FR2910934A1 - Procede d'estimation et systeme de controle du taux d'egr sur un moteur suralimente par un turbocompresseur et equipe de deux collecteurs d'admission et d'un volet de swirl. - Google Patents

Procede d'estimation et systeme de controle du taux d'egr sur un moteur suralimente par un turbocompresseur et equipe de deux collecteurs d'admission et d'un volet de swirl. Download PDF

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Abstract

Le système comporte un volet d'admission (41) placé en amont des deux collecteurs d'admission (5a, 5b), un by-pass (8) muni d'une vanne (81) assurant la recirculation des EGR dans l'un (5b) des collecteurs, tandis que l'autre (5a) est muni d'un volet de Swirl (51a), le conduit (3) d'amenée d'air frais au turbocompresseur (2) étant équipé d'un débitmètre (31).Conformément à l'invention, on calcule le débit d'EGR en fonction d'au moins les données suivantes :- débit d'air mesuré par le débitmètre (31) ;- température en amont du volet d'admission (41) ;- pression en aval du volet d'admission (41) ;- pression dans le collecteur muni du volet actionneur de Swirl;- température des EGR en sortie de by-pass (8) ;- la section de passage au niveau du volet d'admission (41).Industrie automobile

Description

La présente invention concerne un groupe motopropulseur, en particulier
pour véhicule automobile, comprenant un moteur à combustion interne, suralimenté au moyen d'un compresseur, en particulier d'un turbocompresseur. Elle a plus précisément pour objet un procédé d'estimation ainsi qu'un système de contrôle du taux d'EGR sur un moteur équipé d'un volet d'admission qui est placé en amont d'une paire de collecteurs d'admission et d'un volet de contrôle de Swirl. La suralimentation d'un moteur à combustion interne, notamment un moteur Diesel, consiste à l'alimenter au moyen d'un turbocompresseur avec de l'air qui est comprimé à une pression supérieure à la pression atmosphérique, de manière à améliorer la puissance du moteur. Le turbocompresseur est susceptible d'assurer également une recirculation des gaz d'échappement, usuellement désignés EGR (Exhaust Gaz Recirculation).
Cette recirculation a pour intérêt de réduire l'émission globale des polluants, en particulier des NOx (oxydes d'azote), car certaines particules nocives qui n'ont pas été brûlées au cours d'une première phase de combustion peuvent l'être au cours de la suivante. L'invention s'adresse plus précisément à un moteur à combustion interne, notamment à un moteur Diesel, qui est pourvu de deux collecteurs d'admission distincts ; chaque cylindre est alimenté en gaz comburant par les deux collecteurs, via une paire de soupapes d'admission. Dans ce moteur, l'un de ces collecteurs, qu'on appellera par la suite collecteur 1 est alimenté en air frais uniquement ; l'autre collecteur, qu'on appellera collecteur 2 est alimenté en EGR seulement ou en mélange d' EGR et d'air frais. Le domaine technique auquel se rapporte l'invention est le contrôle du moteur à combustion interne, et sa gestion avec l'ensemble de ses capteurs et actionneurs. L'ensemble des lois de contrôle de la commande (stratégies logicielles) et des paramètres de caractérisation (calibrations) du moteur est contenu dans un calculateur appelé UCE (unité de contrôle électronique). La quantité d'oxydes d'azote produits par un moteur Diesel est fortement liée à la composition du mélange réactif dans les cylindres du moteur en air, carburant et à la présence de gaz inertes. Ces gaz ne participent pas à la combustion et proviennent d'un circuit dérivant une partie des gaz d'échappement vers le circuit d'admission. Le circuit permet la recirculation des gaz d'échappement (EGR). L'EGR est assuré en mettant en communication le circuit d'échappement et le circuit d'admission via une section de passage dont la dimension est réglée par une vanne EGR. Dans le cas d'un moteur à deux soupapes d'admission, il est nécessaire de contrôler le niveau de turbulence dans la chambre de combustion dans l'objectif de réduire les émissions en polluants du moteur.
La principale grandeur à maîtriser est usuellement désignée par le terme anglais SWIRL . Ce mot est traduit par Tourbillon Longitudinal dans la liste des termes et définitions du vocabulaire de l'automobile du Journal Officiel du 15 février 2004, et il y est défini comme suit : Mouvement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz d'admission dans le cylindre d'un moteur, dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe du cylindre . Dans un conduit de collecteur d'admission, la valeur du Swirl correspond ainsi à la quantité de mouvement en rotation des gaz admis (air frais et/ou EGR) perpendiculairement à l'axe du cylindre.
