FR2903735A1 - Systeme de commande d'un moteur a combustion du type diesel suralimente avec recirculation des gaz d'echappement - Google Patents

Systeme de commande d'un moteur a combustion du type diesel suralimente avec recirculation des gaz d'echappement Download PDF

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Abstract

Le système comprend deux boucles de recirculation des gaz d'échappement: une boucle basse pression 17 avec une conduite de dérivation basse pression 8 reliant la ligne d'échappement 18 en aval de la turbine 4a du turbocompresseur à l'arrivée d'air en amont du compresseur 4b et une vanne de recirculation basse pression 10; et une boucle haute pression 28 avec une conduite de dérivation haute pression 25 reliant le collecteur d'échappement 3 en amont de la turbine 4a au collecteur d'admission 2 en aval du compresseur 4b et une vanne de recirculation haute pression 27, et des moyens pour basculer la régulation, d'une commande de la boucle de recirculation haute pression vers une commande de la boucle de recirculation basse pression et vice versa et pour assurer les transitions entre ces deux commandes, selon le point de fonctionnement du moteur.

Description

1 Système de commande d'un moteur à combustion du type Diesel suralimenté
avec recirculation des gaz d'échappement La présente invention a pour objet un système de commande d'un moteur à combustion interne du type Diesel équipé d'un turbocompresseur de suralimentation, avec recirculation partielle des gaz d'échappement ainsi qu'un procédé de commande d'un tel moteur à combustion. La présente invention se rapporte à la commande des moteurs à combustion, c'est-à-dire la gestion du fonctionnement des moteurs au moyen d'un ensemble de capteurs et d'actionneurs répondant à des lois de commande logicielle en fonction de paramètres de caractérisation et de calibration du moteur, mémorisés dans un calculateur appelé unité de contrôle électronique (UCE). On se limitera ici au cas des moteurs Diesel suralimentés par turbocompresseur. Les normes limitant la quantité de polluants dans les gaz d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, en particulier les oxydes d'azote (NOx) et les particules de suie, sont de plus en plus sévères. Pour respecter ces normes, il est nécessaire de faire évoluer la conception des moteurs. Depuis quelques années, les moteurs à combustion comportent ainsi une boucle de recirculation reliant le collecteur d'échappement au plénum du collecteur d'admission. Par l'intermédiaire de cette boucle de recirculation, une partie des gaz d'échappement dits EGR (pour, en anglais : Exhaust Gaz Recirculation ) sont réintroduits à l'admission. Par conséquent, le mélange admis dans le moteur est composé d'air frais issu du compresseur, mélangé avec des gaz d'échappement EGR issus du collecteur d'échappement. On peut insérer une vanne (dite vanne EGR ) dans cette boucle de recirculation afin de réguler la quantité de gaz d'échappement recyclés à l'admission. 2903735 2 Les gaz d'échappement ainsi recyclés et réadmis dans le moteur, sont inertes vis-à-vis de la combustion et ont pour effet de diminuer la température maximale de combustion et l'excès d'oxygène. La formation des oxydes d'azotes NOx est favorisée par une 5 température élevée et un taux d'oxygène élevé dans la combustion tandis que la formation des particules de suie est favorisée par un faible taux d'oxygène. L'admission de gaz d'échappement recyclés a pour conséquence directe de diminuer la quantité des oxydes d'azote NOx et d'augmenter le nombre de particules de suie issues de la 10 combustion. Il est donc nécessaire de gérer la quantité de gaz d'échappement recyclés avec soin, de façon à obtenir un compromis acceptable entre la quantité d'oxydes d'azote NOx et la quantité de particules de suie. Pour réduire les émissions de particules de suie, on installe 15 généralement entre la turbine du turbocompresseur qui reçoit les gaz d'échappement du moteur et le dispositif silencieux monté dans la ligne d'échappement, un filtre à particules comprenant par exemple un ensemble de micro-canaux dans lesquels une grande partie des particules se trouvent piégées. Lorsque le filtre est saturé en particules 20 de suie, il est nécessaire de le vider en brûlant les particules lors d'une phase appelée régénération . La régénération du filtre à particules peut être obtenue soit par un moyen de chauffage spécifique, soit par un réglage du fonctionnement du moteur permettant une oxydation des particules de suie par les gaz d'échappement. 25 Pour améliorer encore les performances de pollution des moteurs Diesel, plusieurs modifications de la boucle de recirculation des gaz d'échappement peuvent être envisagées. Tout d'abord, on peut placer un échangeur de chaleur dans la boucle de recirculation des gaz d'échappement afin de refroidir le 2903735 3 mélange à l'admission et donc d'augmenter le remplissage du moteur et la quantité de gaz d'échappement recyclés admis dans le moteur. Selon un autre développement, on peut utiliser une boucle de recirculation des gaz d'échappement à basse pression à la place de la 5 boucle de recirculation à haute pression habituelle. Une telle boucle de recirculation à basse pression prélève les gaz d'échappement en aval du filtre à particules entre ce dernier et le silencieux, dans la ligne d'échappement du moteur. Les gaz d'échappement à basse pression ainsi prélevés sont ensuite réintroduits en amont du compresseur afin 10 que l'ensemble du mélange admis dans le moteur traverse l'échangeur de chaleur jouant le rôle de refroidisseur monté entre le compresseur et le plénum d'admission. L'efficacité de ce refroidisseur étant élevée et les gaz d'échappement prélevés en aval du filtre à particules ayant des températures beaucoup plus faibles qu'à la sortie du moteur, une 15 telle boucle de recirculation à basse pression permet d'obtenir des températures plus faibles pour le mélange admis que dans le cas d'une boucle de recirculation classique à haute pression, même lorsque celle-ci comporte un dispositif de refroidissement. De ce fait, il est possible