FR2956160A1 - Procede de controle d'un moteur a combustion thermique equipe de deux boucles de recirculation de gaz d'echappement - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de contrôle de la boucle d'air dans un moteur à combustion interne possédant une tubulure d'admission (A), une tubulure d'échappement (18), un turbocompresseur, une boucle de recirculation haute pression des gaz d'échappement (EGR HP), une boucle de recirculation basse pression des gaz d'échappement (EGR BP) des capteurs tels que de pression, de température, de débit, de couple et de positionnement des vannes étant répartis en différents point de la boucle d'air. L'invention consiste en ce que chaque vanne de la boucle d'air est commandée par une consigne de pré-positionnement dynamique en section efficace couplée à une boucle de rétroaction sur une estimation du débit de gaz traversant ladite vanne, la consigne de prépositionnement étant basée sur une consigne admissible de débit du gaz traversant ladite vanne déterminée à partir de consignes statiques prédéfinies en fonction des conditions de fonctionnement du moteur tandis qu'on réalise l'estimation du débit de gaz traversant la vanne à partir de paramètres thermodynamiques de la boucle d'air estimés à partir de mesures de pression et de température effectuées par les capteurs présents dans la boucle d'air.

Description

Procédé de contrôle d'un moteur à combustion thermique équipé de deux boucles de recirculation de gaz d'échappement. [0001 La présente invention concerne un procédé de contrôle d'un moteur à combustion thermique équipé d'un turbocompresseur et de deux boucles de recirculation de gaz d'échappement. [0002] Un moteur thermique peut être équipé d'un turbocompresseur, ce turbocompresseur comprenant un compresseur pour compresser un mélange gazeux à admettre en entrée du moteur et une turbine entraînant mécaniquement ce compresseur et située en sortie du moteur pour détendre les gaz d'échappement issus du moteur. Ce moteur est en outre équipé d'un circuit de recirculation pour récupérer des gaz d'échappement (en anglais Exhaust Gaz Recirculating) du moteur afin de les réinjecter en entrée du moteur. [0003] Le mélange gazeux admis dans le compresseur est ainsi un mélange d'air frais et de gaz d'échappement recirculés. [0004 L'intérêt de reconduire à l'admission les gaz d'échappement du moteur est de diminuer l'émission de substances polluantes telles que les oxydes d'azote dits NOx. [0005] En effet, ces NOx sont formés par la combinaison à haute température de l'oxygène et de l'azote contenus dans l'air frais alimentant le moteur. Ainsi, le fait de remplacer lors de certaines phases de fonctionnement du moteur, une partie de cet air par des gaz pauvres en oxygène, diminue la quantité d'oxygène disponible et ainsi la formation de NOx. [0006] Dans les moteurs à combustion thermique répondant notamment aux normes européennes 4 et 5, les gaz recyclés dans le moteur sont ainsi dérivés du circuit d'échappement en amont de la turbine du turbocompresseur et reconduits dans le circuit d'admission après l'échangeur de chaleur de ce circuit. Le circuit EGR est dit à haute pression, haute température. [0007] Le rôle d'un tel dispositif est donc de diminuer la quantité d'oxydes d'azote (NOx) rejetée par le moteur et ce système permet de réduire très fortement les émissions de NOx. Cependant, trop de gaz d'échappement recyclés entraînent une forte augmentation des taux de suies, du monoxyde de carbone et des hydrocarbures, en raison du manque d'air. [000si Un contrôle précis de la quantité d'EGR introduit à l'admission moteur est donc absolument nécessaire pour gérer au mieux les compromis entre les émissions de NOx d'une part et la production de suie, de CO et d'HC d'autre part. Un tel contrôle est assuré par le pilotage de la vanne de régulation du circuit EGR qui régule les proportions d'air et de gaz du mélange gazeux d'admission. Ainsi, une consigne de débit d'air est déterminée en fonction du régime courant du moteur et d'une consigne de débit du carburant à injecter. Un certain nombre de corrections pourront être ajoutées ou multipliées. Cette consigne est communiquée à un comparateur qui détermine une information représentative de l'écart existant entre la consigne calculée et une mesure courante du débit d'air réalisée par un débitmètre. [0009i Cette information est ensuite transmise à une unité de commande qui comprend une boucle ouverte et un régulateur proportionnel intégral dérivé (PID) à paramètres variables, qui reçoit également les données relatives au régime moteur et à la consigne de débit de carburant et un certain nombre de corrections. Ce régulateur est apte à faire correspondre aux trois paramètres qu'il reçoit, une consigne de position pour la vanne EGR HP (haute pression) à laquelle cette vanne permet un ajustement du débit d'air à la valeur souhaitée. Cette consigne de position est transmise à une unité de commande qui intègre également la position