WO2010092245A1 - Moteur a combustion interne du type diesel suralimente et procédé de commande du débit d'air dans un tel moteur - Google Patents

Moteur a combustion interne du type diesel suralimente et procédé de commande du débit d'air dans un tel moteur Download PDF

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WO2010092245A1
WO2010092245A1 PCT/FR2009/052555 FR2009052555W WO2010092245A1 WO 2010092245 A1 WO2010092245 A1 WO 2010092245A1 FR 2009052555 W FR2009052555 W FR 2009052555W WO 2010092245 A1 WO2010092245 A1 WO 2010092245A1
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Nicolas Leberruyer
Frederic Noth
Arnaud Guinois
Jacques Olivier Lombardin
Emmanuel Buis
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Renault Sas
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Definitions

  • the present invention relates to the control of an internal combustion engine, that is to say to the engine management technique with all of its sensors and actuators.
  • the supercharged diesel type internal combustion engines comprising a partial recirculation loop of the exhaust gases will be considered.
  • the set of control laws or software strategy and characterization parameters such as the different calibrations of the engine are contained in a computer or electronic control unit (ECU).
  • the recycled exhaust gases being inert with respect to combustion have the effect of reducing the maximum combustion temperature and thereby reducing the excess oxygen compared with the same engine without exhaust gas recirculation.
  • the formation of nitrogen oxides is favored during a combustion whose temperature and oxygen content are high while the formation of soot particles is favored by a low oxygen level.
  • the partial recirculation of the exhaust gas therefore has the direct consequence of reduce the amount of nitrogen oxides and increase the number of soot particles from combustion.
  • a particulate filter is installed in the exhaust line between the turbine of the turbocharger and the silencer, which can for example be composed of a set of microchannels in which the major part soot particles are trapped.
  • the recycled exhaust gases are not filtered and can become fouled.
  • Such a regulation of the air flow is generally done by acting on two organs, namely on the one hand, the control valve of the recycled exhaust gas or EGR valve located in the low pressure recirculation loop, and, on the other hand, an exhaust flap, mounted in the exhaust line downstream of the tapping of the recirculation loop, and upstream of the silencer installed in the exhaust line.
  • Patent application US 2004/0006978 discloses the use of a low-pressure exhaust gas recirculation loop in which the stitching of the exhaust gases to be recycled is made between the particulate filter and the silencer. , the return of the exhaust gases being made between the air filter and the compressor.
  • a controlled recirculation valve or EGR valve, as well as a chiller device, are mounted in the low pressure recirculation loop. It also includes a venturi device that creates a vacuum that sucks the recycled exhaust gas.
  • US Patent 5,806,308 and US Patent Application 2005/0045407 propose to remove the venturi and replace it with an exhaust flap placed in the exhaust line. It is then possible to create a pressure difference across the EGR valve, independent of the operating point of the motor.
  • the patent application WO 2007/066033 proposes a method for controlling a supercharged engine with a low pressure recirculation loop with regulation of the intake air flow, by acting on the EGR valve disposed in the recirculation loop. and one exhaust flap mounted in the exhaust line.
  • the difference between the setpoint and the measured value for the intake air flow is sent to an air regulator which translates this deviation into a position reference.
  • This setpoint is sent to a setpoint separator which provides two separate setpoints, one for the position of the EGR valve and the other for the position of the exhaust flap.
  • the device proposed in this prior document is satisfactory, however, it is found that its calibration is complex and that the control law lacks robustness, the regulator must not only compensate for disturbances but also take into account the non-linearity of the system. regulating consisting of the entire EGR valve and the exhaust flap.
  • the object of the present invention is to improve this regulation and to make the regulator more robust, better suited to systems to be controlled and simpler to calibrate.
  • a supercharged diesel type internal combustion engine comprises: a particulate filter and a controlled exhaust flap, mounted in the exhaust duct; and a partial recirculation loop of low pressure exhaust gas including a controlled recirculation valve, said loop connecting the exhaust pipe, downstream of the particulate filter with the air supply pipe, upstream of the compressor of overeating.
  • An electronic control unit is capable of receiving engine operating parameter values and controlling different engine components.
  • the electronic control unit is capable of determining the pressure losses experienced by the flow of exhaust gases and by the air admitted to the engine.
  • the electronic control unit notably comprises means for calculating position setpoint values of the recirculation valve or the exhaust flap from setpoint values of the airflow admitted into the engine, as a function of said losses of charge.
  • the flowrate reference value of the exhaust gases recirculated by the low pressure recirculation loop is separated into two parts. position setpoints, one for the recirculation valve and the other for the exhaust flap.
  • the electronic control unit comprises means for comparing an estimated value of the pressure drop experienced by the flow of the exhaust gases in the recirculation loop when the recirculation valve or the shutter exhaust are in the fully open position, with the sum of the pressure drops experienced by the air flow in the air supply line and the flow of gases in the exhaust pipe, these pressure drops being estimated from the set values of the air flow.
  • the electronic control unit preferably comprises means for deriving from the comparison carried out a position reference value of the recirculation valve or the exhaust flap which is not in the open position.
  • the electronic control unit comprises means for modeling the pressure drop in the form of memorized maps of the pressure drop coefficients as a function of the position of the recirculation valve and the exhaust flap.
  • the regulation of the intake air flow is thus done using a modeling of the pressure losses experienced by the exhaust gases in the low pressure recirculation loop and in the exhaust line as well as the pressure drops experienced by the air admitted into the engine. This results in a linearization of the system controlled by the air regulator, which improves the performance of the control.
  • the engine may further include a high pressure partial exhaust gas recirculation loop including a high pressure recirculation valve. controlled.
  • the electronic control unit then comprises means for calculating position reference values of the high pressure recirculation valve.
