EP4466450A1 - Procédé et système de contrôle du couple délivré lors d'un changement de rapport de vitesses pour véhicule automobile équipé d'au moins un système de recirculation des gaz d'échappement - Google Patents

Procédé et système de contrôle du couple délivré lors d'un changement de rapport de vitesses pour véhicule automobile équipé d'au moins un système de recirculation des gaz d'échappement

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Publication number
EP4466450A1
EP4466450A1 EP23700992.3A EP23700992A EP4466450A1 EP 4466450 A1 EP4466450 A1 EP 4466450A1 EP 23700992 A EP23700992 A EP 23700992A EP 4466450 A1 EP4466450 A1 EP 4466450A1
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EP
European Patent Office
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torque
engine
target
value
torque value
Prior art date
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Pending
Application number
EP23700992.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Romain Guerout
Aurelien Nerriere
Luc Pereira
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Horse Powertrain Solutions SL
Original Assignee
Horse Powertrain Solutions SL
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Filing date
Publication date
Application filed by Horse Powertrain Solutions SL filed Critical Horse Powertrain Solutions SL
Publication of EP4466450A1 publication Critical patent/EP4466450A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
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    • F02P5/1502—Digital data processing using one central computing unit
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    • F02D41/0002—Controlling intake air

Definitions

  • It relates in particular, in one application of the invention, to the management of the torque supplied by the engine in the event of a gear ratio change.
  • the vacuum in the engine intake manifold generally regulated by means of an engine throttle valve to obtain a certain mass flow of air allowing the production of engine torque, causes pumping losses which are induced by the pressure difference between the intake manifold plenum and the engine exhaust manifold.
  • a recycled gas mass flow set point Qegr is also defined at the inlet which corresponds to the recycling rate to be applied in order to comply with the targeted fuel consumption.
  • This exhaust gas recycling rate or EGR rate (“exhaust gas recirculation” in English) is defined as the ratio between the mass of reinjected exhaust gas entering per unit time in the intake circuit and the total mass of gas entering per unit time in the combustion chambers of the engine.
  • the sum of the air flow Qair and the recirculated exhaust gas flow Qegr represents the total gas mass flow Qmot entering the engine, which is generally controlled by adjusting the position of a throttle valve in the engine air intake circuit so as to to obtain a pressure value Pcol in the engine intake manifold corresponding to the desired total flow rate.
  • An engine computer uses an air filling model, which makes it possible to determine the value of the minimum pressure of the intake manifold to meet the engine torque setpoint.
  • P]rà.vi designates the volumetric efficiency or “filling”, dimensionless
  • N designates the speed, in revolutions/min
  • Cylinder designates the cylinder capacity of the engine, in m3 ;
  • Pcol is the pressure in the intake manifold, in Pa
  • Tcol designates the temperature in the intake manifold, in K
  • R denotes the ideal gas constant for air equal to about 287.058
  • the pressure in the intake manifold can, in the case of a naturally aspirated engine and if only air is admitted into the engine, be much lower than the atmospheric pressure corresponding to full load, which results in high pumping losses.
  • One way to increase the pressure in the intake manifold is to use exhaust gas recirculation or EGR.
  • This EGR process consists of taking gases from the exhaust and sending them to the intake, for example downstream of an engine air flow control valve.
  • the supply of recycled exhaust gases to the intake makes it possible to increase the pressure in the engine intake manifold for the same value of air flow necessary for the production of the torque, and thus makes it possible to reduce losses by pumping and therefore to improve engine efficiency and fuel consumption.
  • an engine ignition advance value is set so that ignition takes place a few moments before top dead center (TDC), in order to take into account the time required for the development of combustion.
  • an advance value on ignition of the engine is generally set to a value equal to the optimum advance, or failing that to a value which is closest to the optimum advance without creating knocking, so as to maximize the combustion efficiency, i.e. the advance chosen is that which maximizes the torque for the same air and fuel flow.
  • the engine torque when changing gear ratio, the engine torque must be temporarily brought to a very low torque, almost zero, which only compensates for engine friction. In this case, the advance is withdrawn so as to reduce the torque value very quickly without modifying the position of the air circuit actuators such as the throttle body or EGR valve.
  • Figure 2 illustrates the combustion time as a function of the rate of EGR present in the combustion chamber. It will be noted that the combustion duration increases all the more as the EGR rate is high, with combustion instabilities when the combustion cycle is finished before having burned all of the enclosed fuel.
  • Figure 3 qualitatively illustrates the ranges of possible variation in ignition advance as a function of EGR rates.
  • the combustion efficiency corresponds to the engine torque which is obtained as a function of the ignition advance, at identical air flow and at richness 1.
  • the top of each curve corresponds to the best combustion efficiency and to the optimum advance for each EGR rate. All the curves are limited on their right by the phenomenon of knocking and on their left by combustion instability, i.e. by decreasing or increasing the ignition advance, a low threshold is respectively reached from which combustion becomes unstable and a high threshold from which combustion becomes non-homogeneous with self-ignition of the gases not yet burned, characteristic of knocking.
  • the invention aims to reduce the risk of combustion instabilities during advance withdrawals which are practiced to collapse the torque to a value necessary for gear ratio changes, while maintaining the EGR rates at values close to an optimal consumption setting.
  • the object of the invention is a method for controlling the torque delivered during a change of gear ratio by an internal combustion engine of a motor vehicle equipped with at least one partial exhaust gas recirculation system at the intake.
  • the method comprises the following steps: determination of a target torque value necessary for the gear ratio change; determining a first value of torque that the engine can produce, from its current operating point, by performing ignition advance withdrawals; determination of a second torque value, lower than the current torque of the engine, from which it is possible to produce the target torque value by having recourse only to a withdrawal of advance on ignition of the engine.
  • the second torque value is obtained by decreasing the air mass flow entering the engine.
  • the decrease in the air mass flow is limited to predetermined values allowing the torque to be restored within a predetermined maximum duration.
  • the reduction of the air mass flow is obtained by closing a throttle body of the engine.
  • the second torque value is calculated by the computer using a network of curves linking the torque values to the EGR rates.
