WO2017089729A1 - Procédé de contrôle d'un moteur thermique - Google Patents

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WO2017089729A1
WO2017089729A1 PCT/FR2016/053103 FR2016053103W WO2017089729A1 WO 2017089729 A1 WO2017089729 A1 WO 2017089729A1 FR 2016053103 W FR2016053103 W FR 2016053103W WO 2017089729 A1 WO2017089729 A1 WO 2017089729A1
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exhaust
temperature
exhaust gas
circuit
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Florent David
Frédéric COUSIN
Damien Fournigault
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Valeo Systemes De Controle Moteur
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    • F02D41/005—Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
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Definitions

  • the present invention relates to a control method for a heat engine, especially for a motor vehicle.
  • EGR Exhaust Gas Recirculation
  • the counterpart is an increase in fuel consumption as well as pollutant emissions. Enrichment must therefore be minimized.
  • the value of the enrichment is thus defined for various operating conditions, defined in particular by the rotational speed of the engine and the torque delivered. Due to the manufacturing dispersions existing between the motors themselves as well as between the various sensors and actuators equipping the motor, the real operating wealth can be slightly offset from the setpoint.
  • the engine developer is brought to define the richness of operation for the most critical engines throughout the engine distribution. Thus, even the most demanding engines respect the maximum acceptable temperature. If the same operating wealth is applied to all engines, some will have an exhaust temperature lower than the acceptable limit. The operating wealth could be reduced to avoid overheating the exhaust.
  • the purpose of the method according to the invention is to allow to individually adapt, for each vehicle built, the operating wealth by acting jointly on the recirculated exhaust gas rate.
  • the invention proposes a method for controlling a heat engine, said heat engine comprising an intake circuit and an exhaust circuit, this method comprising the steps of:
  • the decrementation of the richness makes it possible to increase the efficiency of the engine.
  • the incrementation of the recirculated exhaust gas rate makes it possible to reduce the exhaust temperature.
  • the temperature of the exhaust gas is determined from information delivered by a sensor mounted on an exhaust circuit of the engine.
  • the information delivered by the sensor allows to know exactly the actual operating temperature whatever the conditions, and this for each engine produced.
  • the operating temperature dispersions due to all the manufacturing dispersions of the engines and components can thus be taken into account.
  • the temperature of the exhaust gas is determined at least from a rotation speed and a torque setpoint of the heat engine.
  • the method can also be implemented without using a temperature sensor.
  • the temperature is then estimated from several models, using in particular the engine rotation speed, the torque setpoint and other parameters to refine the modeling of the temperature.
  • the maximum temperature threshold is a constant value.
  • the maximum temperature threshold can be likened to a constant.
  • the maximum temperature threshold depends on a setpoint operating efficiency of the engine.
  • the maximum temperature depends on the chemical composition of the gases, and thus depends on the richness of operation. This is the case, for example, for a catalyst for converting polluting emissions.
  • the operating wealth is decremented by reducing the amount of fuel injected.
  • the operating wealth is directly related to the amount of fuel injected into the engine.
  • the method comprises the step of verifying that the operating richness is greater than 1.
  • the operating richness is determined from information delivered by a probe for measuring oxygen contained in the exhaust gas.
  • a specific sensor called lambda probe or oxygen sensor, is arranged in the exhaust.
  • the information of the probe for measuring oxygen contained in the exhaust gas is a binary information.
  • This type of probe is called a binary probe or an "on / off" probe.
  • the probe is inexpensive and the associated signal processing is simple.
  • the information of the probe for measuring the oxygen contained in the exhaust gas is information proportional to the oxygen concentration.
  • the method comprises the following step:
  • step 62 After comparing the temperature with the maximum threshold, detecting conditions of stability of the engine operation (step 62).
  • the correction of the operating richness and the rate of recirculation of the exhaust gases is implemented when the temperature measurement is stable and representative of a stabilized operation.
  • the rate of recirculated exhaust gas is incremented by increasing the passage section of an exhaust gas recirculation valve.
  • the exhaust gas recirculation valve is of the rotary shutter type.
  • the exhaust gas recirculation valve is of the valve type movable in translation.
  • This type of valve generally has a low level of parasitic leaks and is resistant to high temperatures.
  • the recirculated exhaust gas rate is incremented by changing the position of a variable distribution actuator.
  • the modification of the openings and closings of the valves may concern the opening time of the engine valves, or the lift height, or the moments of opening and closing. These different parameters can be modified independently or in combination, for a single cylinder or for all the cylinders of the engine.
  • the incrementation of the recirculated exhaust gas ratio is terminated when the incremented rate reaches a maximum value.
  • the process comprises the step:
  • step 65 When the temperature becomes greater than the maximum threshold, reincrement the operating wealth by a predetermined value and jointly decrement the recirculated exhaust rate by a predetermined value (step 65).
  • the temperature sensor is disposed on an exhaust manifold of the engine.
  • This location makes it possible to measure the temperature of the gases at a location very close to where they are hottest. In general, it is interesting to implant the temperature sensor closest to the element whose temperature is to be monitored.
  • the temperature sensor is disposed on a cylinder head of the engine.
  • This location is appropriate when the exhaust manifold is integrated in the engine cylinder head.
  • the temperature sensor is disposed upstream of a supercharging turbine.
  • the temperature sensor is disposed upstream of a pollutant reduction device contained in the exhaust gas of the engine. This location allows precise regulation of the operation of the engine depollution device, which promotes both the efficiency and reliability of the device.
