L 'invention concerne l'estimation et la régulation d'au moins un paramètre de sortie d'un moteur à combustion interne comprenant une pluralité de cylindres.

En particulier, l'invention concerne l' estimation d'un paramètre de sortie du moteur à combustion interne effectuée à partir d'une mesure de la pression interne d'un cylindre du moteur, ainsi que la régulation de ce paramètre de sortie à partir de cette estimation.

Les normes antipollution et la baisse de la consommation deviennent des enjeux de plus en plus importants pour les constructeurs automobiles. Il est donc nécessaire de maîtriser la phase de combustion des moteurs des véhicules pour limiter les émissions polluantes telles que les oxydes d' azotes NO _x , le dioxyde de carbone

CO ₂ , le monoxyde de carbone CO, les carburants imbrûlés HC et les particules PM, notamment pour les moteurs diesel.

Ceci passe obligatoirement par une maîtrise parfaite de la combustion sans négliger la consommation en carburant et la performance des moteurs.

En outre, lors de la mise au point des moteurs en sortie des chaînes de montage, un seul réglage du moteur est effectué en fonction des normes antipollution. Ce réglage unique doit donc prendre en compte les pires cas pour que tous les moteurs puissent respecter ces normes, ce qui oblige les constructeurs à prendre des marges de sécurité suffisamment grandes pour ne pas dépasser ces normes.

Comme on le sait, de nombreux capteurs sont généralement embarqués dans les véhicules pour la mesure d'une pluralité de grandeurs et de variables d'état, ce qui entraîne un coût non négligeable dans la fabrication des véhicules.

On pourra se référer, par exemple, à la demande de brevet japonais JP2002371893 , dans laquelle une estimation de l'émission d'oxydes d' azote NO _x est réalisée à partir d'une mesure de la pression interne d'un cylindre et d'une quantité d' air frais admis dans le moteur. Cependant, le modèle d'estimation utilisé est basé sur une approche cinétique chimique du déroulement de la combustion qui est complexe et coûteuse.

Un des buts de l'invention est donc de fournir un système et un procédé pour estimer un paramètre de sortie du moteur à l' aide d'un minimum de mesures directes d' états du moteur et avec un minimum de calculs de variables.

Un autre but de l'invention est de fournir un système et un procédé pour réguler un paramètre de sortie du moteur à partir de son estimation.

Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système d'estimation d'au moins un paramètre de sortie d'un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre, un piston mobile entraîné par l'intermédiaire d'un vilebrequin, des moyens pour mesurer les variations temporelles de l' angle du vilebrequin et de la pression interne dudit cylindre.

Ce système comprend un moyen de calcul pour calculer une pluralité de paramètres de combustion, tels que des pressions internes du cylindre caractéristiques de la combustion, des variations de pression interne du cylindre et des temps de cycle du moteur, à partir desdites mesures de l' angle du vilebrequin et de la pression interne du cylindre et un moyen d' estimation pour estimer au moins un paramètre de sortie du moteur à partir desdits paramètres de combustion.

Ainsi, on peut fournir un moyen d'estimation d'un paramètre de sortie du moteur qui prend en compte uniquement des valeurs caractéristiques de la pression interne d'un cylindre. Par ailleurs, on limite le nombre de capteurs utilisés, et les calculs complexes de nombreuses variables intermédiaires d' état du moteur.

Avantageusement, la mesure de la pression interne du cylindre peut être réalisée au moyen d'un capteur de pression. Il est à noter que chaque cylindre peut être équipé d'un tel capteur de pression ou plus simplement, un seul des cylindres du moteur.

Les paramètres de sortie caractéristiques du moteur peuvent être choisis parmi les émissions polluantes, le bruit de combustion, la consommation en carburant, le couple du moteur et d'une manière générale tous les paramètres qui représentent un état émis directement ou indirectement par la combustion dans le moteur.

Avantageusement, le moyen d' estimation estime au moins un paramètre de sortie du moteur à partir d'une somme pondérée desdits paramètres de combustion.

On fournit, en outre, un moyen d'estimation qui est simple et qui nécessite peu de calculs.

Le système peut comprendre un moyen pour mesurer une quantité d'oxygène admise dans le moteur et le moyen de calcul est apte à calculer lesdits paramètres de combustion à partir, en outre, de la quantité d'oxygène admise dans le moteur.