  • the motor torque setpoint is equal to the second torque value.
  • the computer when the current torque supplied by the engine reaches the second torque value, the computer performs a withdrawal of ignition advance allowing the engine to produce the target torque necessary for changing the gear ratio.
  • the computer sets a zero EGR setpoint and controls the drop in the EGR rate by closing an EGR valve.
  • the computer evaluates at high frequency the minimum torque achievable only by withdrawing the advance.
  • the computer performs the necessary advance withdrawal to obtain the target torque necessary for changing the gear ratio.
  • the invention also relates to a system for controlling the torque delivered during a change of gear ratio by an internal combustion engine of a motor vehicle equipped with at least a partial exhaust gas recirculation system at the intake.
  • the torque control system comprises means for determining a target torque value necessary for changing the gear ratio, means for determining a first torque value that the engine can produce, from its current operating point, by performing ignition advance withdrawals, and means for determining a second torque value, lower than the current engine torque, from which it is possible to produce the target torque value by having recourse only to an ignition advance withdrawal of the engine .
  • FIG 4 schematically illustrates the structure of an internal combustion engine of a motor vehicle equipped with a torque control system according to the invention
  • FIG 5 illustrates a flowchart of the torque control method, implemented by the control system, according to one mode of implementation of the invention. Detailed description of at least one embodiment
  • the internal combustion engine 6 comprises, in a non-limiting way, three cylinders 7 in line, a fresh air intake manifold 8, an exhaust manifold 9 and a turbo-compression system or turbocharger 10.
  • the cylinders 7 are supplied with air via the intake manifold 8, or intake distributor, itself supplied by a pipe 11 provided with an air filter 12 and the turbocharger 10 of the engine 6.
  • the turbocharger 10 essentially comprises a turbine 10a driven by the exhaust gases and a compressor 10b mounted on the same shaft as the turbine 10a and providing compression of the air distributed by the air filter 12, with the aim of increasing the quantity (mass flow) of air admitted into the cylinders 7 of the engine 6 for an identical volume flow.
  • the turbine 10a can be of the "variable geometry” type, that is to say that the wheel of the turbine is equipped with fins with variable inclination in order to modulate the quantity of energy taken from the exhaust gases, and thus the boost pressure.
  • the invention may use a fixed geometry turbine 10a.
  • the quantity of energy taken up by the turbine 10a is regulated by adjusting the proportion of the flow of the exhaust gases passing through the turbine, using an exhaust relief valve, mounted on a bypass circuit associated with the turbine 10a.
  • the internal combustion engine 6 thus comprises an intake circuit Ca and an exhaust circuit Ce.
  • the intake circuit Ca comprises, from upstream to downstream in the direction of air circulation:
  • a flow meter 13 disposed in the intake pipe 1 1 downstream of the air filter 12; the flow meter 13 being configured to measure the real value of the air flow entering the engine 6; - An air inlet valve 14;
  • the compressor 10b of the turbocharger 10 configured to compress the fresh admission gases and the low-pressure recycled exhaust gases, as will be described later;
  • a heat exchanger 16 configured to cool the admission gases corresponding to a mixture of fresh air and recirculated gases after their compression in the compressor 10b;
  • the exhaust circuit Ce includes, from upstream to downstream in the direction of circulation of the burnt gases:
  • the turbine 10a of the turbocharger 10 configured to take energy from the exhaust gases which pass through the turbine, the expansion energy being transmitted to the compressor 10b via the common shaft, for the compression of the inlet gases;
  • the latter collects the exhaust gases resulting from combustion and evacuates them to the outside, via a gas exhaust duct 19 leading to the turbine 10a of the turbocharger 10 and via an exhaust line 20 mounted downstream of the turbine 10a.
  • the engine 6 further comprises a partial recirculation circuit 21 of the exhaust gases at the intake, called the “EGR” circuit (“exhaust gas recirculation” in Anglo-Saxon terms).
  • This circuit 21 is here in a non-limiting way a low pressure exhaust gas recirculation circuit, called “EGR BP”. It is connected to the exhaust line 20, downstream of said turbine 10a, and in particular downstream of the gas pollution control system 18 and returns the exhaust gases to the fresh air supply pipe 11, upstream of the compressor 10b of the turbocharger 10, in particular downstream of the flow meter 13.
  • the flow meter 13 only measures the flow of fresh air alone.
  • the engine combustion gas pollution control system 18 comprises a first post-treatment device 22 comprising two three-way catalysts 22a, 22b in series which can be heated electrically, with at least one first oxygen sensor 23 mounted upstream of the first post-treatment device 22.
  • the first upstream oxygen sensor 23 is generally used to regulate in a closed loop the value of the richness of the air-fuel mixture in the engine around a set value, for example the value 1 corresponding to an air-fuel mixture in stoichiometric proportions.
  • a second optional oxygen sensor 24, for example of the binary or proportional type, can be mounted downstream of the first post-processing device so as to be able to correct the setpoint value of the richness regulation loop, in particular in order to adjust the quantity of oxygen stored inside the first pollution control device 22.
  • the engine 6 is associated with a fuel circuit comprising, for example, fuel inj ectors (not referenced) injecting gasoline directly into each cylinder 7 from a fuel tank (not shown).
  • the engine 6 includes a computer 28 configured to control the various elements of the internal combustion engine from data collected by sensors at different locations of the engine.
  • the computer 28 comprises a calculation module 29, a measurement module 30 and a control module 31.
  • a torque control method 40 provided by a conventional cycle internal combustion engine as described above.
  • the method 40 makes it possible to control the value of the torque produced by the engine, in order to reach the values necessary for the gearshifts of the gearbox.
  • Gearbox gear changes can be initiated by the computer 28 or by the driver, for example by means of manipulation of a gear lever.
  • a strategy implemented by the computer 28 may consist in modifying the gear ratio of the gearbox at an operating point of the engine having a torque different from the current torque, in order to reduce the specific consumption of the engine at equal power.
  • a first step 41 the computer 28 detects that it is going to engage such a gear change and requests the gearbox control system to obtain the value not to be exceeded of the target torque C, necessary for the gearbox during the gear ratio change.