courante de la vanne et qui communique en fonction de l'écart existant entre ces deux données, une commande de déplacement de la vanne. Cette consigne est également transmise à une unité de contrôle de la position du doseur d'air qui réceptionne en outre les données relatives au régime courant du moteur, au débit de carburant à injecter et l'information et qui calcule en fonction des données qu'elle reçoit une commande de la position du doseur. En parallèle du contrôle du débit d'air, une régulation de la pression de suralimentation est réalisée en asservissant un actionneur de turbine à géométrie variable. Selon ce schéma, une consigne de pression de suralimentation est déterminée à partir du régime courant du moteur et de la consigne de débit du carburant à injecter précités (et d'un certain nombre de corrections). Un comparateur compare cette consigne à une mesure de la pression courante de suralimentation et transmet une information représentant l'écart existant entre ces deux grandeurs à un régulateur PID. En fonction de cette information, du régime courant du moteur et de la consigne de débit du carburant à injecter, le régulateur détermine la position particulière de l'actionneur de la turbine qui permet d'atteindre la pression de consigne. Cette donnée est associée à une information sur le pré positionnement de l'actionneur pour déterminer un signal représentatif du déplacement nécessaire pour l'actionneur. Une unité de contrôle est alors utilisée pour déplacer l'actionneur à la position souhaitée. Avantageusement, un contrôle précis de la position de l'actionneur est obtenu lorsque le moteur comprend un capteur de position de l'actionneur. Cependant, malgré les contrôles de débit d'air et de pression de suralimentation, les émissions de substances polluantes générées par le moteur peuvent être encore importantes. [0010] Pour améliorer l'efficacité du moteur et diminuer les émissions polluantes, on a proposé l'adjonction d'un second circuit EGR dit à basse pression, basse température, avec une dérivation en aval du filtre à particules (FAP), et un raccordement coté admission en amont du compresseur. De plus, un refroidissement complémentaire des gaz EGR est prévu dans la branche basse pression. [0011] Les avantages de la boucle EGR Basse Pression par rapport à la boucle EGR Haute Pression conventionnelle portent sur : [0012] - une forte diminution de la température du mélange air frais / gaz EGR dans le collecteur d'admission. En effet, la température en aval du FAP est inférieure à la température des gaz dans le collecteur d'échappement car ces derniers ont subi une détente dans la turbine du turbocompresseur. De plus, ces mêmes gaz sont refroidis par un échangeur EGR-BP puis compressés et de nouveau refroidis dans le refroidisseur d'air suralimenté ; [0013] - une meilleure homogénéisation du mélange air / EGR dans le collecteur d'admission. [0014] Ces deux facteurs permettent une forte diminution des émissions de NOx. [0015] Cependant, en fonctionnement à froid, la boucle EGR Basse Pression ne permet pas de chauffer suffisamment le mélange air / EGR à l'admission et entraîne une augmentation des émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures. Ainsi, il est nécessaire de conserver une boucle EGR Haute Pression pour le fonctionnement à froid. [0016] Les vannes des dispositifs EGR sont généralement équipées de moteurs électriques contrôlés par un ensemble de lois de commande sous forme de stratégies logicielles et de paramètres de caractérisation dits calibrations mémorisés dans le calculateur de contrôle moteur. [0017] On a donc alors proposé dans FR 2 911 635, une architecture à double boucle EGR dans laquelle le mélange gazeux admis dans le compresseur est un mélange d'air frais et de gaz d'échappement recirculés dont les proportions sont ajustées en pilotant la vanne de régulation d'un circuit basse pression ajouté lorsque le moteur fonctionne à régime élevé, dont les proportions sont ajustées en pilotant la vanne de régulation du circuit haute pression lorsque le moteur est en dessous d'un seuil de température et dont les proportions sont ajustées en pilotant la vanne de régulation du circuit basse pression et dans lequel la température du mélange gazeux compressé qui est admis dans le moteur est régulée en pilotant la vanne de régulation du circuit haute pression lorsque le moteur a atteint un seuil de température. [0018] En effet, on sait que le fonctionnement des deux boucles EGR peut être résumé de la manière suivante, le moteur étant piloté par un procédé qui gère l'utilisation des circuits basse et haute pression et en fonction des phases P1, P2, P3 d'utilisation du véhicule : [0019] En Phase 1 du cycle NMVEG (Cycle de conduite normalisé pour la mesure des émissions et de la consommation des véhicules commercialisés en Europe) couvrant le premier ECE, le moteur est froid et émet essentiellement du CO et des HC. Il est nécessaire d'apporter des gaz chauds dans le