Le système peut également comprendre un moyen pour mesurer un débit de carburant admis dans le moteur et le moyen de calcul est apte à calculer lesdits paramètres de combustion à partir, en outre, du débit de carburant admis dans le moteur.

Le système peut encore comprendre un moyen pour mesurer un débit d' air frais admis dans le moteur et le moyen de calcul est apte à calculer lesdits paramètres de combustion à partir, en outre, du débit d'air frais admis dans le moteur.

A l' aide de moyens de mesure supplémentaires, on précise l'estimation des paramètres de sortie du moteur.

Selon un autre aspect, il est proposé un dispositif de régulation d'un paramètre de sortie d'un moteur à combustion interne, comprenant un moyen pour élaborer une consigne du paramètre de sortie du moteur, un actionneur apte à contrôler le paramètre de sortie du moteur, un système d'estimation pour estimer le paramètre de sortie du moteur, le dispositif de régulation étant apte à élaborer une commande pour ledit actionneur à partir d'une différence entre ladite consigne et ladite estimation du paramètre de sortie du moteur afin de réguler le paramètre de sortie du moteur.

Ainsi, on fournit un moyen pour réguler en boucle fermée un paramètre de sortie du moteur par l 'intermédiaire d'une mesure de la pression interne du cylindre. Cette régulation en boucle fermée permet d'adapter les réglages concernant les normes antipollution en fonction de chaque moteur, et donc de réduire les dispersions d'un moteur à l' autre lors de leur fabrication. Cette réduction de la dispersion des moteurs permet de réduire les marges de sécurité des constructeurs et notamment de dimensionner au plus juste les systèmes de post-traitement des émissions polluantes, et avantageusement de diminuer leur volume.

En outre, les dispositifs de post-traitement des émissions polluantes comprennent généralement des métaux précieux, une telle réduction de leur volume permet une économie sur le coût d'un véhicule.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un moyen pour élaborer une consigne de commande dudit actionneur et un moyen pour calculer une différence de commande, entre ladite consigne de commande et ladite commande élaborée, destinée audit actionneur.

On pourra ainsi prendre en compte des contraintes sur un des paramètres de combustion afin de réguler le paramètre de sortie du moteur. On pourra, par exemple, prendre en compte une contrainte sur le débit d' air admis dans le moteur.

Selon un autre aspect, il est proposé un procédé d'estimation d'au moins un paramètre de sortie émis par un moteur à combustion interne comprenant au moins un cylindre, un piston mobile entraîné par l'intermédiaire d'un vilebrequin, comprenant une étape de mesure des variations temporelles de l' angle du vilebrequin et de la pression interne du cylindre.

Ce procédé comprend une étape de calcul d'une pluralité de paramètres de combustion, tels que des pressions internes du cylindre caractéristiques de la combustion, des variations de pression interne du cylindre et des temps de cycle du moteur, à partir desdites mesures de l'angle du vilebrequin et de la pression interne dudit cylindre et une étape d'estimation du paramètre de sortie du moteur à partir desdits paramètres de combustion. Avantageusement, on estime au moins un paramètre de sortie du moteur à partir d'un calcul d'une somme pondérée desdits paramètres de combustion.

Le procédé peut comprendre une étape de mesure d'une quantité d'oxygène admise dans le moteur, et lors de l' étape de calcul, on calcule lesdits paramètres de combustion à partir, en outre, de la quantité d'oxygène admise dans le moteur.

Le procédé peut également comprendre une étape de mesure d'un débit de carburant admis dans le moteur, et lors de l' étape de calcul, on calcule lesdits paramètres de combustion à partir, en outre, du débit de carburant admis dans le moteur.

Le procédé peut encore comprendre une étape de mesure d'un débit d' air frais admis dans le moteur, et lors de l' étape de calcul, on calcule lesdits paramètres de combustion à partir, en outre, du débit d'air frais admis dans le moteur.

Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de régulation d'un paramètre de sortie d'un moteur à combustion interne, comprenant une élaboration d'une consigne du paramètre de sortie du moteur, une estimation du paramètre de sortie du moteur, et une régulation du paramètre de sortie du moteur à partir d'une différence entre ladite consigne et ladite estimation du paramètre de sortie du moteur.

Avantageusement, lors de l' étape de régulation, on élabore une commande pour un actionneur contrôlant le paramètre de sortie du moteur, et en outre on élabore une consigne de commande de l' actionneur et on calcule une différence de commande, entre ladite consigne de commande et ladite commande élaborée, destinée audit actionneur.

D ' autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d' exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre un mode de réalisation d'un système d'estimation d'au moins un paramètre de sortie d'un moteur à combustion interne ;

- la figure 2 illustre un mode de réalisation d'un dispositif de régulation d'un paramètre de sortie d'un moteur à combustion interne ; et

- la figure 3 illustre un autre mode de réalisation d'un dispositif de régulation d'un paramètre de sortie d'un moteur à combustion interne. Sur la figure 1 , on a représenté schématiquement, un système d'estimation d' au moins un paramètre de sortie d'un moteur à combustion interne 1.

Les paramètres de sortie caractéristiques du moteur 1 peuvent être choisis parmi les émissions polluantes, le bruit de combustion, la consommation en carburant, le couple du moteur et d'une manière générale tous les paramètres qui représentent un état émis directement ou indirectement par la combustion dans le moteur 1.

On pourra, par exemple, appliquer un tel système d' estimation pour estimer un taux d'oxydes d'azote émis lors de la combustion dans le moteur 1.

Le moteur 1 à combustion interne comprend un cylindre 2 dans lequel se déplace un piston 3 par l'intermédiaire d'une bielle 4 reliant le piston 3 à un vilebrequin 5 d'entraînement de la bielle 4. Une chambre 6 de combustion est délimitée par ledit cylindre 2, ledit piston 3 et une culasse 7. La culasse 7 est munie d' au moins deux soupapes 8 et 9 qui permettent de relier la chambre 6 de combustion avec respectivement un collecteur d' admission 10, pour de l' air éventuellement mélangé avec une partie des gaz d' échappement, et un collecteur d'échappement des gaz 1 1. Le moteur 1 comprend également un injecteur de carburant 12 disposé de façon à injecter du carburant dans la chambre 6 de combustion.

Le système d'estimation comprend deux capteurs de mesure 20, 21 ainsi qu'une unité de contrôle électronique 22 (UCE) qui comprend un moyen de calcul 23 et un moyen d' estimation 24. Ces moyens 23 ,24 peuvent être inclus sous une forme logicielle ou sous une forme de circuits logiques embarqués dans l'UCE 22.

Le capteur 21 permet de mesurer à tout instant l' angle du vilebrequin θ. Le capteur 20 permet de mesurer à tout instant la pression interne P _cy ι du cylindre 2 qui correspond à la pression à l' intérieur de la chambre 6 de combustion. Ces capteurs 20 et 21 émettent chacun un signal de mesure temporel, transmis respectivement par des connexions 25 et 26, en direction du moyen de calcul 23. En outre, le système d' estimation peut comprendre d' autres moyens de mesure 27 à 29 de variables d' état du moteur afin de préciser l'estimation du paramètre de sortie du moteur PSe.

Le système d' estimation peut comprendre, le moyen de mesure 27 pour mesurer une quantité d'oxygène admise dans le moteur 1 , le moyen de mesure 28 pour mesurer un débit de carburant admis dans le moteur 1 et le moyen de mesure 29 pour mesurer un débit d 'air frais admis dans le moteur 1. Le moyen de mesure 27 de la quantité d'oxygène admise dans le moteur 1 peut être une sonde à oxygène située dans collecteur d' admission 10 ou dans le collecteur d' échappement des gaz 1 1. La mesure du débit de carburant admis dans le moteur 1 peut être une consigne de carburant envoyée à l' injecteur 12. Le moyen de mesure 29 du débit d' air frais admis dans le moteur 2 peut être un débitmètre d' air situé sur le collecteur d'admission 10, de préférence en amont de la récupération d'une partie des gaz d' échappement. Ces moyens de mesure 27 à 29 émettent chacun un signal de mesure temporel, transmis respectivement par des connexions 30 à 32, en direction du moyen de calcul 23.

Le moyen de calcul 23 permet de calculer un certain nombre de paramètres de combustion Xi à partir des signaux temporels d' entrée θ, Pcyi- En outre, ce moyen de calcul 23 peut également calculer lesdits paramètres de combustion Xi à partir des signaux temporels supplémentaires provenant des moyens de mesure 27 à 29.

Les paramètres de combustion Xi peuvent être choisis parmi l' instant de début de combustion, la durée de la combustion, la pression interne du cylindre maximale, l' angle du vilebrequin pour lequel la pression est maximale dans le cylindre, l' angle du vilebrequin pour lequel une fraction donnée du combustible a été brûlée, la température des gaz à l'échappement, la pression des gaz à l' échappement. D ' autres paramètres peuvent être envisagés dans la mesure où ils sont en relation directe ou indirecte avec la phase de combustion dans le cylindre.

