FR2952407A3 - Systeme de regulation du debit de recirculation des gaz d'echappement - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un système de régulation du débit de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion. Ce système comprend au moins un moyen de mémorisation (1), un ensemble de capteurs (2), un calculateur (3) et un régulateur (4) agencés pour permettre de limiter l'apport de chaleur par les gaz d'échappement recyclés, traversant un échangeur équipé d'un circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés, en fonction de la puissance calorifique dissipée dans l'échangeur. Ainsi, tout risque de surchauffe des circuits associés au circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés est évité. Ce système est adaptable sur les systèmes de recirculation des gaz d'échappement à basse et/ou à haute pression et la régulation est effectuée par le biais de calculs simples ce qui rend la mise en œuvre aisée.

Description

i Système de régulation du débit de recirculation des qaz d'échappement
La présente invention concerne le domaine des systèmes de recirculation des gaz d'échappement. La présente invention concerne plus particulièrement un système de régulation du débit de recirculation des gaz d'échappement. Afin de répondre à la baisse des seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles, des systèmes de post-traitement des gaz de plus en plus complexes sont disposés dans la ligne io d'échappement des moteurs à mélange pauvre. Ceux-ci permettent de réduire notamment les émissions de particules et d'oxydes d'azotes (NO,) en plus du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés. En plus de ces systèmes de post-traitement, l'utilisation d'un système de recirculation des gaz d'échappement, système dit EGR (Exhaust Gaz 15 Recirculation), s'est imposée afin de réduire les émissions d'oxydes d'azotes. Les systèmes de ce type présentent l'avantage de pouvoir réinjecter suivant les conditions de fonctionnement du moteur une partie des gaz d'échappement dans les chambres de combustion du moteur. Un actionneur, appelé vanne EGR, ferme ou ouvre une canalisation reliant le collecteur 20 d'échappement au collecteur d'admission, et permet ainsi d'injecter à l'admission une quantité déterminée de gaz prélevés à l'échappement. Les émissions d'oxydes d'azotes dépendent essentiellement de la température de combustion. Le moyen le plus efficace de les réduire est de mélanger la plus grande quantité possible de gaz d'échappement, donc 25 brûlés et dépourvus d'oxygène, aux gaz frais admis dans les chambres de combustion. La dilution des gaz frais par les gaz d'échappement réduit la température de combustion et est d'autant plus efficace dans sa fonction de refroidissement si, dans leur acheminement vers la tubulure d'admission, les gaz d'échappement recyclés passent dans un échangeur dont le rôle est de 30 refroidir les gaz d'échappement recyclés. On distingue deux types de système EGR : - La recirculation à haute pression (HP) consiste à prélever des gaz en amont de la turbine pour les réinjecter en aval du compresseur. Cette voie offre l'avantage d'un circuit court et, par conséquent, une réaction rapide du système. Cependant, sa mise en oeuvre conduit à admettre à l'intérieur de la chambre de combustion des gaz pollués et corrosifs (suies, etc.) et très chauds, ce qui peut poser des problèmes comme les fumées blanches, etc. - La recirculation basse pression (BP) consiste à prélever les gaz après la turbine pour les réinjecter avant le compresseur. Afin d'éviter une usure prématurée du compresseur ainsi qu'un encrassement du circuit de io recirculation (vanne, échangeur, etc.), cette voie nécessite la mise en place d'un filtre à particules en amont du prélèvement permettant de recycler des gaz exempts de particules. Par exemple, la publication W009909307 décrit un tel agencement, dans lequel les gaz d'échappement recyclés sont prélevés après le catalyseur à oxydation et le filtre à particules. 15 Dans les architectures récentes, chaque échangeur EGR HP ou BP possède un circuit de circulation d'eau pour optimiser le refroidissement des gaz recyclés. Comme enseigné par les brevets FR2890700 et FR2895451, ce circuit d'eau est relié à une des boucles de refroidissement du moteur - la boucle froide (40-45°C) utilisée pour refroidir des éléments autres 20 que le moteur (refroidisseur d'air de suralimentation, etc.), - la boucle chaude (environ 90°C pour obtenir une bonne température de l'huile) qui refroidit principalement le moteur. Pour déterminer la quantité de gaz prélevés à l'échappement en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, il est connu dans l'art 25 antérieur des systèmes de régulation du taux d'EGR dans lesquels un algorithme interne permet de connaître les émissions d'oxydes d'azotes pour chaque point de fonctionnement moteur et de doser en conséquence la quantité d'EGR à introduire en fonction des paramètres de pressions, de températures, de consommation et de richesse. Plusieurs brevets proposent 30 des architectures de régulation du système EGR : Le brevet FR2889252 intitulé "Method and Device for Controlled Recycling of Burnt Gases in a Low Pressure EGR Circuit for Fast Fresh Air Intake into an Engine", Le brevet US20070079614 intitulé "System and Method for High 5 Pressure and Low Pressure Exhaust Gaz Recirculation Control and Estimation", Etc. Pour ces brevets, les régulations sont la plupart du temps en pourcentage d'ouverture des actionneurs (vanne EGR, volet d'échappement, io etc.). Cependant, sur des points fortement chargés sur lesquels est effectué un fort taux d'EGR, il peut se dissiper une quantité très importante de chaleur dans le circuit d'eau associé au refroidissement de l'échangeur EGR, notamment si ces points sont maintenus en continu (roulage sur autoroute en 15 charge, montagne, etc.). Par conséquent, si cette puissance dissipée devient trop importante et s'étale sur un temps trop long, la chaleur n'est plus correctement évacuée et il y a risque de surchauffe des éléments reliés au circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés. Actuellement, pour résoudre ce problème, il est proposé: 20 un surdimensionnement de l'échangeur EGR et/ou, - un surdimensionnement du circuit de refroidissement, ainsi la puissance maximale dissipée avant surchauffe est augmentée et il n'est plus nécessaire de tenir compte de celle-ci. Cependant, ces solutions entraînent un surcoût de l'architecture et 25 augmente l'encombrement de ces circuits. Dans ce contexte, il est intéressant de proposer une solution permettant d'améliorer les stratégies classiques de régulation du débit d'EGR. La présente invention a pour but de pallier un ou plusieurs 30 inconvénients de l'art antérieur en proposant un système de régulation du débit de recirculation des gaz d'échappement.