Il est alors fait état du niveau de Swirl , qui est contrôlé par un actionneur placé dans l'un des deux conduits alimentant le cylindre. Cet actionneur permet de faire varier la différence de pression entre les deux conduits et ainsi de contrôler le niveau de Swirl dans les cylindres. La figure 1 annexée, représente l'architecture générale du système auquel s'adresse la présente invention ; elle représente un moteur, notamment Diesel, équipé d'un turbocompresseur, dans lequel une recirculation des EGR est réalisée, ce moteur possédant des cylindres à double soupape d'admission, et étant en conséquence alimenté par deux collecteurs d'admission distincts. Le moteur 1 comporte un bloc moteur 10, par exemple à quatre 30 cylindres, pourvu de deux collecteurs d'admission 5a, 5b du gaz comburant froid, et d'un collecteur d'échappement 6 des gaz brûlés chauds. Les références 50a et 50b désignent les branches de chacun des collecteurs d'admission 5a, 5b tandis que la référence 60 désigne les branches du collecteur d'échappement 6. 35 Le turbocompresseur 2 comprend une première turbine (motrice) 20, à géométrie variable, raccordée au collecteur 6, et entraînée par les gaz d'échappement, ainsi qu'une seconde turbine (menée) 21 assurant la suralimentation du moteur 1. L'air frais ambiant AF est amené à la turbine 20 au moyen d'une conduite 3, via un filtre à air 30 et un débitmètre 31.
Cette turbine 21 fournit de l'air comprimé aux deux collecteurs 5a, 5b (qui sont des conduits montés en parallèle), au moyen d'une conduite 4, via un échangeur de chaleur 40. En aval de cet échangeur, et en amont de l'embouchure des deux collecteurs 5a, 5b, la conduite 4 -ou plenum - est munie d'un volet d'admission 41, du genre vanne papillon , qui permet de faire varier le débit d'air passant dans la conduite 4. La référence 8 désigne un conduit by-pass qui fait communiquer le collecteur d'échappement 6 avec la portion amont (d'entrée) du collecteur d'admission 5b (collecteur 2), via un dispositif de refroidissement 80.
Ce conduit 8 est équipé d'une vanne de réglage du débit 81 située en amont du refroidisseur de gaz 80. Le conduit 8 permet ainsi le refroidissement et la recirculation, avec un débit réglable, des EGR dans le moteur via le collecteur 5b. Le collecteur 5a (collecteur 1), est également pourvu, en sa partie 20 amont, d'un actionneur de Swirl 51a. Les gaz d'échappement non recyclés sont évacués de la turbine 20 par une conduite 7. Cette architecture à double collecteur d'admission permet de faire varier la différence de pression entre les deux conduits de chaque cylindre pour le 25 contrôle du niveau de Swirl. L'actionneur de Swirl 51a est un volet qui permet de moduler la pression dans le collecteur 1. L'EGR est injecté uniquement dans le collecteur 2. Les particularités de cette réalisation sont essentiellement : 30 - un volet d'admission en amont des deux collecteurs d'admission, - un volet de Swirl en amont du collecteur sans EGR, - une arrivée d'EGR dans le collecteur qui n'a pas de volet de Swirl. La figure 2 illustre un mode de réalisation similaire, mais dont le moteur est pourvu d'un collecteur d'admission unique (cylindres à une soupape 35 d'admission).
