FR2813343A1 - Procede de compensation de variations defectueuses de debit de gaz dans une conduite de reinjection des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
Procédé pour diagnostiquer et compenser une variation de débit de gaz dans une conduite de réinjection de gaz d'échappement. On détermine le débit massique (msagr) dans la conduite de réinjection (4) selon un premier procédé en fonction de la position (hgr) de la soupape et de la caractéristique de débit de la soupape (5) et selon un second procédé on déduit le débit massique (msagrm) à partir du débit massique d'air frais (ms) dans la tubulure d'aspiration et de la pression dans celle-ci (ps). Puis on détermine la déviation (dms) entre les deux débits massiques (msagr, msagrm) et à partir de celle-ci on forme une ou plusieurs grandeurs de correction (ofmsagr, fkmsagr, dpb) pour le débit massique (msagr) obtenu en fonction de la position de la soupape (hagr) et de la caractéristique de débit.
Description
Etat de la technique
La présente invention concerne un procédé de compensa-
tion de variations défectueuses du débit de gaz dans une conduite de ré-
injection de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.
Lors de la réinjection des gaz d'échappement on ajoute des gaz d'échappement au mélange air/carburant alimentant un moteur à combustion interne. Jusqu'à un certain degré, une teneur croissante en
gaz résiduels dans le mélange air/carburant peut se répercuter de ma-
nière intéressante sur la conversion énergétique et ainsi sur la consom-
mation de carburant. En augmentant la teneur en gaz résiduels on peut débloquer le moteur. Cela réduit les pertes de changement d'alimentation et augmente le rendement. De plus, une augmentation de la teneur en gaz résiduels aboutit à une réduction de la température maximale du procédé de combustion et ainsi à une réduction des oxydes d'azote contenus dans
les gaz d'échappement.
Des émissions fortes d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement se produisent principalement lorsque le moteur fonctionne
en mode stratifié avec un rapport air/carburant X > 1 dans le cas de mo-
teur à essence à injection directe d'essence. Pour éviter cette situation, il
est indispensable dans un moteur à injection directe d'essence de réinjec-
ter des gaz d'échappement. L'expression " réinjection des gaz d'échappement " utilisée ici concerne une réintroduction des gaz d'échappement avec prélèvement d'une veine massique de gaz
d'échappement de la tubulure d'échappement du moteur et retour à tra-
vers une soupape de réinjection dans la conduite de réinjection des gaz
d'échappement, de manière dosée, dans le moteur.
On ne peut éviter que lors de la réinjection des gaz d'échappement, des matières solides des gaz d'échappement se déposent sur la soupape de réinjection et risquent de boucher cette conduite au cours du temps et qu'ainsi la quantité de gaz d'échappement réinjectée
diminue en fonction du temps d'utilisation du moteur à combustion in-
terne. Pour cette raison, il est nécessaire de détecter le fonctionnement du système de réinjection des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne et de prendre des mesures compensant les variations défectueuses du flux de gaz d'échappement dans la conduite de réinjection des gaz d'échappement.
Selon le document DE 197 19 278 A1, on connaît un procé-
dé permettant de déterminer les variations défectueuses du débit de gaz
d'échappement dans la conduite de réinjection des gaz d'échappement.
Pour cela on forme le coefficient de régulation Lambda lorsque la réinjec-
tion des gaz d'échappement est coupée et on compare la différence des
deux coefficients de régulation à des seuils prédéterminés pour une dévia-
tion positive et une déviation négative. En cas de dépassement par excédent du seuil, avec la différence des coefficients de régulation Lambda, on signale un défaut de réinjection des gaz d'échappement. Selon cet état de la technique, on s'oppose à un défaut de réinjection des gaz d'échappement en utilisant la différence entre les coefficients de régulation Lambda lorsque la réinjection est mise en oeuvre ou lorsqu'elle est coupée,
comme grandeur de correction par exemple du temps d'injection.
La présente invention a pour but de développer un procédé permettant de diagnostiquer de manière précise une variation de débit de
gaz dans la conduite de réinjection des gaz d'échappement et de compen-
ser cette variation.
