FR3052498A1

FR3052498A1 - Procede de limitation du taux de gaz recircules pour un systeme de recirculation des gaz a rateau

Info

Publication number: FR3052498A1
Application number: FR1655441A
Authority: FR
Inventors: Christophe Pacilly; Alicia Gabaud
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2017-12-15

Abstract

L'invention concerne un procédé de limitation du taux de gaz d'échappement recirculés à une admission d'air d'un moteur (1) thermique d'un véhicule automobile, un système de recirculation des gaz d'échappement débouchant en aval d'un collecteur d'admission (4) d'air sous forme d'un râteau (11) présentant un piquage de sortie (11a) respectif pour chaque cylindre (3) du moteur (1), des débits de gaz recirculés et d'air étant régulés selon un mode nominal. Pour une détection d'un excès réel de gaz par rapport à l'air admis en amont du moteur (1), lors d'une phase de régulation avec chute du débit des gaz ou d'une décélération impliquant une diminution des débits de gaz et d'air, l'excès étant dû à une diminution réelle du débit des gaz moins forte que ne le prévoit le mode nominal, la diminution du débit d'air est ralentie par rapport à la diminution régulée selon le mode nominal.

Description

PROCEDE DE LIMITATION DU TAUX DE GAZ RECIRCULES POUR UN SYSTEME DE

RECIRCULATION DES GAZ A RATEAU

[0001] La présente invention porte sur un procédé de limitation du taux de gaz d’échappement recirculés à une admission d’air d’un moteur thermique pour un système de recirculation des gaz d’échappement comportant un râteau à l’admission d’air du moteur thermique.

[0002] Cela peut se passer lors d’une phase transitoire avec décélération du véhicule et peut être corrigé à partir d’une modification de la consigne de position d’une vanne d’admission d’air au moteur.

[0003] Pour réduire l’émission de substances polluantes d’un véhicule automobile à moteur thermique, il est connu d’équiper les véhicules automobiles d’une circulation de gaz d’échappement afin de récupérer les gaz d’échappement du moteur et de les réinjecter en entrée du moteur à l’admission d’air. Cette circulation des gaz d’échappement porte communément le nom de système RGE, l’abréviation RGE signifiant Recirculation des Gaz d’Echappement, ce système étant aussi connu sous l’abréviation anglo-saxonne d’EGR.

[0004] Dans ce qui va suivre, il sera utilisé indifféremment système de recirculation des gaz d’échappement ou système RGE pour la désignation d’un tel système. L’abréviation RGE pourra aussi être utilisée en association avec un élément du système pour le désigner comme par exemple vanne RGE ou échangeur de chaleur RGE, débit RGE, taux de gaz RGE pour taux de gaz recirculés ou gaz RGE.

[0005] Les substances polluantes émises par un véhicule automobile sont principalement des oxydes et notamment des oxydes d’azote, aussi dénommés sous l’abréviation NOx, formés par la réaction à haute température de l’oxygène avec l’azote. Les gaz d’échappement, déjà utilisés par le moteur, sont relativement pauvres en oxygène et le fait de les faire recirculer dans l’admission du moteur thermique à la place de l’air frais alimentant le moteur diminue la quantité d’oxygène disponible et donc la formation de NOx.

[0006] Le système RGE peut être soit muni d’une boucle ou soit il peut exister deux boucles de circulation de gaz d’échappement dans un système RGE pour un moteur turbocompressé, la première boucle étant la boucle basse pression ou boucle BP et la seconde la boucle haute pression ou boucle HP. La présente invention s’applique indifféremment à ces deux systèmes RGE, soit des systèmes RGE HP ou BP ou à une combinaison de ces deux systèmes, soit un système RGE HP et BP. Les abréviations HP et BP pourront par la suite être utilisées à la place respectivement de haute pression et basse pression.

[0007] La figure 1 illustre un système RGE HP à râteau dans un ensemble moteur et sera ultérieurement plus précisément décrite. Comme montré à cette figure, il est connu qu’un système RGE HP à râteau débouche, en aval d’un collecteur 4 d’admission d’air, en formant un râteau 11 présentant un piquage de sortie 11a respectif pour chaque cylindre 3 du moteur 1.

[0008] Pour un tel ensemble moteur, il est prévu un calculateur moteur gérant le fonctionnement de l’ensemble moteur avec pilotage d’un débit des gaz recirculés et d’un débit d’air admis au moteur, de même que la position de divers actionneurs aussi bien pour l’admission d’air que pour l’injection de carburant dans le moteur.

[0009] En effet, le pilotage du couple d’un moteur thermique passe par la gestion du débit d’air comme du débit de carburant. Cette gestion du débit d’air est assurée par différents actionneurs de vannes présentes dans l’admission d’air ou dans une boucle RGE auquel cas les vannes sont dites vannes RGE. On pourra citer comme autres actionneurs des actionneurs d’arbres à cames d’admission et d’échappement, des actionneurs de levée de soupapes d’admission et d’échappement, un actionneur de soupape de décharge pour un turbocompresseur, etc.

