FR2833998A1 - Procede et dispositif pour determiner le flux massique de recyclage des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Procede et dispositif pour determiner le flux massique de recyclage des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne Download PDF

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Abstract

On détecte la pression dans une chambre de combustion (19) et d'autres paramètres pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement (mAGR). Suivant une première variante, on détermine la densité du mélange gazeux admis dans le moteur et on déduit le flux massique de gaz (mELS) admis dans la chambre de combustion (19) avec la température d'air frais (TELS_in) et la différence entre la température des gaz d'échappement et la température (TELS) du mélange gazeux admis dans la chambre de combustion (19). Selon une deuxième variante, on déduit la contre-pression avec laquelle les gaz d'échappement sont expulsés de la chambre de combustion (19) de la pression de la chambre de combustion, et on détermine le flux massique de recyclage des gaz (22) de la pression de suralimentation, de la contre-pression des gaz d'échappement et du rapport cyclique d'une recyclage (23).

Description

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Procédé et dispositif pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, par exemple d'un moteur Diesel.
Pour une régulation optimale, en particulier des émissions, d'un moteur à combustion interne, par exemple d'un moteur Diesel suralimenté, il est déterminant de connaître précisément le plus grand nombre possible de paramètres de fonctionnement du système du moteur. Dans un moteur à combustion interne avec recyclage des gaz d'échappement, le flux massique de recyclage des gaz d'échappement est un exemple de ce type de paramètres de fonctionnement il s'agit du flux massique des gaz brûlés qui sont rejetés par le moteur à combustion interne et qui, par une conduite de recyclage des gaz d'échappement, sont admis dans un espace de mélange où ils sont mélangés à de l'air frais aspiré pour envoyer ensuite le mélange air frais/gaz d'échappement obtenu dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne.
Actuellement, on ne sait pas mesurer de manière exacte le flux massique de recyclage des gaz d'échappement. Les modèles empiriques ou physiques, à l'aide desquels on peut déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement à partir d'autres paramètres de fonctionnement du système du moteur, sont d'une précision insuffisante.
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L'invention a par conséquent pour objectif de fournir un procédé et un dispositif correspondant pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, d'une part permettant de déterminer le plus précisément possible le flux massique de recyclage des gaz d'échappement et d'autre part utilisant pour cela uniquement des paramètres de fonctionnement qui, soit peuvent être détectés simplement à l'aide de capteurs appropriés, soit sont déjà disponibles dans le système de gestion moteur.
Selon l'invention, cet objectif est atteint par un procédé présentant les caractéristiques principales suivantes : 1 ) Un procédé pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, de l'air frais étant mélangé à des gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1) ramenés par une conduite de recyclage des gaz d'échappement (22) et le mélange gazeux en résultant étant envoyé dans au moins une chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce qu'on détecte la pression apparaissant dans la chambre de combustion (19) et on détermine, en fonction de celle-ci, une densité du mélange gazeux et à partir de la densité du mélange gazeux, on déduit un flux massique de gaz (mELS) du mélange gazeux amené dans la chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1), et
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qu'en fonction de la pression de la chambre de combustion détectée, on détermine une température (TELS in) de l'air frais avant le mélange avec les gaz d'échappement et une variation de température du mélange gazeux due à une combustion dudit mélange gazeux dans la chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1), pour, en fonction de cela, déterminer une quote-part de recyclage de gaz d'échappement qui décrit un rapport entre le flux massique de recyclage de gaz d'échappement (mage) de gaz d'échappement et le flux massique de gaz (mELS), et qu'en fonction du flux massique de gaz (mELS) et de la quote-part de recyclage de gaz d'échappement, on détermine le flux massique de recyclage de gaz d'échappement (m).
20) Procédé pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, de l'air frais étant mélangé aux gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1) ramenés par une conduite de recyclage des gaz d'échappement (22) équipée d'une soupape de recyclage des gaz d'échappement (23) et le mélange gazeux en résultant étant envoyé dans au moins une chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce qu'on détecte la pression apparaissant dans la chambre de combustion (19) et on détermine, en fonction de celle-ci, une première pression, avec laquelle le mélange gazeux est admis dans la chambre de combustion (19), et une deuxième pression, avec laquelle les gaz