  • target C can be substantially zero if the engine alone produces the torque transmitted to the gearbox input shaft. Alternatively, it may be a slightly higher value when the engine is fitted in a vehicle with a hybrid engine in conjunction with an electric machine which supplies a negative torque to the input shaft of the gearbox to compensate for the torque of the combustion engine.
  • a hybrid motorization device is for example disclosed in the publication FR3022495-A1.
  • the computer 28 determines the minimum value of the torque C withdrawn that the engine can produce by making advance withdrawals from its current operating point and without creating combustion instability.
  • An operating point of the engine 6 is characterized by a current torque supplied by the engine using a certain air flow, a certain EGR rate and the optimum ignition advance.
  • the torque C withdrawal corresponds to the combustion stability limit as represented by the low threshold of the corresponding curve in FIG. 3, the top of which corresponds to the current torque obtained with the optimum ignition advance.
  • the computer 28 checks whether the value of the target torque C determined in step 41 is lower than the value of the withdrawal torque C determined in step 42.
  • step 46 the computer 28 checks whether such an intermediate torque value C has been found in step 45.
  • the computer 28 assigns the intermediate value C to the torque setpoint and proceeds to reduce the air flow, in particular by closing the throttle body.
  • the computer 28 restores the torque to the intermediate value C, by adjusting the value of the previous ignition advance, then increases the air flow in particular by reopening the throttle body to obtain the value of the torque before the gear ratio change.
  • step 49a if no intermediate torque value C has been found in step 45, the computer 28 sets a zero EGR rate setpoint and controls the closing of the EGR valve 21c (step 49a).
  • the effective drop in the EGR rate to a zero value lasts between 200ms and 1000ms depending on the engine flow rate and the intake EGR volume. For a large part, this time corresponds to the time of preparation of the box including for example the engagement of the next report or the slipping of the clutches.
  • the computer 28 re-evaluates at high frequency the minimum torque achievable by the sole withdrawal of the advance as a function of the new EGR rate (step 49b).
  • N designates the speed, in revolutions/min
  • Cylinder designates the cylinder capacity of the engine, in m3 ;
  • Pcol is the pressure in the intake manifold, in Pa
  • R denotes the ideal gas constant for air equal to about 287.058
  • the computer 28 considers that the EGR flow in the engine at a current instant is equal to the flow passing through the valve at a previous instant separated from the current instant by the value of the delay time. During the drop in the EGR rate towards a zero value, the computer 28 performs the withdrawal of ignition advance necessary to obtain the target torque C without creating combustion instability (step 49c).

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Abstract

Ce procédé (40) de contrôle du couple délivré lors d'un changement de rapport de vitesses par un moteur à combustion interne de véhicule automobile équipé d' au moins un système de recirculation partielle des gaz d' échappement à l ' admi ssion du moteur, comprend les étapes suivantes : détermination d'une valeur de couple cible (C_ cible) nécessaire au changement de rapport de vitesses (étape 41); détermination d'une première valeur de couple que le moteur peut produire, à partir de son point de fonctionnement courant, en procédant à des retraits d' avance à l ' allumage (étape 42); détermination d'une deuxième valeur de couple, plus faible que le couple courant du moteur, à partir duquel il est possible de produire la valeur de couple cible (C_ cible) en ayant recours uniquement à un retrait d' avance à l ' allumage du moteur (étape 45).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé et système de contrôle du couple délivré lors d’ un changement de rapport de vitesses pour véhicule automobile équipé d’ au moins un système de recirculation des gaz d’ échappement
Domaine technique
La présente invention concerne les moteurs à combustion interne de véhicule automobile, dotés d’ au moins un circuit de recirculation partielle des gaz d’ échappement à l ’ admission du moteur.
Elle concerne en particulier, dans une application de l ’ invention, la gestion du couple fourni par le moteur en cas de changement de rapport de vitesses.
Techniques antérieures
Sur un véhicule automobile équipé d’un moteur à combustion interne, plus particulièrement d’un moteur à allumage commandé, la dépression du collecteur d’ admission du moteur, réglée généralement grâce à un boîtier papillon du moteur pour obtenir un certain débit massique d’ air permettant la production du couple moteur, provoque des pertes par pompage qui sont induites par l ’ écart de pression entre le plenum du collecteur d’ admission et le collecteur d’ échappement du moteur.
La figure 1 représente le diagramme pression-volume et caractérise le fonctionnement d’un moteur à cycle conventionnel à quatre temps. Les pertes par pompage correspondent à la zone hachurée 2 qui représente le travail consommé par le moteur, à la différence de l a zone hachurée 1 qui représente le travail fourni par le moteur. Selon le cycle conventionnel de la figure 1 représentant les étapes subies par les gaz dans un cylindre du moteur, l ’ étape d’ admission (temps d’ admission) correspond au segment AB, la compression au segment BC, la combustion au segment CD, la détente au segment DE et l ’ échappement au segment EA. Afin de diminuer les pertes par pompage du moteur, il est avantageux d’ augmenter la pression du collecteur d’ admission à une valeur aussi proche que possible de la pression du collecteur d’ échappement du moteur. Ainsi la pression des gaz lors de l ’ étape d’ admission se rapproche de la pression des gaz en phase d’ échappement et la quantité de travail consommé par le moteur diminue.
Classiquement, le conducteur du véhicule détermine, en actionnant la pédale d’ accélérateur, une consigne d’ accélération du véhicule. A partir de la consigne d’ accélération et du régime du moteur, un calculateur définit une consigne de couple du moteur à obtenir pour atteindre cette consigne d’ accélération. La consigne de couple est traduite en une consigne de débit massique d’ air Qair, en une valeur d’ avance à l ’ allumage optimisant généralement le rendement, et en une consigne de richesse généralement égale à 1 , qui correspond au débit du carburant qu’ il faut brûler dans les proportions stœchiométriques pour obtenir le couple tout en faisant fonctionner un catalyseur de dépollution du moteur dans sa plage de fonctionnement catalytique dans laquelle il est apte à traiter les hydrocarbures imbrûlés, le monoxyde de carbone et les oxydes d’ azote.