[0010] En particulier, un mécanisme de distribution à calage variable permet d’obtenir une commande de la synchronisation des soupapes qui dépend de certaines conditions de fonctionnement du moteur, ces conditions pouvant être très différentes lors de la circulation du véhicule avec un moteur thermique. Ainsi, il est possible d’améliorer la consommation en carburant du véhicule de même que les émissions d’échappement du véhicule.

[0011] La variation de la distribution s’effectue par l’action de déphaseurs aussi bien à l’admission qu’à l’échappement du moteur. De façon connue en soi, le pilotage des déphaseurs est déterminé via l’application de consignes de positions définies en fonction des différents modes de combustion puis adaptées en fonction de plusieurs paramètres.

[0012] Ces actionneurs sont pilotés afin de respecter au plus vite la consigne de débit d’air et d’assurer le respect du couple de consigne. Il existe aussi une consigne de gaz recirculés ou consigne RGE concernant le taux de gaz RGE recirculés à l’admission du moteur.

[0013] Lors d’une chute de la consigne RGE, la ou les vannes RGE pouvant être commandées en position fermée ou lors des phases de levers de pied du conducteur de la pédale d’accélérateur, ce qui représente une phase transitoire de charge en air, l’évacuation des gaz RGE contenus dans la ligne d’admission en aval d’une vanne RGE considérée n’est pas immédiate à la fermeture de cette dernière.

[0014] La non-coordination avec la gestion des autres actionneurs de la boucle d’air comme ceux des arbres à cames et de la vanne d’admission d’air peut entraîner une forte augmentation du taux de gaz RGE en amont des soupapes d’admission, en particulier dans le cas d’une gestion de la vanne d’admission d’air visant à obtenir le débit d’air de consigne au plus vite.

[0015] Ceci est particulièrement pertinent pour un système RGE débouchant dans l’admission d’air du moteur thermique par un râteau avec un piquage de sortie dans chaque conduit alimentant un cylindre respectif.

[0016] Le document WO-A-98/35149 décrit un procédé de commande d’un moteur à combustion interne équipé d’un système de recirculation des gaz d’échappement muni d’une vanne RGE. Le moteur est également équipé d’un dispositif de régulation d’un mélange air/carburant injecté dans un circuit d’admission en fonction du signal d’une sonde à oxygène placée dans le circuit d’échappement. Les commandes de la vanne RGE sont synchronisées avec au moins une transition d’une correction de la richesse du mélange pour atténuer les pics de pollution transitoires générés par la commande de la vanne RGE. La fermeture de la vanne RGE intervient pendant une phase d’appauvrissement du mélange air/carburant.

[0017] Le problème à la base de la présente invention est, pour un moteur thermique présentant un système de recirculation de gaz d’échappement débouchant par un râteau alimentant individuellement chaque cylindre d’un moteur thermique, de compenser un excès de gaz de recirculation alimentant le moteur se formant lors d’une phase transitoire de fonctionnement du moteur suivant une décélération du véhicule.

[0018] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un procédé de limitation du taux de gaz d’échappement recirculés à une admission d’air d’un moteur thermique d’un véhicule automobile, un système de recirculation des gaz d’échappement débouchant en aval d’un collecteur d’admission d’air sous forme d’un râteau présentant un piquage de sortie respectif pour chaque cylindre du moteur, un débit des gaz recirculés et un débit d’air admis au moteur étant régulés selon un mode nominal assurant une combustion optimale dans le moteur, le débit de gaz d’échappement recirculés par rapport à l’air admis étant détecté en amont du moteur, caractérisé en ce que, pour une détection d’un excès réel de gaz recirculés par rapport à l’air admis lors d’une phase de régulation impliquant une chute du débit des gaz recirculés ou lors d’une décélération du véhicule impliquant une diminution des débits de gaz recirculés et d’air, la diminution du débit d’air est ralentie par rapport à la diminution régulée selon le mode nominal.

[0019] L’effet technique obtenu est une dilution au moteur des gaz recirculés dans une masse d’air d’admission plus forte que ne le prévoyait le mode nominal et donc une limitation du taux de gaz recirculés pour chaque cylindre du moteur, la non dilution pouvant entraîner des instabilités de combustion.

[0020] Afin de s’assurer de ne pas imposer au moteur un taux RGE excessif vis-à-vis de la masse d’air admise, on limite la diminution de l’air admis afin de diluer le taux RGE avec un débit d’air suffisant lors des transitoires de charge décroissants. Le ralentissement de la diminution du débit d’air, c’est-à-dire la limitation du gradient de chute du débit d’air, permet non seulement la dilution du débit de gaz RGE avec un débit d’air plus important, bénéfique à la stabilité de combustion mais permet également d’absorber plus rapidement la masse de gaz RGE stockée dans le système RGE en aval d’une vanne RGE intégrée dans ce système.

[0021] La contrepartie de cette modification du comportement de la diminution du débit d’air est une dégradation significative de la dynamique de la charge en air du moteur qui va entraîner un excès d’air lors des transitoires descendants. Cependant, lors de transitoires descendants sans excès de gaz RGE, il est tout à fait possible de suspendre le procédé et de revenir au mode nominal, le procédé de limitation selon l’invention n’étant que d’utilisation temporaire.