Ce but est atteint par un système de régulation du débit de recirculation des gaz d'échappement adapté à au moins un système de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion comprenant au moins un filtre à particule en sortie d'échappement, un compresseur, des cylindres et un échangeur équipé d'au moins une vanne de régulation du débit des gaz d'échappement recyclés et un circuit de refroidissement contenant un liquide de refroidissement permettant de refroidir les gaz d'échappement recyclés, caractérisé en ce qu'il comprend au moins : - un moyen de mémorisation de différentes cartographies, chacune lo consistant au moins en un tableau multidimensionnel de données de mesures, dont au moins : o une cartographie de la puissance calorifique maximale dissipée admissible dans l'échangeur, o une cartographie de la capacité calorifique des gaz 15 d'échappement recyclés traversant l'échangeur et, o une cartographie du débit des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur, - un ensemble de capteurs de température et de pression pour fournir des signaux ou des informations représentatifs au moins de : 20 o la température des gaz d'échappement recyclés en sortie de l'échangeur, notée Tsort,e o la pression et la température des gaz d'échappement recyclés en sortie du filtre à particule, o la pression des gaz d'échappement recyclés en entrée du 25 compresseur, o la température de l'air ambiant en entrée d'un filtre à air et, o la température du liquide de refroidissement du circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés, un calculateur relié au moyen de mémorisation et à l'ensemble de 30 capteurs de façon à consulter les cartographies et les informations nécessaires pour calculer, à l'aide d'au moins un programme intégré au calculateur, au moins : o la puissance calorifique dissipée dans l'échangeur, o la différence entre la puissance calorifique dissipée et la puissance calorifique maximale dissipée admissible dans l'échangeur et, o le débit des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur, et, un régulateur relié au calculateur pour réguler le débit de io recirculation des gaz d'échappement recyclés en fonction de la différence entre la puissance calorifique dissipée et la puissance calorifique maximale dissipée admissible dans l'échangeur par contrôle du taux d'ouverture de la vanne de recirculation des gaz d'échappement associée à l'échangeur. Selon une particularité, la cartographie de la puissance calorifique 15 maximale, notée max_PEGR, dissipée admissible dans l'échangeur est établie par un programme, d'une part, en fonction de paramètres mesurés représentatifs de l'architecture du circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés (notée ACR ), et, d'autre part, en fonction des conditions en fonctionnement du véhicule, plus particulièrement de la vitesse 20 mesurée du véhicule, notée V , et d'une fonction de pondération, notée f , prenant en compte les informations représentatives de : - la température du liquide de refroidissement, notée Teau , du circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés ou, - la température de l'air ambiant, notée Ta;r , ou, 25 - la différence de température entre la température du liquide de refroidissement Teau et la température de l'air ambiant Tau, ou, - la différence de température entre la température du liquide de refroidissement Teau et sa température de consigne de régulation souhaitée, notée Te 0 s,gne pour actualiser continuellement la puissance calorifique maximale autorisée max_PEGR dissipée admissible dans l'échangeur en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule par l'application dans le calculateur d'un programme mettant en oeuvre l'une des formules suivantes : 5 soit : maxPEGR = f(ACR,V,Ta,r,l'eau ) , max P = P f T _Tconsigne ù EGR EGR eau eau avec PEGR la puissance courante dissipée dans l'échangeur. io Selon une autre particularité, la cartographie de la puissance maximale dissipée admissible dans l'échangeur est filtrée pour s'affranchir des mesures représentatives des singularités liées aux zones de transition et/ou aux points isolés du circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés.
