FR2844005A1 - Control system for internal combustion engine has EGR control valve with flow sensor and electronic circuit between turbocharger turbine inlet and compressor outlet - Google Patents

Control system for internal combustion engine has EGR control valve with flow sensor and electronic circuit between turbocharger turbine inlet and compressor outlet Download PDF

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Abstract

The internal combustion engine (100) has a rev counter (101) and a fuel injection control system (103). Fresh air (108) flows past an airflow meter (105) and enters a turbocharger compressor (106). Compressed air (102) is mixed with recirculated exhaust gas and passed to the engine. The high-pressure exhaust gas flow (110) is split, part going to a controllable (113) turbine (112) and part going to the EGR (Exhaust Gas Recirculation) line (116). The EGR control valve (118) has an actuator (119) connected to an electronic control circuit (150) with a flow sensor (140).

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé et unField of the Invention The present invention relates to a method and a

dispositif de commande d'un moteur à combustion interne à l'aide d'un actionneur pour influencer la quantité de gaz d'échappement réintroduite, à l'aide de moyens déter5 minant la grandeur réelle caractérisant la quantité de gaz d'échappement réintroduit, avec des moyens de comparaison qui comparent cette grandeur réelle à une grandeur de consigne et un régulateur qui partant de cette comparaison définit une grandeur d'actionnement pour commander l'actionneur, Etat de la technique On connaît un procédé et un dispositif de commande d'un moteur à combustion interne par exemple selon le document DE199 20 498-A1. Ce document décrit un procédé et un dispositif de commande d'un moteur à combustion interne avec un actionneur pour in15 fluencer la quantité de gaz d'échappement réintroduite. Pour réduire les émissions polluantes dans le cas d'un tel procédé et dispositif d'un moteur à combustion interne et notamment pour améliorer la précision de la régulation du taux de réintroduction des gaz d'échappement ou de la fraction de gaz d'échappement réintroduit, on règle la fraction de gaz 20 d'échappement réintroduit en mesurant l'air frais aspiré. La régulation de  control device of an internal combustion engine using an actuator to influence the quantity of exhaust gas reintroduced, using means determining the real quantity characterizing the quantity of exhaust gas reintroduced, with comparison means which compare this real quantity with a reference quantity and a regulator which, starting from this comparison, defines an actuation quantity for controlling the actuator, prior art We know a method and a device for controlling an internal combustion engine for example according to document DE199 20 498-A1. This document describes a method and a device for controlling an internal combustion engine with an actuator for influencing the quantity of exhaust gas reintroduced. To reduce polluting emissions in the case of such a method and device of an internal combustion engine and in particular to improve the accuracy of the regulation of the rate of reintroduction of exhaust gases or of the fraction of exhaust gas reintroduced , the fraction of reintroduced exhaust gas 20 is adjusted by measuring the fresh air sucked in. The regulation of

la réintroduction des gaz d'échappement et la meure de l'air frais aspiré réduisent l'effet de certaines tolérances systématiques comme par exemple l'encrassage des soupapes ou les tolérances du convertisseur électropneumatique. D'autres tolérances systématiques comme par exemple les 25 tolérances de remplissage du moteur à combustion interne ou les tolérances de rendement du turbocompresseur des gaz d'échappement ne sont pas compensés par la régulation des gaz d'échappement reposant sur la mesure de la masse d'air frais et peuvent aboutir à des dispersions gênantes de l'émission.  the reintroduction of exhaust gases and the death of the fresh air drawn in reduce the effect of certain systematic tolerances such as for example valve clogging or the tolerances of the electropneumatic converter. Other systematic tolerances such as, for example, the filling tolerances of the internal combustion engine or the performance tolerances of the exhaust gas turbocharger are not compensated for by the exhaust gas regulation based on the measurement of the mass d fresh air and can lead to annoying dispersions of the emission.

Buts de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé et un dispositif de commande d'un moteur à combustion interne du type défini ci-dessus en améliorant pour réduire encore plus les effets des tolérances systématiques par exemple les tolérances de remplissage ou les 35 tolérances de rendement du turbocompresseur des gaz d'échappement sur  AIMS OF THE INVENTION The aim of the present invention is to develop a method and a device for controlling an internal combustion engine of the type defined above, while improving to further reduce the effects of systematic tolerances, for example filling tolerances. or the 35 performance tolerances of the exhaust gas turbocharger on

les émissions polluantes du moteur.  polluting emissions from the engine.