[0022] L’utilisation de ce procédé selon l’invention permet de ne pas brider le taux RGE en régime stabilisé à cause d’un risque d’instabilité de combustion en transitoire de charge. Ceci permet de faire fonctionner le moteur avec le taux RGE le plus élevé possible, permettant d’aller chercher le gain en consommation maximum pouvant être obtenu avec la technologie RGE.

[0023] Egalement, ceci permet lors de la conception du moteur de ne considérer que le taux RGE optimum en stabilisé et de ne pas considérer de transitoire particulier, ce qui fait gagner beaucoup de temps en terme d’essais de conception et de validation des réglages en mise au point.

[0024] Avantageusement, le débit d’air est piloté suivant une consigne d’admission d’air, une masse d’air par coup ou un remplissage par coup.

[0025] Avantageusement, quand le débit d’air est piloté suivant une consigne d’admission d’air, la consigne d’admission d’air est mise en œuvre par un pilotage d’une vanne d’admission d’air. Le ralentissement de la diminution d’air qui se traduit par une réduction du gradient négatif de débit d’air passe donc par une réduction de la vitesse de fermeture de la vanne d’admission d’air qui est fréquemment une vanne papillon.

[0026] Avantageusement, le système de recirculation des gaz d’échappement comprend une vanne de recirculation dont l’ouverture est pilotée suivant une consigne de débit de gaz de recirculation à l’admission du moteur et il est calculé une limite de gradient négatif de pression d’admission de consigne P°2consigne min selon l’équation suivante:

avec Qegr le débit de gaz recirculés admissible par le moteur, TEGr la température moyenne dans le système de recirculation en aval de la vanne de recirculation des gaz d’échappement, Vcircuit aval le volume du système de recirculation en aval de la vanne de recirculation, XEgr la concentration en gaz brûlés dans le volume en aval de la vanne de recirculation, r la constante des gaz brûlés R/ Mmol gaz brûlés, dans lequel le débit du système de recirculation admissible QEGr est défini par une cartographie qui donne le débit de gaz recirculés maximum pour assurer la stabilité de combustion en fonction de la charge en air frais du moteur ainsi que du régime moteur soit :

[0027] Avantageusement, il est déterminé, à partir de la limite de gradient négatif de pression d’admission de consigne P°2consigne min et par boucle à des instants successifs z-1 et z, une nouvelle consigne de pression d’admission limitée P2consigne limitée (z) à l’instant z permettant de déterminer une nouvelle consigne de position du papillon, la nouvelle consigne de pression d’admission limitée P2consigne limitée (z) étant donnée par :

pour laquelle l’équation de la consigne de pression d’admission P2 consigne est donnée par :

avec QairConsigne étant la consigne de débit d’air, QEGRConsigne la consigne de débit de gaz recirculés, Pente de remplissage la pente de remplissage représentative de la vitesse d’admission d’air, Offset de remplissage le décalage de remplissage entre un remplissage réel et un remplissage estimé selon le mode nominal, la pente de remplissage Pente de remplissage et le décalage de remplissage Offset de remplissage étant calculés en fonction d’une pression d’admission Padm, d’une masse d’air frais Ma et d’une masse de gaz brûlés recirculés présents dans la chambre MEgr selon l’équation suivante :

[0028] L’invention concerne un ensemble moteur comprenant un moteur thermique étant associé avec un turbocompresseur, une ligne d’admission d’air en entrée du moteur débouchant sur un collecteur d’admission du moteur, une ligne d’échappement en sortie du moteur et au moins un système de recirculation des gaz d’échappement vers la ligne d’admission d’air, le système débouchant en aval d’un collecteur d’admission d’air sous forme d’un râteau présentant un piquage de sortie respectif pour chaque cylindre du moteur, un calculateur moteur gérant le fonctionnement de l’ensemble moteur avec pilotage d’un débit des gaz recirculés et d’un débit d’air admis au moteur, caractérisé en ce que, sur une phase transitoire de charge en air du moteur thermique, le débit d’air à l’admission du moteur est piloté conformément à un tel procédé de limitation du taux de gaz d’échappement recirculés à une admission d’air d’un moteur thermique d’un véhicule automobile.

[0029] Il n’y a pas de détection en tant que telle, la cohérence entre débit de gaz recirculés et le débit d’air est assurée en permanence. Pour un ensemble moteur équipé d’une vanne RGE HP ou de vannes RGE HP et BP, il est élaboré une consigne de fermeture d’une vanne d’admission d’air différente de celle requise par le contrôle du débit d’air afin de diluer le débit de gaz RGE provenant du volume en aval à une vanne RGE alors fermée et donc de limiter le taux de gaz RGE introduit dans chaque cylindre du moteur.

[0030] Il est connu qu’un système RGE à râteau présente un volume de dilution faible rendant le taux de gaz RGE vu par le moteur très sensible aux bouffées de gaz RGE, ce que traite la présente invention en diminuant un désavantage notoire de ce type de technologie et en permettant une plus large application de cette technologie.

[0031] La présente invention peut être appliquée pour tout type de lever de pied avec ou sans changement de rapport, pour toutes les applications comme boîte de vitesses manuelles, manuelles pilotées ou robotisées et boîte de vitesses automatique avec ou sans système DCT à double embrayage. La présente invention est aussi applicable pour tout ensemble moteur équipé de tout type d’actionneurs RGE, par exemple pneumatiques, électriques, etc..., et tout type d’actionneurs de débit d’air, par exemple vanne papillon, vanne à boisseau, etc.