Les mêmes chiffres de référence ont été utilisés pour désigner les éléments identiques ou analogues à ceux du premier mode de réalisation de la figure 1. Dans le cas d'une définition technique avec un seul collecteur 5, dépourvu de volet de Swirl, le contrôle de dEGR se fait en régulant le débit d'air frais mesuré par le débitmètre 31 via la vanne EGR 81 et en régulant la pression mesurée dans le plénum 4 via le volet d'admission 41. En contrôlant ces deux principales grandeurs, il est possible de contrôler la proportion d'EGR admise dans le moteur, qui est exprimée en taux d'EGR (z-EGR ). Le taux d'EGR TEGR est le rapport entre le débit massique d'EGR (QEGR) et le débit massique total entrant dans le moteur (Q,not ). Ce taux d'EGR est défini ci-dessous : QEGR ZGGR Qmat Symboles Descriptions Valeur unités Q,,, o, Débit de gaz moteur - kg/h QT:'GR Débit d'EGR - kg/h Pour calculer le débit de gaz entrant dans le moteur il suffit d'appliquer la formule de remplissage du moteur : Q =3600. P2 V `y` N N, P2 m ` R• T2 2 60 R.T2) Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K V Cylindrée du moteur - m3 N Régime de rotation moteur - tr/min Rendement volumétrique du moteur -exprimé comme une fonction du régime moteur N et de la densité des gaz admis P2 R•T2 p2 Pression collecteur admission - Pa T2 Température collecteur admission - K Q mnt Débit de gaz entré moteur .. kg/h Le débit d'EGR Q,(;R est défini par la formule : QEGR = Qmol ù Qair Symboles Descriptions Valeur unités Q n,o, Débit de gaz moteur - kWh QlGJ? Débit d'EGR - kWh A travers ces trois équations, nous pouvons remarquer une certaine unicité entre le taux d'EGR (zeGR) et le couple débit d'air frais/pression collecteur LQa'r,fra'`' Pz pour des états du volet d'admission et du turbocompresseur 5 donnés. Ceci explique qu'en contrôlant le débit d'air frais via la vanne EGR et la pression collecteur via le volet d'admission, il est possible de contrôler indirectement le taux d'EGR (en supposant que la température dans le collecteur est soit contrôlée, soit connue) Partant de ce principe pour le contrôle du taux d'EGR, nous pouvons 10 avoir les deux modes de réalisation suivants :
Mode 1 : une régulation du débit d'air frais via la vanne EGR 81 et une régulation de pression au collecteur via le volet 51 et/ou via le turbocompresseur. 15 Ce mode est illustré sur la figure 3. Sur cette figure, PUCE, qui porte la référence 9, comprend les composants suivants : - une unité 90 de consigne de pression P2.cons dans le collecteur 5 ; une unité 900 de calcul de régulation de la pression dans le 20 collecteur 5 ; - une unité 91 de consigne du débit d'air Qair.frais.cons - une unité 910 de régulation du débit d'air.
Mode 2 : une régulation du débit d'EGR via la vanne EGR 81 et une 25 régulation du débit d'air frais via le volet d'admission 51 et/ou via le turbocompresseur. Dans ce cas le débit d'EGR est soit estimé, soit mesuré, et la consigne de débit EGR peut être calculée à partir des consignes de débit d'air frais et de taux d'EGR. 30 Ce mode est illustré sur la figure 4.
Sur cette figure, PUCE, qui porte également la référence 9, comprend les composants suivants : - une unité 93 de consigne de débit d'air Qair.frais.cons de pression P2cons dans le collecteur 5 ; - une unité 930 de régulation du débit d'air ; - une unité 94 d'estimation du débit d'EGR QEGR est] ; une unité 95 de consigne de débit d'EGR QEGR.cons ; - une unité 940 de régulation du débit d'EGR.
Dans le cas d'une définition technique avec deux collecteurs d'admission et un volet de Swirl dans le collecteur sans EGR, tel qu'illustré sur la figure 1, l'unicité entre le taux d'EGR (zEGR) et le couple débit d'air frais /pression collecteur LQa',f'a's ' PZ 1 est perdue car le débit moteur dépend maintenant des deux pressions et des deux températures aux collecteurs. Il faut donc adapter le contrôle du taux d'EGR (1-1=c1?) à cette définition technique. L'invention a pour objectif d'apporter une solution à ce problème. A cet effet, elle propose un nouveau procédé d'estimation ainsi qu'un nouveau système de contrôle du taux d'EGR (rF-G") pour un moteur à combustion interne pourvu de deux collecteurs d'admission 5a, 5b, et équipé: - d'un volet d'admission 41 placé en amont de ces deux collecteurs d'admission 5a, 5b ; - d'un volet de Swirl 51a situé en partie amont du collecteur 5a non parcouru par les EGR ; - d'une arrivée d'EGR dans l'autre collecteur 5b, qui est dépourvu 25 de volet de Swirl.
