés environ autour dudit point de croisement PC.

Dans un troisième mode, sans croisement de soupape, la période de calcul FC se définit en fonction du point de fermeture de soupape, et le procédé consiste à détecter le point de fermeture et le calcul de la valeur de la pression P3c consiste à calculer la valeur moyenne de la pression sur une plage angulaire du vilebrequin de +/-1 degré autour dudit point de fermeture.

Claims

Procédé d’estimation d’une pression des gaz d’échappement (P3C) en phase de fermeture d’une soupape d’échappement d’un moteur à combustion interne consistant à calculer ladite pression à partir d’une première cartographie (CART P3c) de calibration du moteur aux points de fonctionnement nominal et stationnaire du moteur et où ladite première cartographie (CART P3c) fournit une valeur de pression en fonction au moins de la valeur instantanée (RPM1) de régime moteur, caractérisé en ce que, durant une phase transitoire en régime et/ou en charge de remplissage des cylindres du moteur, le procédé comporte en outre les étapes suivantes :
Le calcul (E2) d’une valeur corrigée de régime moteur (RPM2) représentative des variations thermodynamiques des gaz d’échappement dans la ligne d’échappement lors de la phase transitoire,

L’estimation (E3) d’un écart de pression des gaz d’échappement (DP3C) entre une première valeur de pression (P3C1) issue de ladite première cartographie (CART P3c) pour la valeur instantanée du régime moteur (RPM1) et une deuxième valeur de pression (P3C2) issue de ladite première cartographie (CART P3c) pour ladite valeur corrigée de régime moteur (RPM2),

Le calcul (E4) de ladite pression des gaz d’échappement (P3C) en phase de fermeture de la soupape en fonction dudit écart de pression (DP3C) et de ladite valeur de pression instantanée (P3C1) fournie par la cartographie pour la valeur instantanée (RPM1) de régime moteur.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur corrigée de régime moteur (RPM2) est calculée en fonction du rapport (T1/T2) entre une première valeur (T1) d’un paramètre d’état des gaz d’échappement déterminée à partir d’un modèle (MOD T) du paramètre d’état modélisant ledit paramètre d’état pour des paramètres instantanés du moteur, et une deuxième valeur (T2) dudit paramètre d’état des gaz d’échappement déterminé à partir d’une deuxième cartographie de calibration (CART T3 ; CART T4 ; CART T5 ; CART TKTA).
Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le paramètre d’état des gaz d’échappement est la température des gaz d’échappement.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur corrigée de régime moteur (RPM2) est égale à l’équation suivante, où RPM2 est la valeur corrigée de régime, RPM1 est la valeur instantanée de régime moteur, T1 est la première valeur de température et T2 est la deuxième valeur de température :
Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la deuxième cartographie de calibration (CART T3 ; CART T4 ; CART T5 ; CART TKTA) fournit une valeur de température (T2) représentative des gaz d’échappement, soit une première température en sortie du collecteur d’échappement du moteur, soit une deuxième température en aval d’une turbine d’un turbocompresseur d’un circuit de recirculation des gaz du moteur, soit une troisième température moyenne d’un catalyseur de la ligne d’échappement, ou soit une quatrième température moyenne en sortie d’un catalyseur de la ligne d’échappement.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte en outre la détection d’une phase de croisement des soupapes d’un cylindre et en ce que la première et la deuxième valeur de pression des gaz d’échappement (P3C1, P3C2) sont respectivement une première et une deuxième valeur moyenne de la pression durant ladite phase de croisement des soupapes.
Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la détection de la phase de croisement consiste à détecter un premier instant d’ouverture d’une soupape d’admission (OA) et un deuxième instant de fermeture (FE) d’une soupape d’échappement et en ce que la phase de croisement est délimitée par le premier et le deuxième instant.
Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la détection de la phase de croisement consiste à détecter un point de croisement (PC) des soupapes et en ce que la phase de croisement est délimitée par une plage angulaire du vilebrequin de +/-2,5 degrés autour dudit point de croisement (PC).
Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte la détection d’un point de fermeture (FE) d’une soupape d’échappement d’un cylindre et en ce que la première et la deuxième valeur de pression des gaz d’échappement (P3C1, P3C2) sont respectivement une première et une deuxième valeur moyenne de la pression sur une plage angulaire du vilebrequin de +/-1 degré autour dudit point de fermeture (FE).
Procédé de pilotage de la charge en air frais des cylindres et/ou de la consigne de richesse d’un moteur à combustion interne comprenant le calcul (E5) de masse de gaz brulée et comprenant les étapes suivantes :
L’estimation (E4) de la pression des gaz d’échappement durant une phase de fermeture d’une soupape d’échappement dudit moteur au moyen du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9,

Le calcul (E5) d’une masse de gaz brulée dans les cylindres du moteur en fonction de ladite pression des gaz d’échappement.