FR2973441A1 - Procede d'acquisition de la composition des gaz d'admission dans un repartiteur d'air d'un moteur a combustion interne - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'acquisition de la composition des gaz d'admission dans un répartiteur d'air (25) d'un moteur à combustion interne (1) équipé d'une ligne d'admission (20) d'air frais, d'une ligne de recirculation haute pression (40) des gaz brûlés et d'une ligne de recirculation basse pression (50) des gaz brûlés. Selon l'invention, le procédé comporte : - une étape de mesure de la valeur d'au moins une variable d'entrée caractéristique du fonctionnement du moteur à combustion interne, et - une étape de calcul estimatif de la valeur d'au moins un paramètre relatif à la composition des gaz d'admission, à l'aide d'un observateur d'état basé sur la valeur mesurée de chaque variable d'entrée.
Description
DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale le domaine automobile.
Elle concerne plus particulièrement un procédé d'acquisition de la composition des gaz d'admission dans un répartiteur d'air d'un moteur à combustion interne. Elle concerne aussi un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne, comportant une opération d'acquisition de la composition des gaz d'admission suivie d'une opération de pilotage de la turbine ou du compresseur ou de l'une des vannes du moteur, en fonction de la composition acquise des gaz d'admission. Elle concerne également un moteur à combustion interne comportant : - des cylindres, - une ligne d'admission d'air frais dans les cylindres, équipée d'un compresseur et d'une première vanne, - une ligne d'échappement de gaz brûlés hors des cylindres, équipée d'une turbine, - une ligne de recirculation haute pression des gaz brûlés qui est branchée sur la ligne d'échappement, en amont de la turbine, et qui débouche dans la ligne d'admission, en aval du compresseur, cette ligne de recirculation haute pression étant équipée d'une seconde vanne, - une ligne de recirculation basse pression des gaz brûlés qui est branchée sur la ligne d'échappement, en aval de la turbine, et qui débouche dans la ligne d'admission, en amont du compresseur, cette ligne de recirculation basse pression étant équipée d'une troisième vanne, et - unité de pilotage adaptée à mettre en oeuvre le procédé de pilotage précité. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE On recherche actuellement, dans un cadre législatif toujours plus contraignant et dans un souci de préservation de l'environnement, des solutions techniques permettant d'améliorer le fonctionnement des moteurs à combustion interne, notamment pour réduire le taux des éléments polluants contenus dans les gaz brûlés rejetés dans l'atmosphère.
Pour cela, il est connu d'équiper les moteurs de lignes de recirculation de gaz brûlés (communément appelées lignes EGR) afin d'insuffler des gaz brûlés dans les cylindres. Ces gaz brûlés étant inertes pendant la combustion du carburant avec l'air frais, ils permettent d'emmagasiner une partie de la chaleur émise par la combustion. Grâce à ces gaz brûlés, on observe alors, sur les moteurs à allumage par compression (Diesel), une baisse des oxydes d'azote rejetés dans l'atmosphère, et, sur les moteurs à allumage commandé (Essence), une atténuation du phénomène de cliquetis. Si la proportion de ces gaz brûlés dans les gaz d'admission est trop 10 importante, on observe également une réduction sensible des performances du moteur. Il est donc primordial de déterminer la composition des gaz d'admission avec précision, pour pouvoir piloter le moteur de façon optimale. Pour cela, une première solution connue consiste à mesurer le débit d'air 15 frais aspiré en entrée de la ligne d'admission et la pression des gaz d'admission dans le répartiteur d'air, afin d'en déduire la proportion des gaz brûlés parmi les gaz d'admission. L'inconvénient majeur de ce procédé est qu'il ne permet pas de déterminer la proportion des gaz brûlés venant de chacune des deux lignes de 20 recirculation, alors que les gaz brûlés provenant de ces deux lignes influent différemment sur les performances du moteur. Une seconde solution consiste à utiliser des capteurs de pression permettant de mesurer la pression des gaz en amont et en aval de la jonction de la ligne d'admission avec l'une ou l'autre des lignes de recirculation. 25 Cette solution, bien qu'efficace lorsque le régime du moteur est constant, s'avère toutefois inefficace lors des phases transitoires, c'est-à-dire lorsque le régime du moteur varie. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier aux inconvénients précités de l'état de la technique, la 30 présente invention propose un nouveau procédé d'acquisition de la composition des gaz d'admission, efficace en toute circonstance. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un procédé d'acquisition de la composition des gaz d'admission, qui comporte : - une étape de mesure de la valeur d'au moins une variable d'entrée caractéristique du fonctionnement du moteur à combustion interne, et - une étape de calcul estimatif de la valeur d'au moins un paramètre relatif à la composition des gaz d'admission, à l'aide d'un observateur d'état basé sur la valeur mesurée de chaque variable d'entrée. Ainsi, grâce à l'observateur d'état, il est possible d'exploiter des données mesurées à l'aide de capteurs déjà existants sur les moteurs (les variables d'entrée) pour déterminer la composition des gaz d'admission. Cette solution est donc peu couteuse puisqu'elle ne nécessite pas l'utilisation de nouveaux capteurs. 10 Elle s'avère par ailleurs particulièrement efficace. En effet, en pratique, les données mesurées sont des données qu'il est possible d'acquérir facilement, avec une grande précision et dans un délai réduit. De cette manière, il est possible d'obtenir la composition exacte des gaz d'admission dans un court laps de temps, de sorte que le procédé est applicable même lors des phases transitoires du 15 moteur. Ainsi, le moteur peut être piloté de manière plus performante. D'autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de procédé conforme à l'invention sont les suivantes : - il est prévu une étape d'une mesure d'au moins une variable de sortie 20 caractéristique du fonctionnement du moteur à combustion interne, une étape de calcul estimatif de ladite variable de sortie, et une étape de correction dudit observateur d'état en fonction de la différence entre les valeurs mesurée et estimée de ladite variable de sortie ; - ledit observateur d'état utilise un vecteur d'état comportant au moins 25 une variable d'état, choisie parmi le débit de gaz brûlés circulant dans la ligne de recirculation basse pression, la fraction massique d'air frais circulant dans la ligne d'admission entre ses jonctions avec la ligne de recirculation basse pression et la ligne de recirculation haute pression, et la fraction massique d'air frais circulant dans le répartiteur d'air ; 30 - ledit observateur d'état utilise un vecteur de sortie comportant au moins une variable de sortie, dont la pression des gaz d'admission dans le répartiteur d'air ; - ledit observateur d'état utilise un vecteur d'entrée comportant au moins une variable d'entrée, choisie parmi la température des gaz d'admission dans le répartiteur d'air, la température atmosphérique, la pression atmosphérique, la fraction massique d'air frais circulant dans le collecteur d'échappement, le débit d'air frais circulant dans la ligne d'admission, et le débit de gaz brûlés circulant dans la ligne de recirculation haute pression ; - ledit observateur d'état est basé sur un modèle de Kalman étendu ; - ledit observateur d'état est basé sur un modèle de modes glissants. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et 10 comment elle peut être réalisée. Sur le dessin annexé, la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne selon l'invention. Dans la description, les termes « amont » et « aval » seront utilisés suivant le sens de l'écoulement des gaz dans ce moteur, depuis le point de 15 prélèvement de l'air frais dans l'atmosphère jusqu'à la sortie des gaz brûlés dans l'atmosphère. Dans cette description, les paramètres notés avec un accent circonflexe (tels que Pool) seront des paramètres estimés, par opposition aux paramètres mesurés qui seront notés sans accent circonflexe (tel que Pcol). 20 Sur cette figure 1, on a plus précisément représenté un moteur à combustion interne 1 de véhicule automobile, qui comprend un bloc-moteur 10 pourvu d'un vilebrequin et de quatre pistons (non représentés) logés dans quatre cylindres 11. Ce moteur est ici à allumage par compression (Diesel). II pourrait 25 également être à allumage commandé (Essence). En amont des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte une ligne d'admission 20 qui prélève l'air frais dans l'atmosphère et qui débouche dans un répartiteur d'air 25 agencé pour répartir les gaz d'admission vers chacun des quatre cylindres 11 du bloc-moteur 10. 30 Cette ligne d'admission 20 comporte, dans le sens d'écoulement des gaz, un filtre à air 21 qui filtre l'air frais prélevé dans l'atmosphère, un compresseur 22 qui comprime les gaz, un refroidisseur d'air principal 23 qui refroidit ces gaz comprimés, et une vanne d'admission 24 qui permet de réguler le débit de gaz débouchant dans le répartiteur d'air 25. L'angle d'ouverture de cette vanne d'admission 24 est ici noté 8. En sortie des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte une ligne d'échappement 30 qui s'étend depuis un collecteur d'échappement 31 dans lequel débouchent les gaz qui ont été préalablement brûlés dans les cylindres 11, jusqu'à un silencieux d'échappement 34 permettant d'évacuer les gaz brûlés dans l'atmosphère. Cette ligne d'échappement 30 comporte, dans le sens d'écoulement des gaz brûlés, une turbine 32 qui est entraînée en rotation par le flux de gaz brûlés sortant du collecteur d'échappement 31, et un pot catalytique 33 de traitement des gaz brûlés. La turbine 32 est ici couplée au compresseur 22 par des moyens de couplage mécanique tels qu'un arbre de transmission, si bien que le compresseur 22 et la turbine 32 forment ensemble un turbocompresseur.
