FR2833648A1 - Procede d'estimation et de prediction de la masse d'air admise dans une chambre de combustion d'un moteur a combustion interne et vehicule de mise en oeuvre - Google Patents
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Abstract
Procédé d'estimation et de prédiction de la masse d'air admise dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, le moteur (1) comprenant un collecteur d'air d'admission (3), un papillon (4) et des soupapes d'admission (12) pour réguler le débit d'air d'admission vers des chambres de combustion (2), et des pistons (5) entraînés selon un mouvement alternatif lors des cycles de combustion, caractérisé en ce qu'il consiste à : - réaliser une modélisation de Kalman utilisant comme commande le débit d'air admis dans le collecteur d'admission (3), calculer la pression prédite du collecteur d'air d'admission (Pcol3) au moyen de la modélisation de Kalman, et - calculer le débit instantané d'air (Dout) prédit aux soupapes (12) en fonction de la variation de la pression collecteur (Pcol3) prédite. L'invention concerne également procédé de prédiction de mise en oeuvre du procédé d'estimation, ainsi qu'à un véhicule mettant en oeuvre le ou les procédés.
Description
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Procédé d'estimation et de prédiction de la masse d'air admise dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne et véhicule de mise en oeuvre
L'invention se rapporte à un procédé d'estimation et de prédiction de la masse d'air admise dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne.
L'invention se rapporte à un procédé d'estimation et de prédiction de la masse d'air admise dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé d'estimation et de prédiction de la masse d'air admise dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne comprenant un collecteur d'air d'admission, un papillon et des soupapes d'admission pour réguler le débit d'air d'admission vers les chambres de combustion et des pistons entraînés selon un mouvement alternatif lors des cycles de combustion.
Le fonctionnement d'un moteur à allumage commandé est conditionné par la quantité d'air admise dans la chambre de combustion, par cylindre et par cycle moteur. Cette masse d'air conditionne non seulement le couple fourni par le moteur, mais détermine également la quantité d'essence à injecter afin d'atteindre la consigne de richesse imposée par le système de contrôle moteur. Toute la difficulté réside dans sa détermination. La masse d'air n'est pas une grandeur mesurable. Elle peut s'obtenir en intégrant le débit de gaz entrant dans la chambre de combustion entre les instants d'ouverture et de fermeture des soupapes d'admission.
Aucun capteur ne permet actuellement de mesurer le débit aux soupapes d'admission. Il est donc nécessaire de l'estimer. Que la masse d'air soit mesurée ou estimée, l'information n'est disponible qu'à la fin du processus d'admission. Dans le cas d'une injection soupapes fermées en injection indirecte, cette information arrive trop tardivement pour pouvoir calculer la masse de carburant. Dans ces conditions, une prédiction de la masse d'air admise est indispensable. L'horizon de prédiction dépend de la stratégie choisie pour l'injection et de la puissance des moyens de calcul mis en jeu.
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De plus, pour assurer un agrément de conduite de qualité, et minimiser la consommation et les émissions polluantes, il est nécessaire de soigner les transitoires de charge du moteur (accélérations et décélérations) et donc de maîtriser de façon fiable l'admission d'air durant ces phases.
Différentes solutions sont actuellement utilisées pour estimer le débit soupape soit à partir d'une mesure du débit au niveau du papillon, soit par une mesure de la richesse des gaz d'échappement, soit par l'utilisation d'un modèle d'admission d'air reposant sur un capteur de pression et une cartographie de remplissage.
Ces méthodes de reconstruction ne peuvent s'utiliser que pendant les phases de fonctionnement stabilisées du moteur, où les débits au papillon et aux soupapes sont supposés identiques. Cette égalité des débits n'est plus vérifiée en régime transitoire. D'autre part, la réponse des capteurs de débit est trop lente pour mesurer des transitoires de débit. L'estimation de la masse d'air admise, avec une erreur satisfaisante, est donc impossible sans des efforts de mise au point importants durant les phases de fonctionnement transitoire du moteur avec des stratégies de ce type.