Par ailleurs, lorsque le véhicule est doté d’un circuit de recirculation partielle des gaz d’ échappement à l ’ admission du moteur, on définit aussi une consigne de débit massique de gaz recyclés Qegr à l ’ admission qui correspond au taux de recyclage à appliquer pour respecter la consommation de carburant visée. Ce taux de recyclage des gaz d’ échappement ou taux d'EGR (« exhaust gas recirculation » en anglais) est défini comme le rapport entre la masse de gaz d’ échappement réinj ectés entrant par unité de temps dans le circuit d’ admission et la masse totale de gaz entrant par unité de temps dans les chambres de combustion du moteur.
La somme du débit d’ air Qair et du débit de gaz d’ échappement recyclés Qegr représente le débit massique gazeux total Qmot entrant dans le moteur, qui est généralement réglé en ajustant la position d’un boîtier-papillon dans le circuit d’ admi ssion d’ air du moteur de manière à obtenir une valeur de pression Pcol dans le collecteur d’ admi ssion du moteur correspondant au débit total recherché.
Un calculateur du moteur utilise un modèle de remplissage en air, qui permet de déterminer la valeur de la pression minimale du collecteur d’ admission pour répondre à la consigne de couple du moteur.
Ce modèle de remplissage suit l ’ équation suivante : Qmot x 120
Dans laquelle :
P]rà.vi désigne le rendement volumétrique ou « remplissage », adimensionnel ;
Qmot désigne le débit massique total rentrant réellement, en kg/s ;
N désigne le régime, en tours/min ;
Cylindrée désigne la cylindrée du moteur, en m3 ;
Pcol désigne la pression dans le collecteur d’ admission, en Pa ;
Tcol, désigne la température dans le collecteur d’ admission, en K ; et
R désigne la constante massique des gaz parfaits pour l ’ air égale à environ 287,058
Le terme « remplissage » est défini comme étant égal au rapport entre la masse d’ air aspirée et la masse d’ air qui aurait pu rentrer en considérant uniquement le volume total des cylindres.
Dans tous les cas de figure, la valeur du rendement ]rdvi dépend du régime N et de la pression dans le collecteur d’ admission Pcol .
A charge partielle, c’ est-à-dire lorsque le besoin de débit d’ air est faible, la pression dans le collecteur d’ admission peut, dans le cas d’un moteur à aspiration naturelle et si seul de l ’ air est admis dans le moteur, être très inférieure à la pression atmosphérique correspondant à la pleine charge, ce qui se traduit par des pertes par pompage élevées.
Pour diminuer ces pertes par pompage, il faut augmenter la pression dans le collecteur d’ admission et l ’ amener aussi près que possible de la valeur de la pression dans le collecteur d’ échappement. Un moyen pour augmenter la pression dans le collecteur d’admission est d’utiliser la recirculation des gaz d’échappement ou EGR.
Ce procédé EGR consiste à prélever des gaz à l’échappement et à les envoyer à l’admission, par exemple en aval d’une vanne de régulation du débit d’air du moteur. L’apport de gaz d’échappement recyclés à l’admission permet d’augmenter la pression dans le collecteur d’admission du moteur pour une même valeur de débit d’air nécessaire à la production du couple, et permet ainsi de diminuer les pertes par pompage et donc d’améliorer le rendement du moteur et la consommation de carburant.
Classiquement, on règle une valeur d’avance à l’allumage du moteur pour que l’allumage intervienne quelques instants avant le point mort haut (PMH), afin de prendre en compte le délai nécessaire au développement de la combustion.
Ainsi pour produire un couple donné, on règle généralement une valeur d’avance à l’allumage du moteur à une valeur égale à l’avance optimale, ou à défaut à une valeur qui soit le plus proche de l’avance optimale sans créer de cliquetis, de manière à maximiser le rendement de combustion, c’est-à-dire que l’avance choisie est celle qui maximise le couple pour un même débit d’air et de carburant.
Cependant, lors d’un changement de rapport de boîte de vitesses il est nécessaire que le couple moteur soit temporairement amené à un couple très faible, quasiment nul, qui compense uniquement les frottements du moteur. Dans ce cas, on procède à des retraits d’avance de manière à faire baisser très rapidement la valeur du couple sans pour autant modifier la position des actionneurs du circuit d’air comme le boîtier-papillon ou vanne EGR.
En effet, pour faire baisser rapidement le couple, il est plus efficient de modifier l’avance à l’allumage plutôt que la position d’une vanne de commande du débit d’air, car le temps de réponse pour que le couple s’effondre réellement est nettement plus faible lorsque l’on procède à des retraits d’avance. Néanmoins, en cas de raj out d’EGR dans la chambre de combustion, la combustion devient d’une manière générale plus lente et moins stable qu’ en l ’ absence d’EGR, si bien qu’ il est difficile pour effondrer le couple en cas de changement de rapport, de procéder à des retraits d’ avance sans faire de raté de combustion, car la combustion risque de devenir tellement lente sous l ’ effet de telles sous-avances qu’ elle en soit totalement arrêtée.
La figure 2 illustre la durée de combustion en fonction du taux d’EGR présent dans la chambre de combustion. On notera que la durée de combustion augmente d’ autant plus que le taux d’EGR est important, avec des instabilités de combustion lorsque le cycle de combustion est terminé avant d’ avoir brûlé la totalité du combustible enfermé.
La figure 3 illustre qualitativement les plages de variation possible de l ’ avance à l ’ allumage en fonction des taux d’EGR. Le rendement de combustion correspond au couple moteur qui est obtenu en fonction de l ’ avance à l ’ allumage, à débit d’ air identique et à richesse 1. Le sommet de chaque courbe correspond au meilleur rendement de combustion et à l ’ avance optimale pour chaque taux d’EGR. Toutes les courbes sont limitées à leur droite par le phénomène de cliquetis et à leur gauche par l ’ instabilité de combustion, c’ est-à-dire qu’ en diminuant ou en augmentant l ’ avance à l ’ allumage, on atteint respectivement un seuil bas à partir duquel la combustion devient instable et un seuil haut à partir duquel la combustion devient non- homogène avec une auto-inflammation des gaz non encore brûlés, caractéristique du cliquetis.