Lexique : Qa'r'f'a'r :Débit d'air débitmètre, QEGR : Débit d'EGR, 30 Qmot : Débit moteur, Q o`-''n Débit volet d'admission, Débit collecteur 1, :Débit collecteur 2, Qa'r,fra'.tç_col _2 :Débit d'air frais collecteur 2, P21 Pression amont volet d'admission, P22 Pression aval volet d'admission = pression collecteur 2, P23 Pression aval volet de Swirl = pression collecteur 1, P3 : Pression avant turbine, T21 : Température amont volet d'admission, T24 : Température collecteur 2, T3 : Température avant turbine. TL•GR : Température EGR. Les emplacements des points de mesure de température et de pression ci-dessus sont repérés sur la figure 5, qui est similaire à la figure 1. L'invention a tout d'abord pour objet un procédé d'estimation du taux d'EGR sur un moteur, notamment un moteur Diesel pour véhicule automobile, qui est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur équipé d'un volet d'admission à débit variable qui est placé en amont d'une paire de collecteurs d'admission montés en parallèle, alimentant chacun les cylindres du moteur en gaz comburant, ce moteur étant équipé d'un conduit de by-pass apte à assurer la recirculation des EGR dans l'un seulement desdits collecteurs, tandis que l'autre collecteur est muni d'un volet actionneur de Swirl, ledit conduit de by-pass étant muni d'une vanne à débit variable, dite vanne d'EGR , dans lequel le conduit d'amenée d'air frais au turbocompresseur est équipé d'un débitmètre. Le procédé est caractérisé par le fait qu'on calcule le débit d'EGR en fonction d'au moins les données suivantes : - le débit d'air mesuré par ce débitmètre; - la température juste en amont dudit volet d'admission; - la pression juste en aval dudit volet d'admission; - la pression dans le collecteur qui est muni d'un volet actionneur de Swirl, en aval de celui-ci ; - la température des EGR en sortie du conduit de by-pass ; et la section de passage au niveau dudit volet d'admission. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, mais non limitatives, du procédé de l'invention, ce procédé comprend au moins l'une des étapes ci-après : - calcul du débit dans le collecteur qui n'assure pas la recirculation des EGR ; - calcul du débit dans le collecteur qui assure la recirculation des EGR; - calcul de la pression en amont dudit volet d'admission ; - calcul du débit au niveau dudit volet d'admission ; - estimation du taux d'EGR du mélange d'air et de gaz recyclés alimentant le moteur. L'invention a également pour objet un système de contrôle du taux d'EGR sur un moteur, notamment un moteur Diesel pour véhicule automobile, qui est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur équipé d'un volet d'admission à débit variable qui est placé en amont d'une paire de collecteurs d'admission montés en parallèle, alimentant chacun les cylindres du moteur en gaz comburant, ce moteur étant équipé d'un conduit de by-pass apte à assurer la recirculation des EGR dans l'un seulement desdits collecteurs, tandis que l'autre collecteur est muni d'un volet actionneur de Swirl, ledit conduit de by-pass étant muni d'une vanne à débit variable, dite vanne d'EGR , dans lequel le conduit d'amenée d'air frais au turbocompresseur est équipé d'un débitmètre. Ce système est caractérisé par le fait qu'il comprend une unité de contrôle électronique apte à réguler, d'une part, le débit d'air arrivant aux collecteurs, par actionnement dudit volet d'admission et/ou par commande du débit d'air fourni par le turbocompresseur et, d'autre part, le débit d'EGR passant dans le conduit de by-pass, par actionnement de ladite vanne EGR, ceci indépendamment de la position dudit volet actionneur de Swirl, à partir d'une estimation du débit d'EGR (Ql cn,e'") qui est calculée par l'unité en fonction d'au moins les grandeurs suivantes, qui sont mesurées en permanence par des capteurs, et lui sont transmises 25 pour traitement : - le débit d'air mesuré par ce débitmètre ; - la température juste en amont dudit volet d'admission ; - la pression juste en aval dudit volet d'admission ; - la pression dans le collecteur qui est muni d'un volet actionneur de 30 Swirl, en aval de celui-ci ; - la température des EGR en sortie du conduit de by-pass ; et - la section de passage au niveau dudit volet d'admission. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques 35 avantageuses, mais non limitatives, de l'invention : - lesdites pressions et sont mesurées au moyen de capteurs piézo-électriques ; - le conduit d'amenée d'air frais au turbocompresseur est équipé d'un filtre à air et le débit d'air est mesuré au moyen d'un capteur à fil chaud placé 5 dans le flux d'air en sortie de ce filtre.