de réduire encore la quantité d'oxydes d'azote NOx produite à 20 l'échappement grâce à l'abaissement de la température. De plus, selon cette technologie, les gaz d'échappement réintroduits dans le moteur contiennent très peu de particules de suie puisqu'ils ont tout d'abord traversé le filtre à particules contrairement à ce qui est le cas dans une boucle de recirculation de gaz d'échappement à haute pression où les 25 gaz d'échappement réintroduits à l'admission ne sont pas filtrés et encrassent la boucle de recirculation ainsi que le plénum d'admission et le moteur. La demande de brevet US 2005/0006978 décrit une telle boucle de recirculation de gaz d'échappement à basse pression dans laquelle 2903735 4 l'introduction des gaz d'échappement recyclés dans le mélange à l'admission est faite au moyen d'un venturi créant une dépression capable d'aspirer les gaz devant être recyclés. Le taux des gaz d'échappement recyclés dans le mélange admis est régulé grâce à une 5 commande d'ouverture de la vanne de recirculation montée sur la branche de dérivation des gaz d'échappement recyclés. Le taux des gaz d'échappement recyclés est le rapport du débit de ces gaz au débit total du mélange admis dans le moteur. La demande de brevet US 2005/00 45 407 comme le brevet US 10 5 806 308 décrivent également une boucle de recirculation à basse pression. Dans ces deux documents, il est prévu à la fois une vanne de recirculation EGR dans la boucle de recirculation et un volet à orientation variable placé dans la ligne d'échappement. L'utilisation d'une telle boucle de recirculation à basse pression 15 entraîne un fonctionnement du moteur avec des températures d'air à l'admission relativement faibles, ce qui augmente la production des hydrocarbures HC et du monoxyde de cartone CO dans les gaz d'échappement. De plus, la diminution de la température retarde l'amorçage du catalyseur d'oxydation lorsqu'un tel dispositif est prévu 20 dans la ligne d'échappement pour la dépollution des gaz d'échappement. Les difficultés d'amorçage sont notamment constatées lors de démarrages à froid du moteur. La présente invention a pour objet d'améliorer la commande d'un tel moteur à combustion interne, du type Diesel suralimenté, avec 25 recirculation partielle des gaz d'échappement à l'admission en autorisant une meilleure maîtrise des compromis à respecter entre les différents constituants polluants susceptibles d'être contenus dans les gaz d'échappement, selon le fonctionnement du moteur. 2903735 5 La présente invention a notamment pour objet un système de commande permettant de mieux gérer le compromis entre la quantité d'oxydes d'azote (NOx) et la quantité de particules de suie présentes dans les gaz d'échappement, tout en assurant une excellente maîtrise du 5 compromis entre les hydrocarbures HC, le monoxyde de carbone CO et les oxydes d'azote NOx. Dans un mode réalisation, un système de commande d'un moteur à combustion interne du type Diesel équipé d'un turbocompresseur de suralimentation, avec recirculation partielle des gaz d'échappement en 10 vue de l'admission dans le moteur d'un mélange d'air et de gaz d'échappement recyclés (EGR) comprend des moyens de régulation d'un paramètre de fonctionnement du moteur. Le système comprend deux boucles de recirculation des gaz d'échappement, les deux boucles comprenant : une boucle basse pression 15 avec une conduite de dérivation basse pression reliant la ligne d'échappement en aval de la turbine du turbocompresseur à l'arrivée d'air en amont du compresseur et une vanne de recirculation basse pression ; et une boucle haute pression avec une conduite de dérivation haute pression reliant le collecteur d'échappement en amont de la 20 turbine au collecteur d'admission en aval du compresseur et une vanne de recirculation haute pression. Le système comprend des moyens pour basculer les moyens de régulation, d'une commande de la boucle de recirculation haute pression vers une commande de la boucle de recirculation basse pression et vice 25 versa et pour assurer les transitions entre ces deux commandes, selon le point de fonctionnement du moteur. On peut alors profiter sur certains points de fonctionnement du moteur, des avantages de la boucle de recircualtion basse pression pour l'obtention d'un fort taux de gaz d'échappement recyclés (EGR), tout en 2903735 6 profitant des avantages de la boucle de recirculation haute pression pour l'augmentation de la température des gaz d'échappement, entraînant une réduction des hydrocarbures HC et du monoxyde de carbone CO. Dans un mode de réalisation préféré, le système comprend des 5 moyens pour déterminer une valeur limite de température dans le collecteur d'admission du moteur, en fonction d'une valeur de consigne dudit paramètre de fonctionnement du moteur et un moyen de comparaison de ladite valeur limite de température avec une valeur de consigne de la température dans le collecteur d'admission, le moyen de 10 comparaison étant capable d'émettre un signal de basculement des moyens de régulation, d'une commande de la boucle de recirculation haute pression vers une commande de la boucle de recirculation basse pression et vice versa. La température limite est par exemple la température atteinte 15 dans le collecteur d'admission lorsque la vanne de recirculation basse pression est fermée et la vanne de recirculation haute pression est ouverte afin de respecter la valeur de consigne du paramètre de fonctionnement du moteur. Dès que la température de consigne dépasse cette valeur limite, 20 les moyens de régulation passent de la commande de la boucle basse pression vers la commande de la boucle haute pression. Dans un mode de réalisation préféré, un volet d'échappement est monté dans la ligne d'échappement, en dehors de la boucle de recirculation basse pression et les moyens de régulation comprennent 25 un régulateur dudit paramètre de fonctionnement du moteur et un moyen de basculement adapté pour transmettre le signal du régulateur, soit à la commande de la vanne de recirculation basse pression, soit à la commande du volet d'échappement, en fonction d'un critère de fonctionnement de ladite vanne. 