Avantages de l'invention
A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-
dessus, caractérisé en ce qu'on forme le débit massique dans la conduite
de réinjection des gaz d'échappement selon un premier procédé, en fonc-
tion de la position de soupape et de la caractéristique de débit d'une sou-
pape de réinjection de gaz d'échappement, on forme le débit massique dans la conduite de réinjection de gaz d'échappement selon un second procédé à partir du débit massique d'air frais dans la tubulure d'aspiration et de la pression dans la tubulure d'aspiration, on forme la
déviation entre les deux débits massiques obtenus selon les deux procé-
dés, à partir de la déviation entre les deux débits massiques, on forme une ou plusieurs grandeurs de correction pour le débit massique déduit de la
position de la soupape et de la caractéristique de débit.
Le procédé selon l'invention détecte en toute sécurité un faible taux de réinjection de gaz d'échappement ne permettant plus de
respecter les valeurs limites de gaz d'échappement définies par la régle-
mentation. De plus, l'invention concerne des moyens permettant de tenir compte dans le sens de la correction, des variations reconnues du débit de gaz dans le calcul du débit massique par la conduite de réinjection des gaz
d'échappement. Ce débit massique corrigé permet à la commande du mo-
teur de compenser les dépassements des valeurs limites de gaz d'échappement. Comme grandeurs correctives du débit massique on peut envisager par exemple le décalage de la caractéristique de débit ou encore un coefficient modifiant la pente de la caractéristique de débit. Une autre grandeur caractéristique avantageuse est une valeur qui réduit la pression des gaz d'échappement mesurée en amont de la soupape de réinjection des gaz d'échappement; cette grandeur est le produit du carré du débit massique obtenu selon le premier procédé et de la déviation entre les deux débits massiques. Le choix des grandeurs correctives évoquées dépend de
l'importance du débit massique; le décalage pour un débit massique ré-
duit sera utilisé comme variation de pente pour la correction et la réduc-
tion de la pression des gaz d'échappement pour un débit massique plus
important sera utilisée comme variation de la pente.
Il est intéressant de signaler un défaut de réinjection des
gaz d'échappement si la déviation entre les débits massiques obtenus se-
lon les deux procédés dépasse un seuil donné.
Les moyens de l'invention permettent en cas de défaut de réinjection des gaz d'échappement de former une grandeur de correction qui agit directement sur la commande de la soupape de réinjection des gaz d'échappement. Au contraire, dans l'état de la technique
(DE 197 19 278 AI) lorsqu'un défaut a été décelé dans le système de réin-
jection des gaz d'échappement, on corrige d'autres grandeurs de fonction-
nement du moteur à savoir le signal de charge et l'allumage c'est-à-dire des grandeurs qui ne concernent pas directement le système de réinjection
des gaz d'échappement.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne avec réinjection des gaz d'échappement,
- la figure 2 est un diagramme fonctionnel pour compenser des varia-
tions défectueuses du débit de gaz à travers une conduite de réinjection
de gaz d'échappement.
Description d'un exemple de réalisation
La figure 1 montre schématiquement un moteur à combus-
tion interne 1 avec une tubulure d'échappement 2 et une tubulure d'aspiration 3. Une conduite de réinjection des gaz d'échappement 4 dérive
de la tubulure d'échappement 2. Cette conduite 4 débouche dans la tu-
bulure d'aspiration 3. La conduite de réinjection 4 comporte une soupape
5. Cette soupape de réinjection des gaz d'échappement 5 permet de com-
mander la quantité de gaz d'échappement réinjectée. En aval de l'arrivée de la conduite de réinjection des gaz d'échappement 4, la tubulure d'aspiration 3 porte un capteur de pression 6 qui mesure la pression ps
dans la tubulure d'aspiration. En amont de l'arrivée de la conduite de ré-
injection de gaz d'échappement 4 se trouve un volet d'étranglement 7 et en amont de ce volet 7, la tubulure d'aspiration 3 est équipée d'un capteur massique d'air 8 qui mesure le débit massique d'air frais aspiré ms. La conduite de réinjection des gaz d'échappement 4 porte un capteur de
pression 9 en amont de la soupape de réinjection 5. Le capteur de pres-
sion mesure la pression des gaz d'échappement pvagr en amont de la sou-
pape de réinjection 5 ainsi qu'un capteur de température 10 qui mesure la température Tagr des gaz d'échappement. Le débit massique d'air frais ms dans la tubulure d'aspiration et la pression ps dans la tubulure d'aspiration peuvent également s'obtenir par des calculs sur des modèles
à partir d'autres paramètres de fonctionnement du moteur.