collecteur d'admission et ainsi utiliser la boucle EGR Haute Pression. Plus précisément, dans cette phase, la vanne basse pression est commandée à une position d'obturation du circuit basse pression et les proportions air/gaz du fluide d'admission sont ajustées en pilotant la vanne de régulation du circuit haute pression. [0020] En Phase 3 du cycle NMVEG couvrant l'EUDC, le moteur est chaud et émet essentiellement des NOx. Il est nécessaire d'apporter des gaz froids dans le collecteur d'admission et ainsi utiliser la boucle EGR Basse Pression. Donc, en phase P3, dite extra urbaine, le procédé est réglé en conséquence pour utiliser principalement, voire exclusivement, le circuit basse pression afin de diminuer la température de ce mélange gazeux et d'éviter la formation de ces NOx. Plus particulièrement, dans cette phase P3, la vanne haute pression est commandée à une position d'obturation du circuit haute pression et les proportions air/gaz du fluide d'admission sont ajustées en pilotant la vanne de régulation du circuit basse pression. [0021] En phase P2, la température du mélange d'admission est intermédiaire et il est nécessaire de trouver un compromis entre la formation des substances carbonées indésirables et celle des NOx. [0022] Le procédé de FR 2 911 635 est ainsi réglé pour gérer à la fois le circuit basse pression et le circuit haute pression. Durant cette phase P2, la solution de contrôle consiste à réguler une consigne de débit d'air frais à l'aide de la vanne basse pression et à réguler une consigne de température à l'aide de la vanne haute pression. [0023] En effet, des études ont permis de montrer que la température dans le collecteur d'admission était fortement dépendante de l'ouverture de la vanne haute pression et très faiblement de celle de la vanne basse pression. Ainsi, le procédé de contrôle utilise pour cette phase P2 une régulation pour contrôler le débit d'air au moyen de la vanne basse pression et une régulation pour contrôler la température du collecteur d'admission au moyen de la vanne haute pression. [0024] Plus précisément, pour cette dernière régulation, une consigne de température est déterminée à partir du régime courant du moteur, d'une consigne de débit du carburant à injecter et de la température d'un fluide du moteur représentatif de son état de chauffe tel que l'eau de refroidissement de ce moteur. Un certain nombre de corrections pourront être ajoutées ou multipliées. [0025] Un régulateur PID recueille une information représentative de l'écart existant entre la température mesurée dans le collecteur d'admission et la température de consigne ci-dessus et y fait correspondre une consigne de position pour la vanne haute pression. [0026] A partir de cette position de consigne et la position courante de la vanne haute pression, l'unité de commande de la position de cette vanne, permet un contrôle rapproché de la position de cette vanne. [0027] En Phase intermédiaire dite 2, un compromis entre HC/CO d'une part et NOx 30 d'autre part doit donc être gérer en contrôlant les deux boucles EGR BP et HP. Cette phase 2 pose un problème particulier car plusieurs stratégies peuvent être envisagées. Ainsi, on peut prévoir un contrôle simultané dit « mode séquentiel » des deux boucles EGR (haute et basse pression) pour lequel les zones d'activation des deux boucles EGR sont disjointes. On peut également envisager un contrôle mixte dit « mode mixte » des deux boucles EGR (haute et basse pression) pour lequel les zones d'activation des deux boucles EGR ne sont pas disjointes. Actuellement aucun procédé ne permet de gérer les deux modes. [0028] La présente invention propose donc un procédé de contrôle de la boucle d'air d'un moteur thermique équipé d'un turbocompresseur et de deux boucles EGR : une basse pression et une haute pression en limitant notamment le nombre de capteurs nécessaires pour le pilotage ce qui permet de réduire le coût tout en permettant de contrôler le système EGR de manière performante et robuste en contrôlant les deux boucles EGR à la fois en mode séquentiel sans ajout de capteur supplémentaire et en mode mixte en introduisant un unique capteur de pression dans le collecteur échappement. [0029] Ainsi, l'invention a pour objet un procédé de contrôle de la boucle d'air dans un moteur à combustion interne possédant une tubulure d'admission, une tubulure d'échappement, un turbocompresseur, une boucle de recirculation haute pression des gaz d'échappement (EGR HP), une boucle de recirculation basse pression des gaz d'échappement (EGR BP), des capteurs tels que de pression, de température, de débit, de couple et de positionnement des vannes étant répartis en différents point de la boucle d'air, caractérisé en ce que chaque vanne de la boucle d'air est commandée par une consigne de pré-positionnement dynamique en section efficace couplée à une boucle de rétroaction sur une estimation du débit de gaz traversant ladite vanne, la consigne de prépositionnement étant basée