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d'échappement sont expulsés de la chambre de combustion (19), qu'on détecte un rapport cyclique, avec lequel la soupape de recyclage des gaz d'échappement (23) est commandée, et qu'on détermine le flux massique de recyclage des gaz d'échappement (mAGR) des gaz d'échappement ramenés par la conduite de recyclage des gaz d'échappement (22) à partir de la première pression, de la deuxième pression et du rapport cyclique avec lequel la soupape de recyclage des gaz d'échappement (23) est commandée.
3 ) Un dispositif pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, de l'air frais étant mélangé aux gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1) ramenés par une conduite de recyclage des gaz d'échappement (22) et le mélange gazeux en résultant étant envoyé dans au moins une chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens (16) pour détecter la pression apparaissant dans la chambre de combustion, et que le dispositif comprend des moyens de traitement (4) pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement (mAGR) en exploitant la pression de la chambre de combustion détectée par les moyens (16), suivant le procédé de l'invention.
Selon l'invention, l'allure de la pression dans les chambres de combustion ou les cylindres du moteur à
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combustion interne est détectée en fonction de la position du vilebrequin, afin, en fonction de celle-ci ainsi qu'en exploitant d'autres grandeurs d'état connues ou pouvant être déterminées ou dérivées facilement, de déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement.
Différents exemples de mise en oeuvre seront présentés, une mesure séparée du flux massique de recyclage des gaz d'échappement pouvant être supprimée et le flux massique de recyclage des gaz d'échappement pouvant être déterminé simplement à l'aide des modèles correspondants.
Il convient ci-après d'expliquer plus en détail l'invention à l'aide d'un exemple de mise en oeuvre préféré et en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue simplifiée d'un simulateur en temps réel destiné à simuler le flux de gaz dans un véhicule automobile selon l'invention, et la figure 2 est une vue simplifiée destinée à expliquer la détection de la pression dans les cylindres ou les chambres de combustion d'un moteur à combustion interne selon l'invention.
La figure 1 montre un moteur à combustion interne 1 avec quatre chambres de combustion ou cylindres. Le moteur à combustion interne 1 est couplé à un turbocompresseur à gaz d'échappement qui comprend une turbine 2 et un compresseur 7, la turbine 2 et le compresseur 7 étant montés sur un arbre 14 commun
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appelé arbre de turbocompresseur. La turbine 2 utilise l'énergie contenue dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 1 pour entraîner le compresseur 7 qui aspire de l'air frais via un filtre à air 6 et refoule l'air pré-comprimé dans les différentes chambres de combustion du moteur à combustion interne 1. Du point de vue de la technique des fluides, le turbocompresseur à gaz d'échappement formé par la turbine 2, le compresseur 7 et l'arbre de turbocompresseur 14 n'est couplé au moteur à combustion interne 1 que par le flux massique d'air et de gaz d'échappement.
L'air aspiré par le compresseur 7 via le filtre à air 6 et pré-comprimé est amené dans un volume équivalent 9 par l'intermédiaire d'un refroidisseur d'air de suralimentation 8 qui réduit la température de l'air de suralimentation et donc l'émission de Nox ainsi que la consommation de carburant. Du fait de la réduction de la température de l'air de suralimentation dans le refroidisseur d'air de suralimentation 8, l'air est comprimé par oxygénation sans que la pression augmente pour autant. Un collecteur d'admission 10 est monté en amont des différentes chambres de combustion du moteur à combustion interne 1. Les gaz d'échappement produits dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne 1 sont collectés par un collecteur d'échappement 11 et envoyés à la turbine 2. Le système d'échappement 12 du véhicule automobile est monté en aval de la turbine 2 dans la direction d'écoulement des gaz d'échappement, lequel système d'échappement élimine les polluants contenus dans les gaz d'échappement émis
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pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne 1 et évacue les gaz d'échappement restants aussi silencieusement que possible. Une partie des gaz d'échappement produits dans les chambres de combustion du moteur à combustion interne 1 est ramenée par le collecteur d'échappement 11, via une conduite de recyclage des gaz d'échappement 22 équipée d'une soupape de recyclage des gaz d'échappement 23, au collecteur d'admission 10 dans lequel les gaz d'échappement sont mélangés à l'air frais aspiré, et le mélange air frais/gaz d'échappement est injecté dans la chambre de combustion correspondante du moteur à combustion interne 1.
La figure 1 montre en outre un appareil de commande 4 qui fait partie intégrante d'un système de gestion moteur du véhicule automobile. L'appareil de commande 4 surveille différentes grandeurs ou différents paramètres de fonctionnement du système de moteur représenté, lesquels grandeurs ou paramètres de fonctionnement sont détectés à l'aide de capteurs appropriés et sont transmis à l'appareil de commande 4 par une interface 3. Il peut s'agir en particulier de la pression apparaissant dans les différents cylindres ou les différentes chambres de combustion du moteur à combustion interne 1, de la position d'un vilebrequin du moteur à combustion interne 1 détectée par un capteur de vilebrequin ou de la température des gaz d'échappement dans la conduite de recyclage des gaz d'échappement 22 ou dans le collecteur d'échappement 11. Comme autre exemple de paramètres de fonctionnement exploités par l'appareil de commande 4, la figure 1