15 Selon une autre particularité, la cartographie de la capacité calorifique, notée Cp , des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur est établie en fonction des points de fonctionnement moteur, définis par différents régimes moteur.
Selon une autre particularité, la cartographie du débit des gaz 20 d'échappement recyclés traversant l'échangeur est donnée par un système de régulation du débit des gaz d'échappement recyclés comprenant un actionneur régulant le taux d'ouverture de la vanne de recirculation des gaz d'échappement en fonction des émissions d'oxydes d'azotes mesurées, et/ou le débit des gaz d'échappement recyclés, noté QEGR, traversant 25 l'échangeur est calculé, en continu durant le fonctionnement du moteur, grâce à l'application dans le calculateur d'un programme algorithmique mettant en oeuvre une formule mathématique adaptée au type de système de recirculation des gaz d'échappement considéré et utilisant :
- d'une part, la valeur de la surface efficace du circuit EGR, notée 30 Serf, de la vanne de recirculation des gaz d'échappement et de l'échangeur soit : d'EGR, dépendant notamment du taux d'ouverture de la vanne contrôlé par le système de régulation du débit des gaz d'échappement recyclés en fonction des émissions d'oxydes d'azotes mesurées, et, d'autre part, les valeurs de la pression, notée PsFAp , et de la température, notée TsFAP , en sortie du filtre à particules et la valeur de la pression en entrée du compresseur, notée PAVC et calculée par mesure de la pression atmosphérique et estimation de la perte de charge du circuit d'admission en fonction du débit d'air frais entrant sur la ligne d'admission en amont du compresseur (perte de charge du filtre à air essentiellement) , et/ou, io - d'une part, la valeur du débit des gaz d'échappement en sortie du moteur, notée Q zOt et connue grâce à un programme intégré dans le calculateur mettant en oeuvre un modèle de remplissage, et d'autre part, la valeur du débit des gaz frais entrant, notée Qair et mesurée grâce à un débitmètre placé au niveau du volet d'admission ou au niveau du filtre à air. is Selon une autre particularité, la valeur de la température des gaz d'échappement recyclés en entrée de l'échangeur, notée l'entrée , est mesurée par un capteur de température situé en entrée de l'échangeur ou estimée à l'aide d'un programme intégré dans le calculateur mettant en oeuvre un modèle de pertes thermiques entre, d'une part, l'entrée de l'échangeur et, 20 d'autre part, la sortie du filtre à particule ou la sortie des cylindres du moteur, selon le système de recirculation des gaz d'échappement considéré. Selon une autre particularité, la puissance calorifique dissipée, notée PEGR, est calculée, en continu durant le fonctionnement du moteur, grâce à l'application dans le calculateur d'un programme mettant en oeuvre la formule 25 mathématique suivante : PEGR = QEGR . C p . (rentrée ù T sortie Selon une autre particularité, si la valeur de la puissance calorifique dissipée PEGR dans l'échangeur calculée par un programme dans le calculateur est supérieure à la valeur consultable dans le moyen de 30 mémorisation par le calculateur et donnée par la cartographie de puissance calorifique maximale max_PEGR dissipée admissible dans l'échangeur, ces deux valeurs, et par conséquent leur différence, dépendant des conditions de fonctionnement du moteur, le calculateur envoie un signal au régulateur lui donnant la consigne d'actionner la vanne de recirculation des gaz d'échappement pour limiter le débit de recirculation des gaz d'échappement QEGR : si PEGR i max_ PEGR max P _ EGR QEGRù(T ùT ).0 entrée sortie p de façon à ce que l'apport de chaleur de l'échangeur dans le circuit de io refroidissement des gaz d'échappement recyclés soit diminué et que tout risque de surchauffe des circuits associés au circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés soit évité. Selon une autre particularité, le système de régulation du débit de recirculation des gaz d'échappement en fonction de la puissance calorifique 15 dissipée PEGR dans l'échangeur est adaptable sur tous types de système de recirculation des gaz d'échappement, comprenant au moins un échangeur équipé d'au moins un circuit de refroidissement des gaz d'échappement, incluant au moins : - un système de recirculation des gaz d'échappement à basse 20 pression pour lequel la valeur de la puissance calorifique dissipée, notée PEGR , est donnée par l'application dans le calculateur d'un programme mettant en oeuvre la formule suivante : P BP _ BP .0 . (T BP _ T BP 1 EGR ùQEGR p ` entrée sortie ) où TeBPée et Ts,P,e sont les températures des gaz d'échappement recyclés en 25 entrée et en sortie de l'échangeur basse pression respectivement et QEGR est le débit de gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur basse pression (5a) donné par : alors