Cette turbine 32 présente ici une géométrie variable en ce sens qu'elle comporte des aubes montées mobiles en pivotement autour de leurs axes longitudinaux afin de présenter un pas a variable. Le pas de ces aubes est ici réglé en continu par un actionneur 38, tel qu'un moteur électrique pas-à-pas, ce qui permet d'entrainer le compresseur 22 à une vitesse de rotation plus ou moins importante. Le moteur à combustion interne 1 comporte en outre une ligne de recirculation haute pression 40 des gaz brûlés. Cette ligne de recirculation est communément appelée ligne EGR-HP 40, conformément à l'acronyme anglo-saxon « Exhaust Gaz Recirculation - High Pressure ». Elle prend naissance dans la ligne d'échappement 30, entre le collecteur d'échappement 31 et la turbine 32, et elle débouche dans la ligne d'admission 20, entre la vanne d'admission 24 et le répartiteur d'air 25. Cette ligne EGR-HP 40 permet de prélever une partie des gaz brûlés circulant dans la ligne d'échappement 30, appelés gaz EGR-HP, pour la réinjecter dans les cylindres 11 afin de réduire les émissions polluantes du moteur, en particulier les émissions d'oxydes d'azote. Cette ligne EGR-HP 40 comporte un refroidisseur secondaire 42 pour refroidir les gaz EGR-HP, suivi d'une vanne EGR-HP 41 pour réguler le débit de gaz EGR-HP débouchant dans le répartiteur d'air 25. L'angle d'ouverture de cette vanne EGR est ici noté 13. Le moteur à combustion interne 1 comporte également une ligne de recirculation basse pression 50 des gaz brûlés. Cette ligne de recirculation est communément appelée ligne EGR-LP 50, conformément à l'acronyme anglo- saxon « Exhaust Gaz Recirculation - Low Pressure ». Elle prend naissance dans la ligne d'échappement 30, entre le pot catalytique 33 et le silencieux d'échappement 34, et elle débouche dans la ligne d'admission 20, entre le filtre à air 21 et le compresseur 22. Cette ligne EGR-LP 50 permet de prélever une partie des gaz brûlés circulant dans la ligne d'échappement 30, appelés gaz EGR-LP, pour la réinjecter dans les cylindres 11 afin de réduire les émissions polluantes du moteur, en particulier les émissions d'oxydes d'azote. Cette ligne EGR-LP 50 comporte une vanne EGR-LP 51 pour réguler le débit de gaz EGR-LP débouchant dans le répartiteur d'air 25. L'angle d'ouverture de cette vanne EGR est ici noté y. Cette ligne EGR-LP 50 est dépourvue de refroidisseur puisque les gaz EGR-LP ont déjà été refroidis dans la turbine et le pot catalytique 33. Ces gaz EGR-LP présentent ainsi une température inférieure à celle des gaz EGR-HP. Le mélange d'air frais, de gaz EGR-HP et de gaz EGR-LP qui débouche dans le répartiteur d'air 25 est appelé « gaz d'admission ».
Le moteur à combustion interne 1 comporte par ailleurs une ligne d'injection 60 de carburant dans les cylindres 11. Cette ligne d'injection 60 comporte un réservoir 61 de carburant, une pompe d'injection 62 agencée pour prélever le carburant dans le réservoir 61 afin de le comprimer, et un rail de distribution 63 permettant de répartir ce carburant vers quatre injecteurs 64 débouchant respectivement dans les quatre cylindres 11. Pour piloter les différents organes du moteur à combustion interne 1, il est prévu un calculateur 100 comportant un processeur (CPU), une mémoire vive (RAM), une mémoire morte (ROM), des convertisseurs analogiques-numériques (ND), et différentes interfaces d'entrée et de sortie.