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indique la quantité d'air frais aspirée à l'aide du compresseur 7 via le filtre à air 6, la température de l'air régnant dans le volume équivalent 9 et la pression d'air correspondante et la vitesse de rotation de la turbine ou de l'arbre du turbocompresseur, qui sont toutes transmises à l'appareil de commande 4 par l'interface 3. Les grandeurs de mesure ainsi détectées par l'appareil de commande 4 sont exploitées afin de produire différents signaux de réglage pour le système de gestion moteur. Comme cela est indiqué à la figure 1, les signaux de commande délivrés par l'appareil de commande 4 via l'interface 3 peuvent commander par exemple le rapport cyclique de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 23 disposée dans la conduite de recyclage des gaz d'échappement 22, le réglage des aubes directrices 15 de la turbine 2 ou encore le point d'injection ainsi que le débit d'injection du mélange air/carburant injecté dans les différentes chambres de combustion du moteur à combustion interne 1 par un système d'injection 5.
La référence 13 désigne à la figure 1 des soupapes disposées dans des trajets d'air ou de gaz.
Comme cela sera expliqué plus en détail ci-après, l'appareil de commande 4 est en mesure, par exploitation de certaines grandeurs de mesure au moins en partie disponibles dans les systèmes connus de gestion moteur, de déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement, c'est-à-dire le flux massique des gaz d'échappement ramenés par l'intermédiaire de la conduite de recyclage des gaz d'échappement 22. Pour ce faire, on détecte et on
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exploite notamment l'allure de la pression dans les différentes chambres de combustion du moteur à combustion interne 1, de la manière décrite ci-après plus en détail en référence à la figure 2.
La figure 2 montre un cylindre ou chambre de combustion 19 et le corps de cylindre correspondant du moteur à combustion interne 1. Un piston 20 situé dans la chambre de combustion 19 est entraîné par l'intermédiaire d'un vilebrequin 21 du moteur à combustion interne 1. Si l'on suppose par exemple que le moteur à combustion interne est un moteur à quatre temps, le vilebrequin 21 et le piston 20, à l'intérieur d'un cycle de travail, atteignent exactement deux fois le point mort haut PMH et le point mort bas PMB, ce qui correspond à deux rotations complètes du vilebrequin 21. En technique automobile, les angles de rotation (p du vilebrequin 21 sont indiqués en degrés d'angle de rotation du vilebrequin (OKW).
Dans l'exemple de mise en oeuvre représenté, il est prévu dans la région de la culasse ou du joint de culasse un capteur de pression 16 à l'aide duquel on peut détecter la pression qui règne dans la chambre de combustion 19 pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne 1. Le capteur de pression 16 comprend à cet effet par exemple une membrane de mesure qui s'allonge ou se déforme en fonction de la pression régnant dans la chambre de combustion, l'allongement ou la déformation de cette membrane de mesure servant à l'appareil de commande 4 de grandeur pour évaluer la pression momentanée dans la chambre de combustion 19.
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La pression régnant dans la chambre de combustion 19 est mise en relation avec la position momentanée du vilebrequin 21, c'est-à-dire avec l'angle de rotation (p momentané du vilebrequin 21. Dans ce but, il est prévu un détecteur de vilebrequin 17 qui détecte en continu la position momentanée du vilebrequin 21 et transmet celle-ci à l'appareil de commande 4. L'appareil de commande 4 peut ainsi déterminer l'allure de la pression dans la chambre de combustion en fonction de l'angle de rotation (p du vilebrequin 21.
Les signaux de pression de cylindre ou de chambre de combustion ainsi détectés peuvent, en étant traités en permanence, être utilisés pour adapter et optimiser la régulation du flux massique de gaz d'échappement sur la durée de vie du moteur à combustion interne. Il est en particulier possible d'appliquer une stratégie visant à adapter le recyclage global des gaz d'échappement à l'état du moteur, laquelle stratégie prend en compte, outre les paramètres de combustion, également le conflit entre émission et consommation de carburant d'une part et couple-moteur d'autre part. Le flux massique de recyclage des gaz d'échappement dans la conduite de recyclage des gaz d'échappement 22 est une grandeur d'état importante qu'il convient notamment d'exploiter de manière continue ; des exemples de mise en oeuvre préférés visant à déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement à partir d'informations ou de grandeurs d'état déjà connues seront présentés ci-après.
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Dans un premier temps, il convient ci-après de décrire quelques équations fondamentales d'un nouveau modèle de dynamique des gaz utilisé.
Le flux massique de gaz (charge de cylindre) mELs aspiré par le moteur à combustion interne peut être décrit par l'équation suivante :
Figure img00110001
Figure img00110002

