Titre : Procédé d’estimation de la pression atmosphérique pour un moteur à combustion interne

[0001] La présente divulgation concerne un procédé d’estimation de la pression atmosphérique pour un moteur à combustion interne.

Domaine technique

[0002] La présente divulgation relève du domaine de la gestion des moteurs à combustion interne, notamment dans le domaine automobile au sens large, c’est-à-dire tout type de véhicule se déplaçant sur route tel une automobile, une motocyclette, un camion, etc. propulsé par un moteur à combustion interne.

Technique antérieure

[0003] Il est connu de déterminer la pression atmosphérique à partir de données d’un capteur de pression disposé dans un collecteur d’air d’admission, c’est-à-dire entre un boitier papillon contenant une vanne papillon et une soupape d’admission. Un tel capteur de pression est utilisé pour déterminer le flux d’air d’alimentation. À partir d’une mesure de pression de ce capteur, généralement au point mort bas, il est alors possible de déterminer un flux d’air entrant dans le moteur, ou le remplissage en air du moteur, en fonction du résultat de la mesure et aussi du régime moteur et de la position de la vanne papillon.

[0004] Avec ce même capteur de pression, il est possible d’estimer, toujours en fonction du régime moteur et de la position d’ouverture de la vanne papillon, la pression atmosphérique en mesurant la pression un peu avant le point mort haut croisement, c’est-à-dire le point mort haut pour lequel toutes les soupapes concernées (admission et échappement) sont ouvertes, par exemple 30° CRK avant ce point mort haut.

[0005] En fin de phase d’échappement, avant le début de l’admission et pendant celle-ci, des pulsations de pression peuvent être observées. L’amplitude de ces pulsations varie avec la charge du moteur. Du fait de ces pulsations, lorsque la pression est mesurée pour déterminer la pression atmosphérique, cette mesure peut être réalisée selon les cas en tout point d’une pulsation, à la valeur maxi de cette pulsation, à une valeur mini ou bien toute valeur intermédiaire. Dans certaines configurations moteur et dans certaines conditions (charge moteur, régime) la variation de pression entre un maximum de pulsation et un minimum de pulsation peut être de l’ordre de 100 mbar (soit environ 100 hPa).

[0006] Le document EP2037108A2 concerne un procédé d'acquisition et le traitement d'un signal de pression d'admission dans un moteur à combustion interne sans tubulure d'admission, le moteur à combustion interne ayant au moins un cylindre qui reçoit l'air frais à travers un conduit d'admission, qui est contrôlée par un papillon et qui comprend un capteur de pression relié à une unité de contrôle électronique. Pour déterminer la pression atmosphérique lorsque le moteur à combustion interne fonctionne et le papillon des gaz n'est pas complètement ouvert, les étapes suivantes sont réalisées : détermination d'un angle de début et d'un angle de fin d'une fenêtre de mesure qui dépend de la vitesse du moteur, mesure, par l'intermédiaire du capteur de pression, de la pression d'induction instantanée à une pluralité d'angles de vilebrequin différents distribués dans la fenêtre de mesure ; détermination d'un facteur de compensation dépendant de la vitesse du moteur et de la position du papillon des gaz, et détermination de la pression atmosphérique par application du facteur de compensation à la moyenne des pressions d'induction instantanée mesurées dans la mesure fenêtre.

Résumé

[0007] La présente divulgation vient améliorer la situation. Elle a notamment pour but de fournir un procédé permettant de déterminer rapidement une pression atmosphérique.

[0008] Avantageusement, le procédé de détermination demandera peu de ressources informatiques au niveau l’électronique associée au moteur.

[0009] Avantageusement, le procédé sera utilisable tant à faible charge qu’à charge forte.