Une autre difficulté des systèmes de contrôle moteur actuels réside dans l'utilisation de cartographies de remplissage ou de temps d'injection, ce qui est équivalent. Le remplissage en air du moteur est un processus très complexe, qui dépend d'un grand nombre de paramètres notamment de l'architecture, de la vitesse de rotation du moteur et des conditions atmosphériques. Les cartographies ne permettent de prendre en compte qu'un certain nombre de paramètres, généralement les plus influents. Elles ne permettent pas de tenir compte par exemple du vieillissement du moteur ou de variations d'humidité de l'air ambiant.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
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En particulier, un but de l'invention est de proposer un système d'estimation/prédiction de la masse d'air, présentant comme avantages d'avoir les mêmes performances en régimes transitoires qu'en régimes stabilisés et d'estimer et de prédire la masse d'air admise, sans utiliser de cartographie de remplissage.
A cette fin, le procédé d'estimation et de prédiction de la masse d'air selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il consiste à : - réaliser une modélisation de Kalman utilisant comme commande le débit d'air admis dans le collecteur d'admission, - calculer la pression du collecteur d'air d'admission prédite au moyen de la modélisation de Kalman, et - calculer le débit instantané d'air prédit aux soupapes en fonction de la variation de la pression collecteur prédite.
Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la modélisation de Kalman utilise une moyenne de bruit d'état pour calculer la pression du collecteur d'air d'admission prédite, - la modélisation de Kalman utilise un modèle physique représentatif du collecteur d'air d'admission.
Selon une autre particularité, le procédé comprend une étape de mesure de la pression au sein du collecteur d'admission à une fréquence dite "élevée" dont la période est inférieure à un quart de la durée d'un cycle de combustion, et comporte : - une étape de calcul de la valeur moyenne mesurée de la pression au sein du collecteur d'admission sur une période de l'ordre d'un quart de la durée d'un cycle de combustion, - une étape de calcul d'un gain Kalman de mesure en fonction de la pression collecteur d'air d'admission mesurée et d'une covariance du bruit de mesure calculée,
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- une étape de détermination du débit d'air instantané au papillon, - une étape de calcul de la pression collecteur d'air d'admission estimée, en fonction de la pression collecteur d'admission mesurée, du gain de Kalman et d'une espérance mathématique du bruit de mesure, - une étape de calcul de la pression collecteur d'admission prédite sur une période de l'ordre d'un quart de la durée du cycle de combustion à partir d'une linéarisation de l'équation de la dynamique de l'air dans le collecteur d'air d'admission, - une étape de calcul du débit instantané estimé aux soupapes sur une période de l'ordre d'un quart de la durée du cycle de combustion en fonction du débit d'air instantané au papillon et de la pression collecteur d'admission prédite, - une étape de calcul de la pression collecteur d'admission prédite sur une période de l'ordre d'un demi-cycle de combustion à partir de la linéarisation de l'équation de la dynamique de l'air dans le collecteur d'air d'admission, et - une étape de calcul du débit instantané prédit aux soupapes sur une période de l'ordre d'un demi-cycle de combustion en fonction du débit d'air instantané au papillon, de la variation de la pression collecteur prédite, de la température mesurée au sein pression collecteur d'admission et du volume du collecteur d'admission.
Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de prédiction mettant en oeuvre le procédé d'estimation ci-dessus.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente de manière schématique et partielle, les éléments d'un moteur à combustion interne concernés par l'invention,
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- la figure 2 représente de façon simplifiée un cycle de combustion d'une chambre de combustion du moteur de la figure 1, - les figures 3 et 4 représentent respectivement les principales étapes du procédé d'estimation et de prédiction dans deux exemples distincts de réalisation de l'invention.
En se référant à la figure 1, le moteur à combustion interne schématisé comprend un conduit 6 d'amenée d'air dans lequel est disposé un papillon 4 dont la position angulaire a détermine la quantité admise à circuler vers un collecteur d'air d'admission 3 disposé en aval. En aval du collecteur 3 des conduits répartissent l'air dans les chambres de combustions 2 via des soupapes d'admission 12. Les injecteurs 8 et pistons 5 correspondants aux chambres de combustion 2 sont également représentés. Le vilebrequin 9 du moteur 1 est également représenté à la figure 1. De façon connue, les gaz brûlés sont ensuite évacués par des conduits 7 appropriés.