1 où ao et al sont des coefficients dépendant de la vitesse de rotation du moteur nmot et PELS est la densité du gaz dans le collecteur d'admission 10.
Il résulte de plus de la loi des gaz parfaits que :
Figure img00110003
TELS désigne la température du flux massique de gaz aspiré par le moteur à combustion interne 1 dans le collecteur d'admission 10, c'est-à-dire la température de mélange du collecteur d'admission 10, et R est la constante des gaz. On voit dans l'équation (2) que la pression de suralimentation PELS et la température de mélange TELS déterminent la densité dans le collecteur d'admission 10 et ainsi la charge du moteur (voir équation (1)).
Pour le bilan de flux massique concernant le rapport entre le flux massique de gaz mELS aspiré par le moteur à combustion interne 1, le flux massique d'air frais
Figure img00110004

mELS~in aspiré par le collecteur d'admission 10 et le flux massique de recyclage des gaz d'échappement mAGR,
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on a, en régime stationnaire ou pour un petit volume de la tubulure d'admission, l'équation suivante :
Figure img00120001

(3) B= iM+ MM
Pour les températures stationnaires correspondantes de ces flux massiques, on a, si l'on admet que la capacité thermique spécifique est identique pour l'air frais et les gaz d'échappement, l'équation suivante : (4) mELS-TELS = MELS~in#TELS~in+MAGR#TAGR
Pour la température d'entrée des gaz d'échappement ramenés dans le collecteur d'admission 10, on peut utiliser l'équation suivante :
Figure img00120002
Le facteur de minoration NAGE utilisé dans la formule (5) caractérise le refroidissement de la conduite de recyclage des gaz d'échappement 22. Le paramètre L1Tmot décrit l'élévation de température entre la température TELS du collecteur d'admission 10 et la température TASA du collecteur d'échappement 11 du fait de la combustion dans le moteur à combustion interne 1.
La quote-part de recyclage rAGR définit le rapport entre le flux massique de recyclage des gaz d'échappement mAGR et le flux massique de gaz mELS aspiré par le moteur à combustion interne 1 dans le collecteur d'admission 10 :
<Desc/Clms Page number 13>
Figure img00130001

On a donc les rapports suivants :
Figure img00130002
La dernière équation décrit la quote-part de recyclage des gaz d'échappement uniquement par combinaison des températures concernées, la température du mélange, c'est-à-dire la température du mélange gazeux aspiré par le moteur à combustion interne 1, pouvant être exprimée de la manière suivante :
Figure img00130003
La température du mélange TELS est ainsi déterminée par la quote-part de recyclage des gaz d'échappement RAGER et la température TAGR des gaz d'échappement recyclés, mais également par la pression de suralimentation (via la température d'entrée TELs~in du collecteur d'admission 10).
A partir de la pression dans la chambre de combustion déterminée de la manière décrite précédemment, on peut déduire par exemple la pression de suralimentation PELS, c'est-à-dire la pression avec laquelle le mélange air frais/gaz d'échappement est
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envoyé du collecteur d'admission 10 dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne 1, et la contre-pression des gaz d'échappement PASA avec laquelle les gaz d'échappement sont ramenés du collecteur d'échappement 11 au collecteur d'admission 10 par la conduite de recyclage de gaz d'échappement 22.
La pression PELS dans le collecteur d'admission 10 peut être déterminée à partir de différentes valeurs équivalentes de pression de suralimentation. Le meilleur modèle d'un point de vue qualitatif est toutefois obtenu lorsque l'on déduit la pression de
Figure img00140001

suralimentation PELS de la valeur caractéristique de pression du cylindre pkw pour une position du vilebrequin de (p =-15 KW :
Figure img00140002
La densité du mélange gazeux dans le collecteur d'admission 10 peut également être modélisée, le modèle choisi étant déterminé par la combinaison des valeurs de pression de la courbe de compression du moteur à combustion interne :
Figure img00140003
Figure img00140004

Pour déterminer la densité PELS, on utilise ainsi un modèle qui exploite les pressions de cylindre p-es-'Kw et Pkw pour une position de vilebrequin (p =-65 KW et (p =-15 KW, à partir d'une pression moyenne indiquée puis pendant la phase haute pression dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne et d'un
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minimum du couple indiqué momentané Mimin du moteur à combustion interne.
La température de suralimentation est plus difficile à modéliser du fait des quotes-parts élevées de recyclage de gaz d'échappement dans la plage de fonctionnement du moteur de sorte que le flux massique d'air frais mELS~in déterminé par le débitmètre d'air à film chaud doit entrer dans le modèle destiné à modéliser la température de suralimentation TELS :
Figure img00150001
La température TELS~in en amont du collecteur d'admission 10 est déterminée pour l'essentiel par la caractéristique du compresseur 7 et du refroidisseur d'air de suralimentation 8. Elle peut donc être décrite en fonction de la vitesse de rotation du moteur nmot, de la pression de suralimentation PELS et de la température ambiante To, de la manière suivante :
Figure img00150002
Lorsque le recyclage des gaz d'échappement est actif, on peut simuler comme suit la croissance de température dans le collecteur d'admission 10 due aux gaz d'échappement ramenés :
Figure img00150003
La modélisation de la contre-pression de gaz d'échappement PASA, avec laquelle les gaz d'échappement
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sont expulsés par le moteur à combustion interne 1, est rendue difficile par les fortes pulsations de pression dans le collecteur d'échappement 11. A cela s'ajoute qu'une observation de la pression dans la chambre de combustion est très fortement déterminée par le comportement aux chocs thermiques des capteurs. Il est toutefois possible d'obtenir des résultats de bonne qualité lorsque, pour déterminer la contre-pression des gaz d'échappement PASA, on utilise un modèle qui fait déduire la contre-pression des gaz d'échappement PASA de la pression de cylindre pkw pour une position du vilebrequin de (p = 151 kw, de la pression de cylindre Pkw pour une position du vilebrequin de (p =-15 kw, de la pression moyenne indiquée pmiHD pendant la phase haute pression dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne et de la température Tisionw dans le collecteur d'échappement 11 pour la position du vilebrequin de (p = 151 kw, la température Tisionw étant évaluée de préférence sous la forme d'une variation de température relative rapportée à la température dans le collecteur d'admission 10 (la normalisation de la température T151 KW et des autres valeurs de température décrites ici s'effectue par division par la température de référence) :
Figure img00160001
La montée en température du mélange gazeux due au moteur à combustion interne 1 et la combustion qui se produit dans ce dernier peuvent être modélisées en
Figure img00160002