Mise en équation du système : A partir de la mise en équations du circuit d'air, il est possible d'exprimer le calcul du taux d'EGR comme l'enchaînement des dix étapes 10 suivantes :
Equation 1 : Pression amont volet Swirl (P22 ) P22 = ~`Svol swirl Qcol 1 '1(R'T21 2 y+1 ù [P23 (p 23 P22 ) P22 /
Y 15 Symboles Descriptions Valeur unités Y Rapport de chaleur spécifique pour l'air 1.4 - P23 Pression aval volet de Swirl - Pa R Constante de l'air 287 J/kg/K P22 Pression aval volet d'admission - Pa T2, Température avant volet d'admission - K Q~o1 1 Débit collecteur 1 - Kg/h Svor swirl Section équivalente du volet de Swirl - m3 Après simplification mathématique, nous pouvons écrire : Qcol 1 ' R ' T2 1 P22 = Svol swirl 2 Ou encore : Y 2 P23 1_ P23 \yù1i P22 P22_ 2 2.Q011 'R21'(yù1) P22 = P23 + Svol swirl 20 Equation 2 : débit collecteur 1 (Qc lù1 ) P V ~vl_1 N ( Pi3 Q= 3600 • R • 23 T 60 r1 N, R .T21, 21 2 10 Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K V~yl 1 Cylindrée partielle remplie par le débit de - m3 collecteur 1 N Régime de rotation moteur - tr/min ~r1 Rendement volumétrique d'admission via le -collecteur 1 exprimé comme une fonction du régime P23 R•T21 moteur N et de la densité des gaz admis p23 Pression collecteur d'admission 1 Pa T21 Température amont volet d'admission - K 1 Débit collecteur 1 - kg/h Remarque : Le débit QCo1-1 est un débit de remplissage du moteur.
Le rendement volumétrique d'admission via le collecteur 1 (1,1) est identifié avec un débit nul dans le collecteur 2. Equation 3 : débit d'air frais dans le collecteur 2 (Qair,fra;s-c l_2 ) Qair, frais _col _2 = Qair, frais ù 360o. dt PR "rat ù `G col _ 1 21 Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K P21 Pression amont voler d'admission - Pa T2, Température amont volet d'admission - K Vsural Volume du circuit de suralimentation : entre - m3 la sortie compresseur et l'entrée moteur Qair,fra;s_~or_2 Débit d'air frais collecteur d'admission 2, - Kg/h Qair, frais Débit d'air débitmètre - Kg/h Q~ l 1 Débit collecteur 1 - Kg/h Remarque : d P21 - Vsural Le terme correctif dérivé dt R T2, i exprime le temps de transfert des gaz dans le circuit de suralimentation Equation 4 : débit collecteur 2 (Qe01_2 )
Qcol_2 =Qair,frais_col_2 +Q&GR Symboles Descriptions Valeur unités Qat'', frais _col _ z Débit d'air frais collecteur 2, - Kg/h QEGR Débit d'EGR Kg/h Qcoi z Débit collecteur 2 - Kg/h Equation 5 : débit enthalpie collecteur 2 ( Cpair . Q' -2 T24 ) C pair Qcol_2 T24 =Cpair .Qair,frais_col_2 T21 +Cpech .QEGR .TEGR Symboles Descriptions Valeur unités Qair, frais _cor _ z Débit d'air frais collecteur 2, - Kg/h QEGR Débit d'EGR Kg/h Qc I 2 Débit collecteur 2 - Kg/h C pair Chaleur spécifique de l'air - J/kg/K Cpech Chaleur spécifique des gaz d'échappement - J/kg/K T21 Température amont volet d'admission - K T24 Température collecteur d'admission 2 - K TEGR Température EGR - K Avec les chaleurs spécifiques de Parr (Cpair) et des gaz d'échappement (Cpech) qui sont déterminés comme suit : - pour l'air frais à l'admission : Cpair = f (paraml, param2, ) où 15 CPair= f( T21) est un cas particulier privilégié dans le mode de réalisation.10 - pour l'échappement : Cpec"= f (paraml, param2,...) ou Cpech= f(T 3 , Ri_ech) est un cas particulier privilégié dans le mode de réalisation. R Qcarb i_ech Ks Où Q., avec Qcarb débit massique de carburant, Qair débit massique d'air et Ks = 14.8 est le coefficient stoechiométrique. Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K Vcyl 2 Cylindrée partielle remplie par le débit de - m3 collecteur 2 N Régime de rotation moteur - tr/min 1 r2 Rendement volumétrique d'admission via le - - collecteur 2 exprimé comme une fonction du régime moteur N et de la densité des gaz admis P22 R •T24 P22 Pression collecteur d'admission 2 - Pa T24 Température collecteur d'admission 2 - K Qc 1 2 Débit collecteur 2 - kg/h Remarque : Le débit Qe l-2 est un débit de remplissage moteur. 10 Le rendement volumétrique d'admission via le collecteur 2 (1r2 ) est identifié en absence d'EGR et avec un débit nul dans le collecteur 1. Equation 7 : Cylindrée partielle remplie par le débit de collecteur 1 (Vcyl_1) Qe l_2 = 3600 • R P22 V 60?ir2 N, R P2T 24 2 24 Equation 6 : débit collecteur 2 (Qc l-2 ) ( et 2 5 Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K Cylindrée partielle remplie par le débit de - m3 collecteur 1 Cylindrée moteur - m3 p22 Pression collecteur d'admission 2 -Pa T24 Température collecteur d'admission 2 - K p23 Pression collecteur d'admission 1 - Pa T21 Température amont volet d'admission - K Equation 8 : Cylindrée partielle remplie par le débit de collecteur 2 (V`yl_2) Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K V~y, 2 Cylindrée partielle remplie par le débit de - m3 collecteur 2 Cylindrée moteur - m3 P22 Pression collecteur d'admission 2 - Pa T24 Température collecteur 2 - K p23 Pression collecteur d'admission 1 - Pa T21 Température amont volet d'admission - K Au final, on dispose ainsi d'un système de 8 équations à 8 inconnues, susceptible d'être résolu.