Pour la mise en oeuvre de l'invention, un capteur 10 de pression au sein du collecteur 3 d'admission est disposé en aval du papillon 4. Classiquement, le papillon 4, le capteur 10 de pression du collecteur 3 d'admission et les injecteurs 8 sont reliés à des moyens 11 électronique de traitement de données et de commande, tel qu'un calculateur par exemple.
D'autres capteurs Cn peuvent le cas échéant être reliés au moyens 11 de traitement et de commande, par exemple, des capteurs déterminant : la pression atmosphérique Po, la température au sein du collecteur Tcol, et le débit d'air instantané au niveau du papillon Din.
Le système d'estimation/prédiction d'une masse d'air selon l'invention va être décrit dans un exemple d'application à un moteur quatre temps et quatre cylindres à allumage commandé.
La figure 2 représente de façon schématique un cycle de combustion d'une chambre de combustion 2 du moteur 1.
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Classiquement, le cycle est une succession des phases (de gauche à droite à la figure 2) : - d'échappement E (de la combustion précédente), - d'admission d'air frais A, - de compression C, et de - détente D.
La durée Tc du cycle correspond à deux tours de vilebrequin 9, c'est à dire de l'ordre de 20 à 150ms environ en fonction du régime moteur Ne.
Un premier mode de réalisation préféré de l'invention va à présent être décrit. Dans cette première configuration, sont prévus des moyens Cn de détection de la pression collecteur Pcol, de la pression atmosphérique Po, de la température Tcol dans le collecteur d'admission 3 et de la position angulaire a du papillon 4.
Ce premier mode de réalisation est dit"haute fréquence", c'est à dire que l'acquisition des capteurs Cn et les calculs sont réalisés à une période inférieure à la durée d'un quart de
7c cycle de combustion (tic) c'est-à-dire un demi-tour 4 vilebrequin).
7c cycle de combustion (tic) c'est-à-dire un demi-tour 4 vilebrequin).
Plus précisément, l'acquisition des capteurs Cn et les calculs correspondants sont réalisés sur une période temporelle correspondant à une variation de quelques degrés de l'angle vilebrequin.
Ce système utilise un modèle physique du collecteur 3 pour la dynamique de l'air et un modèle physique du papillon 4 pour l'estimation du débit d'air Din au papillon 4.
Modélisation du collecteur d'admission :
Le modèle du collecteur d'admission 3 utilisé est basé sur le principe de conservation de la masse. Il consiste à modéliser le collecteur d'admission 3 par un réservoir de gaz qui se vide et de remplit. L'évolution de la pression collecteur
Le modèle du collecteur d'admission 3 utilisé est basé sur le principe de conservation de la masse. Il consiste à modéliser le collecteur d'admission 3 par un réservoir de gaz qui se vide et de remplit. L'évolution de la pression collecteur
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est donnée par l'équation continue (dérivation de l'équation des gaz parfaits) :
Modélisation du débit d'air passant par le papillon
La modélisation de l'écoulement au niveau du papillon 4 est une modélisation classique de type Barré Saint-Venant. Le débit Din passant par le papillon 4 est donné par les relations :
La modélisation de l'écoulement au niveau du papillon 4 est une modélisation classique de type Barré Saint-Venant. Le débit Din passant par le papillon 4 est donné par les relations :
Le coefficient de débit Cd est obtenu par une identification statique à partir d'essais moteur. Pour simplifier cette relation et diminuer le temps de calcul, la fonction de Barré Saint-
Venant peut être remplacée par un polynôme d'ordre 2 :
/ x2 D= ( (x). ±± dans laquelle fi est J
représentatif de la section efficace, qui est le produit de la section de passage S par le coefficient de débit Cd. 12 est la représentation polynomiale de la fonction de Barré SaintVenant normalisée. Les coefficients correspondants sont obtenus par des essais moteur.
Venant peut être remplacée par un polynôme d'ordre 2 :
/ x2 D= ( (x). ±± dans laquelle fi est J
représentatif de la section efficace, qui est le produit de la section de passage S par le coefficient de débit Cd. 12 est la représentation polynomiale de la fonction de Barré SaintVenant normalisée. Les coefficients correspondants sont obtenus par des essais moteur.