9 o la cartographie (1c) établie grâce au système de régulation du débit de recirculation des gaz d'échappement en fonction des émissions d'oxydes d'azotes calculées ou, o l'application dans le calculateur d'un programme mettant en oeuvre la formule de Barré Saint-Venant : b'GR S eff ' PSFAP VRTsFAP où R est la constante des gaz parfaits et el; est la surface efficace du circuit d'EGR basse pression incluant la vanne de recirculation des gaz d'échappement à basse pression dont l'ouverture est contrôlée limitée par le régulateur, ou, - un système de recirculation des gaz d'échappement à haute pression pour lequel la valeur de la puissance calorifique dissipée, notée P GR , est donnée par l'application dans le calculateur d'un programme mettant en oeuvre la formule suivante : P HPEGR_ QE HPGRC p (Tentr HPée -T HP )sortie J ' où Te~Pe et TsorPe sont les températures des gaz d'échappement recyclés en entrée et en sortie de l'échangeur haute pression respectivement, et, QEc est le débit des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur haute pression qui est contrôlé par le régulateur limitant le taux d'ouverture d'une vanne de recirculation des gaz d'échappement à haute pression et donné par: o la cartographie (1c) établie grâce au système de régulation du débit de recirculation des gaz d'échappement en fonction des émissions d'oxydes d'azotes calculées ou,
o l'application dans le calculateur d'un programme mettant en oeuvre la formule suivante :
Q HP /~ oU EGR ù Qmot ù Qair , les deux systèmes de recirculation des gaz d'échappement : BSV PSFAP PAVC / i0 o utilisés de manière séquentielle auquel cas les démarches ci-dessus s'appliquent séquentiellement ou, o utilisés de manière simultanée auquel cas le débit des gaz d'échappement recyclés à haute pression est donné par l'application dans le calculateur d'un programme mettant en
oeuvre la formule suivante : HP BP Q EGR ù mot ù air ù QEGR D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en io référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement les différents éléments du système de régulation du débit d'EGR proposé par l'invention : moyen de mémorisation, ensemble de capteurs de température et de pression, calculateur et régulateur,
15 - la figure 2 représente schématiquement un exemple d'architecture d'un moteur muni d'un système de recirculation des gaz d'échappement à basse pression,
- la figure 3 représente schématiquement un exemple d'architecture d'un moteur muni d'un système de recirculation des gaz d'échappement à 20 haute pression,
- les figures 4 et 6 représentent schématiquement deux exemples d'architecture d'un moteur munis des deux systèmes de recirculation des gaz d'échappement à haute et à basse pression, et, - la figure 5 représente graphiquement un exemple de la fonction de 25 pondération f (TeQU ùTe: Sig") La présente invention propose de se baser sur un système de recirculation des gaz d'échappement à basse pression à travers un échangeur basse pression (5a) et comportant une vanne (8a) de régulation des gaz d'échappement régulant le débit des gaz d'échappement en fonction 30 des émissions d'oxydes d'azotes d'un moteur à combustion et de limiter ce 2952407 Il débit en fonction de la puissance calorifique dissipée dans l'échangeur basse pression (5a) équipé d'au moins un circuit de refroidissement. La puissance calorifique dissipée dans l'échangeur basse pression (5a), notée PECR , est calculée grâce à l'application dans un calculateur (3) 5 d'un programme mettant en oeuvre la formule suivante : PBPEGR= Q BP EGR «Cp «Tentrée ùTsortie ou+ - QEBGP R est le débit de gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur basse pression (5a), - Cp est la capacité calorifique des gaz d'échappement recyclés io traversant l'échangeur basse pression (5a) qui est donnée par une cartographie (1 b) établie en fonction des points de fonctionnement moteur, définis par différents régimes moteur, et mémorisée par un moyen de mémorisation (1), - Tsortie est la température en sortie de l'échangeur basse pression 15 (5a) qui est souvent mesurée par un capteur de température (2b) situé en sortie de l'échangeur basse pression (5a) et classiquement utilisé pour le diagnostic de celui-ci, et, - Tentrée est la température en entrée de l'échangeur qui est soit mesurée par un capteur de température (2a) situé en entrée de l'échangeur 20 basse pression (5a), soit estimée par un calcul de pertes thermiques entre la sortie du filtre à particules (6a) et l'entrée de l'échangeur basse pression (5a); ce calcul utilise en donnée d'entrée la température en sortie du filtre à particules (6a) qui est elle-même soit mesurée par un capteur de température situé en sortie du filtre à particule (6a), soit estimée grâce à 25 l'application dans le calculateur (3) d'un programme mettant en oeuvre un modèle de pertes thermiques des éléments de la ligne d'échappement (6). Comme illustré sur la figure 2, les gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur basse pression (5a) sont prélevés dans la ligne d'échappement (6) en aval du catalyseur (6b) et du filtre à particules (6a) et 30 en amont du volet d'échappement (6c) et sont réinjectés en aval du volet d'admission (9) et en amont du compresseur (7). Leur débit est contrôlé par une vanne (8a) de recirculation des gaz d'échappement basse pression située en aval ou en amont de l'échangeur basse