  • the depollution device generally comprises a catalytic converter and may comprise a particulate filter.
  • the temperature sensor comprises a thermocouple.
  • This type of temperature measurement sensor enables precise measurement over a wide range of temperatures.
  • the temperature sensor comprises a thermistor.
  • This type of temperature sensor is inexpensive and the associated signal processing is simple.
  • the decrement of the operating wealth is a constant value.
  • This implementation uses very little memory of the control unit which controls the operation of the engine and implements the process.
  • the decrement of the operating richness is a value dependent on a rotational speed of the engine and a setpoint torque of the engine.
  • the increment of the recirculation rate is a constant value.
  • the increment of the recirculation rate is a value dependent on a rotational speed of the engine and a setpoint torque of the engine.
  • the invention also relates to a control unit of a heat engine, configured to implement the previously described method, and arranged to control the engine.
  • the control unit controls the operation of the various actuators of the engine, from the information delivered by the different sensors.
  • the control unit also performs all the necessary calculations.
  • the invention also applies to an exhaust gas recirculation system, comprising:
  • An oxidizing gas intake circuit of a heat engine comprising a supercharging compressor arranged to increase the pressure of the combustion gas flowing in the intake circuit
  • An exhaust gas recirculation circuit arranged to recirculate exhaust gases from the engine between an exhaust circuit and the engine intake circuit;
  • the exhaust gases are recirculated upstream of the supercharger.
  • FIG. 1 schematically represents an assembly according to an exemplary implementation of the invention
  • FIG. 2 represents the time evolution of various operating parameters of the assembly of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating the various steps of the method implemented by the device of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a system 40 for recirculating exhaust gas, comprising:
  • An exhaust gas recirculation circuit arranged to recirculate the exhaust gases of the heat engine 1 between an exhaust circuit 3 and the intake circuit 2 of the engine,
  • the control unit 30 of the heat engine 1 is configured to implement the control method that will be described, and is arranged to control the heat engine 1.
  • the control unit 30 controls the operation of the different actuators of the engine 1, from the information supplied by the different sensors.
  • the control unit 30 also performs all the calculations necessary for the control of the engine 1.
  • the engine 1 is of the spark ignition type.
  • the supply of oxidizing gas proceeds as follows: the air is admitted at the inlet 7 of the intake circuit 2, passes through a supercharger 8 and is then cooled in the heat exchanger 9. The combustion air flow rate is adjusted according to the operating setpoint by the throttle body 10. The combustion air then passes through the intake distributor 11 which distributes it in each cylinder of the engine.
  • the fuel is admitted under pressure into the combustion chambers by injectors 22.
  • the recirculation valve 20 makes it possible to regulate the flow rate of recirculated gases in the circuit 5.
  • the exhaust gas recirculation valve 20 is of the type with a valve that can move in translation.
  • the heat exchanger 21 makes it possible to cool the recirculated gases before being re-admitted into the engine 1.
  • the valve 20 is upstream of the heat exchanger 21.
  • the recirculation valve can also be used. be located downstream of the exchanger.
  • the turbine 15 and the compressor 8 are integral with the same rotation shaft, and the energy supplied to the turbine by the burnt gases makes it possible to perform the work of compressing the gases passing through the compressor 8.
  • the burnt gases, after their expansion in the turbine 15 pass through a depollution device 16, which comprises a catalyst and a particulate filter. Most of the flue gas is then discharged outside at the exhaust outlet 9.
  • the exhaust gas recirculation valve 18 is of the rotary shutter type. This type of valve is well adapted to the "low pressure" architecture.
  • the recirculation valve 18 is downstream of the exchanger 17. According to an embodiment not shown, the valve can also be disposed upstream of the heat exchanger.
  • the heat exchanger 17, 21 is of the air / air type. According to an embodiment not shown, at least one of the heat exchangers is of the air / water type.
  • the temperature of the exhaust gas is determined from information delivered by a sensor 13 mounted on an exhaust circuit of the engine.
  • the temperature sensor 13 is disposed on an exhaust manifold 12 of the engine 1.
  • the measured temperature is representative of the actual temperature of the exhaust gas.
  • the temperature sensor 13 comprises a thermocouple.
  • This type of temperature sensor is able to accurately measure over the entire range of possible exhaust gas temperatures from -40 ° C to 1000 ° C.
  • the operating richness of the engine 1 is determined from information delivered by a measurement probe 14 of the oxygen contained in the exhaust gas.
  • the information of the probe for measuring the oxygen contained in the exhaust gas is binary information. That is to say that the probe delivers a voltage level of between 600 millivolt and 900 millivolt when the composition of the fuel mixture is rich, that is to say in excess of fuel. It delivers a voltage of between 100 and 300 millivolt when the mixture is poor, that is to say in excess of air.
  • a control strategy well known to those skilled in the art and which will not be detailed here, allows the control unit 30 to finely regulate the average richness from this binary information.
  • control method according to the invention comprises the steps:
  • step 60 Determining a temperature of the exhaust gases flowing in the exhaust circuit 3 of the heat engine 1 (step 60).
  • step 64 If the determined temperature is below the maximum threshold, check the motor by decrementing the operating efficiency by a predetermined value and by jointly incrementing by a predetermined value a gas ratio exhaust system recirculated between the exhaust circuit 3 and the intake circuit 2 of the heat engine 1 (step 64).
  • Figure 2 schematically shows the time evolution of various operating parameters during the implementation of the method.