sur une consigne admissible de débit du gaz traversant ladite vanne déterminée à partir de consignes statiques prédéfinies en fonction des conditions de fonctionnement du moteur tandis qu'on réalise l'estimation du débit de gaz traversant la vanne à partir de paramètres thermodynamiques de la boucle d'air estimés à partir de mesures de pression et de température effectuées par les capteurs présents dans la boucle d'air. [0030] Ainsi de manière avantageuse, le procédé de contrôle selon l'invention permet à l'aide de capteurs déjà présents dans la boucle d'air de réaliser une estimation des paramètres thermodynamiques à l'aide d'un modèle de calcul embarqué ce qui permet de contrôler les deux boucles EGR à un moindre coût soit en mode séquentiel avec les capteurs présents soit en mode mixte avec les mêmes capteurs et en introduisant un seul capteur de pression supplémentaire dans le collecteur d'échappement. [0031] Les consignes statiques prédéfinies sur une cartographie sont le débit d'air d'entrée dans la boucle, le taux d'EGR à pression de suralimentation imposée, l'un étant asservi à l'autre, le taux d'EGR Basse pression et la pression des gaz dans le collecteur d'admission. [0032] On applique un filtrage du second ordre aux consignes statiques permettant de définir des consignes admissibles de débit d'air, de taux d'EGR et de taux d'EGR basse pression. [0033] Puis, avec les consignes admissibles de débit d'air, de taux d'EGR et de taux d'EGR basse pression, on définit les consignes admissibles de débit massique EGR haute et basse pression au collecteur d'admission selon les formules suivantes : Dhp dyn = 2egr dyn «1 ù 2BP dyn )'Dair dyn Dbp_dyn = Zegrdyn'ZBP_dyn'Dairdyn [0034] Enfin, à partir du bilan massique dynamique dans le répartiteur d'air, on définit les consignes de débit admissibles à chacune des vannes selon les formules suivantes : D air _ dyn + D bp dyn + 120 .Vn d / D air _ dyn + D bp dyn [0035] A partir de là, la consigne de prépositionnement dynamique en section 25 efficace de chaque vanne est obtenue par le rapport de la consigne de débit dynamique traversant ladite vanne sur le débit normalisé au travers de ladite vanne. 20 'I vai .Vcy1 .ncy1 c 120 .V,,,an d L D hp _ dyn 97 vai .V cy1 . n cy1 dt N _ 120.(V+ ) d Dbpdyn D bp _ des ù D bp dyn + 7)vai .V,yi .n yi dt N 120 .(V, + V ) d ( Dair dyn D air dyn + D hp_des D hP dyn + Da r_des t7 vai .V ,yi .n ,yi dt N N [0036] Ainsi, comme on l'a vu ci-dessus, le principe de ce procédé de contrôle repose sur une estimation des paramètres thermodynamiques (pressions, températures, débits) en différents points du système considéré à l'aide des mesures effectuées par des capteurs répartis en différents points dudit système considéré. [0037] Ces capteurs tels que de pression, de température, de débit, de couple et de positionnement des vannes répartis en différents point de la boucle d'air sont ceux que l'on trouve de manière usuelle dans un moteur et qui permettent le contrôle et la régulation dudit moteur. En particulier, l'estimation des paramètres thermodynamiques s'effectue à l'aide des mesures suivantes : le débit massique d'air mesuré par le débitmètre en entrée de boucle, le régime moteur, la pression atmosphérique, la pression des gaz dans le collecteur d'admission, la pression des gaz dans le collecteur d'échappement, la température de l'air ambiant, la température des gaz au débitmètre, la température des gaz en sortie du RAS ; la température des gaz en sortie de turbine, la température du fluide de refroidissement et la mesure de la différence de pression aux bornes d'un filtre à particules. [0038] Le procédé selon l'invention permet donc de contrôler un système de boucle d'air comprenant deux boucles EGR, une basse pression, et une haute pression. Elle permet en outre d'assurer les performances d'un tel système en fonctionnement stabilisé et en transitoire. L'ensemble architecture de la boucle d'air et son contrôle permet en outre de diminuer les émissions de NOx d'un moteur Diesel suralimenté tout en respectant les seuils réglementaires sur les autres polluants (suies, HC, CO,...).Elle permet de plus un contrôle des deux boucles EGR à moindre coût , en mode séquentiel sans ajout de capteur supplémentaire et en mode mixte en introduisant un unique capteur de pression dans le collecteur échappement. [0039] On décrira maintenant l'invention plus en détails en référence au dessin dans lequel : [0040] La figure 1 représente le système de boucle d'air d'un moteur équipé de deux boucles EGR haute et basse pression avec des capteurs pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; [0041] La figure 1 a représente le système de la figure 1 dans lequel sont localisés les différents paramètres thermodynamiques estimés ; [0042] La figure 2 représente le modèle embarqué permettant l'estimation des paramètres thermodynamiques en différents points du système de boucle d'air considéré ; [0043] La figure 3 représente le procédé de contrôle. [0044] Un moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur présente une boucle d'air possédant une tubulure d'admission en sortie du filtre à air A, une tubulure d'échappement depuis la turbine T vers l'échappement 18, un canal d'entrée vers le compresseur C, une boucle de recirculation haute pression des gaz d'échappement (EGR HP), une boucle de recirculation basse pression des gaz d'échappement (EGR BP) et des capteurs tels que de pression, de température, de débit, de couple et de positionnement des vannes du circuit étant répartis en différents point de la boucle d'air, On utilise ainsi les capteurs suivants : un débitmètre 1 en entrée de circuit en aval d'un filtre à air A muni d'un capteur de température 1' en interne nécessaire pour fournir un information débit, un capteur de position 2 pour le volet d'admission 3, un capteur de température 4 et un capteur de pression 5 en sortie du doseur d'air 6 se trouvant en aval du RAS (refroidisseur d'Air Suralimenté), un capteur de position 7 de la vanne EGR BP 8 en aval d'un échangeur EGR-BP 8', un capteur de position 9 de la vanne EGR HP 10 en amont d'un échangeur EGR HP 10', un capteur de pression 11 en sortie du collecteur d'air B, une capteur de pression 12 mesurant la pression entre l'entrée et la sortie d'un filtre à particules 14, un capteur de température 15 en sortie d'un catalyseur 13 en amont du filtre à particules 14, un capteur d'actionnement de la turbine T et un capteur de position 16 du volet d'échappement 17 en sortie du système vers l'échappement 18. [0045] De manière avantageuse, au cours de l'étape d'estimation des paramètres thermodynamiques, à un instant t, les capteurs positionnés dans le circuit permettent de mesurer le débit massique d'air d'entrée mesuré par le débitmètre 1, le régime moteur, la pression atmosphérique, la pression des gaz dans le collecteur d'admission Badm, éventuellement la pression des gaz dans le collecteur d'échappement Bech, la température de l'air ambiant, la température des gaz à l'entrée au niveau du débitmètre 1, 1', la température des gaz en sortie du RAS, la température des gaz en sortie de la turbine T, la température du fluide de refroidissement et la différence de pression aux bornes du filtre à particules 14 ainsi que la position relative du volet d'échappement de la vanne EGR haute pression 10, de la vanne EGR basse pression 8, du doseur d'air 6 et de l'actionnement du turbo. [0046] A partir de ces données récupérées dans le circuit, il est alors possible d'estimer un ensemble de paramètre thermodynamiques à l'aide du modèle embarqué représenté à la figure 2 ce qui permet ainsi de limiter le nombre de capteurs dans le circuit. [0047] Ainsi, on peut procéder au calcul de la température T5 en aval du filtre à particules 14. Cette température en aval du filtre 14 est calculée via un modèle de perte thermique hors exotherme lors de la combustion des suies dans le filtre à particules 14. L'enthalpie des gaz d'échappement et les échanges convectifs avec le substrat sont pris en compte : C ,_T + H r__ «T ùT. TS = Pg' H fap.(T4 ùTFAP) ùHfap_ext' TFAP f C [0048] On calcule également la pression P6 en aval du volet échappement à l'aide d'un modèle proposé prenant en compte les pertes de charge de la ligne échappement pour estimer la pression P6 en aval du volet échappement 17. On exploite ici une simplification de l'équation de Bernoulli. P6 =P0 +Kexh' TS.Dexhz [0049] On calcule la pression P5 en aval du filtre à particules 14, à l'aide d'un modèle inverse de l'équation de Barré St Venant qui permet de déterminer la pression amont en fonction du débit et de la section. Dans la littérature ouverte, l'équation de Barré Saint Venant est classiquement mise sous la forme suivante : Cpgaz Dexh t P FAP P 5 exh . JRT 5( 6 P5/ où cp est la fonction de passage de connue. [ooso] Cette équation peut être numériquement inversée. On obtient alors : 11 avec fidentificarion (Aexh une fonction caractérisée sur l'actionneur volet [0051] L'estimation de la pression P4 en aval du filtre à particules 14 est calculée par augmentation de la mesure de la différence de pression aux bornes du filtre à particules 14. P4 = P5 + OPFAP [0052] Afin d'estimer la pression P3 dans le collecteur d'échappement Bech, l'utilisation des caractéristiques du turbocompresseur est classiquement utilisée selon la formulation P3 =fturb(P4,Dtot,T3,Qcarb,Aturbj telle que proposée dans FR2921114. fléchappement. En mode de contrôle « mixte », la résolution globale du système d'équations demande une mesure de la pression échappement P3, obtenue en plaçant un capteur de pression supplémentaire dans le collecteur d'échappement. Bech. [0053] La température échappement T3 est calculée en fonction de la température dans le collecteur d'admission Badm ajouté à l'apport de la combustion identifié en fonction du point de fonctionnement du moteur, du mode de combustion, du schéma d'injection (nombre d'injections) et des caractéristiques (débit et avance) des différentes injections. T 3 = T22 + feo b (N, Tq,...) [0054] Le débit total aspiré par le moteur est défini de la manière suivante (cf. Internai Combustion Engine Fundamentais by John R. Heywood, Publisher : McGraw-Hill Science/Engineering/Math, April 1988). P5 = P6.ço Der = vol' Vcyl .n cyl . N '120.R.T22 [0055] De nombreuses formulations du rendement volumétrique sont disponibles dans la littérature. Nous proposerons celle indiquée dans FR2916481 à savoir : le rendement volumétrique nvo, est obtenu en appliquant l'expression mathématique suivante :