pression (5a), sur le circuit de recirculation des gaz d'échappement. Ce débit est soit donné par une cartographie (1c) mémorisée par un moyen de mémorisation (1), soit donné par l'application dans le calculateur (3) d'un programme mettant en oeuvre la formule de Barré Saint-Venant qui s'écrit : ,FCR S B PSFAP .JR • TSFAP R est la constante des gaz parfaits, - Se est la surface efficace du circuit de recirculation des gaz d'échappement basse pression, y compris la vanne de recirculation des gaz d'échappement basse pression (8a) et dépend de l'ouverture de celle-ci, PSFAp est la pression des gaz d'échappement en sortie du filtre à particules (6a) et est mesuré par un capteur de pression (2c), - TSFAp est la température des gaz d'échappement en sortie du filtre à particules (6a) et, PAVC est la pression des gaz d'échappement recyclés avant le compresseur (7) qui est estimée à l'aide de la pression atmosphérique et d'un calcul de la perte de charge du circuit admission en amont du 20 compresseur fonction du débit d'air frais. La valeur de la puissance calorifique dissipée ainsi obtenue est ensuite comparée par le calculateur à une cartographie (la) de la puissance calorifique maximale dissipée admissible dans l'échangeur basse pression (5a), notée max_PECR et mémorisée par un moyen de mémorisation (1). 25 La cartographie (la) de la puissance calorifique maximale dissipée admissible dans l'échangeur basse pression (5a), est établie en fonction de plusieurs paramètres. D'une part, elle dépend de l'architecture du circuit de refroidissement concerné, notée ACR , et, parmi les mesures constituant cette cartographie (la), les mesures représentatives de singularités liées aux BSV ( SFAP PAVC où zones de transition et/ou aux points isolés du circuit de refroidissement sont filtrées par un programme, intégré dans le calculateur (3), pour s'en affranchir et s'assurer ainsi d'un fonctionnement du moteur en régime stabilisé. D'autre part, elle dépend des conditions en fonctionnement du véhicule, plus particulièrement de la vitesse du véhicule, notée V , et d'une fonction de pondération, notée f , pouvant dépendre de différentes températures représentatives des conditions en fonctionnement du moteur et/ou de l'environnement ambiant du véhicule telles que: - la température du liquide de refroidissement, notée Tepu , des gaz d'échappement recyclés ou, - la température de l'air ambiant, notée Tai. , ou, - la différence de température entre la température du liquide de refroidissement T. et la température de l'air ambiant Talr . La puissance calorifique maximale max_PEGR dissipée admissible dans l'échangeur basse pression (5a) est ainsi continuellement actualisée en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule via la formule : max_PEGR = f(ACR,V,Tair,Teau) Un autre mode de réalisation est de prendre la puissance courante estimée dissipée dans l'échangeur basse pression, et de la limiter par une fonction dépendante de la différence de température entre la température du liquide de refroidissement l'eau et sa température de consigne de régulation souhaitée, notée Tc° signe comme illustré sur la figure 5. eau max_PEGR = PEGR' f [Teau _Tconsigneeau La fonction de pondération f dépend donc de températures mesurées classiquement par un ensemble de capteurs (2) de température ; le système de régulation proposé par la présente invention utilise donc un ensemble de capteurs (2) déjà en usage dans les nouvelles architectures des moteurs à combustion, ce qui permet d'éviter la multiplication du nombre de capteurs nécessaires.
La présente invention propose que, si la puissance calorifique dissipée dans l'échangeur basse pression (5a) calculée par un programme intégré dans le calculateur est supérieure à la valeur consultable dans le moyen de mémorisation par le calculateur et donnée par la cartographie (la) de puissance calorifique maximale dissipée admissible dans le circuit de refroidissement -- ces deux valeurs, et par conséquent leur différence, dépendant des conditions de fonctionnement du moteur --, le régulateur (4) reçoit du calculateur (3) un signal lui commandant de limiter le débit de gaz d'échappement recyclés : si PEGR max_ PEGR ' QEGR r l \rentrée ù Tsortie) Cp Le régulateur (4) est ainsi relié au calculateur (3) pour réguler le débit des gaz d'échappement recyclés en limitant l'ouverture de la vanne (8a) de recirculation des gaz d'échappement à basse pression en fonction de la 1s valeur de la différence entre la puissance calorifique dissipée et la puissance calorifique maximale dissipée admissible dans l'échangeur basse pression (5a), de façon à ce que l'apport de chaleur de l'échangeur basse pression (5a) au circuit de refroidissement qui lui est associé soit diminué et que tout risque de surchauffe des circuits associés au circuit de refroidissement des 20 gaz d'échappement recyclés soit évité. Ce système de régulation du débit des gaz d'échappement recyclés en fonction de la puissance calorifique dissipée dans un échangeur basse pression (5a) peut aussi être appliqué dans le cadre d'une architecture avec un circuit de recirculation des gaz d'échappement à haute pression