Exposé de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu' on détermine le débit massique de gaz d'échappement réintroduit (MA), on 5 le compare à une grandeur de consigne et à partir de cette comparaison  STATEMENT OF THE INVENTION For this purpose, the invention relates to a process of the type defined above, characterized in that the mass flow rate of the reintroduced exhaust gas (MA) is determined, it is compared to a reference quantity and from this comparison

on calcule une grandeur de réglage pour commander l'actionneur.  an adjustment variable is calculated to control the actuator.

Selon l'invention le dispositif de commande du type défini ci-dessus, est caractérisé en ce que la grandeur réelle du débit massique de gaz d'échappement réintroduit 10 (MA), est mesurée à l'aide d'un capteur ou déterminée par la saisie de grandeurs influençant le débit massique de gaz d'échappement réintroduit (MA) dans un appareil de commande à l'aide d'un modèle, et partant de la valeur ainsi mesurée ou déterminée du débit massique de gaz  According to the invention, the control device of the type defined above, is characterized in that the real magnitude of the mass flow rate of reintroduced exhaust gas 10 (MA), is measured using a sensor or determined by entering quantities influencing the mass flow rate of exhaust gas reintroduced (MA) into a control device using a model, and starting from the value thus measured or determined of the mass flow rate of gas

d'échappement (MA) on détermine la grandeur de réglage.  exhaust (MA) the adjustment variable is determined.

La régulation de l'actionneur sur la base de la veine massique des gaz d'échappement réintroduite a l'avantage important de pouvoir régler de manière très précise même des taux de réintroduction de gaz d'échappement très faibles. En outre il est très avantageux que même si la masse totale des gaz augmente, la masse des gaz d'échappement réintro20 duite reste constante ce qui permet de réduire efficacement les dispersions  Regulation of the actuator on the basis of the mass stream of reintroduced exhaust gases has the important advantage of being able to regulate very precisely even very low exhaust gas reintroduction rates. In addition, it is very advantageous that even if the total mass of the gases increases, the mass of the reintro20 duite exhaust gases remains constant, which effectively reduces dispersions.

des émissions.shows.

La détermination de la quantité de gaz d'échappement réintroduite peut se mesurer par exemple à l'aide d'un capteur tel qu'un débitmètre d'air à passage.  The determination of the quantity of exhaust gas reintroduced can be measured for example using a sensor such as a flow air flow meter.

Selon un autre développement avantageux du procédé on détermine le taux de réintroduction des gaz d'échappement à l'aide d'un modèle en utilisant d'autres grandeurs influençant le taux de réintroduction des gaz d'échappement, ces grandeurs étant elles-mêmes saisies par  According to another advantageous development of the method, the rate of reintroduction of exhaust gases is determined using a model using other quantities influencing the rate of reintroduction of exhaust gases, these quantities being themselves entered. through

des capteurs appropriés.appropriate sensors.

Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de mode de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma d'un moteur à combustion interne avec le 35 système d'alimentation en air, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention; - la figure 2 montre schématiquement le rapport entre l'air frais et la fraction de gaz d'échappement dans la masse totale de gaz fournie au  Drawings The present invention will be described below in more detail using the embodiment shown in the accompanying drawings in which: - Figure 1 is a diagram of an internal combustion engine with the fuel system in air, implementing the method according to the invention; - Figure 2 schematically shows the relationship between fresh air and the fraction of exhaust gas in the total mass of gas supplied to

cylindre du moteur à combustion interne.  internal combustion engine cylinder.

Description des modes de réalisation  Description of the embodiments

Le procédé selon l'invention sera décrit ci-après dans le cas  The method according to the invention will be described below in the case

de l'exemple du moteur diesel. Mais l'invention n'est pas limitée à cette application aux moteurs diesel et elle peut également s'appliquer à d'autres moteurs à combustion interne en particulier des moteurs à essence à injection directe.  from the example of the diesel engine. However, the invention is not limited to this application to diesel engines and it can also be applied to other internal combustion engines, in particular petrol engines with direct injection.

Un moteur à combustion interne 100 reçoit une quantité  An internal combustion engine 100 receives a quantity

d'air déterminée ML 22 par une conduite d'air frais à haute pression 102.  determined air ML 22 by a high pressure fresh air line 102.