  • the curve C1 represents the evolution of the exhaust temperature as a function of time
  • the curve C2 represents the evolution of the operating richness
  • the curve C3 represents the evolution of the recirculated exhaust gas rate.
  • the objective of the method is to operate as often as possible at stoichiometric richness, it is therefore implemented only if the operating wealth is greater than 1.
  • the method thus comprises the verification step that the operating wealth is greater than 1 (step 63).
  • the measured temperature is not necessarily representative.
  • the method comprises the step: After comparing the temperature with the maximum threshold, detecting conditions of stability of the engine operation (step 62). The operating wealth is decremented by reducing the amount of fuel injected.
  • the control unit 30 adjusts the injected fuel setpoint to obtain the new operating wealth setpoint.
  • the recirculated exhaust gas rate is incremented by increasing the flow section of an exhaust gas recirculation valve.
  • the rate of recirculated exhaust gas can be increased by adjusting the low pressure valve 18, or the high pressure valve 20, or jointly on both valves.
  • the control unit 30 increases the angular position of the flap in order to increase the passage section of the duct of the valve.
  • the control unit 30 increases the lifting of a valve.
  • the control unit controls the operation of an electric motor for actuating the movable member.
  • a position sensor not shown, allows precise control of the passage section obtained.
  • the maximum temperature threshold depends on a setpoint operating efficiency of the engine. Indeed, for certain components, the maximum acceptable temperature depends on the chemical composition of the gases, and therefore on the richness of operation. This is the case, for example, for the catalyst for converting polluting emissions, which can accept a higher temperature in a rich mixture than in a stoichiometric mixture and in a lean mixture. It is thus possible to adapt the temperature limit to the operating conditions.
  • the decrement of the operating richness is a value dependent on a rotation speed of the motor and a setpoint torque of the motor. It is thus possible to adjust the speed of decrementation of the wealth at the point of engine operation.
  • the increment of the recirculation rate is a value dependent on a rotational speed of the motor and a set torque of the motor.
  • the iterations of the process are terminated when the operating wealth reaches the stoichiometric value.
  • the incrementation of the recirculated exhaust rate is terminated when the incremented rate reaches a maximum value.
  • the maximum rate of recirculated exhaust depends on the engine rotation speed and the engine setpoint torque.
  • the method comprises the step:
  • step 65 When the temperature becomes greater than the maximum threshold, reincrement the operating wealth by a predetermined value and jointly decrement the recirculated exhaust rate by a predetermined value (step 65).
  • the process may include minor variations in implementation. According to various embodiments:
  • the maximum temperature threshold is a constant value
  • the increment of the recirculation rate is a constant value.
  • Such an implementation uses very little memory in the control unit.
  • the temperature of the exhaust gas is determined at least from a rotation speed and a torque setpoint of the engine. In this case, and in order to limit the cost, the process is implemented without using a temperature sensor. The temperature is then estimated from several models, using in particular the rotational speed of the motor, the torque setpoint. The intake air temperature and the outside temperature can also be used.
  • the sensors used in the assembly described may vary, and according to various embodiments:
  • the temperature sensor comprises a thermistor.
  • the thermistor may comprise a semiconductor-type component or a platinum-based metal resistor.
  • the location of the temperature sensor can also be changed. According to various variants of implementation of the method:
  • the temperature sensor is arranged on a cylinder head of the engine
  • the temperature sensor is arranged upstream of a turbocharger, the temperature sensor is arranged upstream of a pollutant reduction device contained in the engine exhaust gas.
  • the rate of recirculated exhaust gas can also be changed by adjusting the internal recirculation.
  • the rate of recirculated exhaust gas is incremented by changing the position of a variable distribution actuator.

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Abstract

La présente invention présente un procédé de contrôle d'un moteur thermique (1), ce moteur thermique comportant un circuit d'admission (2) et un circuit d'échappement (3), ce procédé comportant les étapes : - Déterminer une température des gaz d'échappement circulant dans le circuit d'échappement (3) du moteur thermique (étape 60), - Comparer la température déterminée avec un seuil maximal (étape 61) - Si la température déterminée est inférieure au seuil maximal, contrôler le moteur en décrémentant la richesse de fonctionnement d'une valeur prédéterminée et en incrémentant conjointement d'une valeur prédéterminée un taux de gaz d'échappement recirculés entre le circuit d'échappement (3) et le circuit d'admission (2) du moteur thermique (1) (étape 64).

Description

PROCÉDÉ DE CONTRÔLE D'UN MOTEUR THERMIQUE
La présente invention concerne un procédé de contrôle pour moteur thermique, notamment pour véhicule automobile.
On connaît le principe de recirculer à l'admission une partie des gaz d'échappement d'un moteur thermique, équipant par exemple un véhicule automobile. La recirculation des gaz d'échappement est couramment désignée par « EGR », de l'anglais « Exhaust Gaz Recirculation».