  • a method of controlling air flow in a supercharged diesel type internal combustion engine comprising: a particulate filter and a controlled exhaust flap mounted in the exhaust duct; and a partial recirculation loop of low pressure exhaust gas including a controlled recirculation valve, said loop connecting the exhaust pipe, downstream of the particulate filter with the air supply pipe, upstream of the compressor of overeating.
  • the pressure losses experienced by the flow of exhaust gases and by the air admitted into the engine are determined and a parameter related to the admission of the gases into the engine is regulated by acting on the valve of the engine. recirculation or on the exhaust flap taking into account said pressure drops.
  • the flow of air admitted into the engine is regulated by acting solely on the exhaust flap, the recirculation valve being kept in the open position, the position of the exhaust flap being determined from the pressure drop which results.
  • the flow of air admitted into the engine is regulated by acting solely on the recirculation valve, the exhaust flap being kept in the open position, the position of the recirculation valve being determined from the pressure drop which in results.
  • FIG. 1 shows the main elements of an internal combustion engine of supercharged diesel type according to the invention
  • Figure 2 illustrates the main components of an air flow control system
  • FIG. 3 illustrates a practical embodiment of a set separation device according to the invention.
  • a combustion engine for example a diesel engine, comprises four cylinders 2.
  • the fresh air admitted into the engine 1 passes through an air filter 3 before being conveyed by an air supply line 4 which includes a flowmeter
  • the exhaust gases resulting from the combustion in the engine 1, taken up by the exhaust manifold 10, are fed via a pipe 10a to the inlet of the turbine 8 where they give up part of their energy in order to drive into rotation of the compressor 6.
  • the exhaust gases flowing in the exhaust pipe 1 1 first pass through a particulate filter 12, then a silencer 13, before be released to the atmosphere.
  • a controlled exhaust flap 14 is mounted in the exhaust pipe 1 1 upstream of the silencer 13.
  • other exhaust gas treatment devices could also be mounted in the exhaust line, for example an oxidation catalyst or the like.
  • a partial recirculation loop of the low pressure exhaust gas referenced 15 includes a controlled recirculation valve 16 called "EGR valve” and connects the exhaust pipe 1 1 to the air inlet pipe 4 upstream of the compressor 6.
  • the tapping of the recirculation loop 15 on the exhaust pipe 11 is arranged upstream of the exhaust flap 14.
  • a portion of the exhaust gas having already passed through the expansion turbine 8 and the particulate filter 12 is taken up by the recirculation loop 15 to be mixed with the intake air in the line 4, the mixture being compressed by the compressor 6.
  • the compressed mixture whose temperature has been raised due to the compression is brought by the pipe 17 to a heat exchanger 18, which allows the cooling of the mixture before admission into the engine 1 through the intake pipe 19 and the intake manifold 19a.
  • a controlled intake flap 20 is further mounted in the intake duct 19 downstream of the exchanger 18.
  • An electronic control unit (ECU) referenced 21 in Figure 1 receives various information on the operation of the engine and associated bodies and allows the calculation of different signals for actuators necessary for the control of the engine.
  • the electronic control unit 21 comprises a regulator 26 or "air regulator" which receives at its inlet the difference between a setpoint value of the air flow rate
  • the output signal of the air regulator 26 represents the flow rate Q E G RBP of the exhaust gases in the low pressure recirculation loop 15. It should be noted that the regulation can also be made on the flow rate of the recycled exhaust gas Q egr or on the recycled exhaust gas rate ( ⁇ eg r), these different quantities being connected by relations:
  • the electronic control unit 21 also comprises a reference separation block 28 which receives the output signal Q BP of the air regulator 26 and which is capable of determining position reference values, respectively for the EGR valve 16 and for the exhaust flap 14.
  • the set value for the EGR valve 16 is transmitted to the valve 16 by the connection 29.
  • the set value for the exhaust flap 14 is transmitted to the flap 14 via the connection 30.
  • FIG. 1 also shows a connection 20a which enables the electronic control unit 21 to transmit a position reference value to the admission flap 20.
  • FIG. 2 more precisely illustrates one embodiment of the regulator
  • the regulator 26 is a proportional integral type regulator.
  • the input signal which corresponds to the difference between the measured air flow rate Q air and the setpoint value Q air cons, is brought to the input of proportional blo c 29 which has a gain K p as well as to the input of the integral block 30 which has a gain K 1 . It is also possible, as shown in the example of FIG. 2, to provide a prepositioning of the setpoint signal so as to accelerate the response of the regulation.
  • the setpoint value Q air cons is fed to a pre-positioning block 31, which also receives an estimate of the flow Q word of the gases admitted to the engine and which is capable of emitting a pre-positioning signal. brought by the connection 32 to an adder 33 which also receives the respective output signals of the proportional branch and the integral branch of the regulator 26.
  • the output signal Q E G R BP is fed, as has been said previously, on the set separation device 28.
  • Patmo is the atmospheric pressure, measured by a sensor 5 not shown in the figures
  • Pavai FaA is the pressure downstream of the air filter 3
  • P am have flap is the pressure upstream of the exhaust flap 14.
  • the reference separation block 28 takes into account the value of the pressure drop estimated in the low pressure recirculation loop, when the EGR valve 16 is open, and for a recycled exhaust gas flow rate Q E G R BP equal to the recirculated flow rate of the recycled exhaust gas (so - called EGR). This estimated value of pressure drop is noted dpsp open-
  • a comparison block 34 receives on one of its inputs the value of this estimated loss of pressure dPsp opened. and on its other input, the sum of the pressure drops of the air filter dPFaA and the exhaust flap dP V oiet open, this sum being calculated in an adder 34a which receives the measurements made respectively by the sensors 23 and 25.
  • the pressure drop dP vo open iet is the loss caused by the exhaust shutter 14 open.