Tel qu’ illustré par la courbe 3 de la figure 3 correspondant à une absence d’EGR dans la chambre de combustion, il est possible de réduire la valeur de l ’ avance à l ’ allumage pour modifier le rendement de combustion, et en particulier dans le sens de la réduction. Ainsi en cas d’ absence d’EGR, le retrait d’ avance effectué par rapport à l ’ avance optimale, permet de réduire quasiment instantanément le couple produit par le moteur.
La problématique est que les plages de valeurs possibles pour l ’ avance à l ’ allumage se réduisent à mesure que le taux d’EGR s’ accroît. Pour les courbes 3 , 4 et 5 de la figure 3 , correspondant à des taux respectifs d’EGR de 0%, 10% et 20%, la largeur de l ’ intervalle 3 a-3b est plus grande que la largeur de l ’ intervalle 4a-4b, qui est elle-même plus grande que la largeur de l ’ intervalle 5a-5b . Ce qui signifie que l ’ on a moins la possibilité de réduire massivement le couple du moteur par des retraits d’ avance, au fur et à mesure que le taux d’EGR augmente. Ainsi, tel qu’ illustré par la courbe 5 de la figure 3 , pour des taux élevés d’EGR, on atteint la limite de stabilité de combustion (5a) bien avant d’ avoir réussi à diminuer sensiblement le couple.
Dans les procédés connus de l ’ état de la technique on ne réduit pas les taux d’EGR, de sorte que les retraits d’ avance qui sont pratiqués pour effondrer le couple à une valeur nécessaire aux changements de rapport de vitesse, engendrent un risque d’ instabilités de combustion qui peuvent se traduire par des ratés de combustion susceptibles de dégrader le fonctionnement du catalyseur et ainsi d’ augmenter l ’ émission de polluants.
Exposé de l’ invention
Au vu de ce qui précède, l ’ invention vise à réduire le risque d’ instabilités de combustion lors des retraits d’ avance qui sont pratiqués pour effondrer le couple à une valeur nécessaire aux changements de rapport de vitesse, tout en maintenant les taux d’EGR à des valeurs proches d’un réglage optimal de la consommation.
L’invention a pour obj et un procédé de contrôle du couple délivré lors d’un changement de rapport de vitesses par un moteur à combustion interne de véhicule automobile équipé d’ au moins un système de recirculation partielle des gaz d’ échappement à l ’ admission.
Le procédé comprend les étapes suivantes : détermination d’une valeur de couple cible nécessaire au changement de rapport de vitesses ; détermination d’une première valeur de couple que le moteur peut produire, à partir de son point de fonctionnement courant, en procédant à des retraits d’ avance à l ’ allumage ; détermination d’une deuxième valeur de couple, plus faible que le couple courant du moteur, à partir duquel il est possible de produire la valeur de couple cible en ayant recours uniquement à un retrait d’ avance à l ’ allumage du moteur.
Par exemple, la deuxième valeur de couple est obtenue par diminution du débit massique d’ air entrant dans le moteur.
Avantageusement, la diminution du débit massique d’ air est limitée à des valeurs prédéterminées permettant le rétablissement du couple dans une durée maximale prédéterminée.
Par exemple, la diminution du débit massique d’ air est obtenue en refermant un boîtier-papillon du moteur.
Selon une autre caractéristique, la deuxième valeur de couple est calculée par le calculateur en utilisant un réseau de courbes reliant les valeurs de couple aux taux d’EGR.
Par exemple, la consigne de couple du moteur est égale à la deuxième valeur de couple.
Avantageusement, lorsque le couple courant fourni par le moteur atteint la deuxième valeur de couple, le calculateur effectue un retrait d’ avance à l ’ allumage permettant au moteur de produire le couple cible nécessaire au changement de rapport de vitesses.
Avantageusement, si aucune deuxième valeur de couple n’ a été trouvée pour permettre d’ atteindre le couple cible par le seul retrait d’ avance, le calculateur fixe une consigne d’EGR nulle et commande la bai sse du taux d’EGR par la fermeture d’une vanne EGR.
Selon une caractéristique avantageuse, pendant la baisse du taux d’EGR vers la valeur de consigne, le calculateur évalue à haute fréquence le couple minimal réalisable uniquement par retrait d’ avance.
Avantageusement, le calculateur procède au retrait d’ avance nécessaire pour obtenir le couple cible nécessaire au changement de rapport de vitesses.
L’invention a également pour obj et un système de contrôle du couple délivré lors d’un changement de rapport de vitesses par un moteur à combustion interne de véhicule automobile équipé d’ au moins un système de recirculation partielle des gaz d’ échappement à l ’ admission.
Le système de contrôle du couple comprend des moyens de détermination d’une valeur de couple cible nécessaire au changement de rapport de vitesses, des moyens de détermination d’une première valeur de couple que le moteur peut produire, à partir de son point de fonctionnement courant, en procédant à des retraits d’ avance à l ’ allumage, et des moyens de détermination d’une deuxième valeur de couple, plus faible que le couple courant du moteur, à partir duquel il est possible de produire la valeur de couple cible en ayant recours uniquement à un retrait d’ avance à l ’ allumage du moteur.
Brève description des dessins
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 lesquel s :
[Fig 1 ], [Fig 2] et [Fig 3 ], dont il a déj à été fait mention, illustrent respectivement, le diagramme pression - volume d’un cylindre d’un moteur à combustion interne à quatre temps d’un véhicul e automobile selon un cycle conventionnel, la durée de combustion en fonction du taux d’EGR présent dans la chambre de combustion, et les plages de variation possible de l ’ avance à l ’ allumage en fonction des taux d’EGR.