De préférence, les paramètres de combustion Xi sont choisis comme étant uniquement des valeurs caractéristiques de la pression interne du cylindre tels que des pressions internes du cylindre caractéristiques de la combustion P _cy ii, des variations de pression interne du cylindre V P _cy ii et des temps de cycle du moteur t _cycle i.

Les pressions internes du cylindre caractéristiques de la combustion P _cy ii peuvent être, par exemple, la pression interne du cylindre maximum P _cy imax, la pression interne du cylindre à l'instant de début de combustion, la pression interne du cylindre pour un angle du vilebrequin caractéristique de la combustion (c' est-à-dire un angle pour lequel une fraction donnée du combustible a été brûlée), la pression interne du cylindre lorsque l' angle du vilebrequin est égal à 80° après le point mort haut du piston.

On note que les angles du vilebrequin caractéristiques de la combustion sont bien connus de l'homme du métier et sont généralement calculés en fonction du dégagement d' énergie apparent dans le cylindre. Les variations de pression interne du cylindre V P _cy ii peuvent être, par exemple, le gradient maximum de la pression interne du cylindre, le gradient minimum de la pression interne du cylindre ( V P _cy i) _min , le gradient maximum de la pression interne du cylindre entre la première injection pilotée et l'injection au début de la combustion.

Les temps de cycle du moteur t _cyc i _e i peuvent être, par exemple, le temps écoulé entre CA05 et CA50, ou le temps écoulé entre CA05 et CA90, ou le temps écoulé entre CA05 et le temps où la pression interne du cylindre maximum est atteinte, ou le temps au cours duquel la pression interne du cylindre est supérieure à un seuil, ou encore le temps au cours duquel la pression interne du cylindre est égale à la

P valeur maximum du rapport — — avec V P _cv i représentant le gradient

de la pression interne du cylindre et P _cy i représentant la pression interne du cylindre.

On note que les références CAx correspondent aux angles du vilebrequin où x% du carburant a été brûlé.

Le moyen de calcul 23 est apte à échantillonner les mesures de la pression interne du cylindre P _cy ι en fonction des mesures de l' angle du vilebrequin θ. De préférence, le pas d' échantillonnage de la pression interne du cylindre P _cy ι est supérieur ou égal à 0,5 degrés de l' angle du vilebrequin θ. Puis, pour chaque cycle de la combustion, le moyen de calcul 23 sauvegarde en mémoire les valeurs échantillonnées de la pression interne du cylindre P _cy ι. A partir de ces valeurs échantillonnées, le moyen de calcul 23 calcule les paramètres de combustion Xi, décrits ci-dessus, et les transmet, par des connexions 40, en direction du moyen d' estimation 24.

Ce moyen d'estimation 24 permet d'estimer un paramètre de sortie PSe du moteur, par exemple un taux d'oxydes d' azote NOx _e , à partir desdits paramètres de combustion Xi calculés. En outre, il émet le résultat estimé PSe par une connexion 41.

Le moyen d' estimation 24 peut utiliser plusieurs modèles pour estimer le paramètre de sortie du moteur. De préférence, les modèles sont aptes à estimer le paramètre de sortie du moteur à partir d'une somme pondérée desdits paramètres de combustion Xi.

Selon un premier mode de réalisation, le moyen d' estimation 24 comprend un premier modèle apte à calculer le paramètre de sortie PSe selon l' équation ( 1 ) suivante : PSe - Xi équation (1 )

- N : nombre de paramètres de combustion Xi calculés par le moyen de calcul 23 ; - (X ₁ : constante de pondération qui varie selon le paramètre de combustion Xi ; et

- i : indexe d'identification du paramètre de combustion. Selon un deuxième mode de réalisation, le moyen d' estimation 24 comprend un deuxième modèle apte à calculer le paramètre de sortie PSe selon l' équation (2) suivante :

PSe = exp ( ^ ^N a, • Xi Λ équation (2)

- exp : fonction mathématique exponentielle.

Selon un troisième mode de réalisation, le moyen d'estimation 24 comprend un troisième modèle apte à calculer le paramètre de sortie PSe selon l' équation (3) suivante :

PSe = G) - exp ( ∑ ^N a, - Xi Λ équation (3)

- ω : vitesse angulaire du moteur 1 obtenue à partir des mesures de l' angle du vilebrequin θ. Par ailleurs, ce moyen d' estimation 24 utilise des modèles dont les constantes de pondération Ci ₁ ont été déterminées par des tests préalables.