[0032] Avantageusement, l’admission d’air du moteur comprend une vanne papillon ou une vanne à boisseau pour la régulation du débit d’air.

[0033] Avantageusement, le système de recirculation est un système de recirculation haute pression avec un piquage d’une boucle du système sur la ligne d’échappement en amont d’une turbine du turbocompresseur, un système de recirculation basse pression avec piquage d’une boucle du système en aval de la turbine ou un système de recirculation haute et basse pression avec des piquages de deux boucles du système sur la ligne d’échappement respectivement en amont et en aval de la turbine.

[0034] D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d’un ensemble moteur muni de déphaseurs d’admission et d’échappement et d’un système RGE HP débouchant par un râteau individuellement sur chaque cylindre du moteur, la limitation du taux de gaz d’échappement recirculés à une admission d’air d’un moteur thermique lors d’une phase transitoire de charge en air d'un moteur thermique pouvant être effectuée conformément à un procédé selon la présente invention, - la figure 2 montre des courbes illustrant l’évolution du taux de gaz RGE et de pression moyenne indiquée réels avec leur consigne respective dans la ligne d’admission d’air lors d'un lever de pied pour un système RGE HP selon l’état de la technique sans mise en œuvre du procédé de limitation selon la présente invention, - la figure 3 montre des courbes de charge en air courante, de taux RGE, de position d’une vanne papillon et de consigne d’admission lors d’une phase transitoire avec décélération du véhicule respectivement selon l’état de la technique et avec mise en œuvre du procédé de limitation selon la présente invention.

[0035] Il est à garder à l’esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l’invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques, notamment en ce qui concerne la figure 1.

[0036] Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références désignées.

[0037] A la figure 1, le moteur 1 présente trois cylindres 3, à son entrée, un collecteur d’admission d’air 4 relié à une ligne d’admission d’air 6, 18. La figure 1 montre une boucle HP 13 se terminant par un râteau 11 débouchant par un piquage 11a dans un conduit d’air respectif spécifique à chaque cylindre 3 du moteur 1. A la figure 1, chaque cylindre 3 présente deux soupapes d’admission et deux soupapes d’échappement.

[0038] La portion la plus en amont 18 de la ligne 6, 18 contient de l’air frais et est prolongée vers le moteur par une portion la plus en aval 6 qui peut contenir de l’air mélangé à des gaz recirculés dans le cas de la présence d’une boucle BP, ce qui n’est pas le cas à la figure 1. Le moteur comprend, à sortie, un collecteur d’échappement 2 relié à une ligne d’échappement 5 comprenant un ou des éléments de dépollution 9 des gaz d’échappement évacués par la ligne 5.

[0039] L’ensemble moteur formé par le moteur et ses accessoires comprend une boucle RGE HP 13 débouchant directement en aval du collecteur d’admission 4 par le râteau 11, après passage dans un échangeur de chaleur 15.

[0040] L’ensemble moteur peut présenter un turbocompresseur. Dans ce cas, la ligne d’échappement 5 peut comporter une turbine 7 tandis que la ligne d’admission d’air 6, 18 comprend un compresseur 8 positionné dans la portion la plus en aval 6 de la ligne 6,18.

[0041] La boucle d’un système RGE HP 13 comporte un piquage d’entrée sur la ligne d’échappement 5, en entrée de la ligne d’échappement 5, c’est-à-dire juste en sortie ou dans le collecteur d’échappement 2 du moteur thermique et donc avant la turbine 7. Quand présente, la boucle d’un système RGE BP présente son piquage plus en aval sur la ligne d’échappement que pour un système RGE HP, avantageusement en aval du ou des éléments de dépollution 9. La boucle du système RGE HP 13 et, le cas échéant du système RGE BP, comprennent une vanne de recirculation ou vanne RGE 14 qui régule le débit ou le taux de gaz d’échappement recirculés ou taux de RGE dans la boucle 13 respective.

[0042] Ainsi, en fonction du positionnement de la vanne ou des vannes RGE 14 par rapport à la ligne d’admission d’air 6, 18, l’air admis dans le cylindre 2 est composé pour un moteur avec une boucle RGE BP présente, dans la portion la plus en aval 6 de la ligne 6, 18, d’un mélange d’air frais et de gaz RGE, à hauteur du taux de gaz RGE dans le moteur. Pour un moteur avec une vanne RGE HP 14, uniquement des gaz RGE circulent dans la portion de la boucle RGE HP 13 s’étendant de la vanne RGE HP 14 vers le râteau 11 en aval du collecteur d’admission d’air 4 du moteur, ces gaz RGE étant mélangés après le collecteur d’admission 4 avec de l’air frais pour un système RGE HP ou avec un mélange d’air frais et de gaz RGE BP pour un système RGE HP et BP.