L'information concernant la masse malr de gaz admis dans la chambre 2 de combustion s'obtient en intégrant le débit Dout passant par les soupapes 12 entre leurs instants d'ouverture t-ouv et de fermeture t-ferm :
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Le calcul de la masse d'air, en temps réel, nécessite de discrétiser l'intégrale. En haute fréquence, le débit soupape Dout est estimé à chaque pas angulaire Dout (k), dans lequel k est représentatif de l'échantillonnage haute fréquence des mesures multiples du degré vilebrequin. (en basse fréquence, la masse d'air admise est approximée de la manière suivante :
La masse d'air partielle mmr (k) est donc calculée à chaque pas angulaire (Te étant la durée du pas d'échantillonnage angulaire) :
La masse d'air totale admise dans le cylindre est égale à la somme de toutes les masses d'air partielles calculées depuis l'instant d'ouverture de la soupape d'admission 12, jusqu'à sa fermeture, et ce qui donne un résultat exact.
L'estimation (prédiction) du débit au niveau de la soupape 12 Dout s'obtient à partir de l'estimation (prédiction) du débit papillon Din et de la pression collecteur col (avec période d'échantillonnage T de l'estimateur-prédicteur) :
Estimateur/Prédicteur de Pression Collecteur,
Modélisation automatique (représentation d'état) :
La dynamique de l'air dans le collecteur d'admission 3 est un phénomène complexe et ne peut être modélisée que par un modèle physique comportemental qui n'est qu'une approximation du processus réel.
Modélisation automatique (représentation d'état) :
La dynamique de l'air dans le collecteur d'admission 3 est un phénomène complexe et ne peut être modélisée que par un modèle physique comportemental qui n'est qu'une approximation du processus réel.
En utilisant l'information du capteur Cn de pression collecteur Pcol, l'équation de la dynamique de l'air est de façon connue :
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Cette équation étant non-linéaire, un estimateur/prédicteur stochastique de type Kalman étendu est réalisé selon l'invention, pour linéariser la représentation d'état autour d'un point de fonctionnement.
Si Pcol est l'état x et a (angle papillon) la commande u, la représentation d'état s'écrit :
dans laquelle y est la variable mesurée (Pression collecteur Pcol, ou le débit d'air Din au niveau du papillon 4).
dans laquelle y est la variable mesurée (Pression collecteur Pcol, ou le débit d'air Din au niveau du papillon 4).
La représentation d'état linéarisée du processus autour d'un point de fonctionnement (XN, UN, YN) devient :
avec les matrices :
avec les matrices :
En posant X= (x-XN), U= (u-UN) et Y= (y-YN)' la représentation d'état stochastique discrétisée s'énonce :
dans laquelle X correspond à la valeur estimée de la pression collecteur Pcol, k représente la période échantillonnage, V le bruit d'état, W le bruit de mesure, et avec :
dans laquelle X correspond à la valeur estimée de la pression collecteur Pcol, k représente la période échantillonnage, V le bruit d'état, W le bruit de mesure, et avec :
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et Ck étant la matrice unitaire.
L'algorithme d'estimation/prédiction de la pression collecteur Pcol à 1 pas (c'est-à-dire pour une période temporelle de l'ordre d'un quart de cycle de combustion) est le suivant :
Etape n 1 : Correction de la prédiction à 1 pas
Calcul du gain de Kalman : Kk = Pk/k-1#(Rk+Pk/k-1)-1 dans laquelle Rk est la covariance du bruit de mesure et Pk est la matrice de covariance.
Etape n 1 : Correction de la prédiction à 1 pas
Calcul du gain de Kalman : Kk = Pk/k-1#(Rk+Pk/k-1)-1 dans laquelle Rk est la covariance du bruit de mesure et Pk est la matrice de covariance.
Calcul de i'estimée : =-1±--1-) dans laquelle Pmes est la pression mesurée.