fonction de pisionw, Tisi Kw et p-isoKw :
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Figure img00170001
A titre de variante à une mesure par le débitmètre à film chaud déjà évoqué, il est également possible de modéliser de la manière suivante le flux massique d'air frais mELS~in, c'est-à-dire le débit d'air frais s'écoulant dans le collecteur d'admission 10 :
Figure img00170002
Les modèles décrits précédemment peuvent être mis en oeuvre sous la forme de champs caractéristiques de manière telle que par exemple l'appareil de commande 4 représenté à la figure 1, en fonction des grandeurs d'état indiquées et connues, lit dans un tableau mémorisé une valeur appropriée pour la grandeur d'état recherchée. Les positions de vilebrequin indiquées précédemment sont naturellement à entendre comme des exemples, les positions de vilebrequin indiquées étant celles pour lesquelles les modèles correspondants ont permis d'obtenir de très bons résultats voire les meilleurs résultats.
Puisque l'on peut désormais déterminer les conditions thermodynamiques pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne 1, il est possible de développer une stratégie de régulation qui permet de réguler aussi bien le recyclage des gaz d'échappement que la pression de suralimentation pendant des phases de fonctionnement dynamique du moteur. Cela s'effectue de manière avantageuse en prédéterminant une charge de
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cylindre ou une densité dans le collecteur d'admission 10 et en effectuant, en fonction de celles-ci, une régulation de la pression de suralimentation et de la quote-part de recyclage des gaz d'échappement. L'avantage par rapport à d'autres opérations basées sur des modèles réside d'une part dans le fait que les grandeurs modélisées sont indépendantes des éléments de réglage utilisés dans le système de gestion moteur dont les modèles entrent dans la stratégie de régulation.
D'autre part, les différents flux massiques sont remplacés par leurs températures, ce qui permet de se passer du débitmètre d'air à film chaud prévu habituellement dans le circuit d'admission pour détecter le flux massique d'air frais mELsin-
Le flux massique de recyclage des gaz d'échappement mAGR joue un rôle essentiel dans cette stratégie de régulation. De manière générale, il peut être déterminé sans utiliser de capteur séparé en déterminant tout d'abord la charge de cylindre du moteur à combustion interne 1 c'est-à-dire le flux massique de gaz mELs aspiré par le moteur à combustion interne 1 et le flux
Figure img00180001

massique d'air frais mELsin (directement ou indirectement par l'intermédiaire de la quote-part de recyclage de gaz d'échappement) pour ensuite pouvoir déduire par différence le flux massique de recyclage des gaz d'échappement mAGR (voir équation (3)).
Différentes méthodes sont possibles.
Suivant un premier exemple de mise en oeuvre, on mesure, par exemple avec un débitmètre d'air à film chaud, le flux massique d'air frais min aspiré via le compresseur 7, et, en fonction de cette valeur et des
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données de pression correspondantes dans la chambre de combustion, on déduit la température de suralimentation ou d'admission TELS en utilisant l'équation (11). On peut de même, à partir des données de pression dans la chambre de combustion, déterminer la pression de suralimentation SELS au moyen de l'équation (9) puis, à l'aide de l'équation (2), la densité SELS dans le collecteur d'admission 10.
A l'aide des équations (12) et (15), on détermine, à partir des données de pression et de température dans la chambre de combustion, d'une part la température d'entrée du collecteur d'admission TELS~in (rapportée à la température ambiante To) et d'autre part l'élévation de température TALS-TELS=#Tmot des gaz d'échappement due à la combustion. A l'aide des équations (7) et (1), on peut ensuite déterminer la quote-part de recyclage des
Figure img00190001

gaz d'échappement rAGR et le flux massique de gaz mELS aspiré par le moteur (c'est-à-dire la charge de cylindre) pour, en fonction de cela, déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement mAGR (équation (6) ou équation (3)). Puisque, dans cet exemple de mise en oeuvre, on connaît directement, outre
Figure img00190002

le flux massique de gaz mELS, également le flux massique d'air frais mELS~in, la structure du modèle peut être vérifiée pendant des phases stationnaires.
Suivant un second exemple de mise en oeuvre, on détermine la densité SELS dans le collecteur d'admission 10 directement par l'équation (10) en fonction des pressions de cylindre p-gsonw et p-isonw pour une position de vilebrequin de (p =-65 KW et < p =-15 KW, en fonction de la pression moyenne indiquée PmiHD pendant la phase
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haute pression dans la chambre de combustion du moteur
Figure img00200001