2903735 7 Le régulateur capable de commander la vanne de recirculation basse pression en fonction dudit paramètre de fonctionnement du moteur est de préférence également adapté pour transmettre un signal de commande à la vanne de recirculation haute pression. 5 De cette manière, il est possible de réguler le paramètre de fonctionnement du moteur uniquement par la boucle basse pression ou par une combinaison des boucles basse et haute pression. De plus, il est possible de réguler ce paramètre uniquement par la boucle haute pression. 10 On utilise de préférence la commande par la seule boucle de recirculation haute pression, c'est à dire par une action sur la seule vanne de recirculation haute pression, lors de fonctionnement du moteur sous faible charge et faible régime de rotation du moteur. Ce mode de commande est également préféré lors des démarrages à froid du moteur 15 afin d'obtenir une température maximale dans le collecteur d'admission, ce qui permet de diminuer l'émission des hydrocarbures dans les gaz d'échappement et accélère l'amorçage du catalyseur de traitement généralement monté dans la ligne d'échappement. Grâce à ce mode de fonctionnement, il devient possible d'obtenir un compromis satisfaisant 20 entre les quantités respectives d'oxydes d'azote NOx, d'hydrocarbures HC et de monoxyde de carbone CO dans les gaz d'échappement. Pour les fortes charges ou les charges moyennes du moteur, on utilise au contraire de préférence une commande par la seule boucle de recirculation basse pression, c'est-à-dire par une action sur la seule 25 vanne de recirculation basse pression ou sur le volet d'échappement. On fait de même pour des charges plus faibles du moteur lorsque le catalyseur est amorcé. Cela permet de maîtriser convenablement le compromis entre les quantités d'oxydes d'azote NOx et les émissions de particules de suie dans les gaz d'échappement. 2903735 8 Entre ces deux modes de fonctionnement, l'invention permet la mise en oeuvre d'un mode de commande de transition dans lequel la commande se fait à la fois par la boucle basse pression et par la boucle haute pression. Il devient alors possible de maîtriser le compromis entre 5 les quantités respectives d'oxydes d'azote NOx, de particules de suie, d'hydrocarbures HC et de monoxyde de carbone CO en agissant simultanément sur les deux vannes basse pression et haute pression au moyen des deux grandeurs de régulation que constituent la température dans le collecteur et un paramètre de fonctionnement du moteur tel que 10 le débit d'air admis ou le taux des gaz de recirculation dans les gaz admis. Dans un mode de réalisation avantageux, le régulateur comprend une fonction intégrale, des moyens d'initialisation étant adaptés pour initialiser la fonction intégrale lors des transitions de commande. 15 Le paramètre de fonctionnement du moteur utilisé peut être par exemple le débit d'air admis dans le moteur ou le taux de gaz de recirculation dans le mélange de gaz admis dans le moteur ou encore tout autre paramètre pertinent. Le système peut comprendre une cartographie de valeurs de 20 consigne du débit d'air ou du taux de gaz de recirculation admis dans le moteur en fonction du point de fonctionnement du moteur et un moyen de détermination du débit d'air ou du taux de gaz de recirculation admis dans le moteur, ladite valeur de consigne étant amenée à l'entrée du régulateur. 25 De préférence, les moyens de régulation comprennent un régulateur de la température dans le collecteur d'admission, capable d'émettre un signal de commande de la vanne de recirculation haute pression. 2903735 9 Des moyens de pré-positionnement peuvent être prévus et sont adaptés pour déterminer une valeur de pré-positionnement de la température dans le collecteur d'admission en fonction du point de fonctionnement du moteur et pour ajouter cette valeur au signal de sortie 5 du régulateur de la température dans le collecteur d'admission. Dans un mode de réalisation avantageux, le régulateur de température comprend une fonction intégrale et des moyens d'initialisation sont prévus pour initialiser la fonction intégrale lors des transitions de commande. 10 La régulation du débit d'air ou du taux des gaz de recirculation est ainsi assurée par la boucle de recirculation basse pression seule ou par la combinaison de cette boucle avec la boucle de recirculation haute pression. La régulation peut également se faire, selon les conditions de fonctionnement du moteur, par la seule boucle de recirculation haute 15 pression. La température dans le collecteur est régulée par la seule boucle haute pression ou par une combinaison de cette boucle avec la boucle basse pression. Le système assure en outre les transitions entre ces différentes 20 régulations. Selon un autre aspect, l'invention concerne également un procédé de commande d'un moteur à combustion interne du type Diesel équipé d'un turbocompresseur de suralimentation, comportant deux boucles de recirculation des gaz d'échappement en vue de l'admission dans le 25 moteur d'un mélange d'air et de gaz d'échappement recyclés (EGR), les deux boucles comprenant une boucle basse pression et une boucle haute pression. Selon ce procédé, on détermine une valeur limite de température dans le collecteur d'admission du moteur, en fonction d'une valeur de consigne d'un paramètre de fonctionnement du moteur, on 2903735 10 compare ladite valeur limite de température avec une valeur de consigne de la température dans le collecteur d'admission et, en fonction du résultat de cette comparaison, on commande soit la boucle basse pression soit la boucle haute pression. 5 Dans un mode de mise en oeuvre préféré, on régule un paramètre de fonctionnement du moteur par la commande, soit de la boucle basse pression, soit de la boucle haute pression et on régule la température dans le collecteur d'admission du moteur par la commande de la boucle haute pression. 10 Le paramètre de fonctionnement du moteur peut être par exemple le débit d'air admis ou le taux des gaz d'échappement recyclés, ou encore tout autre paramètre pertinent. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier pris à titre d'exemple nullement limitatif illustré 15 par les figures annexées, sur lesquelles : -la figure 1 illustre les principaux organes d'un moteur à combustion du type Diesel suralimenté comprenant deux boucles de recirculation des gaz d'échappement EGR ; -la figure 2 illustre le principe général de l'invention selon un 20 exemple de réalisation ; -la figure 3 montre à titre d'exemple un mode de réalisation plus détaillé avec les principaux éléments pouvant être utilisés pour la commande des deux boucles de recirculation dans un système selon l'invention ; et 25 -la figure 4 illustre plus en détail un exemple de commande de la boucle de recirculation basse pression. Comme illustré sur la figure 1, un moteur à combustion 1 qui est ici un moteur Diesel, comporte un collecteur d'admission 2 et un collecteur d'échappement 3. Un turbocompresseur 4 comporte une 2903735 11 turbine 4a et un compresseur 4b montés sur un arbre commun. Un refroidisseur 2a est monté entre le compresseur 4b et le collecteur d'admission 2. Les gaz d'échappement 6 qui passent à travers la turbine 4a sont acheminés vers un filtre à particules 7 à partir duquel 5 une conduite de dérivation 8 permet de recycler une partie des gaz d'échappement vers le compresseur 4b. Dans la conduite 8 se trouvent disposés un refroidisseur 9 et une vanne de recirculation EGR basse pression 10 de façon à refroidir et contrôler le débit des gaz d'échappement recyclés à basse pression (EGR basse pression). La 10 conduite 8 débouche dans une conduite 11 dans laquelle de l'air 13 peut circuler selon un débit qui peut être mesuré par un débitmètre 14. On notera que l'air 13 provient d'un filtre à air 15 connecté à une entrée d'air 16. L'ensemble composé de la conduite 8, du filtre à particules 7, du turbocompresseur 4b et de la conduite 11 forme une 15 boucle de recirculation basse pression schématisée par le cercle 17 sur la figure 1. A la sortie du filtre à particules 7, les gaz d'échappement qui ne sont pas recyclés sont évacués dans une conduite d'échappement 18 dans laquelle se trouvent montés un volet d'échappement 19 et un 20 dispositif silencieux 20. Le volet d'échappement 19 est commandé par l'intermédiaire d'une connexion 21 par laquelle transite un signal de commande provenant d'une unité de contrôle électronique UCE 22. La vanne de recirculation basse pression 10 est également commandée par l'intermédiaire d'une connexion 23 qui reçoit un signal de commande 25 issu de l'unité de contrôle électronique 22. Ladite unité de contrôle électronique 22 reçoit différentes informations en provenance du moteur par des connexions 32 ainsi que la mesure du débit d'air provenant du débitmètre 14, le signal étant véhiculé par la connexion 24. 2903735 12 Une conduite de dérivation 25 est en outre directement connectée au collecteur d'échappement 3, de façon à recycler une partie des gaz d'échappement à haute pression jusqu'à l'entrée du collecteur d'admission 2, dans lequel débouche l'extrémité de la 5 conduite de dérivation 25. Dans la conduite 25, est monté un échangeur de refroidissement 26 destiné à refroidir les gaz d'échappement recyclés à haute pression et une vanne de recirculation EGR haute pression 27. La conduite de dérivation 25 avec le refroidisseur 26 et la vanne de recirculation haute pression 27 10 constitue une boucle de recirculation haute pression symbolisée par la référence 28 sur la figure 1. Un capteur 29 mesure la pression dans le collecteur d'admission 2. Un capteur 30 mesure la température dans le collecteur d'admission 2. Un capteur 31 mesure la température des gaz 15 d'échappement recyclés au voisinage de leur réintroduction dans le collecteur d'admission 2. L'ensemble des valeurs mesurées par ces différents capteurs est amené par les différentes connexions 32 à l'entrée de l'unité de commande électronique UCE, référencée 22 sur la figure 1. De la même manière, un capteur de température 33 détecte 20 la température des gaz d'échappement recyclés basse pression au voisinage de leur réintroduction dans la conduite d'air 11 et un capteur de température 34 mesure la température de l'air à la sortie du filtre à air 15. L'unité de commande électronique 22 fournit un signal de 25 commande pour le pilotage de l'ouverture et de la fermeture de la vanne de recirculation haute pression 27, comme c'est le cas pour la vanne de recirculation basse pression 10 et pour le volet 19. En se reportant à la figure 2, qui montre dans un exemple de réalisation le principe général d'un système selon l'invention, on 2903735 13 retrouve les mêmes éléments portant les mêmes références que sur la figure précédente et en particulier le moteur 1 avec son collecteur d'admission 2 et son collecteur d'échappement 3. L'air frais qui a traversé le filtre à air 15 est mélangé avec des 5 gaz d'échappement recyclés à basse pression (EGR basse pression), cette opération étant symbolisée par le bloc 35. Ce mélange est amené à l'entrée du compresseur 4b, puis est refroidi par l'échangeur 2a. A ce mélange peut encore être ajoutée une partie de gaz d'échappement recyclés à haute pression (EGR haute pression), cette opération se 10 faisant dans le bloc symbolisé par la référence 36. Le mélange final obtenu est amené dans le collecteur d'admission 2. Du côté de l'échappement, les gaz d'échappement issus du collecteur d'échappement 3 traversent la turbine 4a avant de pénétrer dans la ligne d'échappement 18 comportant le volet d'échappement 19. 