Calcul de la matrice de covariance : Pk/k=(1-Kk)#Pk/k-1
Etape n 2 : Calcul du maximum de probabilité de l'espérance mathématique du bruit d'état
0 Calcul de l'espérance à l'instant k : =klk-X Espérance mathématique du bruit d'état (moyenne) :
k V = LVk'n étant la fenêtre de calcul k-n
Etape n 3 : Calcul de la prédiction à 1 pas Calcul des matrices Ak, Bk Calcul de la prédiction non corrigée :
îo A 1 Xk+l/k = A'/k + Bk 'Uk
Etape n 2 : Calcul du maximum de probabilité de l'espérance mathématique du bruit d'état
0 Calcul de l'espérance à l'instant k : =klk-X Espérance mathématique du bruit d'état (moyenne) :
k V = LVk'n étant la fenêtre de calcul k-n
Etape n 3 : Calcul de la prédiction à 1 pas Calcul des matrices Ak, Bk Calcul de la prédiction non corrigée :
îo A 1 Xk+l/k = A'/k + Bk 'Uk
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Calcul de la prédiction corrigée :
Calcul de la matrice de covariance : Pk+llk = Ak * Pklk-Ak + Qk dans laquelle Qk est la covariance du bruit d'état.
Les covariances du bruit de mesure et du bruit d'état sont identifiées en statique à partir d'essais moteur.
La prédiction à 2 pas (un demi-cycle de combustion) de la pression collecteur peut se calculer de deux façons :
Calcul minimal de la prédiction à 2 pas (méthode 1) :
Etape n 4 : Calcul de la prédiction à 2 pas
Calcul ou pas, selon la qualité de la linéarisation, des matrices Ak+1, Bk+1 en fonction de #k+1/k. Si la linéarisation est convenable, Ak+1=Ak et Bk+1 = Bk
Calcul de la prédiction à 2 pas :
Calcul minimal de la prédiction à 2 pas (méthode 1) :
Etape n 4 : Calcul de la prédiction à 2 pas
Calcul ou pas, selon la qualité de la linéarisation, des matrices Ak+1, Bk+1 en fonction de #k+1/k. Si la linéarisation est convenable, Ak+1=Ak et Bk+1 = Bk
Calcul de la prédiction à 2 pas :
On suppose que l'évolution de l'espérance mathématique du bruit d'état V entre deux pas de calcul successifs est négligeable, ce qui conduit à un nombre de calculs plus faible.
- Calcul de la prédiction à 2 pas (méthode 2) :
L'algorithme d'estimation/prédiction de la pression collecteur à 2 pas est le suivant :
Etape n 1 : Correction de la prédiction à 2 pas
Calcul du gain de Kalman : Kk = Pk/k-2. (Rk + Pk/k-2) -1 Calcul de l'estimée : Xk/k =-2 + ---2-) Calcul de la matrice de covariance : Pk/k = (1")'-2
Etape n 2 : Calcul de l'espérance mathématique du bruit d'état
L'algorithme d'estimation/prédiction de la pression collecteur à 2 pas est le suivant :
Etape n 1 : Correction de la prédiction à 2 pas
Calcul du gain de Kalman : Kk = Pk/k-2. (Rk + Pk/k-2) -1 Calcul de l'estimée : Xk/k =-2 + ---2-) Calcul de la matrice de covariance : Pk/k = (1")'-2
Etape n 2 : Calcul de l'espérance mathématique du bruit d'état
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Calcul de l'espérance à l'instant k : J- et V pas = Xklk-klk-1
Etape n 3 : Calcul de la prédiction à 1 pas
Calcul des matrices Ak, Bk
Calcul de la prédiction à 1 pas non corrigée :
Calcul de la prédiction à 1 pas corrigée :
Calcul de la matrice de covariance
Etape n 4 : Calcul de la prédiction à 2 pas
Calcul ou pas, selon la qualité de la linéarisation, des matrices Ak+1, Bk+1 en fonction de +i/k. Si la linéarisation est convenable, Ak+1 = Ak et Bk+1 = Bk
Calcul de la prédiction à 2 pas non corrigée :
Calcul de la prédiction à 2 pas corrigée
Calcul ou pas, selon la qualité de la linéarisation, des matrices Ak+1, Bk+1 en fonction de +i/k. Si la linéarisation est convenable, Ak+1 = Ak et Bk+1 = Bk
Calcul de la prédiction à 2 pas non corrigée :
Calcul de la prédiction à 2 pas corrigée
Calcul de Calcul de la matrice de covariance 1
En pratique, la robustesse de l'estimateur/prédicteur de pression collecteur Pcol est suffisante pour supprimer la cartographie de remplissage. Le choix le plus judicieux est de choisir un coefficient de rem plissage 1Jv constant, représentatif du coefficient de remplissage moyen calculé sur toute la plage de fonctionnement moteur.