Grâce à ces interfaces d'entrée et à différents capteurs intégrés au moteur, le calculateur 100 est adapté à recevoir en continu des signaux d'entrée relatifs au fonctionnement du moteur. Dans sa mémoire vive, le calculateur 100 mémorise ainsi à chaque pas de temps - l'angle d'ouverture p de la vanne EGR-HP 41, par exemple mesuré par une roue codeuse, - l'angle d'ouverture y de la vanne EGR-LP 51, par exemple mesuré par une roue codeuse, - l'angle d'ouverture S de la vanne d'admission 24, par exemple mesuré par une roue codeuse, - le pas a des aubes de la turbine 32, par exemple mesuré par le moteur électrique pas-à-pas 38, - les température Tc01 et pression Pool des gaz d'admission dans le répartiteur d'air 25, mesurées par des capteurs 101, - les température Tatmo et pression Patmo de l'air frais dans l'atmosphère, mesurées par des capteurs 102, - la fraction massique Fat d'air frais non brûlé circulant dans le collecteur d'échappement 31, mesurée par une sonde 103, - le débit d'air frais Qair circulant dans la ligne d'admission 20, mesurée à l'aide d'un débitmètre 104 situé entre le compresseur 22 et le refroidisseur d'air 23, et - le débit Qegrh de gaz EGR-HP circulant dans la ligne EGR-HP 40. Grâce à des cartographies prédéterminées sur banc d'essais et mémorisées dans sa mémoire morte, le calculateur 100 est adapté à générer, pour chaque condition de fonctionnement du moteur, des signaux de sortie. Enfin, grâce à ses interfaces de sortie, le calculateur 100 est adapté à transmettre ces signaux de sortie aux différents organes du moteur, notamment aux injecteurs de carburant 64, aux vannes 24, 41, 51 et au moteur électrique pas- à-pas 38. Classiquement, lorsque le conducteur du véhicule automobile met le contact, le calculateur 100 s'initie puis commande le démarreur, les vannes 24, 41, 51 et les injecteurs de carburant 64 pour que ceux-ci démarrent le moteur. Lorsque le moteur est démarré, la majeure partie des gaz brûlés dans les cylindres 11 est détendue dans la turbine 32, traitée et filtrée dans le pot catalytique 33, puis détendue à nouveau dans le silencieux d'échappement 37 avant d'être rejetée dans l'atmosphère. La partie restante de ces gaz brûlés est prélevée par l'une ou l'autre des lignes EGR-HP et EGR-LP afin d'être réinsufflée dans la ligne d'admission 20. En amont des cylindres Il, l'air frais prélevé dans l'atmosphère par la ligne d'admission 20 est filtré par le filtre à air 21, mélangé aux gaz EGR-LP, comprimé par le compresseur 22, refroidi par le refroidisseur d'air principal 23, mélangé aux gaz EGR-HP, puis brûlé dans les cylindres 11. Une fois initié, le calculateur 100 fonctionne par pas de, temps. Plus précisément, à intervalles de temps réguliers, par exemple tous les dixièmes de seconde, il réitère l'ensemble des calculs qui lui permettent de piloter les différents organes du moteur.
La présente invention s'intéresse alors à l'acquisition de la composition des gaz d'admission afin de piloter au mieux les organes du moteur. Elle vise en particulier à déterminer la proportion de gaz EGR-HP, de gaz EGR-LP et d'air frais dans les gaz d'admission, sans utiliser de sonde supplémentaire dans le répartiteur d'air 25.