Si la pression amont volet d'admission P21 n'est pas disponible, on peut rajouter les équations ci-après ( 9 et 10).
Equation 9 : Pression amont volet admission (P21) P21 = Q vol y+1 Qvol adm 21 2 Svol adm • yù1, ~P y 22 i P22
2P1 J P21 Symboles Descriptions Valeur unités Y Rapport de chaleur spécifique pour l'air 1.4 - p21 Pression amont volet admission - Pa R Constante de l'air 287 J/kg/K P22 Pression collecteur d'admission 2 - Pa T,1 Température avant volet d'admission - K Qmr1 adm Débit volet d'admission - Kg/h Svol adm Section équivalente du volet d'admission - m3 Après simplification mathématique, nous pouvons écrire : Qvol adm ' yfR. T21 Y- P = 21 Svol adm 2\ Pie 1_ P22 / P21 P21 Ou encore : z 2'Qvol adm .R•T21 yù1 Svol adm . Y Equation 10 : débit volet d'admission (Q"-ad" L~vo1 _adm //~~ = `Gair,frai.s -360o d P21 ' Vsurnl Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K p,1 Pression amont voler d'admission - Pa T2t Température amont volet d'admission - K V,rrr,al Volume du circuit de suralimentation : entre - m3 la sortie compresseur et l'entrée moteur Qvar adnt Débit volet d'admission - Kg/h Qom, frais Débit d'air débitmètre - Kg/h P21 = P22 + On obtient alors un système de 10 équations à 10 inconnues, susceptible d'être résolu.
Pour résoudre ce système d'équations on retient la définition technique qui est illustrée par la figure 5. Dans cette définition technique, les grandeurs suivantes sont mesurées :
Qair, fiais T21 Pzz P23 , TEGR Svol adm Méthode de résolution : Etape A : les pressions ' 22 et P23 sont mesurées à l'aide des capteurs piézo-électrique. La variation de pression est traduite en tension qui est mesurable par le calculateur d'injection. Une fois la tension numérisée, elle est traduite en 20 hecto Pascal (HPa) via une table de correspondance. Etape B : les températures TL'GR et T21 sont mesurées à l'aide de capteurs. 25 Etape C : Le débit d'air fraisQair,fiais est mesuré par un capteur à fil chaud placé en sortie du filtre à air. Le principe de mesure est d'asservir la température d'un élément chauffant placé dans le flux d'air. Le courant de chauffage est donc l'image du débit d'air frais traversant le débitmètre. La variation de courant est traduite en tension qui est mesurable par le calculateur d'injection. Une fois la 30 tension numérisée, elle est traduite en kilogramme par seconde (kg/s) via une table de correspondance.