[Fig 4] illustre, de manière schématique, la structure d’un moteur à combustion interne d’un véhicule automobile équipé d’un système de contrôle du couple selon l ’ invention ; et
[Fig 5] illustre un organigramme du procédé de contrôle du couple, mis en œuvre par le système de contrôle, selon un mode de mise en œuvre de l ’ invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation
Dans l ’ exemple illustré dans la figure 4, le moteur à combustion interne 6 comprend, de manière non limitative, trois cylindres 7 en ligne, un collecteur d’ admission d’ air frais 8, un collecteur d’ échappement 9 et un système de turbo-compression ou turbocompresseur 10.
Les cylindres 7 sont alimentés en air par l ’ intermédiaire du collecteur d’ admission 8, ou répartiteur d’ admission, lui-même alimenté par une conduite 1 1 pourvue d’un filtre à air 12 et du turbocompresseur 10 du moteur 6.
Le turbocompresseur 10 comporte essentiellement une turbine 10a entraînée par les gaz d’ échappement et un compresseur 10b monté sur le même arbre que la turbine 10a et assurant une compression de l ’ air distribué par le filtre à air 12, dans le but d’ augmenter la quantité (débit massique) d’ air admise dans les cylindres 7 du moteur 6 pour un débit volumique identique.
La turbine 10a peut être du type « à géométrie variable », c’ est- à-dire que la roue de la turbine est équipée d’ ailettes à inclinai son variable afin de moduler la quantité d’ énergie prélevée sur les gaz d’ échappement, et ainsi la pression de suralimentation. En variante, l ’ invention peut utiliser une turbine 10a à géométrie fixe. Dans le cas de l ’utilisation (non représenté) d’une turbine 10a à géométrie fixe, la quantité d’ énergie prélevée par la turbine 10a est réglée en ajustant la proportion du débit des gaz d’ échappement traversant la turbine, à l ’ aide d’une vanne de décharge à l ’ échappement, montée sur un circuit de contournement associé à la turbine 10a.
Le moteur à combustion interne 6 comprend ainsi un circuit d’ admission Ca et un circuit d’ échappement Ce.
Le circuit d’ admission Ca comprend, d’ amont en aval dans le sens de circulation de l ’ air :
- le filtre à air 12 ou boîte à air ;
- un débitmètre 13 disposé dans la conduite d’ admission 1 1 en aval du filtre à air 12 ; le débitmètre 13 étant configuré pour mesurer la valeur réelle du débit d’ air entrant dans le moteur 6 ; - une vanne d’ admission d’ air 14 ;
- le compresseur 10b du turbocompresseur 10 configuré pour comprimer les gaz frais d’ admission et les gaz d’ échappement recyclés à basse pression, tel que cela sera décrit ultérieurement ;
- un boîtier papillon 15 ou une vanne d’ admission des gaz dans le moteur ;
- un échangeur thermique 16 configuré pour refroidir les gaz d’ admission correspondant à un mélange d’ air frais et de gaz recirculés après leur compression dans le compresseur 10b ; et
- le collecteur d’ admission 8.
Le compresseur est associé à un circuit de contournement équipé d’une vanne de décharge à l ’ admission 17 qui s’ ouvre en cas de fermeture brutale du boîtier papillon 15, pour éviter que l ’ air comprimé, se trouvant entre le compresseur 10b et le boîtier papillon 15, ne traverse le compresseur 10b et ne le dégrade, lorsque par exemple, le conducteur du véhicule lève brutalement le pied de la pédal e d’ accélération.
Le circuit d’ échappement Ce comprend, d’ amont en aval dans le sens de circulation des gaz brûlés :
- le collecteur d’ échappement 9 ;
- la turbine 10a du turbocompresseur 10 configurée pour prélever de l ’ énergie sur les gaz d’ échappement qui traversent la turbine, l ’ énergie de détente étant transmise au compresseur 10b par l ’ intermédiaire de l ’ arbre commun, pour la compression des gaz d’ admission ; et
- un système 18 de dépollution des gaz de combustion du moteur.
En ce qui concerne le collecteur d’ échappement 9, celui-ci récupère les gaz d’ échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l ’ extérieur, par l ’ intermédiaire d’un conduit d’ échappement des gaz 19 débouchant sur la turbine 10a du turbocompresseur 10 et par une ligne d’ échappement 20 montée en aval de la turbine 10a. Le moteur 6 comprend en outre un circuit de recirculation partielle 21 des gaz d’ échappement à l ’ admission, dit circuit « EGR » (« exhaust gas recirculation » en termes anglo-saxons).
Ce circuit 21 est ici de manière non limitative un circuit de recirculation des gaz d’ échappement à basse pression, dit « EGR BP » . Il est raccordé à la ligne d’ échappement 20, en aval de ladite turbine 10a, et notamment en aval du système 18 de dépollution des gaz et renvoie les gaz d’ échappement vers la conduite 1 1 d’ alimentation en air frais, en amont du compresseur 10b du turbocompresseur 10, notamment en aval du débitmètre 13. Le débitmètre 13 ne mesure que le débit d’ air frais seul .
Tel qu’ illustré, ce circuit 21 de recirculation comprend, dans le sens de circulation des gaz recyclés, un refroidisseur 21 a, un filtre 21b, et une vanne « V EGR BP » 21 c configurée pour réguler le débit des gaz d’ échappement à basse pression recyclés à l ’ admission du moteur. La vanne « V EGR BP » 21 c est disposée en aval du refroidisseur 21 a et du filtre 21b et en amont du compresseur 10b .
On notera que la vanne d’ admission d’ air 14 peut aussi servir à forcer la circulation d’un débit des gaz d’ échappement à basse pression dans le circuit EGR BP dans le cas où la dépression entre le circuit d’ échappement et le circuit d’ admission serait insuffisante. Dans ce cas, une fermeture de la vanne 14 permettrait de créer une dépression en aval, apte à aspirer des gaz du circuit EGR BP.
Le système 18 de dépollution des gaz de combustion du moteur comprend un premier dispositif de post-traitement 22 comprenant deux catalyseurs 22a, 22b trois voies en série qui peuvent être chauffés électriquement, avec au moins une première sonde à oxygène 23 montée en amont du premier dispositif de post-traitement 22.