Le fait de mélanger des gaz d'échappement avec l'air frais admis modifie le déroulement de la combustion du mélange carburé. Ainsi, la présence des gaz d'échappement, qui sont inertes chimiquement, et qui présentent une capacité calorifique élevée, permet de diminuer la température des gaz d'échappement. Sur un moteur à allumage commandé, la tendance à l'auto-inflammation du mélange est également réduite, ce qui diminue la tendance au cliquetis. De plus, la recirculation des gaz d'échappement permet de diminuer les pertes par pompage. Ainsi, l'utilisation de recirculation de gaz d'échappement permet de diminuer la consommation spécifique de carburant, ce qui en fait une technologie très intéressante. On sait également que pour garantir une bonne conversion par le catalyseur des polluants présents dans les gaz d'échappement, il faut que la richesse de fonctionnement soit proche de 1, c'est-à-dire que la composition du mélange d'air et de carburant soit proche de la stcechiométrie. Afin de minimiser les émissions de polluants, la majeure partie des conditions de fonctionnement du moteur est ainsi assurée à richesse 1, appelée aussi richesse stcechiométrique. Une exception à ce mode de fonctionnement est lorsque la température d'échappement est trop élevée pour qu'un fonctionnement à richesse 1 soit acceptable. Ces conditions sont notamment rencontrées lorsque la puissance délivrée par le moteur est proche de la puissance maximale accessible par le moteur. Dans de telles conditions, le mélange est volontairement enrichi, c'est-à-dire qu'il présente un excès de carburant par rapport à la composition stœchiométrique. Cet enrichissement a pour effet de diminuer les températures d'échappement et de les rendre acceptables.
La contrepartie est une augmentation de la consommation de carburant ainsi que des émissions de polluants. L'enrichissement doit donc être minimisé. La valeur de l'enrichissement est ainsi définie pour diverses conditions de fonctionnement, définies notamment par le régime de rotation du moteur et le couple délivré. En raison des dispersions de fabrication existant entre les moteurs eux-mêmes ainsi qu'entre les divers capteurs et actionneurs équipant le moteur, la richesse réelle de fonctionnement peut être légèrement décalée par rapport à la consigne. Ainsi, le metteur au point du moteur est amené à définir la richesse de fonctionnement pour les moteurs les plus critiques parmi toute la distribution de moteurs. Ainsi, même les moteurs les plus contraignants respectent la température maximale acceptable. Si la même richesse de fonctionnement est appliquée à tous les moteurs, certains auront une température d'échappement plus basse que la limite acceptable. La richesse de fonctionnement pourrait être diminuée afin d'éviter de trop refroidir les gaz d'échappement. Le but du procédé selon l'invention est de permettre d'adapter individuellement, pour chaque véhicule construit, la richesse de fonctionnement en agissant conjointement sur le taux de gaz d'échappement recirculés.
A cet effet, l'invention propose un procédé de contrôle d'un moteur thermique, ce moteur thermique comportant un circuit d'admission et un circuit d'échappement, ce procédé comportant les étapes :
Déterminer une température des gaz d'échappement circulant dans le circuit d'échappement du moteur thermique,
Comparer la température déterminée avec un seuil maximal,
Si la température déterminée est inférieure au seuil maximal, contrôler le moteur en décrémentant la richesse de fonctionnement d'une valeur prédéterminée et en incrémentant conjointement d'une valeur prédéterminée un taux de gaz d'échappement recirculés entre le circuit d'échappement et le circuit d'admission du moteur thermique.
La décrémentation de la richesse permet d'augmenter le rendement du moteur. L'incrémentation du taux de gaz d'échappement recirculés permet de diminuer la température d'échappement. En réalisant conjointement l'incrémentation du taux de gaz d'échappement recirculés et la décrémentation de la richesse de fonctionnement, on maximise les chances de pouvoir fonctionner à richesse stcechiométrique sans dépasser la température limite acceptable.
Selon un mode de réalisation préféré, la température des gaz d'échappement est déterminée à partir d'une information délivrée par un capteur monté sur un circuit d'échappement du moteur thermique. L'information délivrée par le capteur permet de connaître avec précision la température réelle de fonctionnement quelque soient les conditions, et cela pour chaque moteur produit. Les dispersions de température de fonctionnement dues à l'ensemble des dispersions de fabrication des moteurs et des composants peuvent ainsi être prises en compte.
Selon un autre mode de réalisation, la température des gaz d'échappement est déterminée au moins à partir d'un régime de rotation et d'une consigne de couple du moteur thermique.
Afin de limiter le cout, le procédé peut aussi être mis en œuvre sans utiliser de capteur de température. La température est alors estimée à partir de plusieurs modèles, utilisant notamment le régime de rotation du moteur, la consigne de couple ainsi que d'autres paramètres permettant d'affiner la modélisation de la température.
Selon un mode de réalisation, le seuil maximal de température est une valeur constante. Lorsque le seuil maximal de température est conditionné par un composant mécanique, le seuil maximal de température peut être assimilé à une constante.
En variante, le seuil maximal de température dépend d'une richesse de fonctionnement de consigne du moteur.
Pour certains composants, la température maximale dépend de la composition chimique des gaz, et dépend donc de la richesse de fonctionnement. Il en est ainsi par exemple pour un catalyseur de conversion des émissions polluantes.
De préférence, la richesse de fonctionnement est décrémentée en réduisant la quantité de carburant injectée.
La richesse de fonctionnement est directement reliée à la quantité de carburant injectée dans le moteur.
Avantageusement, le procédé comporte l'étape de vérification que la richesse de fonctionnement est supérieure à 1.
Dans le cas où après décrémentation de la richesse, le fonctionnement du moteur se déroule à richesse stcechiométrique, il n'est pas nécessaire de poursuivre la décrémentation de la richesse et l'itération du procédé cesse.
De préférence, la richesse de fonctionnement est déterminée à partir d'une information délivrée par une sonde de mesure de l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement. Un capteur spécifique, dénommé sonde lambda ou sonde à oxygène, est disposé dans l'échappement.
Selon un mode de réalisation, l'information de la sonde de mesure de l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement est une information binaire.