[0043] La portion la plus en amont 18 de la ligne d’admission 6, 18 parcourue seulement par de l’air frais peut comporter un filtre à air 17, tandis que la portion la plus en aval peut comporter un refroidisseur d’air 16 de l’air pur, dans le cas d’un système RGE HP, ou de l’air mélangé avec des gaz RGE dans le cas d’un système RGE BP ou RGE HP et BP, ces gaz ayant été chauffés par passage dans le compresseur 8.

[0044] Dans le cas spécifique d’un système RGE HP, le taux de gaz RGE à l’entrée du moteur peut être très variable, ce qui conduit dans le pire des cas, à ce que le moteur reçoive directement une bouffée de gaz RGE purs, notamment dans le cas d’une phase transitoire en décélération.

[0045] La vanne RGE HP 14, seule dans le cas d’un système RGE HP ou les vannes RGE HP 14 ou BP, dans le cas d’un système RGE HP et BP, sont pilotées par un calculateur d’un contrôle commande moteur en charge du bon fonctionnement du moteur thermique en fonction d’une consigne de débit ou de taux de RGE dans le moteur des gaz RGE, consigne qui sera ci-après dénommée consigne RGE.

[0046] Pour tous les systèmes de recirculation des gaz d’échappement qu’ils soient haute pression HP, basse pression BP ou combinant deux boucles respectivement haute et basse pression HP et BP, il est connu que chaque vanne RGE peut être à l’origine de problèmes sur certaines phases de vie du moteur telles que les écarts de boucle par rapport à la consigne de débit RGE ou de taux de gaz RGE dans le moteur, par exemple un excès de gaz RGE par rapport à la consigne RGE, ou lors des levers de pied du conducteur du véhicule sur la pédale d’accélérateur avec ou sans changement de rapport de boîte de vitesses.

[0047] En effet, lors d’une chute de la consigne RGE, la ou les vannes RGE présentes dans les système RGE pouvant être commandées en position fermée ou lors des phases de levers de pied, c’est-à-dire correspondant à un transitoire de charge en air, l’évacuation des gaz RGE contenus dans la ligne d’admission en aval de la vanne RGE considérée n’est pas immédiate à la fermeture de cette dernière.

[0048] Ceci est montré à la figure 2 qui illustre un exemple d'évolution du taux de gaz RGE dans la ligne d’admission d’air lors d'un lâcher de pied pour une application avec vanne RGE d’un système RGE haute pression. De plus, la durée relative à l’évacuation des gaz RGE par le moteur et leur concentration sont dépendantes de l’architecture du moteur retenue. Par exemple, plus la ou les boucles du système RGE entre la ou les vannes RGE et le moteur sont longues, plus les gaz mettront de temps à être vidangés par le moteur.

[0049] La courbe avec des carrés montre la consigne de pression moyenne indiquée aussi connue sous l’abréviation PMI et référencée PMIc à cette figure tandis que la courbe avec des losanges illustre la PMI réelle ou PMIr. La courbe avec des triangles illustre la consigne RGE ou RGEc tandis que la courbe avec des cercles illustre le taux de RGE réel dans le moteur ou RGEr qui ne suit pas la consigne RGE RGEc lors d’un transitoire, étant donné qu’il faut du temps pour vidanger les gaz RGE.

[0050] En se référant à toutes les figures dont principalement la figure 1, la présente invention concerne un procédé de limitation du taux de gaz d’échappement recirculés à une admission d’air d’un moteur 1 thermique d’un véhicule automobile. Le moteur 1 est associé à un système de recirculation des gaz d’échappement ou système RGE débouchant en aval d’un collecteur d’admission 4 d’air sous forme d’un râteau 11 présentant un piquage de sortie 11 a respectif pour chaque cylindre 3 du moteur 1.

[0051] Un avantage principal d’un système RGE muni d’un râteau 11 aussi dénommé fourchette est une conception simplifiée car l’arrosage en gaz est identique pour tous les cylindres et est assuré par une iso-longueur du circuit RGE pour chacun des cylindres. Un autre avantage est de permettre d’assurer une répartition identique des gaz RGE entre les cylindres. Aucun cylindre ne sera limitant, permettant ainsi d’utiliser le taux de gaz RGE optimum du moteur avec le gain consommation associé optimum.

[0052] De plus, un tel système RGE à râteau 11 présente un temps de réponse du système RGE et notamment de sa vanne RGE vu par le moteur très réduit. Il s’effectue ainsi un bon suivi du taux de gaz RGE en transitoire montant et descendant.

[0053] Les inconvénients d’un tel système RGE à râteau 11 sont une réduction de la perméabilité du système RGE, pouvant limiter le taux de gaz RGE sur les débits RGE maximum, un volume de dilution faible rendant le taux de gaz RGE vu par le moteur très sensible aux bouffées de RGE, d’où l’intérêt de la présente invention. Un autre inconvénient est aussi un coût augmenté par introduction d’une pièce supplémentaire ajoutée entre la fin du système RGE et la culasse.

[0054] De manière connue, un débit des gaz recirculés et un débit d’air admis au moteur 1 sont régulés selon un mode nominal assurant une combustion optimale dans le moteur, le débit de gaz d’échappement recirculés par rapport à l’air admis étant détecté en amont du moteur 1. Ceci est fait avantageusement par un calculateur moteur.