  • the output signal of the comparator 34 is fed to a decision block 35 which can then transmit an activation signal to one of the control blocks 36a or 36b.
  • the control block 36a When the control block 36a is activated, the position setpoint of the EGR valve 16 emitted on the output connection 37a keeps the EGR valve in the open position.
  • the output connection 38a transmits a signal which triggers a calculation in the block 39, for the determination of the position reference value of the exhaust flap 14.
  • This position reference value can be obtained for example by modeling the loss of charge undergone by the flow of gases which passes through the exhaust flap 14, ie by means of a map stored in the electronic control unit 21, of the value of the pressure drop coefficient in. function of the position of the exhaust flap 14.
  • the flow rate through the exhaust flap 14 is equal to the flow rate of the gases from the engine minus the flow rate of the recycled gases in the partial recirculation loop 15.
  • the pressure drop coefficient k flies t is a function of the position of the exhaust flap. It is therefore possible, in contrast to defining a function giving the position of the exhaust flap as a function of the pressure drop coefficient. Taking into account the previous equation, one can calculate the coefficient of loss of load k flies t by the equation:
  • nk pane d w P pane 'I ( ⁇ 1L- pane cons is: BP)
  • a position reference signal for the exhaust flap 14 is given by the connection 38b, in order to keep the flap 14 in the open position.
  • the coefficient of pressure drop across the EGR 16 recirculation valve depends on the position of the valve, so that by reversing the function, it is It is possible to determine the position of the valve corresponding to a determined coefficient of pressure loss.
  • a map memorized in the electronic control unit makes it possible to provide the values of the pressure drop coefficient as a function of the position of the valve.
  • the estimated pressure drop of the low-pressure recirculation loop 15 when the EGR valve is open is greater than the sum of the pressure losses experienced through, respectively, the air filter and the shutter. exhaust in the open state. So we have :
  • the decision block 35 emits a signal so as to activate the calculation block 39.
  • the EGR valve 16 is kept wide open and the position of the position of the exhaust flap 14 is determined as a function of the pressure drop:
  • H U ⁇ P open pane H U ⁇ P BP open - H U ⁇ P FaA
  • the estimated pressure drop in the EGR recirculation loop for an open position of the EGR valve is less than the sum of the pressure losses experienced across the air filter and the open exhaust flap, we have :
  • the decision block 35 activates the calculation block 40, so that the exhaust flap 14 is kept in the wide open position and the position of the EGR valve 16 is determined as a function of the pressure drop in the low pressure recirculation loop.
  • Clr Bp FAA ⁇ ⁇ dr dr where dP open shutter open flap is the estimated load loss of the assembly constituted by the exhaust shutter 14 and the muffler 13 when the flap exhaust is maintained in the open position for a flow passing through the exhaust flap equal to the set air flow rate plus the fuel flow injected into the engine.
  • the same control structure can be used in the case where two recirculation circuits of the exhaust gas are provided.
  • the low pressure recirculation loop mentioned above is associated with a second partial exhaust gas recirculation loop, this time at high pressure, connecting the exhaust manifold directly to the intake pipe.
  • P avt is the pressure upstream of the turbine 8, which is also the pressure at the inlet of the high pressure EGR valve.
  • T avt is the temperature upstream of the turbine which is also the temperature at the inlet of the high pressure EGR valve
  • P co i is the pressure in the intake manifold connected to the inlet pipe.
  • the BSV function which groups several terms of the Barré Saint Venant formula, is a function that varies according to the pressure ratio downstream and upstream of the high-pressure EGR valve.

Abstract

Moteur à combustion interne du type Diesel suralimenté comprenant : un filtre à particules 12 et un volet d'échappement commandé 14, montés dans la conduite d'échappement; une boucle de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression 15 incluant une vanne de recirculation commandée 16, ladite boucle reliant la conduite d'échappement 11, en aval du filtre à particules avec la conduite d'arrivée d'air 4, en amont du compresseur de suralimentation 6; et une unité électronique de commande 21 capable de recevoir des valeurs de paramètres de fonctionnement du moteur et de commander différents organes du moteur; caractérisé par le fait que l'unité électronique de commande est capable de déterminer les pertes de charge subies par l'écoulement des gaz d'échappement et par l'air admis dans le moteur, l'unité électronique de commande comprenant des moyens pour calculer des valeurs de consigne de position de la vanne de recirculation 16 ou du volet d'échappement 14 à partir de valeurs de consigne du débit d'air admis dans le moteur, en fonction desdites pertes de charge.

Description

Moteur à combustion interne du type Diesel suralimenté et procédé de commande du débit d'air dans un tel moteur
La présente invention se rapporte au contrôle d'un moteur à combustion interne, c' est-à-dire à la technique de gestion du moteur avec l'ensemble de ses capteurs et actionneurs. On considérera principalement les moteurs à combustion interne du type Diesel suralimenté comprenant une boucle de recirculation partielle des gaz d' échappement. L ' ensemble des lois de commande ou stratégie logicielle et des paramètres de caractérisation tels que les différentes calibrations du moteur sont contenus dans un calculateur ou unité de commande électronique (UCE).
Les normes limitant la quantité de polluants produits à l' échappement d'un véhicule, dont des oxydes d' azote (dits NOx, où x varie selon l'oxyde considéré) et des particules de suie, sont de plus en plus sévères. Afin de respecter ces normes, on sait prévoir sur un moteur de type Diesel, une boucle de recirculation partielle des gaz d' échappement (dits EGR pour, en anglais, « Exhaust Gaz Recirculation ») une partie des gaz d' échappement étant alors réintroduits à l' admission. Par conséquent, le mélange des gaz admis dans le moteur est composé d' air frais issu du compresseur, mélangé avec des gaz d' échappement issus du collecteur d' échappement. On insère généralement une vanne commandée pour réguler le débit des gaz d' échappement recyclés (dite « vanne EGR »). Les gaz d' échappement recyclés étant inertes vis-à-vis de la combustion ont pour effet de diminuer la température maximale de combustion et de réduire ainsi l 'excès d'oxygène en comparaison avec un même moteur dépourvu de recirculation de gaz d' échappement. Or, la formation des oxydes d' azote est favorisée lors d'une combustion dont la température et le taux d'oxygène sont élevés tandis que la formation des particules de suie est favorisée par un taux d'oxygène faible. La recirculation partielle des gaz d' échappement a donc pour conséquence directe de diminuer la quantité des oxydes d' azote et d'augmenter le nombre de particules de suie issues de la combustion.