Une conduite d'air frais basse pression 108 fournit l'air environnant à un compresseur 106 par exemple un turbocompresseur de gaz d'échappement ou un compresseur ou un dispositif analogue et arrive en15 suite dans la conduite d'air frais à haute pression 102 constituant la tubulure d'aspiration. Une quantité d'air ML 21 qui traverse la conduite d'air frais basse pression 108 correspond à la quantité d'air traversant le compresseur 106. La quantité d'air ML 21 venant de l'extérieur c'est-àdire de l'environnement dans la conduite d'aspiration est mesurée par exemple à 20 l'aide d'un débitmètre massique d'air 105. La quantité d'air ML 31 du moteur à combustion interne 100 passe dans une conduite de gaz d'échappement à haute pression 110. Les gaz d'échappement passent de cette conduite 110 à travers une turbine 112 dans la conduite des gaz d'échappement basse pression 114 encore appelée échappement 114. La 25 turbine 112 entraîne le compresseur 106 par l'intermédiaire d'un arbre 111. Un actionneur de compresseur 113 permet de régler le rendement de la turbine et ainsi d'influencer l'ensemble du compresseur. Entre la conduite de gaz d'échappement haute pression 110 et la conduite d'air frais haute pression 102 il existe une communication encore appelée conduite 30 de retour des gaz d'échappement 116. Cette conduite de retour des gaz d'échappement 116 est traversée par la quantité d'air MA. La section de la conduite de retour des gaz d'échappement 116 se commande de préférence à l'aide d'une soupape de réintroduction des gaz d'échappement 118. Pour commander le moteur à combustion interne 100 on saisit la vi35 tesse de rotation N du vilebrequin et/ou de l'arbre à came du moteur à  A low pressure fresh air line 108 supplies the surrounding air to a compressor 106 for example an exhaust gas turbocharger or a compressor or the like and then arrives in the high pressure fresh air line 102 constituting the suction tubing. An amount of air ML 21 which passes through the low pressure fresh air line 108 corresponds to the amount of air passing through the compressor 106. The amount of air ML 21 coming from outside, that is to say from the environment in the suction line is measured for example using a mass air flow meter 105. The quantity of air ML 31 of the internal combustion engine 100 passes through a high exhaust gas line pressure 110. The exhaust gases pass from this pipe 110 through a turbine 112 into the low pressure exhaust pipe 114 also called exhaust 114. The turbine 112 drives the compressor 106 via a shaft 111. A compressor actuator 113 makes it possible to adjust the efficiency of the turbine and thus to influence the entire compressor. Between the high-pressure exhaust gas line 110 and the high-pressure fresh air line 102 there is a communication also called the exhaust gas return line 116. This exhaust gas return line 116 is crossed by the amount of air MA. The section of the exhaust gas return line 116 is preferably controlled by means of an exhaust gas reintroduction valve 118. To control the internal combustion engine 100, the speed of rotation N is entered. the crankshaft and / or the camshaft of the engine

combustion interne 100 à l'aide d'un capteur de vitesse de rotation 101.  internal combustion 100 using a speed sensor 101.

On a également prévu des organes de réglage de quantité 103 qui définissent la quantité de carburant à injecter ME qui doit alimenter le moteur à combustion interne. Pour cela on fournit un signal de quantité ME aux  Quantity adjustment members 103 have also been provided which define the quantity of fuel to be injected ME which must supply the internal combustion engine. For this we provide a quantity signal ME to the

actionneurs 103.actuators 103.