15 Comme symbolisé sur la figure 2, une partie des gaz d'échappement à haute pression peut être recyclée par la bouche de recirculation haute pression 28 comportant la vanne de recirculation EGR haute pression 27. Ces gaz d'échappement sont à haute température et à haute pression, dans la mesure où ils sont issus directement du collecteur 20 d'échappement 3 en amont de la turbine 4a. Une autre partie des gaz d'échappement recyclés, cette fois à basse pression, peut être recyclée par la boucle de recirculation basse pression 17 qui comporte la vanne de recirculation basse pression 10. Ces gaz d'échappement sont à température plus basse que les précédents, et également à plus basse 25 pression, puisqu'ils sont repris en aval de la turbine 4a et en amont du volet d'échappement 19 qui est monté en-dehors de la boucle de recirculation basse pression 17. On notera que sur la figure 2, sont symbolisées les grandeurs mesurées permettant la commande. Ces grandeurs sont : 2903735 14 - le débit d'air Qair mesuré par le débitmètre 14 - la température de l'air à l'entrée Tair mesurée par la capteur 34 - la pression dans le collecteur d'admission P.i mesurée par le 5 capteur 29 - la température dans le collecteur d'admission Tcoi mesurée par le capteur de température 30 - la température des gaz d'échappement recyclés EGR à haute pression Tegrhp mesurée par le capteur 31 10 - et la température des gaz d'échappement recyclés EGR à basse pression Tegrbp mesurée par le capteur 33. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, sur laquelle on retrouve les mêmes éléments portant les mêmes références, on a illustré à titre d'exemple un mode de réalisation dans lequel le 15 paramètre de fonctionnement constituant la grandeur à réguler est le débit d'air admis dans le moteur, noté Qair. Les moyens de régulation prévus permettent d'assurer la régulation de ce débit d'air par une commande de la vanne de recirculation EGR haute pression 27, de la vanne de recirculation EGR basse pression 10 et du volet 20 d'échappement 19. De plus, les mêmes moyens de régulation sont capables de réguler la température dans le collecteur d'admission, notée Te.i par une commande de ces mêmes éléments. A cet effet, un premier régulateur 37, par exemple du type Proportionnel Intégral Dérivé (PID) reçoit sur son entrée un signal 25 d'erreur ci qui est émis par un comparateur 38 recevant sur son entrée positive une valeur de consigne Qair-cons et sur son entrée négative la valeur du débit d'air telle que mesurée par le débitmètre 14, noté Qair-mes. En variante, on pourrait utiliser une valeur estimée par des moyens d'estimation. 2903735 15 Le régulateur 37 pourrait être d'un autre type, par exemple du type Proportionnel Intégral. La valeur de consigne Qair-cons est déterminée quant à elle en fonction du point de fonctionnement du moteur au moyen d'une 5 cartographie 39 mémorisée dans le système et donnant cette valeur de consigne en fonction du régime de rotation du moteur Nmot et de la quantité de carburant injecté dans le moteur Qcarb• Le signal issu du régulateur 37 est amené à un bloc de séparation de consigne 40, qui traduit la valeur de consigne issue du 10 régulateur 37 en deux valeurs de consigne distinctes, l'une pour la vanne EGR basse pression 10, et l'autre pour le volet d'échappement 19. A la sortie du bloc de séparation de consigne 40, un signal est transmis par la connexion 41 sur un bloc de commande 42 qui est 15 capable de transmettre le signal de commande correspondant à la consigne pour la vanne EGR basse pression 10, cette valeur étant notée sur la figure 3 ConsEGR_Bp. La vanne EGR basse pression 10 est donc pilotée par un signal proportionnel. Alternativement, la vanne EGR basse pression 10 est fermée, ce qui est schématisé par le bloc 43, noté 20 0 sur la figure 3. De la même manière, le signal de consigne issu du bloc de séparation 40 est amené par la connexion 44 sur un bloc de commande 45 capable d'émettre un signal de commande pour la position du volet d'échappement 19, ce signal étant indiqué Cons-Volet sur la figure 3. 25 Ainsi, la position du volet d'échappement 19 est commandée de manière proportionnelle. Alternativement, le volet d'échappement 19 est maintenu en position ouverte, ce qui est symbolisé par le bloc 56, noté 1 sur la figure 3. 2903735 16 Les moyens de régulation comprennent également un deuxième régulateur 57 qui, dans l'exemple illustré, est également un régulateur Proportionnel Intégral Dérivé (PID) mais pourrait être également un régulateur d'un autre type, par exemple un régulateur proportionnel 5 intégral. Le régulateur 57 a pour objet de réguler la température dans le collecteur d'admission 2. A cet effet, il reçoit sur son entrée un signal d'erreur s2 qui est élaboré par le comparateur 58. Celui-ci reçoit sur son entrée positive une valeur de consigne Tcol_eons qui est déterminée en fonction du point de fonctionnement du moteur au 10 moyen d'une cartographie 59 mémorisée dans le système en fonction du régime de rotation du moteur Nmot et du débit de carburant injecté dans le moteurQearb. Le comparateur 58 reçoit par ailleurs sur son entrée négative la valeur de la température dans le collecteur d'admission 2, effectivement mesurée et notée TCoi_mes. Cette valeur est 15 mesurée par le capteur 30. La dynamique de variation de la température dans le collecteur d'admission 2 étant relativement lente, on a prévu dans le mode de réalisation illustré d'ajouter au régulateur 57 un moyen de pré-positionnement physique de la vanne de recirculation EGR haute 20 pression 27. A cet effet, un bloc de pré-positionnement 60 reçoit sur ses deux entrées, d'une part, la valeur de consigne de la température dans le collecteur d'admission 2, Teol_eons, issue de la cartographie 59 et, d'autre part, la valeur de consigne du débit d'air Qa;r_Cons issue de la cartographie 39. Le bloc de pré-positionnement 60 est alors capable de 25 calculer une valeur de consigne du débit des gaz traversant la vanne de recirculation EGR haute pression 27, soit QHP_Cons. A partir de cette valeur de débit de consigne, un bloc de calcul 61 est capable de déterminer une valeur dite de pré-positionnement d'ouverture de la vanne EGR haute pression 27 correspondant à ce débit de consigne. 