[0055] Selon l’invention lors d’une phase de régulation impliquant une chute du débit des gaz recirculés ou lors d’une décélération du véhicule impliquant une diminution des débits de gaz recirculés et d’air, la diminution du débit d’air est ralentie par rapport à la diminution régulée selon le mode nominal.

[0056] En effet, une consigne de fermeture de débit RGE ne se traduit pas forcément par une annulation brutale du débit RGE, alors que la diminution du débit d’air est régulée comme si cette consigne provoquait instantanément la fermeture du débit RGE. Ceci est valable plus la vanne RGE 14 est à distance du moteur, les gaz d’échappement RGE se trouvant en aval de cette vanne RGE 14 et en amont des piquages 11a du râteau 11 continuant à pénétrer dans les cylindres 3 du moteur 1.

[0057] Ainsi, selon l’invention, lors d’un excès de gaz RGE par rapport à l’air admis, ce qui se produit lors d’une phase transitoire principalement en décélération et peut être dû à l’inertie de vannes présentes en admission d’air comme dans le système RGE, le débit d’air admis n’est plus aussi diminué que ne le prévoyait le mode nominal afin de diluer le débit de gaz RGE au moteur 1 et donc limiter le taux de gaz recirculés pour chaque cylindre 3 du moteur 1, le taux de gaz RGE étant pris par rapport au mélange gaz RGE avec air admis.

[0058] Le débit d’air peut être piloté de différentes manières. Il peut être piloté suivant une consigne d’admission d’air, une masse d’air par coup ou un remplissage par coup. Un pilotage par consigne d’admission d’air est cependant préféré.

[0059] Ce pilotage peut se faire selon une cartographie relative à une masse d’air admise au moteur 1 minimale afin d’assurer une combustion satisfaisante dans le moteur 1. Cette masse d’air admise est cartographiée en fonction du taux de gaz RGE et du régime du moteur.

[0060] Quand le débit d’air est piloté suivant une consigne d’admission d’air, la consigne d’admission d’air peut être mise en œuvre par un pilotage d’une vanne d’admission d’air, avantageusement une vanne papillon ou une vanne à boisseau ou d’autres moyens techniques équivalents.

[0061] L’excès de gaz RGE se produisant lors d’une chute de la consigne de recirculation ou d’une phase de décélération du véhicule, le pilotage de la vanne d’admission d’air peut s’effectuer alors avec une réduction de la vitesse de fermeture de la vanne d’admission d’air. Il y aura plus d’air alimentant le moteur, ce qui va permettre de diluer le taux de gaz recirculés dans le mélange air avec des gaz RGE.

[0062] Un mode de calcul de la consigne de position du papillon conformément au procédé selon l’invention à partir d’une nouvelle consigne de pression admission limitée va maintenant être donné. Dans les équations qui vont suivre, certains paramètres sont référencés par des termes contenant le mot EGR en étant relatifs à la recirculation de gaz d’échappement, c’est-à-dire brûlés, plus connue sous le terme RGE.

[0063] Comme le système de recirculation des gaz d’échappement comprend une vanne de recirculation 14 dont l’ouverture est pilotée suivant une consigne de débit de gaz de recirculation à l’admission du moteur 1, il peut être calculé une limite de gradient négatif de pression d’admission de consigne P°2consigne min selon l’équation suivante:

avec Qegr le débit de gaz recirculés admissible par le moteur, TEGr la température moyenne dans le système de recirculation en aval de la vanne de recirculation des gaz d’échappement, Vcircuit aval le volume du système de recirculation en aval de la vanne de recirculation, XEGR la concentration en gaz brûlés dans le volume en aval de la vanne de recirculation, r la constante des gaz brûlés R/Mmol gaz brûlé.

[0064] Le débit du système de recirculation admissible QEgr est défini par une cartographie qui donne le débit de gaz recirculés maximum pour assurer la stabilité de combustion en fonction de la charge en air frais du moteur ainsi que du régime moteur soit :

[0065] Il peut être déterminé, à partir de la limite de gradient négatif de pression d’admission de consigne P°2consigne min et par boucle à des instants successifs z-1 et z, une nouvelle consigne de pression d’admission limitée P2consigne limitée (z) à l’instant z permettant de déterminer une nouvelle consigne de position du papillon en tant que vanne d’admission d’air, la nouvelle consigne de pression d’admission limitée P2consigne limitée (z) étant donnée par :

pour laquelle équation la consigne de pression d’admission P2 consigne est donnée par :

avec QairConsigne étant la consigne de débit d’air, QEGRConsigne la consigne de débit de gaz recirculés RGE, Pente de remplissage la pente de remplissage représentative de la vitesse d’admission d’air, Offset de remplissage le décalage de remplissage entre un remplissage réel et un remplissage estimé selon le mode nominal, la pente de remplissage Pente de remplissage et le décalage de remplissage Offset de remplissage étant calculés en fonction d’une pression d’admission Padm, d’une masse d’air frais Ma et d’une masse de gaz brûlés recirculés présents dans la chambre MEgr selon l’équation suivante :

[0066] Il va maintenant être détaillé comment l’équation précédente est résolue avec la détermination de la masse d’air frais Ma et d’une masse de gaz brûlés recirculés présents dans la chambre MEGR.