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La figure 3 illustre schématiquement les principales étapes du système d'estimation/prédiction selon l'invention décrite ci-dessus. Dans cette figure, la pression du collecteur Pcol est appelée : Pcol1, Pcol2, Pcol3 ou Pcol4 suivant qu'il s'agit respectivement de sa valeur mesurée, de sa valeur estimée, de sa valeur prédite sur une période de temps
7c correspondant à un quart de cycle de combustion environ- 4 (un pas), et de sa valeur prédite sur une période de temps 7c correspondant à un demi-cycle de combustion environ- 2 (deux pas).
7c correspondant à un quart de cycle de combustion environ- 4 (un pas), et de sa valeur prédite sur une période de temps 7c correspondant à un demi-cycle de combustion environ- 2 (deux pas).
De la même façon, Le débit instantané aux soupapes d'admission Dout est noté Dout1 ou Dout 2 suivant qu'il s'agit respectivement de sa valeur prédite à un pas (un quart de cycle de combustion) ou à deux pas (un demi-cycle de combustion).
Un second mode de réalisation de l'invention va à présent être décrit, notamment en référence à la figure 4.
Dans cette seconde configuration sont prévus des moyens Cn de détection de la pression collecteur Pcol, de la température Tcol dans le collecteur d'admission 3 et du débit d'air Din au niveau du papillon 4.
Ce second mode de réalisation, est sensiblement identique à celui décrit ci-dessus, à la différence que le débit moyen au papillon Din est mesuré (au lieu d'être calculé et estimé). En particulier, dans ce second mode, seul le modèle collecteur est théoriquement nécessaire. Le modèle papillon sert uniquement pour la prédiction du débit au papillon Din à partir de la pression collecteur Pcol.
La reconstruction de la masse d'air admise dans la chambre de combustion s'effectue à partir du débit moyen aux soupapes Dout.
Estimateur/prédicteur de pression collecteur Pcol Modélisation automatique (représentation d'état)
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L'approche automatique est toujours basée sur une modélisation stochastique. Elle est cependant plus simple que celle détaillée ci-dessus pour le premier mode de réalisation.
La représentation d'état de la dynamique de l'air est
linéaire, si le débit mesuré est exploité comme commande (=) :
Le représentation d'état continue du collecteur est :
L'algorithme d'estimation/prédiction de la pression collecteur Pcol est proche de celui présenté ci-dessus avec cependant une expression de la matrice d'état simplifiée.
linéaire, si le débit mesuré est exploité comme commande (=) :
Le représentation d'état continue du collecteur est :
L'algorithme d'estimation/prédiction de la pression collecteur Pcol est proche de celui présenté ci-dessus avec cependant une expression de la matrice d'état simplifiée.
La figure 4 illustre schématiquement les principales étapes du système d'estimation/prédiction selon le second mode de réalisation de l'invention. Les éléments identiques à ceux de la figure 3 ont les mêmes désignations.
Le système d'estimation/prédiction de masse d'air selon l'invention décrit ci-dessus s'adapte aussi bien pour les régimes moteur transitoires que stabilisés. Le principe de la méthode est d'estimer et de prédire la masse d'air admise, sans utiliser de cartographie de remplissage.
L'invention a été décrite dans une application à un moteur à vilebrequin à quatre temps, quatre cylindres et à allumage commandé. Bien entendu l'invention peut concerner tout autre type d'utilisation équivalente.