[0010] Il est proposé un procédé de détermination de la pression atmosphérique pour un moteur à combustion comportant au moins un cylindre alimenté en air par un dispositif d’admission comportant une vanne papillon et au moins une soupape d’admission d’air dans ledit cylindre ainsi qu’un capteur de pression mesurant une pression régnant entre ladite vanne papillon et ladite au moins une soupape d’admission, ledit procédé comportant les étapes suivantes :

- mesure d’une première pression fournie par ledit capteur de pression à une position angulaire donnée du moteur,

- détermination à partir de la pression mesurée et éventuellement d’autres paramètres tels un régime moteur et/ou une position de ladite vanne papillon d’une valeur estimée de la pression atmosphérique.

[0011] Selon la présente divulgation, ledit procédé comporte en outre une étape de mesure d’une deuxième pression fournie par le capteur de pression à un intervalle de temps prédéterminé après la mesure de la première pression, ledit intervalle de temps correspond à un multiple impair d’une demi-période d’une pulsation de pression pouvant être observée par ledit capteur de pression lors d’une admission d’air dans le moteur, et une pression moyenne correspondant à la moyenne de la première pression et de la deuxième pression est utilisée pour déterminer avec les autres paramètres éventuels la pression atmosphérique.

[0012] Ce procédé repose sur la constatation originale selon laquelle les pulsations de pression visibles par le capteur de pression présentent une période constante, ladite période dépendant uniquement de la structure du moteur. Cette période ainsi ne varie pas pour un moteur donné et est la même pour des moteurs semblables. Ainsi, la moyenne de deux valeurs mesurées permet d’obtenir la pression moyenne sur toute la pulsation. On obtient ainsi rapidement et à peu de frais en termes de ressources informatiques une estimation de la pression atmosphérique.

[0013] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :

[0014] - la mesure de la première pression est réalisée entre 90° CRK et 0° CRK avant un point mort haut dit point mort haut de croisement pour lequel ladite au moins une soupape d’admission ainsi qu’une soupape d’échappement correspondante sont ouvertes ;

[0015] - l’intervalle de temps entre la mesure de la première pression et la mesure de la deuxième pression correspond à une demi-période de la pulsation de pression pouvant être observée par le capteur de pression lors d’une admission d’air dans le moteur ;

[0016] - ledit procédé comporte en outre une étape de filtrage de premier ordre de la pression atmosphérique déterminée.

[0017] Selon un autre aspect, la présente divulgation concerne aussi un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution de toutes les étapes d’un procédé décrit ci-dessus, lorsque ledit programme est exécuté sur ordinateur, notamment une unité de contrôle électronique d’un moteur à combustion interne.

[0018] Selon un autre aspect, la présente divulgation concerne aussi support d’enregistrement lisible par ordinateur sur lequel est enregistré un programme selon le paragraphe qui précède.

[0019] Selon un autre aspect, la présente divulgation concerne aussi moteur à combustion interne comportant :

- au moins un cylindre alimenté en air par un dispositif d’admission comportant une vanne papillon et au moins une soupape d’admission d’air dans ledit cylindre ainsi qu’un capteur de pression mesurant une pression régnant entre ladite vanne papillon et ladite au moins une soupape d’admission, et

- une unité de commande électronique, caractérisé en ce que l’unité de commande électronique est configurée pour :

- mesurer une première pression fournie par ledit capteur de pression à une position angulaire donnée du moteur,

- mesurer une deuxième pression fournie par le capteur de pression à un intervalle de temps prédéterminé après la mesure de la première pression,

- calculer une pression moyenne correspondant à la moyenne de la première pression et de la deuxième pression

- déterminer à partir de la pression moyenne et éventuellement d’autres paramètres tels un régime moteur et/ou une position de ladite vanne papillon d’une valeur estimée de la pression atmosphérique, et en ce que ledit intervalle de temps correspondant à un multiple impair d’une demi-période d’une pulsation de pression pouvant être observée par ledit capteur de pression lors d’une admission d’air dans le moteur.

[0020] Un tel moteur peut comporter plusieurs capteurs de pression disposés entre une vanne papillon et une soupape d’admission. Dans cette configuration, les mesures de pression pour la détermination de la pression atmosphérique sont réalisées avantageusement avec un seul desdits capteurs de pression.