Une sonde permettant de mesurer cette composition serait en effet, pour être suffisamment précise, très onéreuse. Selon l'invention, le procédé d'acquisition de la composition des gaz d'admission comporte notamment : - une étape de mesure de la valeur d'au moins une variable d'entrée caractéristique du fonctionnement du moteur à combustion interne 1, et - une étape de calcul estimatif de la valeur d'au moins un paramètre relatif à la composition des gaz d'admission, à l'aide d'un observateur d'état basé sur la valeur mesurée de chaque variable d'entrée. Ici, ce procédé d'acquisition est plus précisément mis en oeuvre à 25 chaque pas de temps (n) en 5 étapes principales, dont : - une étape a) de mesure de la valeur d'au moins une variable d'entrée caractéristique du fonctionnement du moteur à combustion interne 1, - une étape b) de mesure de la valeur d'au moins une variable de sortie caractéristique du fonctionnement du moteur à combustion interne 1, 30 - une étape c) de comparaison de la valeur de la variable de sortie mesurée à l'étape b) avec une valeur de la variable de sortie estimée au pas de temps précédent (n-1), - une étape d) de calcul estimatif de la valeur du paramètre relatif à la composition des gaz d'admission et de la valeur estimée de la variable de sortie, à l'aide d'un observateur d'état basé sur chaque valeur mesurée à l'étape a) et corrigé en fonction du résultat de la comparaison effectuée à l'étape c), et - une étape e) de déduction de la composition des gaz d'admission en fonction de la valeur du paramètre relatif à la composition des gaz d'admission estimée à l'étape d). Cette étape e) est alors suivie d'une étape f) de pilotage des différents organes du moteur en fonction de la composition des gaz d'admission. La mise en oeuvre détaillée de ces différentes étapes est la suivante. A l'étape a), comme cela a été exposé précédemment, le calculateur 100 mesure et mémorise les angles d'ouverture 13, y, b des vannes EGR-HP 41, EGRLP 51 et d'admission 24, le pas a des aubes de la turbine 32, la température Tao, des gaz d'admission dans le répartiteur d'air 25, la température atmosphérique Tatma, la pression atmosphérique Patmo, la fraction massique Favt d'air frais non brûlé dans le collecteur d'échappement 31, le débit d'air frais Qair circulant dans la ligne d'admission 20, et le débit de gaz EGR-HP Qegrh circulant dans la ligne EGRHP 40. A l'étape b), le calculateur 100 mesure et mémorise la pression Poo, des gaz d'admission dans le répartiteur d'air 25. La troisième étape c) consiste à déterminer la différence AY entre la valeur mesurée à l'étape b) (au pas de temps n) de la pression Pco, des gaz d'admission et la valeur estimée au pas de temps précédent (n-1) de cette même pression P,'1 des gaz d'admission. Cette différence AY permet ainsi de corriger à chaque pas de temps l'observateur d'état afin qu'il reste proche de la réalité.
La quatrième étape d) consiste notamment à estimer par calcul : - la fraction massique d'air frais Fcol circulant dans le répartiteur d'air 25, qui correspond au « paramètre relatif à la composition des gaz d'admission » précité, - la pression P,01 des gaz d'admission dans le répartiteur d'air 25, et 30 - le débit Qegrl de gaz brûlés circulant dans la ligne EGR-LP 50. Dans l'invention, ces valeurs estimées Fco/ , P.l , Qegrl sont calculées à l'aide d'un observateur d'état déduit d'un système d'équations issues de la dynamique des fluides. Ici, l'observateur d'état se base simultanément sur deux modèles différents.