[0067] Le remplissage en air frais dans le cylindre: «rempl_cyl», s’exprime de la manière suivante :

avec Ma est la masse d’air frais dans le cylindre à la fin de l’admission, Mtot est la masse totale de gaz dans le cylindre à la fin de l’admission, Mb est la masse de gaz brûlés dans le cylindre à la fin de l’admission et Taux_EGR est la fraction de gaz brûlés recirculés présents en entrée du moteur.

[0068] La masse totale de gaz Mtot est calculée par la loi des gaz parfaits en fin d’admission, c’est-à-dire à la fermeture de la soupape d’admission corrigée en température :

avec Padm la pression admission,

le volume de chambre calculé à la fermeture soupape d’admission et Aadm calculé de la manière suivante :

dans laquelle équation AADMAmo est une cartographie qui est fonction de la fermeture de la soupape admission et du régime moteur, Aadm_turbo est une cartographie qui est fonction de la fermeture soupape admission et du régime moteur, et où :

dans laquelle PATmo est la pression atmosphérique, PO une pression de référence, f^ (N) une cartographie qui est fonction du régime moteur et de la fermeture soupape d’admission, fe(N) une cartographie qui est fonction du régime moteur.

[0069] De plus, dans l’équation

T mélangé est la température de mélange. Elle est obtenue par un calcul de mélange enthalpique entre la masse de gaz brûlés et frais. Or, la masse de gaz frais composant l’équation est une des inconnues. Il n’est donc pas possible d’obtenir directement la température de mélange à partir de l’équation ci-dessous :

dans laquelle Ma est la masse d’air frais dans le cylindre à la fin de l’admission non encore déterminée, Ta la température des gaz frais, cpa la capacité calorifique massique à pression constante des gaz frais, cpb la capacité calorifique massique à pression constante des gaz brûlés, Mb la masse de gaz brûlés, Tb est la température des gaz brûlés, MEGr la masse de gaz brûlés recirculés présents dans la chambre et MEGR la température des gaz brûlés recirculés en entrée du moteur.

[0070] Finalement, la masse d’air frais dans le cylindre à la fermeture de la soupape d’admission Ma est obtenue en résolvant le système d’équations suivant :

[0071] La connaissance de Ma permet de résoudre l’équation précédemment mentionnée pour le calcul de la pente de remplissage et du décalage de remplissage :

Ma + MEGr = (Pente de remplissage. Padm) - Offset de remplissage [0072] L’invention concerne aussi un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions pour la mise en oeuvre d’un tel procédé de limitation du taux de gaz d’échappement recirculés à une admission d’air d’un moteur 1 thermique d’un véhicule automobile.

[0073] Enfin, la présente invention concerne un ensemble moteur comprenant un moteur 1 thermique étant associé avec un turbocompresseur 7, 8, une ligne d’admission d’air 6, 18 en entrée du moteur 1 débouchant sur un collecteur d’admission 4 du moteur, une ligne d’échappement 5 en sortie du moteur 1 et au moins un système de recirculation des gaz d’échappement ou système RGE.

[0074] Le système RGE est comme défini précédemment en débouchant en aval d’un collecteur 4 d’admission d’air. Le système RGE présente alors la forme d’un râteau 11 comportant un piquage de sortie 11a respectif pour chaque cylindre 3 du moteur 1, à la figure 1 trois piquages de sortie, étant donné qu’il est montré un moteur 1 à trois cylindres 3.

[0075] Un calculateur moteur gère le fonctionnement de l’ensemble moteur avec pilotage d’un débit des gaz RGE et d’un débit d’air admis au moteur. Selon l’invention, sur une phase transitoire de charge en air du moteur 1 thermique avec excès réel de gaz recirculés par rapport à l’air admis, le débit d’air à l’admission du moteur est piloté conformément à un procédé de limitation du taux de gaz d’échappement recirculés à une admission d’air d’un moteur 1 thermique d’un véhicule automobile tel que précédemment décrit. Bien qu’à la figure 1 ne soit montré qu’un système RGE HP, la présente invention s’applique aussi à un système jumelé RGE HP et BP.

[0076] La figure 3 montre les améliorations apportées par la mise en oeuvre du procédé de limitation selon la présente invention par rapport à un procédé sans limitation [0077] Il est suivi l’évolution de quatre paramètres en fonction du temps lors d’une phase transitoire de décélération. Ces quatre paramètres sont la charge en air courante CA, le taux de gaz recirculés %RGE, la position papillon P en tant que vanne d’admission d’air et la pression admission de consigne adm cons, ceci pour chacun de ces paramètres selon un pilotage conforme à l’état de la technique comp ini et selon un procédé conforme à la présente invention comp cor étant la courbe avec des carrés.

[0078] Il peut être vu que, selon le procédé de limitation du taux de gaz RGE conforme à la présente invention, la charge en air courante diminue moins fortement, le taux de gaz recirculés %RGE n’augmente presque pas et efface le pic obtenu selon l’état de la technique, ce qui était recherché. Ceci est obtenu du fait que le papillon P en tant que vanne d’admission d’air reste plus ouvert qu’un papillon piloté selon la consigne de papillon normale et que la pression admission de consigne adm cons diminue moins fortement tout en diminuant quand même.