Etape D : Dans cette étape, on calcule la cylindrée partielle remplie par le débit de collecteur 1 V`yi I,e.S 10 15 Vcyl _ 1,esti = à 1'initialisation T24,es" =T21,mes Etape E : Dans cette étape, on calcule la cylindrée partielle remplie par le débit de collecteur 2 : Vcyl_2,esti
P22,,nes • Vcyl _ mat R ' T24,0 .,, I tù1 Vcyl 2 = P22,mes + P23,mes R ' Ti4,eru I,_l R ' T21,mes à 1'initialisation T24,e.,,1 _T21,me.S Etape F : Dans cette étape, on calcule le débit collecteur 1 : Q`' r-1,esti Pz3,me.~ Vcyr_1,esti N P23,mes Qcar_1,es,i = 3600 R T 2 60 R 77 ri N, T 21,mes 21,mes Etape G : Dans cette étape, on calcule le débit d'air frais collecteur
2 : Qair, fiais _col _ 2,esti d / P21,e.cli I t_l Vcural \ Qair,frais ca!2,eli Qan,fiais,mes -3600 Ut R T ùQcoi,esti 21,mec 15 à 1'initialisation P21,es"=P22,me.` Etape H : Dans cette étape, on calcule la température collecteur 2 : T24,es,1 • T24,est! C pair Qair,frais _col _2,es?! T21,mec +Cpech •QEGR,e.vo t_1 TEGR,mes C pair Qcol 2,es!! I_l 20 à l'initialisation QEGR,e'i = 0, Qco1_2,esü_ Qah•,fiais_coiù2,esti Etape I : Dans cette étape, on calcule le débit collecteur 2 : Qca1_2,esti P22,mes Vcyr 2,esti N P22,mer Qcar_z,e.rt! = 3600 • 77r2 N, R ' T24,0Ç!! 2 60 R . T24,e.eti ~ Etape J : Dans cette étape, on calcule le débit EGR : QIsGR,es" QEGR,esti ù Qcn1 _ 2,esti ù Qair, frais _col _ 2,e'vi si le capteur Pet est absent, il faut rajouter les étapes K et L 5 suivantes : Etape K : Dans cette étape, on calcule le débit volet d'admission : Qvol adm,esti Qvoi _ adm,esti ù Qcnl l ,esti + Qair, fiais col 2,esti Etape L : Dans cette étape on calcul la pression amont volet admission : P2',esti 2 '(Y ù ) 2 Qvol ad+n,esti . R T21,mes l P21,esti P22,mes + ù Svol_adm,mes 7 15 La section efficace du volet d'admission Svol_adin est une fonction non linéaire de la position du volet. Cette caractéristique est identifiée en laboratoire dans lequel, pour chaque position du volet, et sous une pression différentielle constante ainsi qu'à température constante à ses bornes, on mesure le débit d'air. Puis, en utilisant la formule de Barré Saint Venant, on calcule la 20 section efficace équivalente du volet pour chaque position. L'invention, rappelons le, est mise en oeuvre dans le cas d'une définition technique avec : - un volet d'admission en amont des deux collecteurs d'admission, - un volet de Swirl en amont du collecteur sans EGR, 25 - une arrivée d'EGR dans le collecteur qui n'a pas de volet de Swirl. Le contrôle du taux d'EGR se fait avec une régulation de débit d'EGR d'air via la vanne EGR et avec une régulation du débit d'air frais via le volet d'admission (et/ou le turbocompresseur). Le débit d'EGR est estimé par la méthode de résolution indiquée ci-30 dessus, à l'étape J. Le taux d'EGR estimé est le rapport entre le débit massique d'EGR estimé (QEGR,est1) et le débit massique total estimé entrant dans le moteur (Qrnoi ). Nous pouvons définir le taux d'EGR par la formule suivante : 10 QrcR,atir; zrcn,~.~u - Qair,f•aic,mes + QEGR,cslI Symboles Descriptions Valeur unités Qair,fi•ars,nies Débit d'air - kg/h débitmètre QBGR,esti Débit d'EGR estimé - kg/h QEGR : voir Etape J. Il est ainsi possible de contrôler le taux d'EGR, indépendamment de la position du volet de Swirl en contrôlant le débit d'air frais via le volet d'admission (et/ou le turbocompresseur), et le débit d'EGR estimé via la vanne EGR.