1 vol (hlref ù aTPM ATpm + aT.2AT2 )X (1 ù Mir) ù Y(Tref ù T2 )X zc

avec la variation 0 pende la température moyenne de parois Tpm ; la variation ATZ de la température T2" ; la variation A z du rapport de la pression P3 et de la pression P2" ; la variation ARe de la richesse du carburant injecté ; aTPM un coefficient fonction du régime moteur ; aT..2 un coefficient fonction du régime moteur ; j3 un coefficient déterminé pour ledit moteur ; y un coefficient déterminé pour ledit moteur. [0056] La température T22 dans le collecteur d'admission Badm est calculée à l'aide d'un bilan d'enthalpie. DhP .Tyr + DdOs .T21 T22 =

[0057] La température des gaz en sortie de la boucle EGR haute pression THP est calculée en fonction de la température des gaz dans le collecteur d'échappement Bech, de la température du fluide de refroidissement mesurée et de l'efficacité de refroidissement de la boucle EGR (refroidissement dans l'échangeur optionnel et les pertes dans les tubes). L'efficacité de refroidissement est classiquement identifiée. ThP = T3 ù(T3 ù Teau).ehp ( Dhp [0058] Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour évaluer le débit massique des 20 gaz traversant le système EGR haute pression : [0059] Observation directe par conservation de débit Dhp Dtot ùD dos [0060] Observation directe par bilan massique dans le collecteur d'admission Dtot d P2 dt T22) (Ddos + Dhp -D tot R [0061] Observation directe par représentation isentropique [0062] On peut également utiliser un observateur non linéaire bouclé.Cette proposition est issue de l'article « Modeling and control of a diesel HCCI engine » publié par l'IFP pour la conférence Fifth IFAC Symposium on Advances in Automotive Control (2007) [0063] De manière préférée, on utilise la formulation suivante : =[P T xhp 22 ' nt xhp = ahp«udos +uhp ù'/vol'flhp 'xhp ) ap xhp '~Fxh'uhp (lidos +uhp ).xhp ) xhp Utilisation d'un filtre de Kalman étendu [0064] Une méthode originale consiste à mixer les observations directes précitées (bilan massique admission et barré saint venant) pour déterminer une valeur moyenne consolidée. Pour cela une méthode basée sur un filtre de Kalman étendu 15 est proposée telle que celle décrite dans FR2884871. [0065] Plusieurs méthodes sont proposées pour évaluer le débit massique des gaz traversant le système EGR haute pression : [0066] Observation directe par bilan massique dans le collecteur d'admission d (P ?2 R (Dair + Dbp + Dhp -D ) otdt T22 ) Vman 20 [0067] Observation directe par représentation isentropique Sbp .Pbp Pbp Dbp = .Ç Tbp ~P., 5 [0068] Utilisation d'un observateur non linéaire bouclé [0069] De la même manière que pour l'estimation du débit de haute pression, un observateur bouclé est proposé pour l'estimation du débit d'EGR Basse Pression. [0070] En posant, xbp = P22 Obp , l'observateur prend la forme suivante : T22 T 1-1 Xbp = abp'(Dair + Dbp -1~vol'Php.Xp + Sbp.Xbp) ù L1.(Xp ùXbp ) Xbp = ùL2.(Xbp ù Xbp ) 2 D = S bp bp.Xbp [0071] Pour le calcul de la pression et de la température en amont de la vanne EGR Basse Pression 8, deux options sont proposées pour estimer cette pression : à partir d'une estimation des pertes de charges de l'échangeur 8' :

10 PBP =P5 2 h _ BP 'Tbp 'Dbp à partir d'un modèle de Barré St Venant sur la vanne 8 PBP = P5 / ç0ù1 / Dbp . Tbp Sbp .P5 15 [0072] La température BP est calculée via un modèle du rendement de l'échangeur 8' dépendant de sa caractérisation et du débit le traversant selon l'équation : TBP =T5+'/BP(T5ùTcool) [0073] Le calcul du débit massique de gaz traversant le doseur 6 Ddos est réalisé par la résolution du système d'équation bouclé suivant : [0074] Pour le calcul de la pression et de la température en amont du compresseur C, de la même manière que pour la ligne d'échappement, une simplification de l'équation de Bernoulli est proposée pour estimer les pertes de charge de la ligne d'admission jusqu'au mélange air / EGR Basse Pression en amont compresseur, essentiellement dues au filtre à air A. P = Po ùK faa.To.Dair2 [0075] Un bilan d'enthalpie statique au niveau du mélange Air / EGR Basse Pression permet de déterminer la température du mélange Ti : __ Da..To + DbP.Tbp Tl ù D air D azr bp [0076] La pression aval compresseur C est obtenue par une estimation des pertes de charges du RAS : P = P1 + Kvas •Tai Daos 2 [0077] L'estimation de la température aval compresseur est issue du bilan isentropique au niveau du compresseur.