Ce type de sonde est appelée sonde binaire ou encore sonde « on/off ». La sonde est peu onéreuse et le traitement du signal associé est simple.
Selon un mode de réalisation préféré, l'information de la sonde de mesure de l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement est une information proportionnelle à la concentration en oxygène.
Ce type de sonde permet une régulation plus précise de la richesse de fonctionnement. Avantageusement, le procédé comprend l'étape suivante :
Après avoir comparé la température avec le seuil maximal, détecter des conditions de stabilité du fonctionnement du moteur (étape 62).
La correction de la richesse de fonctionnement et du taux de recirculation des gaz d'échappement est mise en œuvre lorsque la mesure de température est stable et représentative d'un fonctionnement stabilisé.
De préférence, le taux de gaz d'échappement recirculés est incrémenté en accroissant la section de passage d'une vanne de recirculation de gaz d'échappement.
Selon un mode de réalisation, la vanne de recirculation de gaz d'échappement est du type à volet rotatif.
Ce type de vanne engendre de faibles pertes de charges, ce qui permet un débit élevé. En variante, la vanne de recirculation de gaz d'échappement est du type à soupape mobile en translation.
Ce type de vanne possède généralement un faible niveau de fuites parasites et résiste bien aux températures élevées.
En variante ou de manière complémentaire, le taux de gaz d'échappement recirculés est incrémenté en modifiant la position d'un actionneur de distribution variable.
En modifiant la façon dont s'ouvrent et se ferment les soupapes du moteur, la quantité de gaz brûlés résiduels restant dans les chambres de combustion peut être modifiées. Ces gaz participent alors à la combustion suivante. On parle alors de recirculation de gaz d'échappement interne. La modification des ouvertures et fermetures des soupapes peut concerner la durée d'ouverture des soupapes du moteur, ou la hauteur de levée, ou les instants d'ouverture et de fermeture. Ces différents paramètres peuvent être modifiés indépendamment ou en combinaison, pour un unique cylindre où pour l'ensemble des cylindres du moteur.
De préférence, il est mis fin à l'incrémentation du taux de gaz d'échappement recirculés lorsque le taux incrémenté atteint une valeur maximale.
On évite ainsi de générer des instabilités de combustion qui peuvent se produire pour des taux de gaz recirculés élevés.
Avantageusement, le procédé comporte l'étape :
Lorsque la température devient supérieure au seuil maximal, réincrémenter la richesse de fonctionnement d'une valeur prédéterminée et conjointement décrémenter le taux de gaz d'échappement recirculés d'une valeur prédéterminée (étape 65).
On obtient ainsi une marge de sécurité par rapport à la température limite acceptable. Selon un mode de réalisation, le capteur de température est disposé sur un collecteur d'échappement du moteur.
Cet emplacement permet de mesurer la température des gaz à un emplacement très proche de l'endroit où ils sont le plus chaud. D'une manière générale, il est intéressant d'implanter le capteur de température au plus proche de l'élément dont on veut surveiller la température.
Selon un autre mode de réalisation, le capteur de température est disposé sur une culasse du moteur.
Cet emplacement est approprié lorsque le collecteur d'échappement est intégré dans la culasse du moteur.
Selon un mode de réalisation, le capteur de température est disposé en amont d'une turbine de suralimentation.
Cet emplacement permet une régulation précise de la température maximale subie par la turbine. La fiabilité du dispositif de suralimentation est ainsi favorisée.
Selon un mode de réalisation, le capteur de température est disposé en amont d'un dispositif de réduction des polluants contenus dans les gaz d'échappement du moteur. Cet emplacement permet une régulation précise du fonctionnement du dispositif de dépollution du moteur, ce qui favorise à la fois l'efficacité et la fiabilité du dispositif. Le dispositif de dépollution comprend généralement un convertisseur catalytique et peut comprendre un filtre à particules. Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, le capteur de température comporte un thermocouple.
Ce type de capteur de mesure de température permet de mesurer de manière précise dans une large gamme de température.
Dans un autre exemple de mise en œuvre, le capteur de température comporte une thermistance.
Ce type de capteur de température est peu onéreux et le traitement du signal associé est simple.
Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, le décrément de la richesse de fonctionnement est une valeur constante.
Cette mise en œuvre utilise très peu de mémoire de l'unité de contrôle qui contrôle le fonctionnement du moteur et met en œuvre le procédé.
Selon un exemple préféré de mise en œuvre, le décrément de la richesse de fonctionnement est une valeur dépendant d'un régime de rotation du moteur et d'un couple de consigne du moteur.
Cette mise en œuvre permet une régulation plus fine et plus rapide de la température. Selon un exemple de mise en œuvre du procédé, l'incrément du taux de recirculation est une valeur constante.
Comme précédemment, cette mise en œuvre utilise très peu de mémoire de l'unité de contrôle.
Selon un exemple préféré, l'incrément du taux de recirculation est une valeur dépendant d'un régime de rotation du moteur et d'un couple de consigne du moteur.
L'invention concerne également une Unité de contrôle d'un moteur thermique, configurée pour mettre en œuvre le procédé préalablement décrit, et agencée pour contrôler le moteur thermique.
L'unité de contrôle pilote le fonctionnement des différents actionneurs du moteur, à partir des informations délivrées par les différents capteurs. L'unité de contrôle réalise également tous les calculs nécessaires.