25 contenant un échangeur haute pression (5b), comme illustré sur la figure 3. Dans ce cas, les gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur haute pression (5b) sont prélevés en aval des cylindres du moteur (12) et en amont de la turbine (11) et sont réinjectés en aval du compresseur (7) et en amont des cylindres du moteur (12). Leur débit est contrôlé par une vanne (8b) de 30 recirculation des gaz d'échappement haute pression située sur le circuit de alors max PEGR recirculation des gaz d'échappement en aval ou en amont de l'échangeur haute pression (5b). Le principe du système de régulation du débit des gaz d'échappement recyclés en fonction de la puissance calorifique dissipée dans l'échangeur haute pression (5a) reste le même que pour le système de recirculation des gaz d'échappement à basse pression, la différence réside dans le programme intégré dans le calculateur mettant en oeuvre le calcul de la puissance dissipée. En effet, dans le cas du circuit de recirculation des gaz d'échappement à haute pression, les données d'entrée pour le calcul de la puissance dissipée ne sont plus les mêmes et le calcul devient : 0HP ùQ' C, (THP _THP l EGR ù QEGR p entrée sortie ) où TenPe et TsoPe sont les températures des gaz d'échappement en entrée et en sortie de l'échangeur haute pression (5c) respectivement et où QÉ R est le débit des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur haute 15 pression (5c) et donné par l'application dans le calculateur d'un programme mettant en oeuvre la formule suivante : Q HP EGR ù mot ù Qair où Qmot représente la valeur du débit des gaz d'échappement en sortie du moteur à combustion qui est connue grâce à l'application dans le calculateur 20 (3) d'un programme mettant en oeuvre un modèle de remplissage, et Qair représente la valeur du débit de gaz frais entrant qui est connue grâce à la mesure réalisée par un débitmètre lié au volet d'admission (9) et/ou placé au niveau du filtre à air (13). De la même façon que dans le cas du circuit de recirculation des gaz 25 d'échappement à basse pression, la capacité calorifique des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur haute pression (5b) est donnée par une cartographie (lb) établie en fonction des points de fonctionnement moteur, définis par différents régimes moteur, et mémorisée par un moyen de mémorisation (1).
La température des gaz d'échappement en entrée de l'échangeur haute pression (5b) est prise égale à la mesure par un capteur de température (2d) situé en aval des cylindres du moteur (12), soit estimée grâce à l'application dans le calculateur d'un programme mettant en oeuvre un modèle de pertes thermiques utilisant en donnée d'entrée la température des gaz d'échappement recyclés mesurée par un capteur de température (2d) situé en aval des cylindres du moteur. La température des gaz d'échappement en sortie de l'échangeur haute pression (5b) est mesurée par un capteur de température (2e) situé en sortie de l'échangeur haute pression ou estimée à partir de la température en amont des cylindres du moteur (12) associé à un calcul de pertes thermiques réalisé par un programme intégré dans le calculateur (3). Le reste de ce système de régulation du débit des gaz d'échappement recyclés à haute pression est similaire à celui à basse pression.
Enfin, ce système de régulation du débit des gaz d'échappement recyclés en fonction de la puissance calorifique dissipée dans un échangeur peut aussi être appliqué dans le cadre d'une architecture avec les deux systèmes de recirculation des gaz d'échappement à basse et à haute pression contenant respectivement un échangeur basse pression (5a) et un échangeur haute pression (5b). Deux exemples d'une telle architecture sont illustrés sur les figures 4 et 6. On distingue alors deux modes de fonctionnement relatif de ces systèmes de recirculation des gaz d'échappement à basse et à haute pression.
Le premier mode utilise les deux systèmes de façon séquentielle et, dans ce cas, les démarches ci-dessus s'appliquent séquentiellement. Le deuxième mode utilise les deux systèmes de façon simultanée et, dans ce cas, le calcul du débit des gaz d'échappement recyclés à haute pression doit tenir compte du fait que l'air frais admis dans le compresseur est dors et déjà dilué par les gaz d'échappement recyclés à basse pression par l'échangeur basse pression (5a) et, par conséquent, le débit des gaz d'échappement recyclés à haute pression est calculé grâce à l'application dans le calculateur d'un programme mettant en oeuvre la formule suivante : HP _ BP QEGR ù Qmot ù Qair ù QEGR Pour résumer, la présente invention permet de saturer le débit de gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur (5) en cas de risque de surchauffe du circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés et cette saturation est effectuée par le biais de calculs simples ce qui rend la mise en oeuvre aisée. Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la io présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et 15 l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus.