Pour une commande précise du moteur à combustion interne et notamment des organes de réglage ou actionneurs 113, 118, il 5 faut comnnaître différentes grandeurs. Il faut notamment connaître le rapport entre l'air frais et les gaz d'échappement ainsi que la quantité de carburant à injecter ME qui doit alimenter le moteur 100. Par le rapport par exemple de l'air frais ou gaz d'échappement, on influence l'émission des gaz d'échappement en particulier l'émission de noir de fumée dans le cas 10 de moteurs diesel. Selon l'invention la régulation de l'organe d'actionnement 119 se fait par la saisie du débit massique de gaz d'échappement réintroduit MA. Cette saisie se fait par exemple par un débitmètre 140 installé dans la conduite de réintroduction des gaz d'échappement 116. La position de l'organe d'actionnement 119 est modi15 fiée par une installation de commande 150 par exemple une commande de moteur jusqu'à ce que le débit massique de gaz d'échappement réintroduit correspond à la valeur de consigne enregistrée dans l'appareil de commande 150. La grandeur réelle mesurée du débit massique de gaz d'échappement réintroduit MA se détermine à l'aide de moyens qui font 20 partie de l'appareil de commande 150 pour être ensuite comparée par des  For precise control of the internal combustion engine and in particular of the adjustment members or actuators 113, 118, it is necessary to know different quantities. It is particularly necessary to know the ratio between the fresh air and the exhaust gases as well as the quantity of fuel to be injected ME which must supply the engine 100. By the ratio for example of fresh air or exhaust gases, we influences the emission of exhaust gases, in particular the emission of black smoke in the case of diesel engines. According to the invention the regulation of the actuating member 119 is done by entering the mass flow rate of exhaust gas reintroduced MA. This entry is made for example by a flow meter 140 installed in the exhaust gas reintroduction pipe 116. The position of the actuating member 119 is modified by a control installation 150 for example an engine control until that the mass flow rate of reintroduced exhaust gas corresponds to the set value recorded in the control unit 150. The actual measured quantity of the mass flow rate of exhaust gas reintroduced MA is determined using means which are part of the control unit 150 and then be compared by

moyens de comparaison faisant également partie de l'appareil de commande 150 à une grandeur de consigne. A partir de cette comparaison, on fournit à un régulateur une grandeur de commande de l'actionneur 118.  comparison means also forming part of the control apparatus 150 at a reference quantity. From this comparison, a controller is supplied with a control quantity of the actuator 118.

Le régulateur fait également partie de l'appareil de commande 150. Il est 25 toutefois possible que les moyens pour déterminer les gaz d'échappement réintroduits, les moyens de comparaison et le régulateur soient constitués par des éléments distincts non représentés au lieu d'être réalisés dans  The regulator is also part of the control unit 150. It is however possible that the means for determining the reintroduced exhaust gases, the comparison means and the regulator are constituted by separate elements which are not shown instead of being made in

l'appareil de commande.the control unit.

La détermination du débit massique de gaz d'échappement 30 réintroduit actuellement peut également se faire par un modèle dans  The mass flow rate of exhaust gas 30 currently reintroduced can also be determined by a model in

l'appareil de commande 150 en plus ou à la place du capteur 140; à partir d'autres signaux de capteurs et de relations physiques connues, ce modèle calcule alors le débit massique de gaz d'échappement réintroduit.  the control unit 150 in addition to or in place of the sensor 140; from other signals from known sensors and physical relationships, this model then calculates the mass flow rate of reintroduced exhaust gas.

De tels modèles sont par exemple donnés dans les documents DE35 199 63 358-A1 et DE-100 17 280-A1.  Such models are for example given in documents DE35 199 63 358-A1 and DE-100 17 280-A1.

La régulation ci-dessus de l'actionneur 118 de la vanne de  The above regulation of the actuator 118 of the valve

réintroduction des gaz d'échappement est notamment très avantageuse si l'on veut régler de manière très précise de très faibles taux de réintroduc-  reintroduction of exhaust gases is particularly advantageous if one wants to very precisely adjust very low reintroduction rates.

tion de gaz d'échappement comme cela est par exemple le cas dans les véhicules utilitaires.  tion of exhaust gases as is for example the case in commercial vehicles.

La charge des cylindres qui est représentée schématiquement à la figure 2 se compose d'air frais et de gaz d'échappement. Dans s une régulation de réintroduction des gaz d'échappement sur la base de la détermination de la teneur en air frais comme cela a par exemple été décrit dans le document DE-199 20 498-A1, on ne régule qu'indirectement la teneur en gaz d'échappement. Si la masse totale des gaz dans le cylindre varie par exemple à cause des tolérance de remplissage (charge) ou 10 des variations de la pression d'alimentation fournie par le compresseur  The charge of the cylinders which is shown schematically in Figure 2 consists of fresh air and exhaust gas. In a regulation for the reintroduction of exhaust gases on the basis of the determination of the fresh air content as has been described for example in document DE-199 20 498-A1, only the content of exhaust gas. If the total mass of the gases in the cylinder varies for example due to the filling tolerance (load) or variations in the supply pressure supplied by the compressor

106, alors pour de l'air frais réglé de façon constante, la masse des gaz d'échappement varie comme cela est montré schématiquement dans la moitié gauche de la figure 2. Cela se traduit par de fortes dispersions et dans de nombreux cas par des valeurs d'émission gênantes pour les gaz 15 d'échappement.  106, then for constantly regulated fresh air, the mass of the exhaust gases varies as shown schematically in the left half of FIG. 2. This results in large dispersions and in many cases by bothersome emission values for exhaust gases.