2903735 17 Cette valeur de pré-positionnement, notée Poshp_CO15 sur la figure 3 est amenée par la connexion 62 sur un additionneur 63 qui reçoit également le signal de sortie émis par le régulateur 57. Le signal en résultant est amené sur le bloc de commande 64 pour commander la 5 position de la vanne de recirculation EGR haute pression 27 au moyen du signal de consigne Cons-EGR HP. Le bloc 64 reçoit par ailleurs sur une autre entrée, par la connexion 65, le signal de sortie du premier régulateur 37, de façon que le signal de commande de la vanne de recirculation EGR haute pression puisse être défini, soit par le 10 régulateur de température 57, soit par le régulateur d'air 37. Les moyens de régulation ainsi conçus permettent donc de commander, d'une part, la boucle de recirculation basse pression par action sur la vanne de recirculation EGR basse pression 10 et le volet d'échappement 19 et, d'autre part, la boucle de recirculation haute 15 pression par action sur la vanne de recirculation EGR haute pression 27. Différents modes de fonctionnement sont alors possibles. Les gaz de recirculation peuvent provenir uniquement de la boucle basse pression, auquel cas le débit d'air admis est régulé par 20 l'intermédiaire de la boucle basse pression 17 au moyen du régulateur 37. Dans un autre mode de fonctionnement, les gaz d'échappement recyclés peuvent provenir à la fois de la boucle basse pression et de la boucle haute pression. Le contrôle du débit d'air est effectué par l'intermédiaire de la boucle basse pression, tandis que la température 25 du collecteur est régulée par l'intermédiaire de la vanne de recirculation haute pression. Enfin, dans un troisième mode de fonctionnement, les gaz d'échappement recyclés peuvent provenir uniquement de la boucle de recirculation haute pression. Dans ce cas, la régulation du débit d'air est assurée uniquement par l'intermédiaire 2903735 18 de la vanne de recirculation EGR haute pression au moyen du régulateur 57. La transition entre le premier mode de fonctionnement où les gaz d'échappement proviennent uniquement de la boucle basse 5 pression et le deuxième mode de fonctionnement où les gaz d'échappement proviennent des deux boucles de recirculation, se fait en activant simplement le régulateur 57 de la température du collecteur, de façon à commander la vanne de recirculation haute pression par l'intermédiaire de ce régulateur 57. 10 Les autres transitions, du deuxième mode de fonctionnement vers le troisième dans lequel les gaz d'échappement recyclés proviennent uniquement de la boucle haute pression ainsi que du troisième mode de fonctionnement vers le deuxième, nécessitent de basculer la régulation du débit d'air, de la boucle basse pression vers 15 la boucle haute pression et vice versa. Il est nécessaire en outre d'assurer une continuité de la commande de la vanne de recirculation haute pression pendant la transition. A cet effet, le bloc de calcul 66 est capable de déterminer la température maximale dans le collecteur d'admission Tcol-max lorsque 20 la vanne de recirculation basse pression 10 est fermée, tandis que la vanne de recirculation haute pression 27 est commandée de façon à respecter la consigne de débit d'air. Le bloc de calcul 66 reçoit sur son entrée la valeur de la température des gaz d'échappement recyclés dans la boucle haute pression TEGR_HP telle que mesurée par le capteur 25 31 (figure 1) ainsi que la valeur de la pression dans le collecteur d'admission Pc0l telle que mesurée par le capteur 29 et la valeur de la température de l'air admis Ta;r telle que mesurée par le capteur 34 (figure 1). Le bloc de calcul 66 reçoit également par la connexion 67 la valeur de consigne du débit d'air Qaircons telle que déterminée par la 2903735 19 cartographie 39. Un bloc de comparaison 68 reçoit la valeur ainsi calculée de la température maximale dans le collecteur Tcol-max ainsi que sur sa deuxième entrée, par la connexion 69, la valeur de consigne de la température dans le collecteur Tcoi_cons telle que déterminée par la 5 cartographie 59. Le comparateur 68 est capable de déterminer les situations dans lesquelles la valeur de consigne Tcoi-cons dépasse la valeur maximale Tcol-max et pour transmettre alors un signal par la connexion 70 sur les blocs de commande 64, 55 et 42 de façon à basculer la commande de la boucle de recirculation basse pression vers 10 la boucle de recirculation haute pression et inversement. Pour assurer une continuité de la commande de position de la vanne de recirculation EGR haute pression, on peut avantageusement prévoir des moyens d'initialisation de la partie intégrale de chacun des régulateurs 37 et 57. Ces moyens d'initialisation, non représentés sur 15 la figure 3, peuvent être activés de façon à initialiser la partie intégrale du régulateur d'air 37 sur la position de la vanne de recirculation EGR haute pression 27 au moment d'une transition d'un fonctionnement par une commande des deux boucles de recirculation basse pression et haute pression vers une commande par la seule 20 boucle de recirculation à haute pression. De la même manière, des moyens d'initialisation peuvent être prévus afin d'initialiser la partie intégrale du régulateur de température 57 lors d'une transition d'un fonctionnement par la seule commande de la boucle de recirculation haute pression vers une 25 commande par la combinaison des boucles de recirculation basse pression et haute pression. L'initialisation est alors effectuée sur la position de la vanne de recirculation EGR haute pression, immédiatement avant le passage de la transition. 2903735 20 Calcul de la valeur de pré-positionnement La valeur de pré-positionnement Poshp_COnS amenée sur l'additionneur 63 afin de corriger le signal de commande issu du 5 régulateur 57 peut être calculée en utilisant les quatre équations suivantes. La première équation traduit la conservation de la masse dans le collecteur d'admission : Qmot Qair+Qegr_hp+Qegr_bp (1) où Qmot est le débit total dans le collecteur d'admission 15 Qair est le débit d'air admis Qegr-hp est le débit des gaz d'échappement recyclés à haute pression, et Qegr_bp est le débit des gaz d'échappement recyclés à basse pression. 20 La deuxième équation traduit la conservation de l'enthalpie dans le collecteur d'admission : Qmot•Tcol ù Qair•Tair+Qegr_hp•Tegr_hp+Qegr_bp.Tegr_bp (2) 25 où TCOI est la température des gaz dans le collecteur d'admission Tair est la température de l'air telle que mesurée par le capteur 34 (figure 1) 30 Tegr_hp est la température des gaz d'échappement recyclés à haute pression telle que mesurée par le capteur 31, et Tegr_bp est la température des gaz d'échappement recyclés à basse pression telle que mesurée par le capteur 33. 