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Système de régulation du débit de recirculation des gaz d'échappement adapté à au moins un système de recirculation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion comprenant au moins un filtre à particule en sortie d'échappement, un compresseur, des cylindres et un échangeur équipé d'au moins une vanne de régulation du débit des gaz d'échappement et un circuit de refroidissement contenant un liquide de refroidissement permettant de refroidir les gaz d'échappement recyclés, io caractérisé en ce qu'il comprend au moins : - un moyen de mémorisation (1) de différentes cartographies, chacune consistant au moins en un tableau multidimensionnel de données de mesures, dont au moins o une cartographie (la) de la puissance calorifique maximale 15 dissipée admissible dans l'échangeur (5), o une cartographie (lb) de la capacité calorifique des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur (5) et, o une cartographie (1c) du débit des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur, 20 - un ensemble de capteurs (2) de température et de pression pour fournir des signaux ou des informations représentatifs au moins de : o la température des gaz d'échappement recyclés en sortie de l'échangeur (5), notée Tsor11e , o la pression et la température des gaz d'échappement 25 recyclés en sortie du filtre à particule (6a), o la pression des gaz d'échappement recyclés en entrée du compresseur (7), o la température des gaz d'échappement recyclés en sortie des cylindres du moteur (12), 30 o la température de l'air ambiant en entrée d'un filtre à air et,o la température du liquide de refroidissement du circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés, un calculateur (3) relié au moyen de mémorisation (1) et à l'ensemble de capteurs (2) de façon à consulter les cartographies (la, lb et 1c) et les informations nécessaires pour calculer, à l'aide d'au moins un programme intégré dans le calculateur (3), au moins : o la puissance calorifique dissipée dans l'échangeur (5), o la différence entre la puissance calorifique dissipée et la puissance calorifique maximale dissipée admissible dans lo l'échangeur (5) et, o le débit des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur (5), et, - un régulateur (4) relié au calculateur (3) pour réguler le débit des gaz d'échappement recyclés en fonction de la différence entre la puissance 15 calorifique dissipée et la puissance calorifique maximale dissipée admissible dans l'échangeur (5) par contrôle du taux d'ouverture d'une vanne (8) de recirculation des gaz d'échappement associée à l'échangeur (5).
  2. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cartographie (la) de la puissance calorifique maximale, notée max_PEGR, 20 dissipée admissible dans l'échangeur (5) est établie par un programme, d'une part, en fonction de paramètres représentatifs de l'architecture du circuit de refroidissement des gaz d'échappement, notée ACR , et, d'autre part, en fonction des conditions en fonctionnement du véhicule, plus particulièrement de la vitesse du véhicule, notée V , et d'une fonction de 25 pondération, notée f , prenant en compte les informations représentatives de: - la température du liquide de refroidissement, notée Te.0 , du circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés ou, - la température de l'air ambiant, notée Tplr , ou, 20 - la différence de température entre la température du liquide de refroidissement Teau et la température de l'air ambiant Tair ou, - la différence de température entre la température du liquide de refroidissement Teau et sa température de consigne de régulation souhaitée, notée T consigne eau pour actualiser continuellement la puissance calorifique maximale max PEGR dissipée admissible dans l'échangeur (5) en fonction des conditions de fonctionnement du véhicule par l'application dans le calculateur (3) d'un programme mettant en oeuvre l'une des formules suivantes : io soit : max_ PEGR = f (ACR, V, Tair , Teau ) soit : max_ PEGR = PEGR' f T _Tconsigne eau eau avec PEGR la puissance courante dissipée dans l'échangeur. 15
  3. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cartographie (la) de la puissance calorifique maximale dissipée admissible est filtrée pour s'affranchir des mesures représentatives des singularités liées aux zones de transition et/ou aux points isolés du circuit de refroidissement des gaz d'échappement, 20
  4. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cartographie (1 b) de la capacité calorifique, notée Cp , des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur (5) est établie en fonction des points de fonctionnement moteur, définis par différents régimes moteur.
  5. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 25 cartographie (1c) du débit des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur (5) est donnée par un système de régulation du débit des gaz d'échappement recyclés comprenant un actionneur régulant le taux d'ouverture de la vanne (8) de recirculation des gaz d'échappement enfonction des émissions d'oxydes d'azotes mesurées et/ou le débit des gaz d'échappement recyclés, noté QEGR, traversant l'échangeur (5) est calculé, en continu durant le fonctionnement du moteur, grâce à l'application dans le calculateur (3) d'un programme mettant en oeuvre une formule mathématique adaptée au type de système de recirculation des gaz d'échappement considéré et utilisant : - d'une part, la valeur de la surface efficace du circuit de recirculation des gaz d'échappement, notée Seff, de la vanne (8) de recirculation des gaz d'échappement et de l'échangeur de recirculation des gaz d'échappement, dépendant notamment du taux d'ouverture de la vanne (8) contrôlé par le système de régulation du débit des gaz d'échappement recyclés en fonction des émissions d'oxydes d'azotes calculées, et, d'autre part, les valeurs de la pression, notée ' FAP , et de la température, notée TsFAE , des gaz d'échappement en sortie du filtre à particule (6a) et la valeur de la pression 15 en entrée du compresseur (7), notée Pavc et calculée par mesure de la pression atmosphérique et estimation de la perte de charge du circuit admission en fonction du débit d'air frais entrant sur la ligne d'admission en amont du compresseur, et/ou, - d'une part, la valeur du débit des gaz d'échappement en sortie du 20 moteur, notée Q,,,n, et connue grâce à un programme intégré dans le calculateur mettant en oeuvre un modèle de remplissage, et, d'autre part, la valeur du débit des gaz frais entrant, notée Qatr et mesurée grâce à un débitmètre placé au niveau du volet d'admission (9) ou au niveau du filtre à air (13). 25
  6. 6. Système selon la revendications 1, caractérisé en ce que la valeur de la température des gaz d'échappement recyclés en entrée de l'échangeur (5), notée l'entrée, est donnée par un capteur de température (2a et/ou 2d) situé en entrée de l'échangeur (5) ou estimée à l'aide d'un programme intégré dans le calculateur mettant en oeuvre un modèle de pertes 30 thermiques entre, d'une part, l'entrée de l'échangeur (5) et, d'autre part, lasortie du filtre à particule (6a) ou la sortie des cylindres du moteur (12), en fonction du système de recirculation des gaz d'échappement considéré.