Un appareil de commande 1 1 reçoit toutes les grandeurs ainsi détectées. Il s'agit de la pression ps dans la tubulure d'aspiration, du débit massique d'air frais ms, de la température des gaz d'échappement Tagr, de la pression des gaz d'échappement pvagr en amont de la soupape de réinjection 5 et la position hagr de la soupape de réinjection de gaz
d'échappement 5. A l'aide du diagramme fonctionnel de la figure 2 on dé-
crira ci-après comment l'appareil de commande 2 détecte les variations défectueuses du débit de gaz dans la conduite de réinjection 4 à partir des
grandeurs indiquées ci-dessus et il les compense.
Pour détecter les variations défectueuses du débit de gaz dans la conduite de réinjection des gaz d'échappement 4 qui peuvent par exemple produire des dépôts de matières solides des gaz d'échappement sur la soupape 5 et dans la conduite 4 ou encore des variations liées aux
tolérances de fabrication liées aux variations de débit dues au vieillisse-
ment de la soupape, et pouvoir compenser ces variations, on détermine le débit massique d'air dans la conduite de réinjection de gaz d'échappement
4 selon deux procédés différents.
Selon un premier procédé, on calcule le débit massique msagr dans la conduite de réinjection de gaz d'échappement 4 dans l'équation 1 suivante: msagr = (MSNAGR - ofmsagr) * ftagr * pvagr/1013 hPa * fkmsagr + KLAF51 (1) Le calcul du débit massique msagr selon l'équation (1) est
explicité par le diagramme fonctionnel de la figure 2.
Tout d'abord on détermine un débit massique normalisé MSNAGR en fonction de la position angulaire respective hagr à partir de la
caractéristique VKL de la soupape 5 de réinjection des gaz d'échappement.
De ce débit massique normalisé MSNAGR on retranche au point de com-
binaison V1, une valeur de dérive ofmasagr. La différence entre le débit massique normalisé MSNAGR et le décalage ofmsagr est multipliée aux
points de combinaison V2, V3, V4, V5 avec plusieurs coefficients. Le pre-
mier coefficient au point de combinaison V2 est une valeur de température ftagr résultant de la formule suivante: ftagr = 273 K/Tagr (2) Cette valeur de température ftagr indique comme le montre l'équation (2), le rapport entre la température normalisée de 273 K et la
température actuelle des gaz Tagr.
Le coefficient utilisé au point de combinaison V3 est le rap-
port formé au point de combinaison V7 de la pression des gaz d'échappement pvagr mesurée en amont de la soupape de réinjection des gaz d'échappement 5 et d'une pression normale de gaz de 1013 hPa. Pour la pression normale des gaz de 1013 hPa on obtient le débit massique normalisé MSNAGR. Ce débit correspond précisément à la caractéristique
de débit de la soupape de réinjection de gaz d'échappement 5 fournie ha-
bituellement par le fabricant de soupapes et enregistrée dans le bloc fonc-
tionnel VKL. Cette caractéristique de débit tient compte naturellement seulement de la fonction de la soupape de réinjection de gaz
d'échappement 5 mais non des tolérances de fabrication ou de vieillisse-
ment ou d'autres modifications du débit dans la soupape de réinjection de gaz d'échappement 5. Pour tenir compte de telles déviations défectueuses, représentant des déviations par rapport aux conditions normales, pour le débit massique msagr calculé selon l'équation (1), il est prévu d'une part une valeur de décalage ofmsagr et d'autre part un terme correctif fkmsagr appliqué au point de combinaison 4. Le coefficient de correction flkmsagr
influence la pente de la caractéristique de débit.