Si à la place de la masse d'air frais on régule comme décrit  If instead of the fresh air mass we regulate as described

ci-dessus le débit massique de gaz d'échappement, pour une masse totale de gaz croissante la masse des gaz d'échappement réintroduite reste constante comme le montre la figure 2. Cela réduit considérablement la 20 dispersion des émissions.  above the mass flow rate of exhaust gas, for an increasing total mass of gas the mass of exhaust gas reintroduced remains constant as shown in FIG. 2. This considerably reduces the dispersion of the emissions.

Claims (6)

REVEND I CATIONSRESELL I CATIONS 1 ) Procédé de commande d'un moteur à combustion interne (100) à l'aide d'un actionneur (118) pour influencer la quantité de gaz d'échappement réintroduite, caractérisé en ce qu' on détermine le débit massique de gaz d'échappement réintroduit (MA), on le compare à une grandeur de consigne et à partir de cette comparaison  1) Method for controlling an internal combustion engine (100) using an actuator (118) to influence the quantity of exhaust gas reintroduced, characterized in that the mass flow of gas d is determined exhaust reintroduced (MA), we compare it to a target quantity and from this comparison on calcule une grandeur de réglage pour commander l'actionneur (118).  an adjustment variable is calculated to control the actuator (118). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine le débit massique de gaz d'échappement réintroduit (MA) à  2) Method according to claim 1, characterized in that the mass flow rate of reintroduced exhaust gas (MA) is determined at l'aide d'un capteur.using a sensor. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que  3) Method according to claim 2, characterized in that le capteur est un débitmètre à passage.  the sensor is a flow meter. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le débit massique de gaz d'échappement réintroduit (MA) se calcule à l'aide d'un modèle à partir de grandeurs notamment saisies par des capteurs et  4) Method according to claim 1, characterized in that the mass flow rate of reintroduced exhaust gas (MA) is calculated using a model from quantities in particular entered by sensors and qui influence le taux de réintroduction des gaz d'échappement.  which influences the rate of reintroduction of exhaust gases. 5 ) Dispositif de commande d'un moteur à combustion interne à l'aide d'un actionneur (118) pour influencer la quantité de gaz d'échappement réintroduite, à l'aide de moyens déterminant la grandeur réelle caractérisant la quantité de gaz d'échappement réintroduit, avec des moyens de comparaison qui comparent cette grandeur réelle à une grandeur de con30 signe et un régulateur qui partant de cette comparaison définit une grandeur d'actionnement pour commander l'actionneur, caractérisé en ce que la grandeur réelle du débit massique de gaz d'échappement réintroduit (MA) est mesurée à l'aide d'un capteur ou déterminée par la saisie de 35 grandeurs influençant le débit massique de gaz d'échappement réintroduit (MA) dans un appareil de commande (150) à l'aide d'un modèle, et partant de la valeur ainsi mesurée ou déterminée du débit massique de gaz  5) Device for controlling an internal combustion engine using an actuator (118) to influence the quantity of exhaust gas reintroduced, using means determining the actual quantity characterizing the quantity of gas d exhaust reintroduced, with comparison means which compare this real quantity with a quantity of con30 sign and a regulator which starting from this comparison defines an actuation quantity to control the actuator, characterized in that the real quantity of the mass flow of reintroduced exhaust gas (MA) is measured using a sensor or determined by entering 35 quantities influencing the mass flow rate of reintroduced exhaust gas (MA) in a control unit (150) at l using a model, and starting from the value thus measured or determined of the mass flow of gas d'échappement (MA) on détermine la grandeur de réglage.  exhaust (MA) the adjustment variable is determined. 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur (140) est un débitmètre à passage.  6) Device according to claim 5, characterized in that the sensor (140) is a flow meter.
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