Brève description des dessins

[0021] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse du dessin annexé, sur lequel :

Fig. 1

[0022] [Fig. 1] montre un schématiquement un moteur à combustion interne.

Fig. 2

[0023] [Fig. 2] illustre un procédé de détermination de la pression atmosphérique selon la présente divulgation sur une courbe de relevé de pression en fonction du temps d’un capteur de pression du moteur de la figure 1.

Fig. 3

[0024] [Fig. 3] montre un logigramme pour une forme de réalisation préférée d’un procédé de détermination de la pression atmosphérique dans un moteur à combustion interne.

Description des modes de réalisation

[0025] Il est maintenant fait référence à la figure 1. Cette figure illustre très schématiquement un moteur à combustion interne 10. De manière connue de l’homme du métier, un tel moteur comporte au moins un cylindre 12 dans lequel un mélange air/carburant brûle pour fournir une force motrice transmise à un vilebrequin. Un dispositif d’alimentation en air 14 est prévu pour alimenter le cylindre 12 en air. Ce dispositif fait passer de l’air en provenance de l’extérieur du moteur par une vanne papillon 16 qui permet de réguler le débit d’air alimentant le cylindre 12. L’entrée d’air dans le cylindre 12 est commandée par au moins une soupape 18 (il est courant d’avoir deux soupapes d’admission par cylindre). Un capteur de pression 20 est présent dans le système d’alimentation en air 14 entre la vanne papillon 16 et la (les) soupape(s) 18. Par la suite, par simplification, on évoquera une seule soupape 18 d’admission même pour les cas de figures avec plusieurs soupapes d’admission par cylindre.

[0026] Le capteur de pression 20 est tout d’abord utilisé pour connaître la pression de l’air (ou d’un mélange air/carburant) juste en amont du cylindre 12 et ainsi pouvoir déterminer la quantité d’air qui entre dans le cylindre 12 pour chaque combustion.

[0027] Comme le sait l’homme du métier, plusieurs configurations de moteurs sont connues. Il peut y avoir un ou plusieurs cylindres dans un moteur. Dans un moteur comportant plusieurs cylindres, il est possible d’avoir une vanne papillon 16 et un collecteur d’admission logeant le capteur de pression 20 commun à tous les cylindres, les soupapes 18 étant bien entendu propres à chaque cylindre 12. En variante, une vanne papillon 16 et un collecteur d’admission avec un capteur de pression 20 peuvent être communs à plusieurs cylindres ou bien on peut avoir autant de capteurs de pression 20 que de cylindres.

[0028] De manière connue, il est possible de déterminer à l’aide du capteur de pression 20 la pression atmosphérique régnant en amont de la vanne papillon 16. Habituellement, une mesure de pression est réalisée avant une phase d’admission d’air dans le cylindre. La vanne papillon 16 est alors ouverte et la soupape 18 d’admission encore fermée. La pression en aval de la vanne papillon 16 tend alors à s’équilibrer avec la pression atmosphérique en amont de la vanne papillon 16. Toutefois, en fonction de l’ouverture de la vanne papillon 16 (fermée, partiellement ouverte, entièrement ouverte) et en fonction du régime moteur, la pression en aval de la vanne papillon n’a pas le temps de s’équilibrer avec la pression amont mais des tableaux permettent de connaître à partir de la pression mesurée par le capteur de pression 20, du régime moteur N et de la position d’ouverture TPS de la vanne papillon 16, la pression atmosphérique en amont de ladite vanne papillon 16.

[0029] Une telle mesure de pression par le capteur de pression 20 est réalisée le plus souvent avant le passage du moteur par un point mort haut de croisement, c’est-à-dire un passage à un point mort haut lorsque la soupape d’admission et la soupape d’échappement sont ouvertes, par exemple entre 90° CRK (c’est-à-dire 90° de rotation, mesurés sur le vilebrequin du moteur considéré) et 0° CRK, de préférence environ 60° CRK avant le point mort haut de croisement.