10 2903735 21 La troisième équation définit le taux des gaz d'échappement recyclés tegr, sous la forme : 5 t = egr Qmo( gr_hp 0) Enfin, la quatrième équation traduit le remplissage du moteur sous la forme : P K. r R.T où P est la pression dans le moteur, T la température, 15 R la constante des gaz parfaits, et le coefficient Kr est défini par l'équation : 'lvar.N.Vcy1 120 20 où ri,,01 est le rendement de remplissage N est le régime de rotation du moteur et V,,,1 est la cylindrée du moteur 25 La combinaison de ces différentes équations permet d'obtenir la valeur de consigne du débit des gaz d'échappement recyclés à haute pression et correspond à la valeur calculée par le bloc de calcul 60 de la figure 3. Cette valeur est donnée par l'équation : Tegr bp Kr.(1 ù ).Pol+(Tegrbp ù Ta,r).Qa,r_cons ~ol cons Qegr_hp_cons ù (6) Tegr hp ù Tegr hp 10 Qmot (4) K r (5) 30 2903735 22 A partir de cette valeur de consigne de débit, il est possible de produire un signal de commande d'ouverture de la vanne de recirculation EGR haute pression équivalant au débit de consigne en utilisant la formule de Barré-Saint-Venant qui fournit la section 5 efficace de passage sous la forme : nn R.Tgr Qegr cons P 36.Pav, .BSV(ùv` ) P.o, Sels cons (7) où 10 Tegr est la température des gaz traversant la vanne de recirculation EGR Pavt est la pression en amont de la turbine 4a Pcoi est la pression dans le collecteur d'admission 2 et BSV est le coefficient de Barré-Saint-Venant. 15 La section efficace obtenue, sous forme d'une valeur de consigne Seff cons, fournit l'ouverture nécessaire pour la vanne de recirculation EGR correspondante. C'est cette valeur qui correspond à la valeur de pré-positionnement indiquée Poshp_cons sur la figure 3. Calcul de la température maximale Le calcul de la température maximale dans le collecteur d'admission tel qu'il est effectué par le bloc de calcul 66 de la figure 25 3, utilise les équations précédentes. On peut en effet déduire de ces dernières la relation : Kr.PofTegr hp = Kr.Por +Qarr(Tegr _hp ù Torr )+Qegr _ bp '( egr hp ù egr bp) (8) Tol 20 30 Il en résulte : 2903735 23 Kr.Po,TeT "p ? Kr.P.or+Qarr (~gr_hpùfair) cor de sorte que la limite de la température dans le collecteur peut être exprimée par la relation : Kr.Frol'T gr hp (10) Lorsque la température de consigne Tcol_cons déterminée par la cartographie 59 dépasse cette valeur, la commande est basculée par le 10 comparateur 68, de la boucle de recirculation basse pression vers la boucle de recirculation haute pression, et vice versa. La figure 4 montre, à titre d'exemple, un mode de réalisation plus précis de la commande de la boucle de recirculation basse 15 pression. On retrouve sur la figure 4 les mêmes éléments portant les mêmes références que sur la figure 3. Comme dans le mode de réalisation de la figure 3, la grandeur régulée est ici le débit d'air dont la valeur de consigne est établie par la cartographie 39 et comparée à la valeur mesurée Qair mes dans le comparateur 38. 20 La figure 4 explicite de manière plus précise les moyens utilisés dans le bloc de séparation 40. Les blocs 71, 72 et 73 définissent des constantes respectives C3, C4 et C5, qui correspondent à une limite basse de la gamme des blocs 74 et 75, lesquels délimitent chacun une gamme de valeurs pour lesquelles la vanne EGR basse 25 pression 10 et le volet d'échappement 19 régulent correctement le débit d'air. Une cartographie 76 en régime de rotation du moteur Nmot et débit de carburant Qcarb fournit la position de saturation de la vanne de recirculation EGR basse pression ou Sat-EGR BP. A l'aide de deux constantes Ci et C2 amenées aux blocs de comparaison 77 et 78 et au 30 moyen d'un diagramme d'hystérésis 79, on peut procéder à une comparaison de la valeur de saturation issue de la cartographie 76 avec une valeur de position mesurée pour la vanne EGR basse pression. Le (9) 5 col ù Kr'Pcol + Qair' (Tegr hp ù Tair) 2903735 24 résultat de cette comparaison est amené par la connexion 80 sur le bloc de basculement 81, qui permet alors d'activer un jeu de valeurs appropriées pour les gains K; et Kp de la partie intégrale et de la partie proportionnelle du régulateur 37, selon que la régulation commande le 5 volet d'échappement 19 ou la vanne de régulation basse pression 27. Les gains choisis sont amenés par
la connexion 82 sur le régulateur 37. Si, par exemple, il résulte de la comparaison effectuée entre la valeur de saturation établie par la cartographie 76 et la valeur de position mesurée pour la vanne de recirculation EGR basse pression, 10 que l'ouverture de ladite vanne est inférieure à 60% de la valeur fournie par la cartographie 76, le bloc 79 envoie un signal au bloc 81 qui l'amène à sélectionner un jeu de paramètres appropriés au contrôle de la vanne EGR basse pression. Inversement, lorsque la comparaison montre que l'ouverture de la vanne est supérieure à 60%, le bloc 79 15 envoie un signal au bloc 81 qui l'amène à sélectionner un jeu de paramètres appropriés à la commande du volet d'échappement 19, et non plus de la vanne EGR basse pression 10. Le bloc soustracteur 83 soustrait du signal de commande issu du régulateur 37 et amené par la connexion 84, la valeur qui lui est 20 fournie par la cartographie 76 amenée par la connexion 85. De même, le bloc 74 reçoit la valeur fournie par la cartographie 76 par la connexion 86. Bien que dans les exemples précédemment décrits, le paramètre déterminé du moteur utilisé comme grandeur à réguler soit le débit 25 d'air admis, on comprendra que l'on puisse choisir un autre paramètre, et en particulier le taux de recirculation des gaz d'échappement. Dans ce cas, les moyens de régulation admettront en entrée, non plus une mesure et une consigne de débit d'air, mais une estimation et une consigne de taux de recirculation. L'estimation du taux de 30 recirculation peut être obtenue de différentes manières. Une première solution consiste à utiliser un capteur de température de l'air frais non encore mélangé aux gaz recyclés qui proviennent de la boucle de recirculation basse pression. On utilise en outre un capteur de température des gaz recirculés juste avant le 2903735 25 mélange et un capteur de température du mélange après la boucle de recirculation basse pression. Une deuxième solution consiste à utiliser un capteur de température du mélange présent dans un plénum du moteur avec un 5 capteur de pression de ce mélange. On utilise en outre, au choix, une mesure par capteur ou une estimation du débit d'air.