à combustion interne et du couple indiqué minimal Mimis. La pression de suralimentation PELS est de nouveau déterminée par l'intermédiaire de l'équation (9), la température du mélange TELS dans le collecteur d'admission 10 pouvant ensuite être déterminée par l'intermédiaire de l'équation (2).
La modélisation correspond pour le reste au premier exemple de mise en oeuvre, c'est-à-dire qu'à partir des données correspondantes de pression et de température dans la chambre de combustion, on détermine par l'intermédiaire des équations (12) et (15) d'une part la température d'entrée du collecteur d'admission TELS-in et d'autre part l'élévation de température TALs-TELS=AT des gaz d'échappement due à la combustion. A l'aide des équations (7) et (1), on peut ensuite déterminer la quote-part de recyclage des gaz d'échappement rAGR pour, en fonction de celle-ci, déterminer le flux massique de
Figure img00200002

recyclage des gaz d'échappement mAGR (équation (6) ou équation (3) ). Sur la base de la charge de cylindre ou du flux massique de gaz mELS connus, on peut déterminer tous les flux massiques.
Suivant un troisième exemple de mise en oeuvre, on détermine l'élévation de température TELS-TELs~in dans le collecteur d'admission 10 directement par l'équation (13) en fonction de la densité PELS et des pressions de cylindre et de chambre de combustion p-is'uw et pmi. La détermination de la densité PELS s'effectue à l'aide de l'équation (10) comme dans le second exemple de mise en oeuvre, le flux massique de gaz mELS pouvant de nouveau être déterminé par l'équation (1).
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Sur la base de l'information désormais disponible sur l'élévation de température TELS-TELS-in dans le collecteur d'admission 10, on peut déterminer la quotepart de recyclage de gaz d'échappement ruz à l'aide de l'équation (7), sachant que pour cela, on détermine de nouveau à l'aide des équations (12) et (15), à partir des données correspondantes de pression et de température dans la chambre de combustion, d'une part la température d'entrée du collecteur d'admission TELS~in et d'autre part l'élévation de température TALs-TELS=AlTmot des gaz d'échappement due à la combustion. A l'aide des équations (7) et (1), on peut ensuite déterminer la quote-part de recyclage des gaz d'échappement rAGR pour, en fonction de celle-ci, déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement mAGR (équation (6) ou équation (3) ). Le modèle, utilisé sous la forme de l'équation (10), de la densité PELS permet, par l'intermédiaire des équations (1) et suivantes, d'établir le rapport avec les masses résultantes.
Suivant un quatrième exemple de mise en oeuvre, l'appareil de commande 4 peut, à l'aide de la pression de suralimentation PELS et de la contre-pression des gaz d'échappement PASA ainsi que d'un modèle de la surface effective de la section de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 23 en fonction du rapport cyclique de commande de celle-ci, dériver le flux massique de
Figure img00210001

recyclage des gaz d'échappement mAGR suivant la relation suivante :
Figure img00210002

(17) MAGR=TAGR-AAGR (DAGR)-pAsA- ; 2- 1
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Dans cette équation, AAGR désigne la surface effective de section de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 23 qui est disposée dans la conduite de recyclage des gaz d'échappement 22 du système de moteur. La surface effective de section AAGR de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 23 dépend du rapport cyclique DAGR du courant avec lequel la soupape de recyclage des gaz d'échappement 23 est commandée.
TAGR décrit la température du flux massique de recyclage des gaz d'échappement qui peut être obtenu par l'équation (5) de la température TASA du collecteur d'échappement 11.
La soupape de recyclage des gaz d'échappement 23 est représentée sous forme d'étranglement avec une section variable pour le cas dit sous-critique, VAGIR décrivant la fonction d'écoulement qui peut être présentée comme suit :
Figure img00220001

max désigne la valeur maximale de la fonction d'écoulement de l'étranglement dans un cas surcritique. Hkrit désigne le rapport de pression critique qui, en fonction de l'exposant isentropique k, est défini comme suit :
Figure img00220002
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Figure img00230001

Pour la valeur maximale de la fonction d'écoulement T mat on a :
Figure img00230002
Figure img00230003

On voit dans la formule (18) que la fonction d'écoulement de l'étranglement dépend de la pression différentielle PASA-PELS ou de la pression différentielle relative rapportée à la contre-pression de gaz d'échappement PASA. Comme cela a déjà été évoqué, le modèle de restriction ci-dessus est valable pour le cas sous-critique, c'est-à-dire pour :
Figure img00230004
De cette manière, il est possible, à l'aide de la pression de suralimentation PELS et de la contrepression des gaz d'échappement PASA ainsi que d'un modèle de la surface effective de section de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 23, en fonction du rapport cyclique de commande de celle-ci, de déduire le flux massique de recyclage des gaz d'échappement mAGR.
La séquence d'allumage, c'est-à-dire les différents moments d'ouvertures des soupapes des différentes chambres de combustion du moteur à combustion interne 1, permettent de connaître également le décalage dans le temps des allures de pression des différentes chambres de combustion. En se basant sur cet élément connu, on peut calculer une résolution dans le temps de
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la pression différentielle sur la soupape de recyclage des gaz d'échappement 23 de sorte que pour chaque chambre de combustion, on peut, avec le modèle d'étranglement décrit précédemment, déterminer un flux massique de recyclage des gaz d'échappement spécifique d'un cylindre ou d'une chambre de combustion. Cela vaut bien entendu également pour les autres exemples de mise en oeuvre décrits précédemment aux fins de déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement.
Pour mettre en oeuvre le modèle décrit précédemment, il va de soi qu'on peut également détecter la pression de suralimentation PELS et/ou la contre-pression de gaz d'échappement PASA directement à l'aide de capteurs appropriés. Il est toutefois avantageux de détruire ces valeurs de pression de l'allure de pression de la chambre de combustion, comme cela a été décrit précédemment, afin d'éviter des capteurs inutiles et donc des coûts inutiles. Il convient d'ajouter que le flux massique de recyclage des gaz d'échappement spécifique d'un cylindre peut également être déterminé à partir de la masse de mélange gazeux dont la chambre de combustion est chargée, et de la masse d'air frais aspirée qui, habituellement, est mesurée à l'aide d'un débitmètre d'air à film chaud situé en amont du compresseur 7, car la somme de la masse d'air frais aspirée et de la masse de recyclage de gaz d'échappement spécifique d'un cylindre correspond à la masse du mélange gazeux contenue dans la chambre de combustion considérée.
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LISTE DES REFERENCES 1 moteur à combustion interne 2 turbine 3 interface 4 appareil de commande 5 système d'injection 6 filtre à air 7 compresseur 8 refroidisseur d'air de suralimentation 9 volume équivalent 10 collecteur d'admission 11 collecteur d'échappement 12 système d'échappement 13 soupape 14 arbre de turbocompresseur 15 réglage des aubes directrices de la turbine 16 capteur de pression 17 capteur de vilebrequin 18 injecteur 19 corps de cylindre 20 piston 21 vilebrequin 22 conduite de recyclage des gaz d'échappement 23 soupape de recyclage des gaz d'échappement ELSin. flux massique d'air frais
TELS-in température d'air frais mELS flux massique de mélange gazeux TELS température de mélange gazeux mAGR flux massique de recyclage de gaz d'échappement TAGR température de gaz d'échappement
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PMH point mort haut PMB point mort bas (p angle de vilebrequin