L'invention s'applique aussi à un système de recirculation de gaz d'échappement, comprenant :
Une unité de contrôle telle que décrite précédemment, Un circuit d'admission en gaz comburant d'un moteur thermique, comportant un compresseur de suralimentation agencé pour augmenter la pression du gaz comburant circulant dans le circuit d'admission,
Un circuit de recirculation des gaz d'échappement, agencé pour recirculer des gaz d'échappement du moteur thermique entre un circuit d'échappement et le circuit d'admission du moteur,
selon lequel les gaz d'échappement sont recirculés en amont du compresseur de suralimentation.
Cette architecture de recirculation des gaz d'échappement, appelée « basse pression », est bien adaptée aux moteurs à allumage commandé.
L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures.
La figure 1 représente de manière schématique un ensemble selon un exemple de mise en œuvre de l'invention,
La figure 2 représente l'évolution temporelle de différents paramètres de fonctionnement de l'ensemble de la figure 1,
La figure 3 est un schéma bloc illustrant les différentes étapes du procédé mis en œuvre par le dispositif de la figure 1.
On a représenté sur la figure 1 un système 40 de recirculation de gaz d'échappement, comprenant :
Une unité de contrôle 30,
Un circuit d'admission 2 en gaz comburant d'un moteur thermique 1, comportant un compresseur de suralimentation 8 agencé pour augmenter la pression du gaz comburant circulant dans le circuit d'admission 2,
Un circuit de recirculation 4,5 des gaz d'échappement, agencé pour recirculer des gaz d'échappement du moteur thermique 1 entre un circuit d'échappement 3 et le circuit d'admission 2 du moteur,
selon lequel les gaz d'échappement sont recirculés en amont du compresseur de suralimentation 8.
L'unité de contrôle 30 du moteur thermique 1 est configurée pour mettre en œuvre le procédé de contrôle qui va être décrit, et est agencée pour contrôler le moteur thermique 1. L'unité de contrôle 30 pilote le fonctionnement des différents actionneurs du moteur 1, à partir des informations délivrées par les différents capteurs. L'unité de contrôle 30 réalise également tous les calculs nécessaires au contrôle du moteur 1.
Le moteur 1 est du type à allumage commandé.
L'alimentation en gaz comburant se déroule de la manière suivante : l'air est admis au niveau de l'entrée 7 du circuit d'admission 2, traverse un compresseur de suralimentation 8, puis est refroidi dans l'échangeur de chaleur 9. Le débit d'air comburant est ajusté en fonction de la consigne de fonctionnement par le boitier papillon 10. L'air comburant traverse ensuite le répartiteur d'admission 11 qui le distribue dans chacun des cylindres du moteur.
Le carburant est admis sous pression dans les chambres de combustion, par les injecteurs 22.
Après combustion dans le moteur, la majeure partie des gaz brûlés de chacun des cylindres sont rassemblés par le collecteur d'échappement qui les dirige vers la turbine 15 du dispositif de suralimentation 6.
Une partie des gaz brûlés empruntent le circuit de recirculation 5, dit « haute pression ». La vanne de recirculation 20 permet de régler le débit de gaz recirculés dans le circuit 5. La vanne de recirculation de gaz d'échappement 20 est du type à soupape mobile en translation. L'échangeur de chaleur 21 permet de refroidir les gaz recirculés avant d'être ré-admis dans le moteur 1. Sur l'exemple représenté, la vanne 20 est en amont de l'échangeur de chaleur 21. La vanne de recirculation peut également être située en aval de l'échangeur.
La turbine 15 et le compresseur 8 sont solidaires du même arbre de rotation, et l'énergie fournie à la turbine par les gaz brûlés permet de réaliser le travail de compression des gaz traversant le compresseur 8. Les gaz brûlés, après leur détente dans la turbine 15 traversent un dispositif de dépollution 16, qui comprend un catalyseur et un filtre à particules. La majeure partie des gaz brûlés est ensuite évacuée à l'extérieur au niveau de la sortie d'échappement 9.
Une partie des gaz emprunte le circuit de recirculation des gaz d'échappement 4, dit « basse pression ». L'échangeur de chaleur 17 permet de refroidir les gaz, et la vanne 18 permet de régler le débit de gaz. La vanne de recirculation de gaz d'échappement 18 est du type à volet rotatif. Ce type de vanne est bien adaptée à l'architecture « basse pression ». Sur l'exemple représenté, la vanne de recirculation 18 est en aval de l'échangeur 17. Selon un mode de réalisation non représenté, la vanne peut également être disposée en amont de l'échangeur de chaleur.
L'échangeur de chaleur 17,21 est de type air/air. Selon un mode de réalisation non représenté, l'un au moins des échangeurs de chaleur est du type air/eau.
La température des gaz d'échappement est déterminée à partir d'une information délivrée par un capteur 13 monté sur un circuit d'échappement du moteur thermique. Sur l'exemple décrit sur la figure 1, le capteur de température 13 est disposé sur un collecteur d'échappement 12 du moteur 1. La température mesurée est représentative de la température réelle des gaz d'échappement. Le capteur de température 13 comporte un thermocouple.
Ce type de capteur de mesure de température permet de mesurer de manière précise sur l'ensemble de la plage de température possible pour les gaz d'échappement, qui est de - 40°C à 1000°C.
La richesse de fonctionnement du moteur 1 est déterminée à partir d'une information délivrée par une sonde de mesure 14 de l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement. Selon l'exemple décrit, l'information de la sonde de mesure de l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement est une information binaire. C'est-à-dire que la sonde délivre un niveau de tension compris entre 600 millivolt et 900 millivolt lorsque la composition du mélange carburé est riche, c'est-à-dire en excès de carburant. Elle délivre une tension comprise entre 100 et 300 millivolt lorsque le mélange est pauvre, c'est-à-dire en excès d'air. Une stratégie de régulation, bien connue de l'homme de métier et qui ne sera pas détaillée ici, permet à l'unité de contrôle 30 de réguler finement la richesse moyenne à partir de cette information binaire.