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1-Système de commande d'un moteur à combustion interne du type Diesel équipé d'un turbocompresseur de suralimentation (4), avec recirculation partielle des gaz d'échappement en vue de l'admission dans le moteur d'un mélange d'air et de gaz d'échappement recyclés (EGR) et des moyens de régulation d'un paramètre de fonctionnement du moteur, caractérisé par le fait qu'il comprend deux boucles de recirculation des gaz d'échappement, les deux boucles comprenant : une boucle basse pression (17) avec une conduite de dérivation basse pression (8) reliant la ligne d'échappement (18) en aval de la turbine (4a) du turbocompresseur à l'arrivée d'air en amont du compresseur (4b) et une vanne de recirculation basse pression (10); et une boucle haute pression (28) avec une conduite de dérivation haute pression (25) reliant le collecteur d'échappement (3) en amont de la turbine (4a) au collecteur d'admission (2) en aval du compresseur (4b) et une vanne de recirculation haute pression (27), et des moyens pour basculer les moyens de régulation, d'une commande de la boucle de recirculation haute pression vers une commande de la boucle de recirculation basse pression et vice versa et pour assurer les transitions entre ces deux commandes, selon le point de fonctionnement du moteur.
2-Système selon la revendication 1 comprenant des moyens (66) pour déterminer une valeur limite de température dans le collecteur d'admission du moteur, en fonction d'une valeur de consigne dudit paramètre de fonctionnement du moteur et un moyen de comparaison (68) de ladite valeur limite de température avec une valeur de consigne de la température dans le collecteur d'admission, le moyen de comparaison étant capable d'émettre un signal de basculement des moyens de régulation, d'une commande de la boucle de recirculation 2903735 27 haute pression vers une commande de la boucle de recirculation basse pression et vice versa.
3-Système selon les revendications 1 ou 2 dans lequel un volet d'échappement (19) est monté dans la ligne d'échappement, en dehors de 5 la boucle de recirculation basse pression (17) et les moyens de régulation comprennent un régulateur (37) dudit paramètre de fonctionnement du moteur et un moyen de basculement (40) adapté pour transmettre le signal du régulateur, soit à la commande de la vanne de recirculation basse pression, soit à la commande du volet 10 d'échappement, en fonction d'un critère de fonctionnement de ladite vanne.
4-Système selon la revendication 3 dans lequel ledit régulateur est également adapté pour transmettre un signal de commande à la vanne de recirculation haute pression. 15
5-Système selon les revendications 3 ou 4 dans lequel le régulateur comprend une fonction intégrale, des moyens d'initialisation étant adaptés pour initialiser la fonction intégrale lors des transitions de commande.
6-Système selon l'une des revendications 3 à 5 comprenant une 20 cartographie (39) de valeurs de consigne du débit d'air admis dans le moteur en fonction du point de fonctionnement du moteur et un moyen de détermination du débit d'air admis dans le moteur, ladite valeur de consigne étant amenée à l'entrée du régulateur (37).
7-Système selon l'une des revendications 3 à 5 comprenant une 25 cartographie de valeurs de consigne du taux de gaz de recirculation admis dans le moteur en fonction du point de fonctionnement du moteur et un moyen de détermination du taux de gaz de recirculation, ladite valeur de consigne étant amenée à l'entrée du régulateur.
8-Système selon l'une des revendications 2 à 7 dans lequel les moyens de régulation comprennent un régulateur (57) de la température 2903735 28 dans le collecteur d'admission, capable d'émettre un signal de commande de la vanne de recirculation haute pression.
9-Système selon la revendication 8 dans lequel des moyens de pré-positionnement sont adaptés pour déterminer une valeur de pré- 5 positionnement (60, 61) de la température dans le collecteur d'admission en fonction du point de fonctionnement du moteur et d'ajouter cette valeur au signal de sortie du régulateur (57) de la température dans le collecteur d'admission.
10-Système selon l'une des revendications 8 ou 9 dans lequel le 10 régulateur de température (57) comprend une fonction intégrale, des moyens d'initialisation étant adaptés pour initialiser la fonction intégrale lors des transitions de commande.
11-Procédé de commande d'un moteur à combustion interne du type Diesel équipé d'un turbocompresseur de suralimentation, 15 comportant deux boucles de recirculation des gaz d'échappement en vue de l'admission dans le moteur d'un mélange d'air et de gaz d'échappement recyclés (EGR), les deux boucles comprenant une boucle basse pression et une boucle haute pression, caractérisé par le fait qu'on détermine une valeur limite de température dans le collecteur 20 d'admission du moteur, en fonction d'une valeur de consigne d'un paramètre de fonctionnement du moteur, on compare ladite valeur limite de température avec une valeur de consigne de la température dans le collecteur d'admission et, en fonction du résultat de cette comparaison, on commande soit la boucle basse pression soit la boucle haute pression. 25
12-Procédé selon la revendication 11 dans lequel on régule un paramètre de fonctionnement du moteur par la commande, soit de la boucle basse pression, soit de la boucle haute pression et on régule la température dans le collecteur d'admission du moteur par la commande de la boucle haute pression.
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