La première sonde à oxygène amont 23 sert généralement à réguler en boucle fermée la valeur de la richesse du mélange air- carburant dans le moteur autour d’une valeur de consigne, par exemple la valeur 1 correspondant à un mélange air-carburant dans les proportions stœchiométriques. En outre, une deuxième sonde à oxygène 24 optionnelle, par exemple de type binaire ou proportionnelle peut être montée en aval du premier dispositif de post-traitement de manière à pouvoir corriger la valeur de consigne de la boucle de régulation de richesse, notamment dans le but d’ ajuster la quantité d’ oxygène stockée à l ’ intérieur du premier dispositif de dépollution 22.
Le système 18 de dépollution des gaz comprend en outre un deuxième dispositif de post-traitement 25 qui est ici un filtre à particules fines, et un troisième dispositif 26 de post-traitement, par exemple un catalyseur trois voies. Il peut encore comprendre une troisième sonde à oxygène 27, par exemple de type binaire, montée en aval du deuxième dispositif 25, par exemple à des fins de diagnostic.
Le moteur 6 est associé à un circuit de carburant comprenant, par exemple, des inj ecteurs de carburant (non référencés) inj ectant de l ’ essence directement dans chaque cylindre 7 à partir d’un réservoir à carburant (non représenté).
Par ailleurs, le moteur 6 comprend un calculateur 28 configuré pour commander les différents éléments du moteur à combustion interne à partir de données recueillies par des capteurs à différents endroits du moteur.
Le calculateur 28 comporte un module de calcul 29, un module de mesure 30 et un module de commande 3 1.
Dans le moteur à allumage commandé, le point de fonctionnement régime-charge du moteur est réglé par le calculateur 28 du moteur en ajustant notamment une quantité d’ air, une quantité des gaz d’ échappement recyclés à l ’ admission EGR BP, et une quantité de carburant. Par « quantité », on entend ici un débit massique.
On va maintenant décrire en référence à la figure 5 un procédé 40 de contrôle de couple fourni par un moteur à combustion interne de cycle conventionnel tel que décrit précédemment. Le procédé 40 permet de contrôler la valeur du couple produit par le moteur, pour atteindre les valeurs nécessaires aux changements de rapports de la boîte de vitesses. Les changements de rapport de la boîte de vitesses peuvent être initiés par le calculateur 28 ou par le conducteur par exemple par le biais d’une manipulation d’un levier de vitesses.
Par exemple, dans le cas d’une boîte de vitesses automatisée qui prend les décisions de changement de rapport de la boîte indépendamment de la volonté du conducteur, une stratégie mise en œuvre par le calculateur 28 peut constituer à modifier le rapport de la boîte de vitesses sur un point de fonctionnement du moteur ayant un couple différent du couple courant, afin de diminuer la consommation spécifique du moteur à puissance égale.
Dans une première étape 41 , le calculateur 28 détecte qu’ il va engager un tel changement de rapport et sollicite le système de contrôle de la boîte de vitesses pour obtenir la valeur à ne pas dépasser du couple C cible, nécessaire à la boîte pendant le changement de rapport de vitesses.
La valeur de C cible peut être sensiblement nulle si le moteur est seul à produire le couple transmis à l ’ arbre d’ entrée de la boîte de vitesses. En variante, il peut s’ agir d’une valeur un peu plus élevée lorsque le moteur est monté dans un véhicule à motorisation hybride en association avec une machine électrique qui fournit un couple négatif à l ’ arbre d’ entrée de la boîte de vitesses pour compenser le couple du moteur thermique. Un tel dispositif de motorisation hybride est par exemple divulgué dans la publication FR3022495 -A1 .
Lors de l ’ étape 42 suivante, le calculateur 28 détermine la valeur minimale du couple C retrait que le moteur peut produire en procédant à des retraits d’ avance à partir de son point de fonctionnement courant et sans créer d’ instabilité de combustion. Un point de fonctionnement du moteur 6 est caractérisé par un couple courant fourni par le moteur en utilisant un certain débit d’ air, un certain taux d’EGR et l’ avance à l ’ allumage optimale. Pour un taux d’EGR donné, le couple C retrait correspond à la limite de stabilité de combustion telle que représentée par le seuil bas de la courbe correspondante de la figure 3 , dont le sommet correspond au couple courant obtenu avec l ’ avance à l ’ allumage optimale. Lors de l’étape 43 suivante, le calculateur 28 vérifie si la valeur du couple C cible déterminée à l’étape 41 est inférieure à la valeur du couple C retrait déterminée à l’étape 42.
Si tel n’est pas le cas, alors il n’est pas nécessaire de diminuer le taux d’EGR, ni de modifier la position du boîtier-papillon et le calculateur 28 procède uniquement au retrait d’avance à l’allumage nécessaire pour obtenir le couple C cible sans créer d’instabilité de combustion (étape 44).
Si la valeur du couple C cible déterminée à l’étape 41 est inférieure à la valeur du couple C retrait déterminée à l’étape 42, le calculateur 28 détermine, lors de l’étape 45 suivante, une valeur de couple C intermédiaire, plus faible que le couple courant, à obtenir en diminuant la quantité d’air admise (par exemple en refermant le boîtier- papillon) et pour lequel il serait possible d’obtenir le couple C cible par retrait d’avance uniquement. La quantité d’air est comprise comme un débit massique. Le calculateur 28 limite la baisse du débit massique d’air à des valeurs prédéterminées qui permettent que le rétablissement du couple après le changement de rapport de vitesses se fasse dans une durée maximale prédéterminée. La valeur du couple C intermédiaire, si elle existe, est déterminée par le calculateur 28 à base d’un réseau de courbes telles que celles de la figure 3, pré-programées et contenues dans sa mémoire, reliant les différentes valeurs de couple pour le taux d’EGR constant du couple courant.
Lors de l’étape 46 suivante, le calculateur 28 vérifie si une telle valeur de couple C intermédiaire a été trouvée à l’étape 45.
Si tel est le cas, lors de l’étape 47 suivante, le calculateur 28 attribue la valeur C intermédiaire à la consigne de couple et procède à la baisse du débit d’air, notamment en refermant le boîtier-papillon.