[0030] Cependant, la pression dans le collecteur d’admission, c’est-à-dire entre la vanne papillon 16 et la soupape 18 d’admission ne varie pas linéairement. La figure 2 illustre des variations de pression qui peuvent être mesurées par un capteur de pression 20 dans un collecteur d’admission en fonction du temps t en secondes (s). Sur la figure 2, on a représenté les variations de tension en Volt (V) données par le capteur de pression, linéaire avec grossièrement 0 V équivalent à 0 mbar et 4 V équivalent à 1000 mbar. La mesure de pression faite ne donnera pas le même résultat si elle est faite lorsque la pression passe par un pic de pression ou lorsqu’elle passe par un creux de pression. Parfois, la différence de pression entre un creux et un pic est relativement faible par rapport à la pression mesurée mais parfois cette différence peut être importante, de l’ordre de 100 mbar (soit 100 hPa), et amener alors à une valeur de pression fortement sous-estimée ou fortement surestimée. On retrouve sur la figure 2 les pulsations +/- 0,4 V équivalent à +/- 100 mbar.

[0031] Le procédé proposé par la présente divulgation repose sur la constatation originale que la fréquence des pulsations de pression mesurées par le capteur de pression 20 ne dépend que de la structure du moteur, ou plus particulièrement du dispositif d’alimentation en air 14. Soit alors P (par exemple en millisecondes (ms ou 10(exp-3) s) la période de ces pulsations. En effectuant une première mesure de pression puis une deuxième mesure de pression à un intervalle de P / 2, la valeur moyenne des deux mesures réalisées correspond à la valeur moyenne de la pression sur la pulsation. Cette valeur est alors indépendante de la position des mesures de la pression sur la pulsation.

[0032] Sur la figure 2, les variations de pression mesurées par le capteur de pression 20 sont illustrées. Une mesure de pression MAP est faite lorsqu’un piston dans le cylindre 12 est à son point mort bas en fin de phase d’admission dans le cylindre 12. C’est à ce moment que la pression mesurée par le capteur de pression 20 au cours du cycle de combustion considéré est la plus basse. Cette valeur de pression est représentative de la masse d’air introduite dans le cylindre 12. Elle est importante pour la gestion de la combustion mais n’est pas concernée par la présente divulgation.

[0033] Pour le procédé décrit ici, on mesure une première pression MAP_UP à une position prédéterminée du moteur, peu avant le début d’une phase d’admission d’air dans le cylindre 12, par exemple 30°CRK avant le passage du piston du cylindre 12 au point mort haut de croisement.

[0034] Une mesure de pression fournissant une deuxième pression MAP_UP_T est réalisée X ms après la mesure ayant fourni la valeur de pression MAP_UP. On a ici X = P / 2. On pourrait éventuellement avoir en variante X = 3 P/ 2, en fonction notamment de la position à laquelle est faite la mesure de la valeur MAP_UP, si celle-ci est faite suffisamment tôt.

[0035] Un procédé de détermination de pression atmosphérique à partir de ces deux valeurs de pression, MAP_UP et MAP_UP_T est décrit ci-après en référence à la figure 3.

[0036] Le procédé proposé ici est par exemple mis en œuvre par une unité centrale 22 du moteur. Cette unité centrale 22 contient notamment un microprocesseur et une mémoire. Elle est reliée à divers composants du moteur. Elle reçoit des données de capteurs, effectue des calculs en fonction des données reçues et fournit des instructions de commande à des composants pilotables.

[0037] L’unité centrale 22 connait en permanence la position angulaire du moteur (exprimée en ° CRK correspondant à la position angulaire du vilebrequin du moteur sur 720° dans le cas d’un moteur dit à quatre temps). Lorsqu’une position prédéterminée est atteinte, par exemple 30° CRK avant le point mort haut de croisement pour le piston du cylindre 12, une mesure de pression est faite et délivre une première valeur de pression MAPJJP.

[0038] L’unité centrale intègre également une horloge et commande au capteur de pression 20 de faire une autre mesure de pression X ms après la mesure ayant fourni la première valeur MAP_UP. On obtient alors une deuxième valeur de pression MAP_UP_T.