Sur la figure 2, on a représenté schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif de régulation 50 d'un paramètre de sortie d'un moteur à combustion interne 1. On a également reporté sur cette figure 2 certains éléments décrits à la figure 1.

Le dispositif de régulation 50 comprend un moyen 51 pour élaborer une consigne du paramètre de sortie du moteur Cons PS, un moyen de régulation 52 et un module d' estimation 53. Ces moyens 51 ,52 et ce module 53 peuvent être inclus sous une forme logicielle ou sous une forme de circuits logiques embarqués dans l'UCE 22.

Le module d' estimation 53 comprend le moyen de calcul 23 et le moyen d' estimation 24 tels que décrits à la figure 1 , en outre, il estime un paramètre de sortie PSe qu'il émet ensuite par la connexion 41 vers un moyen de calcul 59 du moyen de régulation 52.

Le moyen de calcul 59 reçoit en outre, par une connexion 54, la consigne du paramètre de sortie du moteur Cons PS élaborée par le moyen 51. Ce moyen de calcul 59 calcule une différence d entre ladite consigne Cons PS et ladite estimation PSe du paramètre de sortie du moteur et transmet cette différence d par une connexion 55 en direction d'un moyen de correction 56 du moyen de régulation 52. Le moyen de correction 56 peut être un correcteur de type proportionnel intégrale PI, ou de type proportionnel intégrale dérivée PID, ou tout autre type de correcteur connu de l'homme du métier. Ce moyen de correction 56 élabore une commande Cmde à partir de la différence d reçue, et transmet cette commande Cmde par une connexion 57 vers un actionneur 58.

L' actionneur 58 permet de contrôler la valeur réelle du paramètre de sortie du moteur que l'on souhaite réguler. Cet actionneur 58 peut être tout moyen pour modifier les valeurs des paramètres de sortie du moteur, comme par exemple un inj ecteur de carburant, un volet d' air monté sur le collecteur d' admission 10, une vanne de recirculation d'une partie des gaz d'échappement.

Ce dispositif de régulation 50 permet de réguler le paramètre de sortie du moteur via l' actionneur 58 en fonction d'une comparaison entre la consigne Cons PS et l' estimation PSe du paramètre de sortie du moteur.

Sur la figure 3 , on a représenté schématiquement un autre mode de réalisation d'un dispositif de régulation 50 d'un paramètre de sortie d'un moteur à combustion interne 1. On a également reporté sur cette figure 3 certains éléments décrits aux figures précédentes 1 et 2. Dans cet autre mode de réalisation, le dispositif de régulation

50 comprend un moyen 60 pour élaborer une consigne de commande Cons Cmde et un deuxième moyen de calcul 61.

Ce deuxième moyen de calcul 61 reçoit, d'une part la commande Cmde élaborée par le moyen de régulation 5 et qui est transmise par la connexion 57, et d' autre part la consigne de commande Cons Cmde qui est transmise par une connexion 62 depuis le moyen 60. Le deuxième moyen de calcul 61 calcule une différence de commande DiffCmde entre la commande Cmde et la consigne de commande Cons Cmde et transmet le résultat par une connexion 63 en direction de l' actionneur 58.

Par exemple, le paramètre de sortie du moteur peut être le taux d'oxydes d' azote à réguler, l' actionneur 58 peut être un volet d' air monté sur le collecteur d'admission 10, Cons Cmde et Cmde représentent respectivement une consigne de débit d' air et une correction de ce débit d' air, le dispositif de régulation 50 assurant ainsi la réduction de dispersion des oxydes d' azote émis par le moteur.

On peut ainsi estimer un taux d'oxydes d' azote en temps réel à l' aide d'un minimum de calculs et de capteurs.

La prise en compte de la mesure de la pression interne du cylindre permet une meilleure estimation des paramètres de sortie du moteur en comparaison avec l'utilisation d'une cartographie du paramètre de sortie en fonction du régime du moteur et du carburant injecté dans la chambre de combustion.

La régulation en boucle fermée permet de réduire la dispersion sur les moteurs et de diminuer les coûts de fabrication des moteurs, notamment en réduisant le volume des systèmes de post-traitement des émissions polluantes.