Le procédé de contrôle selon l'invention comporte les étapes :
Déterminer une température des gaz d'échappement circulant dans le circuit d'échappement 3 du moteur thermique 1 (étape 60),
Comparer la température déterminée avec un seuil maximal (étape 61),
- Si la température déterminée est inférieure au seuil maximal, contrôler le moteur en décrémentant la richesse de fonctionnement d'une valeur prédéterminée et en incrémentant conjointement d'une valeur prédéterminée un taux de gaz d'échappement recirculés entre le circuit d'échappement 3 et le circuit d'admission 2 du moteur thermique 1 (étape 64).
La figure 2 représente de manière schématique l'évolution temporelle de divers paramètres de fonctionnement lors de la mise en application du procédé.
La courbe Cl représente l'évolution de la température d'échappement en fonction du temps, la courbe C2 représente l'évolution de la richesse de fonctionnement, et la courbe C3 représente l'évolution du taux de gaz d'échappement recirculés.
A partir de l'instant t0, et jusqu'à l'instant t la richesse de fonctionnement est décrémentée et passe de la valeur C21 à la valeur C22. Le taux de gaz d'échappement recirculés est conjointement incrémenté, passant de la valeur C31 à C32. En décrémentant la richesse de fonctionnement, alors que le mélange est riche, la température des gaz d'échappement augmente, comme on peut le voir sur la courbe Cl, en passant de la valeur Cil à la valeur C12. En incrémentant le taux de gaz d'échappement recirculés, la température d'échappement va diminuer. Le fait d'incrémenter le taux de gaz d'échappement recirculés permet donc de diminuer davantage la richesse de fonctionnement. En se rapprochant ainsi d'un fonctionnement en mode stœchiométrique, la consommation spécifique de carburant diminue, ainsi que les émissions d'hydrocarbures imbrulés et de monoxyde de carbone. Le procédé permet de prendre en compte les dispersions existant entre les moteurs, de sorte que les marges de sécurité définies pour les moteurs les plus contraignants ne sont pas appliquées aux moteurs moins contraignants. Ceux-ci peuvent ainsi bénéficier de gains de consommation de carburant.
L'objectif du procédé est de fonctionner le plus souvent possible à richesse stœchiométrique, il n'est donc mis en œuvre que si la richesse de fonctionnement est supérieure à 1. Le procédé comporte ainsi l'étape de vérification que la richesse de fonctionnement est supérieure à 1 (étape 63).
Dans le cas où après décrémentation de la richesse, le fonctionnement du moteur se déroule à richesse stœchiométrique, il n'est pas nécessaire de poursuivre la décrémentation de la richesse et l'itération du procédé cesse.
En conditions de fonctionnement transitoires, la température mesurée n'est pas forcément représentative. Pour éviter de prendre en compte des effets transitoires, le procédé comprend l'étape : Après avoir comparé la température avec le seuil maximal, détecter des conditions de stabilité du fonctionnement du moteur (étape 62). La richesse de fonctionnement est décrémentée en réduisant la quantité de carburant injectée.
L'unité de contrôle 30 ajuste la consigne de carburant injectée afin d'obtenir la nouvelle consigne de richesse de fonctionnement.
Le taux de gaz d'échappement recirculés est incrémenté en accroissant la section de passage d'une vanne de recirculation de gaz d'échappement. Le taux de gaz d'échappement recirculés peut être accru en jouant sur la vanne basse pression 18, ou sur la vanne haute pression 20, ou conjointement sur les deux vannes. Dans le cas de la vanne 18, l'unité de contrôle 30 augmente la position angulaire du volet afin d'augmenter la section de passage du conduit de la vanne. Dans le cas de la vanne 20, l'unité de contrôle 30 augmente la levée d'une soupape. Dans les 2 cas, l'unité de contrôle pilote le fonctionnement d'un moteur électrique d'actionnement de l'organe mobile. Un capteur de position, non représenté, permet de contrôler précisément la section de passage obtenue.
Le seuil maximal de température dépend d'une richesse de fonctionnement de consigne du moteur. En effet, pour certains composants la température maximale acceptable dépend de la composition chimique des gaz, et donc de la richesse de fonctionnement. Il en est ainsi par exemple pour le catalyseur de conversion des émissions polluantes, qui peut accepter une température plus élevée en mélange riche qu'en mélange stcechiométrique et qu'en mélange pauvre. Il est ainsi possible d'adapter la limite de température aux conditions de fonctionnement.
Le décrément de la richesse de fonctionnement est une valeur dépendant d'un régime de rotation du moteur et d'un couple de consigne du moteur. Il est ainsi possible de d'ajuster la vitesse de décrémentation de la richesse au point de fonctionnement moteur.
De la même manière, l'incrément du taux de recirculation est une valeur dépendant d'un régime de rotation du moteur et d'un couple de consigne du moteur.
Il est mis fin aux itérations du procédé lorsque la richesse de fonctionnement atteint la valeur stœchiométrique. Il est mis fin à l'incrémentation du taux de gaz d'échappement recirculés lorsque le taux incrémenté atteint une valeur maximale.
On évite ainsi de générer des instabilités de combustion qui peuvent se produire pour des taux de gaz recirculés élevés.