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Liste des variables a angle d'ouverture du papillon y : coefficient isentropique des gaz parfaits Cd : coefficient de débit au papillon
Din : débit instantané au papillon entrant dans le collecteur
Din : débit moyen sur un demi-tour moteur au papillon
Dout : débit instantané aux soupapes d'admission
Dout : débit moyen sur un demi-tour moteur aux soupapes d'admission mair : masse de gaz admise dans la chambre de combustion Ne : régime moteur / pression dans le collecteur d'admission
PO pression atmosphérique Qk : covariance du bruit d'état r : constante massique des gaz parfaits Rk : covariance du bruit de mesure
S section de passage du papillon eol : température dans le collecteur d'admission t~ferm instant de fermeture des soupapes d'admission
TO température atmosphérique t~ouv : instant d'ouverture des soupapes d'admission
Tauv : temps d'ouverture des soupapes d'admission (Touv = t ~ ferm-touv) V : espérance mathématique du bruit d'état Vcol : volume du collecteur d'admission Vcyl : volume du collecteur d'admission Vk : bruit d'état W : espérance mathématique du bruit de mesure Wk : bruit de mesure r (v efficacité volumétrique du moteur
Din : débit instantané au papillon entrant dans le collecteur
Din : débit moyen sur un demi-tour moteur au papillon
Dout : débit instantané aux soupapes d'admission
Dout : débit moyen sur un demi-tour moteur aux soupapes d'admission mair : masse de gaz admise dans la chambre de combustion Ne : régime moteur / pression dans le collecteur d'admission
PO pression atmosphérique Qk : covariance du bruit d'état r : constante massique des gaz parfaits Rk : covariance du bruit de mesure
S section de passage du papillon eol : température dans le collecteur d'admission t~ferm instant de fermeture des soupapes d'admission
TO température atmosphérique t~ouv : instant d'ouverture des soupapes d'admission
Tauv : temps d'ouverture des soupapes d'admission (Touv = t ~ ferm-touv) V : espérance mathématique du bruit d'état Vcol : volume du collecteur d'admission Vcyl : volume du collecteur d'admission Vk : bruit d'état W : espérance mathématique du bruit de mesure Wk : bruit de mesure r (v efficacité volumétrique du moteur
Claims (9)
- REVENDICATIONS 1. Procédé d'estimation et de prédiction de la masse d'air admise dans une chambre de combustion d'un moteur à combustion interne, le moteur (1) comprenant un collecteur d'air d'admission (3), un papillon (4) et des soupapes d'admission (12) pour réguler le débit d'air d'admission vers des chambres de combustion (2), et des pistons (5) entraînés selon un mouvement alternatif lors des cycles de combustion, caractérisé en ce qu'il consiste à : - réaliser une modélisation de Kalman utilisant comme commande le débit d'air admis dans le collecteur d'admission (3), - calculer la pression prédite du collecteur d'air d'admission (Pcol3) au moyen de la modélisation de Kalman, et - calculer le débit instantané d'air (Dout) prédit aux soupapes (12) en fonction de la variation de la pression collecteur (Pcol3) prédite.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modélisation de Kalman utilise une moyenne de bruit d'état pour calculer la pression prédite du collecteur d'air d'admission (Pcol3).
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la modélisation de Kalman utilise un modèle physique représentatif du collecteur (3) d'air d'admission.
- 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mesure de la pression (Pcol) au sein du collecteur d'admission (3) à une fréquence dite "élevée" dont la période est inférieure à un quart de la durée (Tc) d'un cycle de combustion, et en ce qu'il comporte : - une étape de calcul de la valeur moyenne mesurée de la pression (poll) au sein du collecteur d'admission (3) sur une période de l'ordre d'un quart de la durée (Tc) d'un cycle de combustion,<Desc/Clms Page number 17>durée (Tc) du cycle de combustion à partir d'une linéarisation de l'équation de la dynamique de l'air dans le collecteur (3) d'air d'admission, - une étape de calcul du débit instantané estimé aux soupapes (Dout1) sur une période de l'ordre d'un quart de la durée (Tc) du cycle de combustion en fonction du débit d'air instantané au papillon (Din) et de la pression collecteur d'admission prédite (Pcol3), - une étape de calcul de la pression collecteur d'admission prédite (Pcol4) sur une période de l'ordre d'un demi-cycle de combustion à partir de la linéarisation de l'équation de la dynamique de l'air dans le collecteur d'air d'admission, et, - une étape de calcul du débit instantané prédit aux soupapes (Dout2) sur une période de l'ordre d'un demi- cycle de combustion en fonction du débit d'air instantané au papillon (Dm), de la variation de la pression collecteur prédite, de la température mesurée au sein du collecteur d'admission (Tcol) et du volume (Vcol) du collecteur d'admission (3).- une étape de calcul d'un gain Kalman de mesure (K) en fonction de la pression (col1) collecteur d'air d'admission mesurée et d'une covariance du bruit de mesure (R) calculée, - une étape de détermination du débit d'air instantanné (Din) au papillon (4), - une étape de calcul de la pression collecteur d'air d'admission estimée (Pcol2), en fonction de la pression collecteur d'admission mesurée (col1), du gain de Kalman (K) et d'une espérance mathématique du bruit de mesure (W), - une étape de calcul de la pression collecteur d'admission prédite (Pcol3) sur une période de l'ordre d'un quart de la
- 5. Procédé d'estimation et de prédiction selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de détermination du débit d'air moyen au papillon (D,, J consiste à mesurer ledit débit d'air.<Desc/Clms Page number 18>
- 6. Procédé d'estimation et de prédiction selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de détermination du débit d'air instantané au papillon (Din) consiste à calculer ledit débit d'air par une linéarisation de l'équation de l'écoulement d'air au niveau du papillon (4) (relation de Barré Saint-Venant).