Afin de pallier à cette augmentation de particules de suie, on installe dans la ligne d' échappement, entre la turbine du turbocompresseur et le silencieux, un filtre à particules qui peut par exemple être composé d'un ensemble de microcanaux dans lesquels la majeure partie des particules de suie se trouvent piégées. Une fois le filtre saturé en particules, il convient de le vider en brûlant les particules, au cours d'une phase appelée régénération. Cette régénération est déclenchée à un instant approprié et est réalisée par une augmentation de température produite par un dispositif de chauffage ou par des réglages de moteur spécifiques ayant pour effet d' augmenter la température des gaz qui traversent le filtre.
Afin de diminuer encore la quantité des oxydes d' azote produits par la combustion, on a imaginé de refroidir le mélange des gaz admis dans le moteur au moyen d'un dispositif de refroidissement air/eau placé dans la boucle de recirculation des gaz d'échappement. La diminution de la température des gaz admis dans le moteur permet d'introduire une masse plus importante de gaz d' échappement puisque le remplissage du moteur augmente avec la diminution de la température du mélange admis. La quantité d'oxydes d' azote émis diminue ainsi à la fois sous l'effet de la diminution de la température et sous l'effet de l'augmentation de la masse des gaz d' échappement recyclés. On a également imaginé de disposer une boucle de recirculation des gaz d'échappement à basse pression qui prélève les gaz d' échappement à la sortie du filtre à particules, en aval de la turbine du turbocompresseur et les réinjecte en amont du compresseur. Une telle boucle de recirculation à basse pression est plus avantageuse qu'une boucle de recirculation classique à haute pression qui prélève les gaz d' échappement directement dans le collecteur d' échappement et les réinjecte dans le plénum d'admission, en aval du compresseur.
Dans une boucle de recirculation à haute pression, en effet, les gaz d' échappement recyclés ne sont pas filtrés et risquent d' encrasser la boucle de recirculation, la vanne de recirculation ainsi que le plénum d' admission et le moteur.
Pour déterminer au mieux le compromis entre la quantité d'oxydes d' azote et de particules de suie produites pour un point de fonctionnement déterminé du moteur, il est important de pouvoir réguler avec précision le taux des gaz d' échappement recyclés par l' intermédiaire du débit d 'air introduit à travers le filtre à air et admis dans le moteur.
Une telle régulation du débit d' air se fait généralement en agissant sur deux organes, à savoir d'une part, la vanne de régulation des gaz d' échappement recyclés ou vanne EGR située dans la boucle de recirculation à basse pression, et, d' autre part, un volet d' échappement, monté dans la ligne d' échappement en aval du piquage de la boucle de recirculation, et en amont du silencieux installé dans la ligne d'échappement.
On connaît par la demande de brevet US 2004/0006978 l'utilisation d'une boucle de recirculation des gaz d'échappement à basse pression, dans laquelle le piquage des gaz d' échappement à recycler est fait entre le filtre à particules et le silencieux, le retour des gaz d' échappement étant fait entre le filtre à air et le compresseur.
Une vanne commandée de recirculation ou vanne EGR, ainsi qu'un dispositif refroidisseur, sont montés dans la boucle de recirculation à basse pression. Celle-ci comprend également un dispositif de venturi créant une dépression qui permet d' aspirer les gaz d' échappement recyclés.
Le brevet US 5 806 308 ainsi que la demande de brevet US 2005/0045407 proposent de supprimer le venturi et de le remplacer par un volet d' échappement placé dans la ligne d' échappement. Il est alors possible de créer une différence de pression aux bornes de la vanne EGR, indépendante du point de fonctionnement du moteur.
La demande de brevet WO 2007/066033 (RENAULT) propose un procédé de commande d'un moteur suralimenté avec une boucle de recirculation à basse pression avec régulation du débit d' air admis, par action sur la vanne EGR disposée dans la boucle de recirculation et un volet d' échappement monté dans la ligne d' échappement. L 'écart entre la valeur de consigne et la valeur mesurée pour le débit d' air admis est envoyé dans un régulateur d' air qui traduit cet écart en consigne de position. Cette consigne est envoyée dans un séparateur de consigne qui fournit deux consignes distinctes, l'une, pour la position de la vanne EGR et l'autre, pour la position du volet d' échappement. Bien que le dispositif proposé dans ce document antérieur soit satisfaisant, on constate cependant que sa calibration est complexe et que la loi de commande manque de robustesse, le régulateur devant non seulement compenser les perturbations mais également tenir compte de la non- linéarité du système à réguler constitué par l' ensemble de la vanne EGR et du volet d' échappement.
La présente invention a pour objet d' améliorer cette régulation et de rendre le régulateur plus robuste, mieux adapté aux systèmes à piloter et plus simple à calibrer.
Dans un mode de réalisation, un moteur à combustion interne du type Diesel suralimenté comprend : un filtre à particules et un volet d' échappement commandé, montés dans la conduite d' échappement ; et une boucle de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression incluant une vanne de recirculation commandée, ladite boucle reliant la conduite d' échappement, en aval du filtre à particules avec la conduite d' arrivée d' air, en amont du compresseur de suralimentation.