Enfin au point de combinaison 5 on a une valeur KLAF
prise sur la caractéristique KL. Cette valeur KLAF donne la vitesse du cou-
rant dans la soupape de réinjection 5 par rapport à la vitesse du son. Avec un diviseur DV on forme le rapport de la pression ps dans la tubulure d'aspiration et de la pression des gaz d'échappement pvagr en amont de la
soupape de réinjection 5; en fonction de ce rapport, à partir de la caracté-
ristique KL on forme le coefficient KLAF. Si le rapport de la pression dans la tubulure d'aspiration ps et de la pression des gaz d'échappement pvagr
est inférieure à 0,52, on aura la vitesse du son; pour un rapport supé-
rieur à 0,52, la vitesse de circulation sera inférieure à la vitesse du son. A la sortie du point de combinaison V5, on a finalement le débit massique msagr. Selon un second procédé, on déduit le débit massique msagrm à partir du débit massique d'air frais ms et de la pression ps dans la tubulure d'aspiration. Le débit massique d'air frais ms peut par exemple se mesurer avec un débitmètre massique d'air à film chaud. En divisant le débit massique d'air frais ms par la vitesse de rotation du moteur (régime) nmot et d'une constante KUMSRL, on convertit selon l'équation (3) en une charge d'air relative rl dans la chambre de combustion: rl = ms /(nmot * KUMSRL) (3) A l'instant de fermeture de la soupape d'admission, il règne l'équilibre des pressions entre la chambre de combustion et la tubulure d'aspiration. Par un coefficient fupsrl qui tient compte de la température des gaz à la fermeture de la soupape d'admission, on convertit la pression ps dans la chambre de combustion en une charge globale relative rf selon l'équation (4) suivante: rf = ps * fupsrl (4) La charge (remplissage) totale relative rf se compose selon l'équation (5) de la charge d'air relative rl dans la chambre de combustion, de la charge de gaz résiduels restant dans la chambre de combustion et obtenu dans l'application rfrint et de la charge de gaz résiduels externes
fourni par le système de réinjection de gaz d'échappement rfrext.
rf = rl + rfrint + rfrex (5) La charge de gaz résiduels rfrex externes résultant de la réinjection des gaz d'échappement découle de l'équation (6). On obtient: rfrex= rf- rl - rfrint (6) Selon l'équation (7) on obtient le débit massique msagrm en
multipliant la charge de gaz résiduels externes rfrex avec la vitesse de ro-
tation du moteur nmot et de la constante KUMSRL.
Msagrm = rfrex * nmot * KUMSRL (7) Le débit massique msagrm peut également se déterminer
d'une manière différente de celle présentée ci-dessus.
Au point de combinaison V6 on forme la déviation dms en-
tre les deux débits massiques calculés précédemment msagr et msagrm. A partir de la déviation dms entre ces deux débits massiques msagr et msagrm, on forme une ou plusieurs grandeurs de correction ofmsagr,
fkmsagr, dpb, pour le débit massique msagr déduit de la position de sou-
pape hagr et de la caractéristique de débit VKL. En fonction de l'importance du débit massique on prendra la valeur de correction selon la
déviation dms entre les deux débits massiques msagr et msagrm par va-
riation adaptative. C'est pourquoi il est prévu un commutateur SW qui possède une position de commutation 1, 2, 3 pour chacune des grandeurs de correction indiquée. La position de commutation dans le commutateur SW est commandée par la grandeur du débit massique msagrm. En cas de
faible débit massique msagrm, on met le commutateur SW dans la posi-
tion 1 et la déviation dms entre les débits massiques calculés msagr et msagrm sera transformée par un premier intégrateur Il en un décalage de la grandeur de correction ofmsagr produisant la caractéristique de débit VKL. Si le débit massique msagrm atteint un niveau plus élevé, on met le commutateur SW dans la position de commutation 2 pour que la déviation dms entre les deux débits massiques msagr et msagrm soit transformée par le second intégrateur I2 en une grandeur de correction fkmsagr qui
modifie la pente de la caractéristique de débit.