- 7. Procédé d'estimation et de prédiction selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'étape de calcul de la pression collecteur d'admission prédite (Pcol3) sur une période de l'ordre d'un quart d'un cycle de combustion est suivie d'une étape de correction de la prédiction au moyen de l'espérance calculée mathématique du bruit d'état (V), selon la formule matricielle : PcoI3 (k+1) = A. Pcol3 (k) +B. U+Vm, dans laquelle A et B sont des matrices de coefficients représentatifs d'une linéarisation de l'équation de la dynamique de l'air, U une variable d'état représentative de l'angle papillon (a), Vm est la moyenne de l'espérance mathématique du bruit d'état et k est l'indice d'échantillonnage en haute fréquence du calcul.
- 8. Procédé d'estimation et de prédiction selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de calcul de la pression collecteur d'admission prédite (Pcol4) sur une période de l'ordre d'un demi-cycle de combustion est suivie d'une étape de correction de la prédiction au moyen de l'espérance calculée mathématique du bruit d'état (V), selon la formule matricielle suivante : Pcol4 (k+2) = A. PcoI4 (k+1) +B. U+V2, dans laquelle A et B sont des matrices de coefficients représentatifs d'une linéarisation de l'équation de la dynamique de l'air, U une variable d'état représentative de l'angle papillon (a), V2 la moyenne de l'espérance mathématique de bruit d'état sur une période de l'ordre d'un demi-cycle de combustion et k est l'indice d'échantillonnage en haute fréquence du calcul<Desc/Clms Page number 19>
- 9. Véhicule comprenant un moteur à combustion interne pourvu d'un collecteur d'air d'admission (3), un papillon (4) et des soupapes d'admission (12) pour réguler le débit d'air d'admission vers des chambres de combustion (2), ainsi que des pistons (5) entraînés selon un mouvement alternatif lors des cycles de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mesure et de traitement de données conformés pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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| EP1571318A1 (fr) * | 2004-03-05 | 2005-09-07 | Institut Français du Pétrole | Methode d'estimation de la richesse en carburant dans un cylindre d'un moteur a combustion |
| EP1837510A4 (fr) * | 2005-01-13 | 2017-06-21 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Controleur de moteur a combustion interne |
| CN115788690A (zh) * | 2022-11-04 | 2023-03-14 | 东风商用车有限公司 | Egr进气歧管压力模型值的计算方法 |
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| US5273019A (en) * | 1990-11-26 | 1993-12-28 | General Motors Corporation | Apparatus with dynamic prediction of EGR in the intake manifold |
| US5889204A (en) * | 1996-04-19 | 1999-03-30 | Daimler-Benz Ag | Device for determining the engine load for an internal combustion engine |
| EP0942162A1 (fr) * | 1998-03-11 | 1999-09-15 | Renault-Automation | Procédé de contrÔle de l'injection dans un moteur à combustion interne et allumage commandé, alimenté par du carburant gazeux liquéfié ou par un carburant gazeux sous des conditions soniques |
-
2001
- 2001-12-14 FR FR0116226A patent/FR2833648B1/fr not_active Expired - Fee Related
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