Une unité électronique de commande est capable de recevoir des valeurs de paramètres de fonctionnement du moteur et de commander différents organes du moteur.
L 'unité électronique de commande est capable de déterminer les pertes de charge subies par l' écoulement des gaz d' échappement et par l' air admis dans le moteur. L 'unité électronique de commande comprend notamment des moyens pour calculer des valeurs de consigne de position de la vanne de recirculation ou du volet d' échappement à partir de valeurs de consigne du débit d' air admis dans le moteur, en fonction desdites pertes de charge.
La valeur de consigne du débit des gaz d' échappement recyclés par la boucle de recirculation à basse pression est séparée en deux valeurs de consigne de position, l'une pour la vanne de recirculation et l' autre pour le volet d' échappement.
Pour un fonctionnement optimal avec consommation minimale de carburant, seul l'un de ces organes est commandé, l' autre étant maintenu en position ouverte. Le choix de l'organe à commander est fait à partir des pertes de charge subies par les gaz d' échappement et par l' air admis dans le moteur.
Dans un mode de réalisation avantageux, l'unité électronique de commande comprend des moyens pour comparer une valeur estimée de la perte de charge subie par l' écoulement des gaz d' échappement dans la boucle de recirculation lorsque la vanne de recirculation ou le volet d' échappement sont en position complètement ouverte, avec la somme des pertes de charge subies par l' écoulement d' air dans la conduite d' arrivée d' air et par l' écoulement des gaz dans la conduite d' échappement, ces pertes de charge étant estimées à partir des valeurs de consigne du débit d'air.
L 'unité électronique de commande comprend de préférence des moyens pour déduire de la comparaison effectuée, une valeur de consigne de position de la vanne de recirculation ou du volet d' échappement qui ne se trouve pas en position ouverte.
Avantageusement, l'unité électronique de commande comprend des moyens de modélisation de la perte de charge sous la forme de cartographies mémorisées des coefficients de perte de charge en fonction de la position de la vanne de recirculation et du volet d' échappement.
La régulation du débit d' air admis se fait ainsi en utilisant une modélisation des pertes de charges subies par les gaz d' échappement dans la boucle de recirculation à basse pression et dans la ligne d' échappement ainsi que des pertes de charge subies par l' air admis dans le moteur. Il en résulte une linéarisation du système contrôlé par le régulateur d' air, ce qui améliore les performances de la régulation.
Dans un autre mode de réalisation, le moteur peut comprendre en outre une boucle de recirculation partielle des gaz d' échappement à haute pression incluant une vanne de recirculation haute pression commandée. L 'unité électronique de commande comprend alors des moyens pour calculer des valeurs de consigne de position de la vanne de recirculation haute pression.
Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de commande du débit d' air dans un moteur à combustion interne du type Diesel suralimenté comprenant : un filtre à particules et un volet d' échappement commandé, montés dans la conduite d' échappement ; et une boucle de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression incluant une vanne de recirculation commandée, ladite boucle reliant la conduite d' échappement, en aval du filtre à particules avec la conduite d' arrivée d' air, en amont du compresseur de suralimentation.
Selon ce procédé, on détermine les pertes de charge subies par l' écoulement des gaz d' échappement et par l'air admis dans le moteur et on régule un paramètre lié à l'admission des gaz dans le moteur en agissant sur la vanne de recirculation ou sur le volet d' échappement en tenant compte desdites pertes de charge.
Avantageusement, on régule le débit d' air admis dans le moteur en agissant uniquement sur le volet d' échappement, la vanne de recirculation étant maintenue en position ouverte, la position du volet d' échappement étant déterminée à partir de la perte de charge qui en résulte.
Alternativement, on régule le débit d' air admis dans le moteur en agissant uniquement sur la vanne de recirculation, le volet d' échappement étant maintenu en position ouverte la position de la vanne de recirculation étant déterminée à partir de la perte de charge qui en résulte.
L 'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation décrit à titre d'exemple nullement limitatif, et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 montre les principaux éléments d'un moteur à combustion interne de type Diesel suralimenté selon l' invention ; la figure 2 illustre les principaux organes d'un système de régulation du débit d' air ; et la figure 3 illustre un mode de réalisation pratique d'un dispositif de séparation de consigne selon l' invention.
Tel qu'il est illustré sur la figure 1 , un moteur à combustion 1 , par exemple un moteur de type Diesel, comprend quatre cylindres 2.
L 'air frais admis dans le moteur 1 traverse un filtre à air 3 avant d' être amené par une conduite d' amenée d' air 4 qui comprend un débitmètre
5 , à l'entrée d'un compresseur 6, qui fait partie d'un turbocompresseur
7 comprenant le compresseur 6 et une turbine 8 montée sur le même arbre mécanique 9, le compresseur 6 étant ainsi entraîné en rotation par la turbine 8.
Les gaz d' échappement issus de la combustion dans le moteur 1 , repris par le collecteur d' échappement 10, sont amenés par une conduite 10a à l' entrée de la turbine 8 où ils cèdent une partie de leur énergie afin d' entraîner en rotation le compresseur 6. A la sortie de la turbine 8, les gaz d' échappement qui s ' écoulent dans la conduite d' échappement 1 1 traversent tout d' abord un filtre à particules 12, puis un dispositif silencieux 13 , avant d' être rejetés à l 'atmosphère. Un volet d' échappement commandé 14 est monté dans la conduite d' échappement 1 1 en amont du silencieux 13. On comprendra bien entendu que d' autres dispositifs de traitement des gaz d' échappement pourraient être également montés dans la ligne d' échappement, par exemple un catalyseur d'oxydation ou analogue.