T2 =T, 1+ 1 Ils7-1 Y P, [0078] L'efficacité compresseur est une cartographie fonction du rapport de pression et du débit traversant le compresseur. fcarto (P a ; Dair

P / [0079] Le schéma global du procédé de contrôle est représenté à la figure est décrit par la figure 3. [0080] Ma première partie fournit les points d'entrées de la génération des trajectoires et du contrôle associé. Les consignes fournies sont fonction des conditions de fonctionnement comme la pression de suralimentation, le débit d'air en entrée moteur, le taux d'egr (ou taux de gaz neutre) en entrée moteur, le couple, ... [oo81] La boucle d'air peut être asservie soit sur une consigne de taux d'EGR à pression de suralimentation imposée, soit sur une consigne de débit d'air. [0082] Pour le calcul du débit d'air de consigne pour un asservissement du taux d'EGR, les équations de bilan massique et enthalpique permettent d'écrire : Dair = (1ù Zegr) m flint "/ vol ' +(1ùZBP)zegr(THP ) avec r = Dbp _ sp + Dhp et Z DbP egr D. BP Dbp +D hp [0083] Pour le calcul du taux d'EGR de consigne pour un asservissement du débit d'air, de la même manière, les équations de bilan massique et enthalpique permettent d'écrire : = flint .q,ol '1322 T21 'Dain 2egr [0084] Un filtrage des consignes du 2nd ordre est alors introduit. Il représente la dynamique des actionneurs soit la détermination des consignes admissibles : Dair_dyn & Tegr_dyn D air dyn = filtre 2nd ordre (D air T egrdyn = filtre 2nd ordre (T egr 20 T BP dyn = filtre 2nd ordre (T BP [0085] Les consignes de débit massique dynamiques d'EGR haute et basse pression au collecteur d'admission sont alors définies : Dhp dyn = Zegr dyn .(1 ù ZBPdyn )'Dairdyn Dbpdyn = Zegrdyn'ZBP_dyn'Dairdyn (1ùZBP)(TEGR ùT21).Dir +flint "/vol''22 loosq On détermine les trajectoires dynamiques aux actionneurs. [0087] L'ensemble des calculs sont réalisés en manipulant l'équation de bilan massique dynamique dans le répartiteur d'admission dM eollec"r = D air + Dbp + dty~120.Vman d ( Dtol 1%vo1.V-cyl.ncyl dt [0088] Ainsi, les trajectoires de débit aux actionneurs sont calculées de la manière suivante : /vor.Veyl.ncyl dt N _ 120.Vman d Dhp_dyn ù DhP-des = DhP dyn + 1 01.1n1 dt N _ 120.(Vman + V s) d 7Dbp_dyn Dbp _ des Dbp _ dyn + . ù 77 / vol .Vcyl .ncyl dt N l 120.(Vman + VRÀs) d ( Dair dyn 'lvol.Vcy1.ncyl dt N [0089] Pour assurer le suivi des trajectoires de débit d'air et EGR via les actionneurs de la boucle EGR, on contrôle lesdites vannes par pré-positionnement dynamique et boucle de rétroaction. 15 [0090] La vanne EGR Basse Pression 8 est ainsi asservie par une consigne de pré-positionnement dynamique en section efficace couplée à une boucle de rétroaction sur l'estimation de débit des gaz EGR traversant la vanne. FF + PI \Dbp des Dbp Dbp _ des vec Sbp_FF = 20 Obp étant le débit normalisé à travers l'actionneur issu de la fonction de St Venant PI représentant un contrôleur de type proportionnel f intégrale avec anti-windup (antiemballement). 120.Vman d (Dair _ dyn + Dbp dyn \ Ddos _ des ùDair _ dyn +Dbp dyn + Dair_des Dairdyn + 18 [0091] La vanne EGR Haute Pression 10 est asservie par une consigne de pré-positionnement dynamique en section efficace couplée à une boucle de rétroaction sur l'estimation de débit des gaz EGR traversant l'actionneur.

FF + PI (Dhpdes ) 5 avec Shp FF = Dhp des hp Ohp étant le débit normalisé à travers l'actionneur issu de la fonction de St Venant PI représentant un contrôleur de type proportionnel / intégrale avec anti-windup [0092] En suivant le même principe, le volet de contre-pression (cas échappement

10 et/ou admission) est contrôlé par les équations suivantes :

Sech FF + PI (D des ù Dair ) La consigne de section efficace par pré-positionnement peut être obtenue de différente manière : Soit en exploitant le débit normalisé traversant le volet : = Da' des Sech FF Sech Soit en exploitant l'équation de Barré St Venant Dair des i p cas échappement (volet d'échappement 17) PS 5 T5 P6/ des P cas admission (volet d`amission 3) Tl \Pi' [0093] En suivant le même principe pour le doseur d'air 6, le volet de contrepression 20 est contrôlé par les équations suivantes : 15 Sech FF Sech FF5 Sdos Sdos FF + PI (Ddos des ù Ddos avec S dos des dos FF Odos le débit normalisé à travers l'actionneur issu de la fonction de St Venant PI représentant un contrôleur de type proportionnel / intégrale avec anti-windup Ci-après, sont indiquées les conventions utilisées dans ladite description. Aexh Position relative mesurée du volet échappement Ahp Position relative mesurée de la vanne EGR Haute Pression Ahp Position relative mesurée de la vanne EGR Basse Pression Ados Position relative mesurée du doseur Aturbo Position relative mesurée de l'actionneur de turbo Sexh Section efficace du volet échappement Shp Section efficace de la vanne EGR Haute Pression Shp Section efficace de la vanne EGR Basse Pression Sdos Section efficace du doseur Sturbo Section efficace de l'actionneur de turbo Da;r Débit massique d'air mesuré par le débitmètre Dbp Débit massique des gaz EGR au niveau de la vanne Basse Pression Ddos Débit massique traversant le doseur Dexh Débit massique traversant le volet échappement Dhp Débit EGR au niveau de la vanne Haute Pression 19 °dos Dtot Débit massique aspiré par le