Pour un débit massique msagrm tellement grand que les
deux grandeurs de correction ofmsagr et fkmsagr ne peuvent plus com-
penser les variations défectueuses du débit de gaz, on place le commuta-
teur SW dans sa position de commutation 3. Dans ce cas, on applique la différence dms des deux débits massiques calculés msagr et msagrm à un troisième intégrateur I3 qui forme un coefficient K à partir de la déviation
dms. Le coefficient K est multiplié au point de combinaison V8 avec le car-
ré msagr2 formé par le circuit de mise au carré QU, du débit massique calculé msagr. Le résultat du produit du coefficient K et du carré du débit
massique msagr est la grandeur de correction dpb; cette grandeur est re-
tranchée au point de combinaison V9 de la pression mesurée des gaz
d'échappement pvagr. La grandeur de correction dpb permet de compen-
ser une déformation très importante de la courbe de débit liée à
l'encrassage de la soupape 5 ou de la conduite 4; cette correction ne se-
rait plus possible par la correction de décalage ofmsagr et la correction de pente fkmsagr. Le choix de la grandeur de correction ofmsagr, fkmsagr, dpb, dépend de l'amplitude du débit massique msagrm, le décalage ofmsagr étant utilisé pour la correction d'un débit massique inférieur à la variation de pente fkmsagr et la réduction dpb de la pression de gaz d'échappement pvagr étant utilisée si le débit massique est supérieur à la variation de pente fkmsagr. Un tel encrassage peut être copié en prenant un diaphragme supplémentaire installé devant la soupape de réinjection de gaz d'échappement 5. A l'aide d'un tel diaphragme fictif on diminue la
pression des gaz d'échappement pvagr en amont de la soupape de réinjec-
tion 5 de la valeur prescrite dpb. Le coefficient K de cette grandeur dpb est
une mesure du diamètre du diaphragme fictif dans la conduite de réinjec-
tion de gaz d'échappement 4. La pression des gaz d'échappement pvagr diminuée de la valeur de correction dpb est appliquée comme coefficient au point de combinaison V3 et celui-ci pris en compte pour former le
coefficient KLAF.
On soumet le coefficient K déduit de la déviation dms entre les débits massiques mesurés msagr et msagrm, pour former la grandeur de correction dpb, à un circuit de décision à seuil SE. Si le coefficient K
dépasse un seuil prédéterminé ce qui est synonyme d'un trop grand en-
crassage de la soupape 5 ou de la conduite de réinjection de gaz d'échappement 4, on émet un signal de défaut fe qui signale un défaut dans le système de réinjection de gaz d'échappement que l'on ne peut plus
compenser par la procédure décrite ci-dessus.
Claims (6)
1 ) Procédé de compensation de variations défectueuses du débit de gaz dans une conduite de réinjection de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu' - on forme le débit massique (msagr) dans la conduite de réinjection des
gaz d'échappement (4) selon un premier procédé, en fonction de la po-
sition de soupape (hagr) et de la caractéristique de débit d'une soupape de réinjection de gaz d'échappement (5), - on forme le débit massique (msagrm) dans la conduite de réinjection de
gaz d'échappement (4) selon un second procédé à partir du débit mas-
sique d'air frais (ms) dans la tubulure d'aspiration (3) et de la pression (ps) dans la tubulure d'aspiration, - on forme la déviation (dms) entre les deux débits massiques (msagr, msagrm) obtenus selon les deux procédés, - a partir de la déviation (dms) entre les deux débits massiques (msagr, msagrm), on forme une ou plusieurs grandeurs de correction (ofmsagr, fkmsagr, dpb) pour le débit massique (msagr) déduit de la position de
la soupape (hagr) et de la caractéristique de débit.
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que
on forme un décalage de la courbe caractéristique de débit comme gran-
deur de correction (ofmsagr).
3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on forme un coefficient modifiant la pente de la caractéristique de débit
comme grandeur de correction (fkmsagr).
4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on forme une valeur diminuant la pression des gaz d'échappement (pvagr) mesurée en amont de la soupape de réinjection (5), comme grandeur de correction (dpb) cette valeur étant le produit du carré du débit massique (msagr) obtenu selon le premier procédé et de la déviation (dms) entre les
deux débits massiques (msagr, msagrm).
) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour former la ou les grandeurs de correction (ofmsagr, fkmsagr, dpb), on intègre la déviation (dms) entre les deux débits massiques (msagr, msagrm).
6 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 4,
caractérisé en ce qu'
on signale un défaut (fe) de la réinjection des gaz d'échappement si la dé-
viation (dms) entre les deux débits massiques (msagr, msagrm) dépasse
un seuil prédéterminé.
7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le choix de la grandeur de correction (ofmsagr), fkmsagr, dpb), dépend de l'amplitude du débit massique (msagrm), le décalage (ofmsagr) étant utilisé pour la correction d'un débit massique inférieur à la variation de pente (fkmsagr) et la réduction (dpb) de la pression de gaz d'échappement (pvagr) étant utilisée si le débit massique est supérieur à la variation de pente
(fkmsagr).
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