Une boucle de recirculation partielle des gaz d' échappement à basse pression référencée 15 inclut une vanne de recirculation commandée 16 dite « vanne EGR » et relie la conduite d' échappement 1 1 à la conduite d' arrivée d' air 4 en amont du compresseur 6. Le piquage de la boucle de recirculation 15 sur la conduite d' échappement 1 1 est disposé en amont du volet d'échappement 14. De cette manière, une partie des gaz d' échappement ayant déjà traversé la turbine de détente 8 et le filtre à particules 12 est reprise par la boucle de recirculation 15 afin d' être mélangée à l' air d' admission dans la conduite 4, le mélange étant comprimé par le compresseur 6. Le mélange comprimé dont la température a été élevée en raison de la compression est amené par la conduite 17 à un échangeur de chaleur 18 , qui permet le refroidissement du mélange avant son admission dans le moteur 1 par la conduite d'admission 19 et le collecteur d'admission 19a. Un volet d' admission commandé 20 est en outre monté dans la conduite d' admission 19 en aval de l'échangeur 18.
Une unité électronique de commande (ECU) référencée 21 sur la figure 1 , reçoit différentes informations sur le fonctionnement du moteur et des organes qui lui sont associés et permet le calcul de différents signaux pour des actionneurs nécessaires au contrôle du moteur.
La régulation du débit d' air admis dans le moteur 1 se fait en agissant à la fois sur la position de la vanne EGR 16 et sur la position du volet d' échappement 14. A cet effet, l'unité électronique de commande 21 comprend un régulateur 26 ou « régulateur d' air » qui reçoit sur son entrée l' écart entre une valeur de consigne de débit d' air
Qair-cons et la valeur du débit d 'air Qair telle que mesurée par le débitmètre 5 et amenée à l'unité électronique de commande 21 par la connexion 27. Le signal de sortie du régulateur d' air 26 représente le débit QEGR B P des gaz d' échappement dans la boucle de recirculation à basse pression 15. On notera que la régulation peut également être faite sur le débit des gaz d' échappement recyclés Qegr ou sur le taux des gaz d'échappement recyclés (τegr), ces différentes grandeurs étant reliées entre elles par les relations :
τ gr esr Qegr + Qair
∑ïegr -, ∑ïair ∑ïmot ∑ïair λ -X egr
où Qmot est le débit des gaz admis dans le moteur 1. L 'unité électronique de commande 21 comprend également un bloc de séparation de consigne 28 qui reçoit le signal de sortie QB P du régulateur d' air 26 et qui est capable de déterminer des valeurs de consigne de position, respectivement pour la vanne EGR 16 et pour le volet d'échappement 14. La valeur de consigne pour la vanne EGR 16 est transmise à la vanne 16 par la connexion 29. La valeur de consigne pour le volet d' échappement 14 est transmise au volet 14 par la connexion 30.
On a également illustré sur la figure 1 une connexion 20a qui permet à l'unité électronique de commande 21 de transmettre une valeur de consigne de position au volet d'admission 20. La figure 2 illustre de manière plus précise un mode de réalisation du régulateur d' air 26. Dans l'exemple illustré, le régulateur 26 est un régulateur de type proportionnel intégral. Le signal d' entrée qui correspond à l'écart entre le débit d' air mesuré Qair et la valeur de consigne Qair cons, est amené à l' entrée du blo c proportionnel 29 qui présente un gain Kp ainsi qu' à l'entrée du bloc intégral 30 qui présente un gain K1. Il est également possible, comme représenté dans l' exemple de la figure 2, de prévoir un prépositionnement du signal de consigne de façon à accélérer la réponse de la régulation. A cet effet, la valeur de consigne Qair cons est amenée à un bloc de pré-positionnement 31 , qui reçoit également une estimation du débit Qmot des gaz admis dans le moteur et qui est capable d' émettre un signal de pré-positionnement amené par la connexion 32 sur un additionneur 33 qui reçoit également les signaux de sortie respectifs de la branche proportionnelle et de la branche intégrale du régulateur 26. Le signal de sortie QEGR BP est amené comme il a été dit précédemment, sur le dispositif de séparation de consigne 28.
La séparation de consigne se fait à partir du calcul des pertes de charge dans le circuit de recirculation partielle des gaz d' échappement à basse pression, comme illustré sur la figure 3 à titre d' exemple. Si l'on considère l' ensemble de la boucle de recirculation 15 , on note que la pression atmosphérique se trouve à la fois en amont du filtre à air 3 et en aval du silencieux 13. On peut donc écrire l' équation : ( Vp atmo -P amont volet / )+( Vp amont volet -P aval FaA / )+( Vp aval FaA -P atmo / )=o " ( V] x /)
où Patmo est la pression atmosphérique, mesurée par un capteur 5 non représenté sur les figures, Pavai FaA est la pression en aval du filtre à air 3, et Pamont volet est la pression en amont du volet d'échappement 14.
Les pertes de charge subies par les gaz d'échappement lors de la traversée du volet d'échappement 14 et du dispositif silencieux 13, 10 dépendent du débit d'air de consigne et du débit de carburant injecté dans le moteur. La valeur de ces pertes de charge est :
dP volet = P atmo — P amont volet
De la même manière, on peut définir la perte de charge subie 15 par les gaz d'échappement dans la boucle de recirculation 15, qui dépend du débit QEGR BP des gaz d'échappement dans ladite boucle de recirculation à basse pression.