  7. 7. Système selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, la puissance calorifique dissipée, notée PEGR , est calculée, en continu durant le fonctionnement du moteur, grâce à l'application dans le calculateur (3) d'un programme mettant en oeuvre la formule mathématique suivante : PEGR = QI ;R Cp (Tenlrée ùT«)rue
  8. 8. Système selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, si la valeur de la puissance calorifique dissipée P,;(;R dans l'échangeur (5) io calculée par un programme dans le calculateur (3) est supérieure à la valeur consultable dans le moyen de mémorisation (1) par le calculateur (3) et donnée par la cartographie (la) de puissance calorifique maximale max_P,;(;R dissipée admissible dans l'échangeur (5), ces deux valeurs, et par conséquent leur différence dépendant des conditions de fonctionnement du 15 moteur, le calculateur (3) envoie un signal au régulateur (4) lui donnant la consigne d'actionner la vanne (8) de recirculation des gaz d'échappement pour limiter le débit de recirculation des gaz d'échappement Q,;(;R : si PECR max_PL«;R max PEGR alors Q,;«;R = Ventrée ùTcori,e) cp 20 de façon à ce que l'apport de chaleur de l'échangeur (5) dans le circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés soit diminué et que tout risque de surchauffe des circuits associés au circuit de refroidissement des gaz d'échappement recyclés soit évité.
  9. 9. Système selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il 25 est adaptable sur tous types de système de recirculation des gaz d'échappement, comprenant au moins un échangeur (5) équipé d'au moins un circuit de refroidissement des gaz d'échappement, incluant au moins : 5- un système de recirculation des gaz d'échappement à basse pression pour lequel la puissance calorifique dissipée, notée PECR , est donnée par l'application dans le calculateur (3) d'un programme mettant en oeuvre la formule suivante : C ( p BP _ 7.BP ) PBP EGR _ù QBP EGR p ` entrée sortie / ' où TeBPée et TsBPle sont les températures de gaz d'échappement recyclés en entrée et en sortie de l'échangeur basse pression (5a) respectivement et Q cR est le débit de gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur basse pression (5a) donné par l'application dans le calculateur (3) d'un io programme mettant en oeuvre la formule de Barré Saint-Venant : BSV Q BP ù S PSFAP EGR JR ' TSFAP-PSFAP PAVC / où R est la constante des gaz parfaits et S rf est la surface efficace du circuit de recirculation des gaz d'échappement à basse pression comprenant une vanne de recirculation (8a) dont le taux d'ouverture est contrôlée limitée 15 par le régulateur (4), ou, - un système de recirculation des gaz d'échappement à haute pression pour lequel la puissance calorifique dissipée, notée P GPR , est donnée par l'application dans le calculateur (3) d'un programme mettant en oeuvre la formule suivante : 20 PHP ù HP C ~T HP _ T HP 1 EGR ù QEGR p ` entrée sortie), où T: rée et TS.o e sont les températures de gaz d'échappement recyclés en entrée et en sortie de l'échangeur haute pression (5b) respectivement, et, QEG est le débit des gaz d'échappement recyclés traversant l'échangeur haute pression (5b) qui est contrôlé par le régulateur (4) limitant le taux 25 d'ouverture d'une vanne (8b) de recirculation des gaz d'échappement à haute pression et donné par : loo la cartographie (1c) établie par le système de régulation du débit de recirculation des gaz d'échappement en fonction des émissions d'oxydes d'azotes calculées ou, o l'application dans le calculateur (3) d'un programme mettant en oeuvre la formule suivante : HP QEGR ù Q. ù vair > ou, les deux systèmes de recirculation des gaz d'échappement : o utilisés de manière séquentielle auquel cas les démarches ci-dessus s'appliquent séquentiellement ou, o utilisés de manière simultanée auquel cas le débit des gaz d'échappement recyclés à haute pression est donné par l'application dans le calculateur (3) d'un programme mettant en oeuvre la formule suivante : HP BP QEGR _ ù Qmot ù Qair ù QEGR
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