Claims (24)

REVENDICATIONS
1. Procédé pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, de l'air frais étant mélangé à des gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1) ramenés par une conduite de recyclage des gaz d'échappement (22) et le mélange gazeux en résultant étant envoyé dans au moins une chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce qu'on détecte la pression apparaissant dans la chambre de combustion (19) et on détermine, en fonction de celle-ci, une densité du mélange gazeux et à partir de la densité du mélange gazeux, on déduit un flux massique de gaz (mELS) du mélange gazeux amené dans la chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1), et qu'en fonction de la pression de la chambre de combustion détectée, on détermine une température (TELS~in) de l'air frais avant le mélange avec les gaz d'échappement et une variation de température du mélange gazeux due à une combustion dudit mélange gazeux dans la chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1), pour, en fonction de cela, déterminer une quote-part de recyclage de gaz d'échappement qui décrit un rapport entre le flux
Figure img00270001
massique de recyclage de gaz d'échappement (MAGR) de s gaz d'échappement et le flux massique de gaz (mE), et
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qu'en fonction du flux massique de gaz (mELS) et de la quote-part de recyclage de gaz d'échappement, on détermine le flux massique de recyclage de gaz d'échappement (mA).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine le flux massique de gaz (mELS) en fonction de la densité du mélange gazeux et d'une vitesse de rotation du moteur à combustion interne (1).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on détermine le flux massique de gaz (mELS) en fonction de la densité (PELS) du mélange gazeux et de la vitesse de rotation (nmot) du moteur à combustion interne (1) de la manière suivante :
Figure img00280001
/KEM = ao (nmot) + al (nmot)-pBLX, où ao et al sont des coefficients dépendant de la vitesse de rotation nmot du moteur à combustion interne.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine la température (TELS~in) de l'air frais à partir d'une vitesse de rotation du moteur à combustion interne (1) et d'une pression apparaissant dans la chambre de combustion (19) pour une position de vilebrequin déterminée.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine la variation de température du mélange gazeux à partir d'une température apparaissant dans la chambre de combustion (19) pour une position de vilebrequin déterminée et d'au moins une pression apparaissant dans la chambre de combustion (19) pour une position de vilebrequin déterminée.
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6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine la quote-part de recyclage de gaz d'échappement en fonction de la température (TELS in) de l'air frais, en fonction de la variation de température du mélange gazeux et en fonction d'une température (TELS) du mélange gazeux envoyé dans la chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on détermine la quote-part de recyclage de gaz
Figure img00290001
d'échappement (rAGR) en fonction de la température (TELs~in) de l'air frais avant le mélange avec les gaz d'échappement, en fonction de la variation de température (ATmot) du mélange gazeux et en fonction de
Figure img00290002
la température (TELS) du mélange gazeux, de la manière
Figure img00290003
suivante : TsM-TEM m TEM-TEM M MGJ ! =-----------=--------------=------TAGR - TELS -in 7JAGR' (TELS + ó'Tmot) - TELS~in
Figure img00290004
OÙ NAGR est un facteur désignant le refroidissement de la conduite de recyclage des gaz d'échappement (22).
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détecte un flux massique d'air frais (mELS~in) avant le mélange de l'air frais avec les gaz d'échappement et on détermine à partir de celui-ci ainsi qu'en tenant compte de la pression dans la chambre de combustion, la température (TELS) du mélange gazeux envoyé dans la chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1).
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine la densité du mélange gazeux en fonction de la pression apparaissant dans la chambre de combustion (19) pour une position de vilebrequin déterminée.
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10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on déduit la densité du mélange gazeux de la pression apparaissant dans la chambre de combustion (19) pour au moins une position de vilebrequin et d'un couple indiqué minimal du moteur à combustion interne (1).
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on détermine la température (TELS) du mélange gazeux envoyé dans la chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1) à partir d'une pression, avec laquelle le mélange gazeux est admis dans le moteur à combustion interne (1), et à partir de la densité du mélange gazeux.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on déduit la pression, avec laquelle le mélange gazeux est admis dans le moteur à combustion interne (1), de la pression apparaissant dans la chambre de combustion (19) pour une position de vilebrequin déterminée.