Cette perte de charge est :
- 7^0" ή ulP BP — Â P aval FaA — Â P amont volet
Enfin, les pertes de charge subies par l'air traversant le filtre à air, qui dépendent du débit d'air de consigne peuvent s'écrire :
^ 2 J5 â ulP FaA - ~ J P aval FaA - JP atmo
On peut donc écrire en tenant compte de l'équation (1),
dPvolet-dPBP+dPPaA =0 (2)
30 ce qui permet d'indiquer qu'à chaque instant, on a :
dPvoiet + dPFaA = dPBP (3) Pour déterminer quel actionneur utiliser pour la régulation, c' est-à-dire soit la vanne EGR 16, soit le volet d' échappement 14, le bloc de séparation de consigne 28 tient compte de la valeur de la perte de charge estimée dans la boucle de recirculation à basse pression, lorsque la vanne EGR 16 est ouverte, et pour un débit de gaz d' échappement recyclés QEGR BP égal à la valeur de consigne du débit des gaz d' échappement recyclés (dits EGR). Cette valeur estimée de perte de charge est notée dPsp ouvert-
Comme on peut le voir dans le mode de réalisation du bloc de séparation 28, illustré à titre d'exemple sur la figure 3 , un bloc de comparaison 34 reçoit sur l'une de ses entrées la valeur de cette perte de charge estimée dPsp ouvert et sur son autre entrée, la somme des pertes de charge du filtre à air dPFaA et du volet d'échappement dP Voiet ouvert, cette somme étant calculée dans un sommateur 34a qui reçoit les mesures effectuées respectivement par les capteurs 23 et 25.
La perte de charge dPvoiet ouvert est la perte de charge provoquée par le volet d'échappement 14 en position ouverte. Le signal de sortie du comparateur 34 est amené à un bloc décisionnel 35 qui peut alors émettre un signal d' activation à l'un des blocs de commande 36a ou 36b. Lorsque le bloc de commande 36a est activé, la consigne de position de la vanne EGR 16 émise sur la connexion de sortie 37a maintient la vanne EGR en position ouverte. La connexion de sortie 38a transmet un signal qui déclenche un calcul dans le bloc 39, pour la détermination de la valeur de consigne de position du volet d' échappement 14. Cette valeur de consigne de position peut être obtenue par exemple en modélisant la perte de charge subie par l' écoulement des gaz qui traverse le volet d' échappement 14, c 'est-à- dire au moyen d'une cartographie mémorisée dans l'unité électronique de commande 21 , de la valeur du coefficient de perte de charge en fonction de la position du volet d' échappement 14. On a en effet la relation :
"• "volet ~ ^ volet ' ϋvolet cons \ ) ou :
z^-volet cons z£ mot cons z^-EGR βp+zdinj où Qvoiet cons est la valeur de consigne du débit traversant le volet d' échappement, Qιnj est le débit de carburant injecté dans le moteur et Qmot_cons est la valeur de consigne du débit des gaz admis dans le moteur.
En effet, le débit traversant le volet d'échappement 14 est égal au débit des gaz issus du moteur moins le débit des gaz recyclés dans la boucle de recirculation partielle 15. Le coefficient de perte de charge kvolet est fonction de la position du volet d' échappement. Il est donc possible, à l'inverse de définir une fonction donnant la position du volet d' échappement en fonction du coefficient de perte de charge. En tenant compte de l' équation précédente, on peut calculer le coefficient de perte de charge kvolet par l' équation :
n k volet = d wP volet ' I ( ∑1L- volet cons soit :
Figure imgf000014_0001
BP )
Lorsque le bloc 36b est au contraire activé, un signal de consigne de position pour le volet d' échappement 14 est donné par la connexion 38b, afin de maintenir le volet 14 en position ouverte. Sur la connexion de sortie 37b au contraire, un signal déclenche un calcul dans le bloc de calcul 40 pour déterminer la valeur de consigne de position pour la vanne EGR 16. Le calcul se fait de la même manière que précédemment dans le bloc de calcul 39, à partir d'une modélisation de la perte de charge à travers la vanne de recirculation 16. On a en effet : dPBP = kvanne • QEGR BP
Comme précédemment, le coefficient de perte de charge à travers la vanne de recirculation EGR 16, noté kvanne, dépend de la position de la vanne, de sorte qu'en inversant la fonction, il est possible de déterminer la position de la vanne correspondant à un coefficient de perte de charge déterminé. Une cartographie mémorisée dans l'unité électronique de commande permet de fournir les valeurs du coefficient de perte de charge en fonction de la position de la vanne.
En fonction du résultat de la comparaison effectuée par le comparateur 34, deux situations sont alors possibles.
Dans une première situation, la perte de charge estimée de la boucle de recirculation à basse pression 15 lorsque la vanne EGR est ouverte, est supérieure à la somme des pertes de charge subies à travers, respectivement, le filtre à air et le volet d'échappement à l' état ouvert. On a donc :
U "BP _ ouvert ^ U * FaA ~*~ ^ "volet _ ouvert
Dans cette situation, le bloc décisionnel 35 émet un signal de façon à activer le bloc de calcul 39. La vanne EGR 16 est maintenue grande ouverte et la consigne de position du volet d' échappement 14 est déterminée en fonction de la perte de charge :
H UΛP volet ouvert = H UΛP BP ouvert — H UΛP FaA
Dans une deuxième situation au contraire, la perte de charge estimée dans la boucle de recirculation EGR pour une position ouverte de la vanne EGR est inférieure à la somme des pertes de charge subies à travers le filtre à air et le volet d' échappement ouvert, on a :
U * BP ouvert ^ Q-^ FaA ~*~ ^ "volet _ ouvert
Le bloc décisionnel 35 active le bloc de calcul 40, de sorte que le volet d' échappement 14 est maintenu en position grande ouverte et la position de la vanne EGR 16 est déterminée en fonction de la perte de charge dans la boucle de recirculation basse pression selon la formule : ClrBp dr FaA ^~ dr volet ouvert où dPvolet ouvert est la perte de charge estimée de l' ensemble constitué par le volet d'échappement 14 et le silencieux 13 lorsque le volet d' échappement est maintenu en position ouverte, pour un débit traversant le volet d' échappement égal au débit d' air de consigne augmenté du débit de carburant injecté dans le moteur.