Le premier modèle permet de déterminer les variations du débit total de gaz d'admission entrant dans les cylindres 11 (noté Qtotai) "en fonction de la pression Poo, des gaz d'admission dans le répartiteur d'air 25 et du régime moteur (noté Nmot). Cette variation est approximée à l'aide de l'équation polynomiale suivante : Qtntar = (A, + A2 - N'~at + A3 - Nmot 2 )+ (A4 + A5 - Nmot + A6 - Nmot 2 ). Pcoi avec Ai=1..5 des coefficients prédéterminés, issus d'essais sur bancs moteurs. Le second modèle est du type Kalman étendu. Comme cela sera exposé dans la suite de cet exposé, on pourra bien entendu prévoir d'utiliser un second 15 modèle différent. Ce second modèle se modélise ici sous la forme suivante : X= A X+B-U+K-(Y-C-X-D-U) P=A-P+P-AT +Q-P-CT -R-' C-PT , avec : K=P.CT .R-' - X le vecteur d'état, - U le vecteur d'entrée, 20 - Y le vecteur de sortie, - A, B, C et D les matrices du modèle de Kalman, - K le gain du modèle de Kalman, - Q la covariance du bruit de modélisation, R la covariance du bruit de mesure, et 25 - P la matrice décrivant la dynamique du gain de l'estimateur. Dans ce second modèle, on dispose alors : - de variables d'entrée mesurées à l'étape a), qui permettent de mettre à jour les calculs à chaque pas de temps, - de variables d'état à estimer, parmi lesquelles la fraction massique d'air 30 frais circulant dans le répartiteur d'air 25, qui permettent de décrire l'évolution du système d'équations, et - de variables de sortie estimées qui, confrontées à des variables mesurées à l'étape b), permettent de corriger l'observateur de manière à le faire tendre au plus près de la réalité. Le vecteur d'état estimé X comprend ici quatre variables d'état. Il 5 s'exprime sous la forme suivante : X= -Pol la pression estimée des gaz d'admission dans le répartiteur d'air 25, - Qegrl le débit estimée de gaz brûlés circulant dans la ligne EGR-LP 50, 10 _ F. la fraction massique estimée d'air frais circulant dans la ligne d'admission 20, entre ses jonctions avec la ligne EGR-LP 50 et la ligne EGR-HP 40, et - Feol la fraction massique estimée d'air frais dans le répartiteur d'air 25. Le vecteur d'entrée mesuré U comprend quant à lui 6 variables d'entrée 15 mémorisées dans le calculateur 100. Il s'exprime sous la forme suivante : T ,/ Tatmo U _ Patmo , avec Favt Qair Qegrh - Tcol la température des gaz d'admission dans le répartiteur d'air 25, - Tatmo la température atmosphérique, - Patmo la pression atmosphérique, 20 - Favt la fraction massique d'air frais non brûlé dans le collecteur d'échappement 31, - Qair le débit d'air frais circulant dans la ligne d'admission 20, - Qegrh le débit de gaz EGR-HP circulant dans la ligne EGR-HP 40. Pcol Q egrl F ove Fcol , avec
Les vecteurs de sortie Y et Y comprennent pour leur part une variable de sortie dont les valeurs sont respectivement mesurées et estimées. La différence entre ces deux vecteurs de sortie fournit alors un paramètre d'erreur entre les calculs et la réalité, qui permet de corriger l'observateur d'état à chaque pas de temps. Ces deux vecteurs de sortie s'expriment sous la forme suivante : Y = [PCar ] , et Y=[Pool . Les termes du modèle de Kalman peuvent ainsi être calculés à chaque pas,de temps, à l'aide des équations suivantes : dPcol = LY 1 dt v 1
Patron Vavc Vaal + Vapc + Vape v w1 +Vv.w2 ,2,v, r'Tcol dQegrr = b y . w2 V dt v
r . Tatn,o (Qe g (1 rl . - Fav) + (Ç'a, r Qegrr ). (1 - Favc )) dfavc dt alto, __ r ' Tcal } ((Favc - Fcol ). (eri + Qatr )+ Qegrh . (Faut - Fcol )) dt Pcal . (Vaal + Vape + Vap I avec - Vp01 le volume du répartiteur d'air 25, - Vape le volume entre le refroidisseur d'air 23 et la vanne d'admission 24, - Vapc le volume entre le compresseur 22 et le refroidisseur d'air 23,
- Vavc le volume entre le filtre à air 21 et le compresseur 22,
- v la variance du bruit sur la mesure de la pression des gaz d'admission Ppoi, ici choisie égale à 5000, - w1 la covariance du bruit du système appliqué aux pressions, ici choisie égale à 500, et - w2 la covariance du bruit du système appliqué aux débits, ici choisie égale à le-5.
Grâce à l'observateur d'état, on obtient alors une estimation de la fraction massique Fcal d'air frais dans le répartiteur d'air 25.