Le taux maximal de gaz d'échappement recirculés dépend du régime de rotation du moteur et du couple de consigne du moteur. Le procédé comporte l'étape :
Lorsque la température devient supérieure au seuil maximal, réincrémenter la richesse de fonctionnement d'une valeur prédéterminée et conjointement décrémenter le taux de gaz d'échappement recirculés d'une valeur prédéterminée (étape 65).
On obtient ainsi une marge de sécurité par rapport à la température limite acceptable. Comme on peut le voir sur la figure 2, après avoir atteint à l'instant ti la température maximale acceptable C12, à l'instant t2 la richesse de fonctionnement est réincrémentée à la valeur C23 et le taux de gaz d'échappement recirculés décrémenté à la valeur C33. Les valeurs de la richesse de fonctionnement et du taux de gaz d'échappement recirculés sont alors figées pour ce point de fonctionnement. La température de fonctionnement prend la valeur C13.
Le procédé sera de nouveau appliqué sur l'ensemble des points de fonctionnement au fur et à mesure de leur apparition.
Le procédé peut comporter des variations mineures de mise en œuvre. Selon divers modes de réalisation :
Le seuil maximal de température est une valeur constante,
le décrément de la richesse de fonctionnement est une valeur constante,
l'incrément du taux de recirculation est une valeur constante. Une telle mise en œuvre utilise très peu de mémoire dans l'unité de contrôle.
La température des gaz d'échappement est déterminée au moins à partir d'un régime de rotation et d'une consigne de couple du moteur thermique. Dans ce cas, et afin de limiter le cout, le procédé est mis en œuvre sans utiliser de capteur de température. La température est alors estimée à partir de plusieurs modèles, utilisant notamment le régime de rotation du moteur, la consigne de couple. La température de l'air d'admission et la température extérieure peuvent également être utilisées.
Les capteurs utilisés dans l'ensemble décrit peuvent varier, et selon divers modes de réalisation :
l'information de la sonde de mesure de l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement est une information proportionnelle à la concentration en oxygène, le capteur de température comporte une thermistance. La thermistance peut comporter un composant de type semi-conducteur ou bien de type résistance métallique à base de platine. L'emplacement du capteur de température peut aussi être modifié. Selon diverses variantes de mise en œuvre du procédé :
le capteur de température est disposé sur une culasse du moteur,
le capteur de température est disposé en amont d'une turbine de suralimentation, - le capteur de température est disposé en amont d'un dispositif de réduction des polluants contenus dans les gaz d'échappement du moteur.
Le taux de gaz d'échappement recirculés peut également être modifié en jouant sur la recirculation interne. En variante ou de manière complémentaire au procédé décrit, le taux de gaz d'échappement recirculés est incrémenté en modifiant la position d'un actionneur de distribution variable.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de contrôle d'un moteur thermique (1), ce moteur thermique comportant un circuit d'admission (2) et un circuit d'échappement (3), ce procédé comportant les étapes :
Déterminer une température des gaz d'échappement circulant dans le circuit d'échappement (3) du moteur thermique (étape 60),
Comparer la température déterminée avec un seuil maximal (étape 61)
Si la température déterminée est inférieure au seuil maximal, contrôler le moteur en décrémentant la richesse de fonctionnement d'une valeur prédéterminée et en incrémentant conjointement d'une valeur prédéterminée un taux de gaz d'échappement recirculés entre le circuit d'échappement (3) et le circuit d'admission (2) du moteur thermique (1) (étape 64).
Procédé selon la revendication 1, selon lequel la température des gaz d'échappement est déterminée à partir d'une information délivrée par un capteur (13) monté sur le circuit d'échappement (3) du moteur thermique (1).
Procédé selon l'une des revendications précédentes, selon lequel le seuil maximal de température dépend d'une richesse de fonctionnement de consigne du moteur thermique.
Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant l'étape de vérification que la richesse de fonctionnement est supérieure à 1 (étape 63).
Procédé selon l'une des revendications précédentes, selon lequel la richesse de fonctionnement est déterminée à partir d'une information délivrée par une sonde de mesure (14) de l'oxygène contenu dans les gaz d'échappement.
Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel il est mis fin à l'incrémentation du taux de gaz d'échappement recirculés lorsque le taux incrémenté atteint une valeur maximale.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant l'étape Lorsque la température devient supérieure au seuil maximal, réincrémenter la richesse de fonctionnement d'une valeur prédéterminée et conjointement décrémenter le taux de gaz d'échappement recirculés d'une valeur prédéterminée (étape 65).
Procédé selon la revendication 2, selon lequel le capteur de température (13) est disposé sur un collecteur d'échappement (12) du moteur (1).
9. Unité de contrôle (30) d'un moteur thermique (1), configurée pour mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes pour contrôler le moteur thermique (1).
10. Système (40) de recirculation de gaz d'échappement, comprenant :
Une unité de contrôle (30) selon la revendication précédente,
- Un circuit d'admission(2) en gaz comburant d'un moteur thermique (1), comportant un compresseur (8) de suralimentation agencé pour augmenter la pression du gaz comburant circulant dans le circuit d'admission (2),
Un circuit de recirculation (4,5) des gaz d'échappement, agencé pour recirculer des gaz d'échappement du moteur thermique (1) entre un circuit d'échappement (3) et le circuit d'admission (2) du moteur thermique,
Selon lequel les gaz d'échappement sont recirculés en amont du compresseur (8) de suralimentation.
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