[0079] L’invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n’ont été donnés qu’à titre d’exemples.

Claims

Revendications :

1. Procédé de limitation du taux de gaz d’échappement recirculés à une admission d’air d’un moteur (1) thermique d’un véhicule automobile, un système de recirculation des gaz d’échappement débouchant en aval d’un collecteur d’admission (4) d’air sous forme d’un râteau (11) présentant un piquage de sortie (11a) respectif pour chaque cylindre (3) du moteur (1), un débit des gaz recirculés et un débit d’air admis au moteur (1) étant régulés selon un mode nominal assurant une combustion optimale dans le moteur, le débit de gaz d’échappement recirculés par rapport à l’air admis étant détecté en amont du moteur (1), caractérisé en ce que, pour un excès de gaz recirculés par rapport à l’air admis lors d’une phase de régulation impliquant une chute du débit des gaz recirculés ou lors d’une décélération du véhicule impliquant une diminution des débits de gaz recirculés et d’air, l’excès réel de gaz recirculés étant dû à une diminution réelle du débit des gaz recirculés moins forte que ne le prévoit le mode nominal, la diminution du débit d’air est ralentie par rapport à la diminution régulée selon le mode nominal.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le débit d’air est piloté suivant une consigne d’admission d’air, une masse d’air par coup ou un remplissage par coup.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, quand le débit d’air est piloté suivant une consigne d’admission d’air, la consigne d’admission d’air est mise en œuvre par un pilotage d’une vanne d’admission d’air.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le système de recirculation des gaz d’échappement comprend une vanne (14) de recirculation dont l’ouverture est pilotée suivant une consigne de débit de gaz de recirculation à l’admission du moteur (1) et il est calculé une limite de gradient négatif de pression d’admission de consigne P°2consigne min selon l’équation suivante:

avec Qegr le débit de gaz recirculés admissible par le moteur, TEGr la température moyenne dans le système de recirculation en aval de la vanne de recirculation (14) des gaz d’échappement, Vcircuit avai le volume du système de recirculation en aval de la vanne de recirculation (14), XEGr la concentration en gaz brûlés dans le volume en aval de la vanne de recirculation (14), r la constante des gaz brûlés R/Mmol gaz brûlés, dans lequel le débit du système de recirculation admissible QEGR est défini par une cartographie qui donne le débit de gaz recirculés maximum pour assurer la stabilité de combustion en fonction de la charge en air frais du moteur ainsi que du régime moteur soit :
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel il est déterminé, à partir de la limite de gradient négatif de pression d’admission de consigne P°2consigne min et par boucle à des instants successifs z-1 et z, une nouvelle consigne de pression d’admission limitée P2consigne limitée (z) à l’instant z permettant de déterminer une nouvelle consigne de position d’une vanne d’admission d’air, la nouvelle consigne de pression d’admission limitée P2consigne limitée (z) étant donnée par :

pour laquelle équation la consigne de pression d’admission P2 consigne est donnée par :

avec QairConsigne étant la consigne de débit d’air, QEGRconsigne la consigne de débit de gaz recirculés, Pente de remplissage la pente de remplissage représentative de la vitesse d’admission d’air, Offset de remplissage le décalage de remplissage entre un remplissage réel et un remplissage estimé selon le mode nominal, la pente de remplissage Pente de remplissage et le décalage de remplissage Offset de remplissage étant calculés en fonction d’une pression d’admission Padm, d’une masse d’air frais Ma et d’une masse de gaz brûlés recirculés présents dans la chambre MEGR selon l’équation suivante :
6. Ensemble moteur comprenant un moteur (1) thermique étant associé avec un turbocompresseur (7, 8), une ligne d’admission d’air (6, 18) en entrée du moteur (1) débouchant sur un collecteur d’admission (4) du moteur, une ligne d’échappement (5) en sortie du moteur (1) et au moins un système de recirculation des gaz d’échappement, le système débouchant en aval d’un collecteur d’admission d’air (4) sous forme d’un râteau (11) présentant un piquage de sortie (11a) respectif pour chaque cylindre (3) du moteur (1), un calculateur moteur gérant le fonctionnement de l’ensemble moteur avec pilotage d’un débit des gaz recirculés et d’un débit d’air admis au moteur, caractérisé en ce que, sur une phase transitoire de charge en air du moteur (1) thermique avec excès de gaz recirculés par rapport à l’air admis, le débit d’air à l’admission du moteur est piloté conformément à un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
7. Ensemble moteur (1) selon la revendication 6, dans lequel l’admission d’air (4) du moteur comprend une vanne papillon ou une vanne à boisseau pour la régulation du débit d’air.
8. Ensemble moteur (1) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le système de recirculation est un système de recirculation haute pression avec un piquage d’une boucle (13) du système sur la ligne d’échappement (5) en amont d’une turbine (7) du turbocompresseur (7, 8), un système de recirculation basse pression avec piquage d’une boucle du système en aval de la turbine (7) ou un système de recirculation haute et basse pression avec des piquages de deux boucles du système sur la ligne d’échappement (5) respectivement en amont et en aval de la turbine (7).