On obtient également une estimation du débit Qegrl de gaz brûlés circulant dans la ligne EGR-LP 50. Ces données vont alors permettre au calculateur 100 de déterminer, au cours d'une cinquième étape, la proportion de gaz EGR-HP et de gaz EGR-LP 5 dans les gaz d'admission. Les fractions massiques Fegrl , Fegrh de EGR-LP et de gaz EGR-HP sont déduites de l'équation suivante : Fegrn / Fegrl = Qegrh I Qegrl Il est ainsi possible d'estimer avec précision la répartition entre les gaz 10 EGR-HP chauds et les gaz EGR-LP froids, ce qui permet d'affiner les réglages du moteur afin de réduire au mieux ses émissions polluantes. La dernière étape consiste à piloter les différents organes du moteur en fonction de la composition évaluée des gaz d'admission. Il est ainsi notamment prévu de piloter : 15 - les moments et durées d'ouverture des injecteurs de carburant 64, - le pas a des aubes de la turbine 32, - l'angle d'ouverture b de la vanne d'admission 24, - l'angle d'ouverture 3 de la vanne EGR-HP 41, et - l'angle d'ouverture y de la vanne EGR-LP 51, 20 en fonction de la composition des gaz d'admission, de telle manière que cette composition reste optimale en ce sens qu'elle permette de réduire au mieux les émissions polluantes du moteur sans pour autant réduire sensiblement ses performances. La présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation 25 décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. En particulier, dans un second mode de réalisation de l'invention, on pourra prévoir qu'à l'étape d), le second modèle choisi soit, non pas du type Kalman étendu, mais plutôt du type modes glissants. 30 Ce second modèle se modélise sous la forme suivante : f(X,u)+A-sign(DY) (Î) Y=hX -DY=Y- - f une fonction non-linéaire décrivant la représentation d'état du système, et
- h une fonction non-linéaire décrivant les sorties mesurées.
La surface de glissement est alors donnée par l'équation :
s(X)=0Y L'analyse de stabilité et de convergence de cet observateur est alors basée sur l'utilisation des fonctions de Lyapunov. 10 Dans ce second modèle, le vecteur d'état estimé X est identique au
vecteur d'état précité, et il s'exprime sous la forme suivante : -
Pcol
X = Qegr! F avc Fcor Le vecteur d'entrée mesuré U est ici également identique au vecteur d'entrée précité, et il s'exprime sous la forme suivante : Tcol Tatmo Patina U=
F/~avt (/ ~.+atr Qegrh Enfin, les vecteurs de sortie Y et Y comprennent ici une variable de sortie, et ils s'expriment sous la forme suivante :
Y = [Pm], et = [P:ol 20 Les termes du modèle de modes glissants peuvent ainsi être calculés à chaque pas de temps, à l'aide des équations suivantes : 14 , avec : 15 dPcar __ rT' Tcar dt Vcol + Y ape + Vape+ Qegrh - Qtotal - Qegrl - kl ' Slgn[Pcol - 'col dQegrl _ dt k2 Slgn[Qegrl - Qegri ] (Ôegri . (Favt - 1) + Qegr[ + Qair ). (1- Favc )) Patmo Vavc _ r Tatmo dFavc dt dfco1 r ' Tcol «fi' dt P val + vape + c avc - Fcol )' (Qegrl + Qair )+ (Faut co[ ` Qegr1 = Qegrl - k1 sign[Pco1 - Pcol j avec - r la constante des gaz parfaits, - k1 le premier paramètre de l'observateur, ici choisi égal à 0,007, et - k2 le second paramètre de l'observateur, ici choisi égal à 0,03.
10 Grâce à cet observateur d'état, on obtient alors une estimation de la fraction massique Fco/ d'air frais dans le répartiteur d'air 25 et une estimation du débit Qegr1 de gaz brûlés circulant dans la ligne EGR-LP 50. II est ainsi possible d'en déduire les fractions massiques de l'air frais, des gaz,EGR-LP et des gaz EGR-HP dans les gaz d'admission.
15 En pratique, les résultats obtenus avec ce modèle type modes glissants sont identiques à ceux obtenus avec le modèle type Kalman étendu. Dans un troisième mode de réalisation de l'invention, on pourra prévoir que le moteur à combustion interne soit équipé d'autres organes, tels que : - une première vanne située dans un conduit de court-circuitage de la 20 turbine, pour éviter que les gaz brûlés n'entraînent le turbo-compresseur en rotation, et - une seconde vanne située dans la ligne d'échappement pour créer une contre-pression à l'échappement. Dans ce troisième mode, on pourra également prévoir de piloter ces 25 première et seconde vannes en fonction de la composition des gaz d'admission. -Fco1)'Qegrh)5
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Procédé d'acquisition de la composition des gaz d'admission dans un répartiteur d'air (25) d'un moteur à combustion interne (1) équipé d'une ligne d'admission (20) d'air frais, d'une ligne de recirculation haute pression (40) des gaz brûlés et d'une ligne de recirculation basse pression (50) des gaz brûlés, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de mesure de la valeur d'au moins une variable d'entrée (Todi, Tatmo, Patmo, Favt, Qair, Qegrh) caractéristique du fonctionnement du moteur à combustion interne (1), et - une étape de calcul estimatif de la valeur d'au moins un paramètre (Fco!) relatif à la composition des gaz d'admission, à l'aide d'un observateur d'état basé sur la valeur mesurée de chaque variable d'entrée (Todi, Tatmo, Patmo, Favt, Qair, Qegrh).