moteur N Régime moteur mesuré ncy, Nombre de cylindres du moteur considéré Po Pression atmosphérique mesurée P, Pression en amont du compresseur P2 Pression en aval du compresseur P22 Pression mesurée des gaz dans le collecteur d'admission P3 Pression des gaz dans le collecteur d'échappement P4 Pression des gaz en aval de la turbine P5 Pression des gaz en aval du filtre à particules P6 Pression des gaz en aval volet échappement Qcarb Consigne de débit massique de carburant injecté dans la chambre de combustion To Température mesurée de l'air ambiant T, Température mesurée des gaz au débitmètre T, Température des gaz en amont du compresseur T2 Température des gaz en aval du compresseur T21 Température mesurée des gaz en sortie du RAS T22 Température des gaz dans le collecteur d'admission T3 Température des gaz dans le collecteur d'échappement T4 Température mesurée des gaz en sortie de la turbine T5 Température des gaz en sortie du filtre à particules Teau ouTcoo, Température du fluide de refroidissement Thp Température des gaz en sortie du système EGR Haute Pression Thp Température des gaz en sortie du système EGR Haute Pression Tq Couple moteur Cylindrée du moteur considéré Vman Volume du collecteur d'admission VRAS Volume du RAS Cylindrée moteur APFAP Mesure de la différence de pression aux bornes du filtre à particules naos Commande appliquée OU Consigne de position requis pour le doseur Commande appliquée OU Consigne de position requis pour la vanne EGR Uhp Haute Pression Commande appliquée OU Consigne de position requis pour le volet de contre-pression Commande appliquée OU Consigne de position requis pour la vanne EGR Basse Pression Commande appliquée OU Consigne de position requis pour l'actionneur de turbo Uech ubp Uturbo

Claims (4)

1. Revendications1. Procédé de contrôle de la boucle d'air dans un moteur à combustion interne possédant une tubulure d'admission (A), une tubulure d'échappement (18), un turbocompresseur, une boucle de recirculation haute pression des gaz d'échappement (EGR HP), une boucle de recirculation basse pression des gaz d'échappement (EGR BP) des capteurs tels que de pression, de température, de débit, de couple et de positionnement des vannes étant répartis en différents point de la boucle d'air, caractérisé en ce que chaque vanne (3, 6, 8, 10, 17) de la boucle d'air est commandée par une consigne de pré-positionnement dynamique en section efficace couplée à une boucle de rétroaction sur une estimation du débit de gaz traversant ladite vanne, la consigne de prepositionnement étant basée sur une consigne admissible de débit du gaz traversant ladite vanne déterminée à partir de consignes statiques prédefinies en fonction des conditions de fonctionnement du moteur tandis qu'on réalise l'estimation du débit de gaz traversant la vanne â partir de paramètres thermodynamiques de la boucle d'air estimés à partir de mesures de pression et de température effectuées par les capteurs présents dans la boucle d'air.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les consignes statiques predefinies sont le débit d'air d'entrée dans la boucle, le taux d'EGR à pression de suralimentation imposée, l'un étant asservi a l'autre, le taux d'EGR Basse pression et la pression des gaz dans le collecteur d'admission.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique un filtrage du second ordre aux consignes statiques permettant de définis des consignes admissibles de débit d'air, de taux d'EGR et de taux d'EGR basse pression.
4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, avec les consignes admissibles de débit d'air, de taux d'EGR et de taux d'EGR basse pression, on définit les consignes admissibles de débit massique EGR haute et basse pression au collecteur d'admission selon les formules suivantes : Dhp dyn = Zegr d- yn «1 ù ZBP dyn )'Dair _ dyn Dbp Zegr d- yn BP dyn 'fair dyn . Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'à partir du bilan massique dynamique dans le répartiteur d'air, on définit les consignes de débit admissibles à chacune des vannes selon les formules suivantes: dos _ des = D air _ dyn + 120 .V man d ( D hp _ D hp ava 77 vol .v cyl .n eyl dt N 120 .(V man + V RAS ) d D bP ù dYn D bp _ des = D bp. _ dyn + %r vol .V cyl .n cyl dt N / 120 (v man + V RAS ) d D air _ des = D afr dyn + var .V Ayr . n eyl dt D air dyn N i 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la consigne de prépositionnement dynamique en section efficace de chaque vanne est obtenue par le rapport de la consigne de débit dynamique traversant ladite vanne sur le débit normalisé au travers de ladite vanne. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'estimation des paramètres thermodynamiques est effectuée à l'aide des mesures suivantes de capteurs : le débit massique d'air mesuré par le débitmètre en entrée de boucle, le régime moteur, la pression atmosphérique, la pression des gaz dans le collecteur d'admission, la pression des gaz dans le collecteur d'échappement, la température de l'air ambiant, la température des gaz au débitmètre, la température des gaz en sortie du RAS ; la température des gaz en sortie de turbine, la température du fluide de refroidissement et la mesure de la différence de pression aux bornes d'un filtre à particules.