Après l’obtention du couple C intermédiaire à l’étape 47, le calculateur 28 effectue le retrait d’avance à l’allumage qui permet d’obtenir le couple C cible (étape 48).
Après que le changement de rapport de vitesses a été effectué, le calculateur 28 rétablit le couple à la valeur C intermédiaire, par le réglage de la valeur de l’avance à l’allumage précédente, puis augmente le débit d’ air notamment en rouvrant le boîtier-papillon pour obtenir la valeur du couple d’ avant le changement de rapport de vitesses.
Lors de l ’ étape 49 suivante, si aucune valeur de couple C intermédiaire n’ a été trouvée à l ’ étape 45 , le calculateur 28 fixe une consigne de taux d’EGR nul et commande la fermeture de la vanne EGR 21 c (étape 49a). La baisse effective du taux d’EGR vers une valeur null e dure entre 200ms et 1000ms en fonction du débit du moteur et du volume d’EGR à l ’ admission. Pour une grande partie, ce temps correspond au temps de préparation de la boîte comprenant par exemple l ’ engagement du rapport suivant ou le glissement des embrayages. Pendant ce temps de baisse du taux d’EGR, le calculateur 28 réévalue à haute fréquence le couple minimum réalisable par le seul retrait d’ avance en fonction du nouveau taux d’EGR (étape 49b).
Par exemple, le calculateur 28 détermine après le début de la fermeture de la vanne EGR, une valeur du taux d’EGR entrant réellement dans les cylindres. La valeur du débit traversant la vanne EGR est calculée à partir d’une équation de Barré de Saint-Venant, d’un temps de retard appliqué pour tenir compte de la di stance entre la vanne EGR 21 c et les cylindres 7 et d’un modèle de remplissage du moteur à partir de la relation :
_ Qmot x 120
'Irdvl ~ ,, , P coi l 1 '
N x Cylindrée x „ J T col x R
Dans laquelle : ilrdvi désigne le rendement volumétrique ou « remplissage », adimensionnel ;
Qmot désigne le débit massique total rentrant réellement, en kg/s ;
N désigne le régime, en tours/min ;
Cylindrée désigne la cylindrée du moteur, en m3 ;
Pcol désigne la pression dans le collecteur d’ admission, en Pa ;
Tcol, désigne la température dans le collecteur d’ admission, en K ; et
R désigne la constante massique des gaz parfaits pour l ’ air égale à environ 287,058 En d’ autres termes, le calculateur 28 considère que le débit d’EGR dans le moteur à un instant courant est égal au débit traversant la vanne à un instant précédent séparé de l ’instant courant par la valeur du temps de retard. Pendant la baisse du taux d’EGR vers une valeur nulle, le calculateur 28 procède au retrait d’ avance à l ’ allumage nécessaire pour obtenir le couple C cible sans créer d’ instabilité de combustion (étape 49c).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle du couple délivré lors d’un changement de rapport de vitesses par un moteur (6) à combustion interne de véhicule automobile équipé d’ au moins un système de recirculation partielle (21 ) des gaz d’ échappement à l ’ admission du moteur, caractérisé en ce qu’ il comprend les étapes suivantes : détermination d’une valeur de couple cible (C cible) nécessaire au changement de rapport de vitesses ; détermination d’une première valeur de couple (C retrait) que le moteur peut produire, à partir de son point de fonctionnement courant, en procédant à des retraits d’ avance à l ’ allumage ; détermination d’une deuxième valeur de couple (C intermédiaire), plus faible que le couple courant du moteur (6), à partir duquel il est possible de produire la valeur de couple cible (C cible) en ayant recours uniquement à un retrait d’ avance à l ’ allumage du moteur (6).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la deuxième valeur de couple (C intermédiaire) est obtenue par diminution du débit massique d’ air entrant dans le moteur (6).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la diminution du débit massique d’ air est limitée à des valeurs prédéterminées permettant le rétablissement du couple dans une durée maximale prédéterminée.
4. Procédé selon la revendication 3 , dans lequel la diminution du débit massique d’ air est obtenue en refermant le boîtier-papillon.
5. Procédé selon la revendication 3 , dans lequel la deuxième valeur de couple (C intermédiaire) est calculée par le calculateur (28) en utilisant un réseau de courbes reliant les valeurs de couple aux taux d’EGR.
6. Procédé selon l ’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel la consigne de couple du moteur (6) est égale à la deuxième valeur de couple (C intermédiaire).
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel, lorsque le couple courant fourni par le moteur atteint la deuxième valeur de couple (C intermédiaire), le calculateur effectue un retrait d’ avance à l ’ allumage permettant au moteur (6) de produire le couple cible (C cible) nécessaire au changement de rapport de vitesses.
8. Procédé selon l ’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel si aucune deuxième valeur de couple (C intermédiaire) n’ a été trouvée pour permettre d’ atteindre le couple cible (C cible) par le seul retrait d’ avance, le calculateur fixe une consigne d’EGR nulle et commande la baisse du taux d’EGR par la fermeture d’une vanne EGR.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel, pendant la baisse du taux d’EGR vers la valeur de consigne, le calculateur évalue à haute fréquence le couple minimal réalisable uniquement par retrait d’ avance.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le calculateur (28) procède au retrait d’ avance nécessaire pour obtenir le couple cible (C cible) nécessaire au changement de rapport de vitesses.
1 1. Système de contrôle du couple délivré lors d’un changement de rapport de vitesses par un moteur à combustion interne de véhicule automobile équipé d’ au moins un système de recirculation des gaz d’ échappement à l ’ admission, caractérisé en ce qu’ il comporte : des moyens de détermination d’une valeur de couple cible (C cible) nécessaire au changement de rapport de vitesses ; des moyens de détermination d’une première valeur de couple (C retrait) que le moteur peut produire, à partir de son point de fonctionnement courant, en procédant à des retraits d’ avance à l ’ allumage ; des moyens de détermination d’une deuxième valeur de couple (C intermédiaire), plus faible que le couple courant du moteur (6), à partir duquel il est possible de produire l a valeur de couple cible (C cible) en ayant recours uniquement à un retrait d’ avance à l ’ allumage du moteur (6).
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