- 2. Procédé d'acquisition selon la revendication précédente, dans lequel il est prévu : - une étape d'une mesure d'au moins une variable de sortie (Pool) caractéristique du fonctionnement du moteur à combustion interne (1), - une étape de calcul estimatif de ladite variable de sortie (Pcor ), une étape de correction dudit observateur d'état en fonction de la différence entre les valeurs mesurée et estimée de ladite variable de sortie (Pool, Pcor ).
- 3. Procédé d'acquisition selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit observateur d'état utilise un vecteur d'état (X) comportant au moins une variable d'état, choisie parmi : - le débit de gaz brûlés (Qegr,) circulant dans la ligne de recirculation basse pression (50), - la fraction massique d'air frais (Fane) circulant dans la ligne d'admission (20), entre ses jonctions avec la ligne de recirculation basse pression (50) et la ligne de recirculation haute pression (40), et- la fraction massique d'air frais (Fcor) circulant dans le répartiteur d'air
- 4. Procédé d'acquisition selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit observateur d'état utilise un vecteur de sortie (Y, Y) comportant au moins une variable de sortie, dont la pression des gaz d'admission (Poo,, P.1) dans le répartiteur d'air (25).
- 5. Procédé d'acquisition selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, le moteur à combustion interne (1) comportant une ligne d'échappement (30) équipée d'un collecteur d'échappement (31), ledit observateur d'état utilise un vecteur d'entrée (U) comportant au moins une variable d'entrée, choisie parmi : - la température des gaz d'admission (Todi) dans le répartiteur d'air (25), - la température atmosphérique (Tatmo), - la pression atmosphérique (Patmo), - la fraction massique d'air frais (Favt) circulant dans le collecteur d'échappement (31), - le débit d'air frais (Qair) circulant dans la ligne d'admission (20), et - le débit de gaz brûlés (Qegrh) circulant dans la ligne de recirculation haute pression (40).
- 6. Procédé d'acquisition selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit observateur d'état est basé sur un modèle de Kalman étendu.
- 7. Procédé d'acquisition selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit observateur d'état est basé sur un modèle de modes glissants.
- 8. Procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne (1) équipé d'une ligne d'admission (20) d'air frais comprenant une première vanne (24) et un compresseur (22), d'une ligne d'échappement (30) des gaz brûlés comprenant une turbine (32), d'une ligne de recirculation haute pression (40) des gaz brûlés comprenant une seconde vanne (41), et d'une ligne de recirculation basse pression (50) des gaz brûlés comprenant une troisième vanne (51), comportant : - une opération d'acquisition de la composition des gaz d'admission selon un procédé conforme à l'une des revendications précédentes afin d'estimer la valeur du paramètre (Fc0r) recherché, et- une opération de pilotage de l'un au moins des organes que sont le compresseur (22), la turbine (32), la première vanne (24), la seconde vanne (41) et la troisième vanne (51), en fonction du paramètre (F,0i) estimé,
- 9. Moteur à combustion interne (1) comportant : - des cylindres (11), - une ligne d'admission (20) d'air frais dans les cylindres (11), équipée d'un compresseur (22) et d'une première vanne (24), - une ligne d'échappement (30) de gaz brûlés hors des cylindres (11), équipée d'une turbine (32), - une ligne de recirculation haute pression (40) des gaz brûlés qui est branchée sur la ligne d'échappement (30), en amont de la turbine (32), et qui débouche dans la ligne d'admission (20), en aval du compresseur (22), cette ligne de recirculation haute pression (40) étant équipée d'une seconde vanne (41), - une ligne de recirculation basse pression (50) des gaz brûlés qui est branchée sur la ligne d'échappement (30), en aval de la turbine (32), et qui débouche dans la ligne d'admission (20), en amont du compresseur (22), cette ligne de recirculation basse pression (50) étant équipée d'une troisième vanne (51), caractérisé en ce qu'il comporte une unité de pilotage (100) adaptée à 20 mettre en oeuvre un procédé de pilotage selon la revendication précédente.
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