Toutes les pertes de charge mentionnées ci-dessus sont estimées à partir des valeurs de consigne de débit des gaz d' échappement recyclés QEGR B P et du débit des gaz admis dans le moteur Qmot_cons.
Grâce à cette architecture de régulation utilisant une modélisation physique par estimation des pertes de charge dans la boucle de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression, il est possible de linéariser le système contrôlé par le régulateur d' air, ce qui améliore les performances de la régulation.
On notera que la même structure de commande peut être utilisée dans le cas où deux circuits de recirculation des gaz d' échappement sont prévus. Dans ce cas, la boucle de recirculation à basse pression mentionnée précédemment est associée à une deuxième boucle de recirculation partielle des gaz d'échappement, cette fois à haute pression, reliant le collecteur d' échappement directement à la conduite d' admission.
Dans ce cas, on pourra modifier la valeur de prépositionnement de la régulation tel qu'illustré sur la figure 2, en prenant en compte également l' estimation du débit des gaz d' échappement recyclés à haute pression selon la relation :
il mot ~ Haïr ~*~ Q EGR BP ~*~ Q EGR HP où QEGR BP est le débit des gaz d' échappement recyclés à basse pression dans la boucle 15 , et où QEGR_HP est le débit des gaz d' échappement recyclés à haute pression. Le débit des gaz d' échappement recyclés à haute pression peut être estimé en utilisant la formule de Barré Saint Venant, selon la formule :
Figure imgf000017_0001
où Seff est la section de passage de la vanne de commande EGR de la boucle de recirculation à haute pression,
Pavt est la pression en amont de la turbine 8, qui est également la pression à l'entrée de la vanne EGR haute pression.
Tavt est la température en amont de la turbine qui est également la température à l'entrée de la vanne EGR à haute pression,
Pcoi est la pression dans le collecteur d' admission relié à la conduite d' admission. La fonction BSV, qui regroupe plusieurs termes de la formule de Barré Saint Venant est une fonction qui varie en fonction du rapport de pression en aval et en amont de la vanne EGR à haute pression.

Claims

REVENDICATIONS
1. Moteur à combustion interne du type Diesel suralimenté comprenant : un filtre à particules ( 12) et un volet d' échappement commandé ( 14), montés dans la conduite d' échappement ; une boucle de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression ( 15) incluant une vanne de recirculation commandée ( 16), ladite boucle reliant la conduite d' échappement ( 1 1 ), en aval du filtre à particules avec la conduite d' arrivée d' air (4), en amont du compresseur de suralimentation (6) ; et une unité électronique de commande (21 ) capable de recevoir des valeurs de paramètres de fonctionnement du moteur et de commander différents organes du moteur ; caractérisé par le fait que l'unité électronique de commande est capable de déterminer les pertes de charge subies par l' écoulement des gaz d' échappement et par l'air admis dans le moteur, l'unité électronique de commande comprenant des moyens pour calculer des valeurs de consigne de position de la vanne de recirculation ( 16) ou du volet d' échappement ( 14) à partir de valeurs de consigne du débit d' air admis dans le moteur, en fonction desdites pertes de charge.
2. Moteur selon la revendication 1 dans lequel l'unité électronique de commande comprend des moyens (34) pour comparer une valeur estimée de la perte de charge subie par l' écoulement des gaz d' échappement dans la boucle de recirculation lorsque la vanne de recirculation ou le volet d' échappement sont en position complètement ouverte, avec la somme des pertes de charge subies par l' écoulement d' air dans la conduite d' arrivée d' air et par l' écoulement des gaz dans la conduite d' échappement, ces pertes de charge étant estimées à partir des valeurs de consigne du débit d'air.
3. Moteur selon la revendication 2 dans lequel l'unité électronique de commande comprend des moyens (35 , 39, 40) pour déduire de la comparaison effectuée, une valeur de consigne de position de la vanne de recirculation ou du volet d' échappement qui ne se trouve pas en position ouverte.
4. Moteur selon la revendication 3 dans lequel l'unité électronique de commande comprend des moyens de modélisation de la perte de charge sous la forme de cartographies mémorisées des coefficients de perte de charge en fonction de la position de la vanne de recirculation et du volet d' échappement.
5. Moteur selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre une boucle de recirculation partielle des gaz d' échappement à haute pression incluant une vanne de recirculation haute pression commandée, l'unité électronique de commande comprenant des moyens pour calculer des valeurs de consigne de position de la vanne de recirculation haute pression.
6. Procédé de commande du débit d 'air dans un moteur à combustion interne du type Diesel suralimenté comprenant : un filtre à particules ( 12) et un volet d' échappement commandé ( 14), montés dans la conduite d' échappement ; une boucle de recirculation partielle des gaz d' échappement à basse pression ( 15) incluant une vanne de recirculation commandée ( 16), ladite boucle reliant la conduite d' échappement, en aval du filtre à particules avec la conduite d' arrivée d'air, en amont du compresseur de suralimentation ; caractérisé par le fait qu'on détermine les pertes de charge subies par l'écoulement des gaz d' échappement et par l' air admis dans le moteur et on régule un paramètre lié à l' admission des gaz dans le moteur en agissant sur la vanne de recirculation ou sur le volet d' échappement en tenant compte desdites pertes de charge.
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel on régule le débit d' air admis dans le moteur en agissant uniquement sur le volet d' échappement, la vanne de recirculation étant maintenue en position ouverte, la position du volet d' échappement étant déterminée à partir de la perte de charge qui en résulte.
8. Procédé selon la revendication 6 dans lequel on régule le débit d' air admis dans le moteur en agissant uniquement sur la vanne de recirculation, le volet d'échappement étant maintenu en position ouverte la position de la vanne de recirculation étant déterminée à partir de la perte de charge qui en résulte.
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