[0039] Comme déjà indiqué, la valeur X, donnée par exemple en millisecondes, correspond à la demi-période des pulsations de la pression régnant entre la valve papillon 16 et la soupape 18. Cette valeur (X) est fixe. Elle dépend de la structure du moteur et est mémorisée dans l’unité centrale 22.

[0040] L’étape suivante fournit une valeur MAP_AV qui correspond à la moyenne arithmétique de la première valeur de pression MAP_UP et de la deuxième valeur de pression MAP_UP_T, c’est-à-dire :

[0041] MAP_AV = (MAP_UP + MAP_UP_T) / 2

[0042] Il convient ensuite de regarder dans quelles conditions cette valeur moyenne de pression (MAP_AV) a été obtenue. Cette valeur ne sera retenue que si elle peut être représentative de la pression atmosphérique, c’est-à-dire si la partie du dispositif d’alimentation en air en aval de la vanne papillon 16 a pu s’équilibrer, ou tendre à s’équilibrer, avec la partie en amont de cette vanne papillon 16. Ainsi pour des régimes moteur N élevés, la valeur MAP_AV sera retenue si la valeur TPS d’ouverture était suffisamment grande. À faible régime moteur N, des valeurs TPS d’ouverture de la vanne papillon 16 plus faibles pourront être acceptées. Les conditions de prise en compte de la valeur moyenne MAP_AV dépendent ainsi à la fois de N (régime moteur) et de TPS (valeur, ou angle, d’ouverture de la vanne papillon, en pourcentage ou en degrés).

[0043] Si la valeur MAP_AV est retenue, alors il est possible de déterminer en fonction de cette valeur moyenne une nouvelle estimation de la pression atmosphérique AMP_NEW. Cette détermination est faite en fonction du régime N et aussi de la valeur d’ouverture de la vanne papillon. En effet, comme il ressort de ce qui précède, plus le régime N est faible, plus la pression MAP_AV se rapproche de la pression atmosphérique puisque la pression aval a plus de temps pour s’équilibrer avec la pression amont de la vanne papillon 16. De même, plus la valeur de TPS est élevée, moins la perte de charge à travers la vanne papillon 16 est élevée et donc plus la valeur de la pression aval se rapproche de la pression amont de cette vanne.

[0044] On peut donc définir en fonction des caractéristiques du moteur un facteur de correction FC qui est une fonction des deux variables N et TPS. La valeur estimée de la pression atmosphérique peut alors par exemple s’exprimer sous la forme :

[0045] AMP_NEW = FC (N, TPS) * MAP_AV

[0046] La pression atmosphérique variant lentement (elle varie notamment lorsque le véhicule équipé du moteur considéré change d’altitude), il est proposé de prévoir une étape de filtrage (Filt) pour filtrer les valeurs estimées AMP_NEW et obtenir une valeur finale de la pression atmosphérique.

[0047] Le procédé proposé par la présente divulgation est un procédé réactif et précis. Il permet d’obtenir rapidement une valeur de pression atmosphérique très proche de la valeur réelle. Ce procédé fonctionne également lorsque la charge du moteur est faible. Il n’est pas dépendant non plus du régime moteur : la première mesure est faite à positon moteur prédéterminée et la deuxième mesure est faite à un intervalle de temps fixe par rapport à la première mesure.

[0048] Ce procédé est également peu gourmand en ressources informatiques. Peu de calculs sont nécessaires et les calculs effectués sont simples. On remarque en outre que deux mesures de pression sont faites. Il n’est pas nécessaire ici de moyenner un grand nombre de valeurs mesurées. L’estimation est en outre rapidement faite car les deux mesures sont réalisées sur une demi-période d’une pulsation de pression. Il n’est pas nécessaire d’attendre une pulsation complète, ni d’analyser une pulsation complète, pour obtenir une estimation de la pression atmosphérique.

Application industrielle [0049] La présente divulgation ne se limite pas à l’exemple de réalisation décrit ci-dessus et aux variantes évoquées ci-avant, seulement à titre d’exemples, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l’homme de l’art dans le cadre de la protection recherchée.