Cette possibilité est illustrée sur la figure 6. L'unité de contrôle électronique 9 est identique à celle présenté plus haut en référence à la figure 4, qui se rapportait au mode 2 de la définition technique avec un seul collecteur 5. Elle reçoit une information sur la valeur du débit d'air frais entrant 15 AF, mesurée par le débitmètre 31 et commande, d'une part, le volet d'admission 51 et, d'autre part, la vanne EGR 81. En plus, ou au lieu, de jouer simplement sur le degré d'ouverture du volet 51 pour réguler le débit d'air frais à l'entrée des deux collecteurs 5a, 5b, on pourrait jouer également sur le débit d'air fourni par le turbocompresseur à 20 géométrie variable 2. Le débit de remplissage peut être estimé plus généralement par la formule ci-après : Px V2 60'1'"'" N, R T RPT Y Y/ ( P N, 3 1.Î(ar R •T) =3600 T/r, ,ch avec a; sera au minimum définie parla temperature d'eau et la 25 température d'air ambiante. avec Px = P22 et TY =T24 ou Px = P23 et TY =T2I
Toutefois par souci de simplification la formule utilisée est la suivante : Qco1 _ .i = 3600 • P T Vc i N R •Ty 2 60
Px N'R •T

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS
    , 1. Procédé d'estimation du taux d'EGR sur un moteur (1) , notamment un moteur Diesel pour véhicule automobile, qui est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur (2) équipé d'un volet d'admission (41) à débit variable qui est placé en amont d'une paire de collecteurs d'admission (5a, 5b) montés en parallèle, alimentant chacun les cylindres du moteur en gaz comburant, ce moteur étant équipé d'un conduit de by- pass (8) apte à assurer la recirculation des EGR dans l'un seulement (5b) desdits collecteurs, tandis que l'autre collecteur (5a) est muni d'un volet actionneur de Swirl (5la), ledit conduit de by-pass (8) étant muni d'une vanne à débit variable (81), dite vanne d'EGR , dans lequel le conduit (3) d'amenée d'air frais au turbocompresseur (2) est équipé d'un débitmètre (31), caractérisé par le fait qu'on calcule le débit d'EGR (Q"O1t,e'") en fonction d'au moins les données suivantes : - le débit d'air (QQ" 'fra'•' ) mesuré par ce débitmètre (31) - la température (T21) juste en amont dudit volet d'admission (41) ; 15 - la pression (P22) juste en aval dudit volet d'admission (41) ; - la pression (P2 ) dans le collecteur (5a) qui est muni d'un volet actionneur de Swirl, en aval de celui-ci ; - la température (TEGR) des EGR en sortie du conduit de bypass (8) ; et 20 - la section de passage (S '- d'") au niveau dudit volet d'admission (41).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape de calcul du débit (Qc0'ù1) dans le collecteur (5a) qui n'assure 25 pas la recirculation des EGR.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape de calcul du débit ) dans le collecteur (5b) assurant la recirculation des EGR.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 30 caractérisé par le fait qu'il comprend une étape de calcul de la pression (P21) en amont dudit volet d'admission (41). . Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape de calcul du débit (Q '-ud'") au niveau dudit volet d'admission (41). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 5 caractérisé par le fait qu'il comprend une étape d'estimation du taux d'EGR du mélange d'air et de gaz recyclés alimentant le moteur. 7. Système de contrôle du taux d'EGR sur un moteur (1) , notamment un moteur Diesel pour véhicule automobile, qui est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur (2) équipé d'un volet d'admission (41) à débit variable qui est placé en amont d'une paire de collecteurs d'admission (5a, 5b) montés en parallèle, alimentant chacun les cylindres du moteur en gaz comburant, ce moteur étant équipé d'un conduit de by-pass (8) apte à assurer la recirculation des EGR dans l'un seulement (5b) desdits collecteurs, tandis que l'autre collecteur (5a) est muni d'un volet actionneur de Swirl (51 a), ledit conduit de by-pass (8) étant muni d'une vanne à débit variable (81), dite vanne d'EGR , dans lequel le conduit (3) d'amenée d'air frais au turbocompresseur (2) est équipé d'un débitmètre (31) caractérisé par le fait qu'il comprend une unité de contrôle électronique (9) apte à réguler, d'une part, le débit d'air arrivant aux collecteurs (5a, 5b), par actionnement dudit volet d'admission (41) et/ou par commande du débit d'air fourni par le turbocompresseur (2) et, d'autre part, le débit d'EGR passant dans le conduit de by-pass (8), par actionnement de ladite vanne EGR (81), ceci indépendamment de la position dudit volet actionneur de Swirl (51a), à partir d'une estimation du débit d'EGR (QLGR,`"') qui est calculée par l'unité (9), en fonction d'au moins les grandeurs suivantes, qui sont mesurées en permanence par des capteurs, et lui sont 25 transmises pour traitement : - le débit d'air (Qafr,frals ) mesuré par ce débitmètre (31) - la température (T21) juste en amont dudit volet d'admission (41) ; - la pression ( P22) juste en aval dudit volet d'admission (41) ; - la pression (F23) dans le collecteur (5a) qui est muni d'un volet 30 actionneur de Swirl, en aval de celui-ci ; - la température (TEGR) des EGR en sortie du conduit de by-pass (8) ; et - la section de passage (S'' '- `'m) au niveau dudit volet d'admission8. Système de contrôle selon la revendication 7, caractérisé par le fait que lesdites pressions (P22) et (P23) sont mesurées au moyen de capteurs piézo-électriques. 9. Système de contrôle selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par 5 le fait que le conduit (3) d'amenée d'air frais au turbocompresseur (2) est équipé d'un filtre à air (30) et que le débit d'air (QGtrfr ti) est mesuré au moyen d'un capteur à fil chaud placé dans le flux d'air en sortie de ce filtre (30).
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