13. Procédé selon la revendication 7 et la revendication 10, caractérisé en ce qu'on déduit une différence de température entre la température (TELS) du mélange gazeux admis dans la chambre de combustion (19) et la température (TELs~in) de l'air frais avant le mélange avec les gaz d'échappement en fonction d'au moins une parmi une pression apparaissant dans la chambre de combustion (19) pour une position de vilebrequin déterminée et la quote-part de recyclage des gaz d'échappement en fonction de cette différence de température.
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14. Procédé pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, de l'air frais étant mélangé aux gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1) ramenés par une conduite de recyclage des gaz d'échappement (22) équipée d'une soupape de recyclage des gaz d'échappement (23) et le mélange gazeux en résultant étant envoyé dans au moins une chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce qu'on détecte la pression apparaissant dans la chambre de combustion (19) et on détermine, en fonction de celle-ci, une première pression, avec laquelle le mélange gazeux est admis dans la chambre de combustion (19), et une deuxième pression, avec laquelle les gaz d'échappement sont expulsés de la chambre de combustion (19), qu'on détecte un rapport cyclique, avec lequel la soupape de recyclage des gaz d'échappement (23) est commandée, et qu'on détermine le flux massique de recyclage des gaz d'échappement (mAGR) des gaz d'échappement ramenés par la conduite de recyclage des gaz d'échappement (22) à partir de la première pression, de la deuxième pression et du rapport cyclique avec lequel la soupape de recyclage des gaz d'échappement (23) est commandée.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'on détermine le flux massique de recyclage des gaz d'échappement à partir de la différence entre la deuxième pression et la première pression.
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16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce qu'on détermine le flux massique de recyclage des gaz d'échappement à l'aide d'un modèle qui simule la surface effective de la section de la soupape de recyclage des gaz d'échappement (23) en fonction du rapport cyclique avec lequel la soupape de recyclage des gaz d'échappement (23) est commandée.
17. Procédé selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé en ce qu'on déduit la première pression de la pression apparaissant dans la chambre de combustion pour une position de vilebrequin déterminée.
18. Procédé selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce qu'on déduit la deuxième pression de pressions apparaissant dans la chambre de combustion (19) pour au moins deux positions de vilebrequin différentes.
19. Procédé selon l'une des revendications 14 à 18, caractérisé en ce qu'on détermine le flux massique de recyclage des gaz d'échappement à l'aide d'un modèle qui modélise la soupape de recyclage des gaz d'échappement (23) comme étranglement de section variable.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'on utilise dans le modèle une fonction
Figure img00320001
d'écoulement (AGR) qui dépend de la première pression (PELS) et de la deuxième pression (PASA) de la manière suivante :
Figure img00320002
où Ksi, K2 et K3 sont des facteurs constants.
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21. Procédé selon la revendication 19 et la revendication 20, caractérisé en ce qu'on déduit le flux massique de recyclage des gaz d'échappement du produit de la fonction d'écoulement de l'étranglement par une surface effective de la section de l'étranglement qui dépend du rapport cyclique de la soupape de recyclage des gaz d'échappement (23).
22. Procédé selon la revendication 21, caractérise en ce qu'on déduit le flux massique de recyclage des gaz d'échappement (mAGR) de la fonction d'écoulement (AGR) et de la surface effective de la section (AAGR) d'étranglement qui dépend du rapport cyclique de la soupape de recyclage des gaz d'échappement (23), de la manière suivante :
Figure img00330001
mAGR ='P AGR'AAGR. pASA'1J' -TAGR
Figure img00330002
OÙ PASA désigne la deuxième pression, une constante, R une constante des gaz et TAGR la température des gaz d'échappement dans la conduite de recyclage des gaz d'échappement (22).
23. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne (1) présente plusieurs chambres de combustion (19), un flux massique de recyclage des gaz d'échappement spécifique à chaque chambre de combustion (19) étant déduit du flux massique de recyclage des gaz d'échappement déterminé par le procédé, en prenant en compte la séquence d'allumage des différentes chambres de combustion (19).
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24. Dispositif pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, de l'air frais étant mélangé aux gaz d'échappement du moteur à combustion interne (1) ramenés par une conduite de recyclage des gaz d'échappement (22) et le mélange gazeux en résultant étant envoyé dans au moins une chambre de combustion (19) du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce que le dispositif comprend des moyens (16) pour détecter la pression apparaissant dans la chambre de combustion, et que le dispositif comprend des moyens de traitement (4) pour déterminer le flux massique de recyclage des gaz d'échappement (mAGR) en exploitant la pression de la chambre de combustion détectée par les moyens (16) pour détecter la pression apparaissant dans la chambre de combustion, suivant le procédé selon l'une des revendications 1 à 23.
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