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EP2414658A1 - Systeme et procede de commande pour l'estimation du debit de gaz d'echappement recycles dans un moteur a combustion interne - Google Patents

Systeme et procede de commande pour l'estimation du debit de gaz d'echappement recycles dans un moteur a combustion interne

Info

Publication number
EP2414658A1
EP2414658A1 EP10708342A EP10708342A EP2414658A1 EP 2414658 A1 EP2414658 A1 EP 2414658A1 EP 10708342 A EP10708342 A EP 10708342A EP 10708342 A EP10708342 A EP 10708342A EP 2414658 A1 EP2414658 A1 EP 2414658A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
engine
gas
flap
swirl
flow rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10708342A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Fontvieille
Céline ETCHEVERRY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SA
Original Assignee
Renault SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SA filed Critical Renault SA
Publication of EP2414658A1 publication Critical patent/EP2414658A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F02D41/0072—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/0015—Controlling intake air for engines with means for controlling swirl or tumble flow, e.g. by using swirl valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F02D41/0072—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
    • F02D2041/0075—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow by using flow sensors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to the automotive field, and more particularly to the control and control of a motor vehicle engine, the engine being of the spark ignition type or of the Diesel type.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • the quantity of polluting gases is therefore lower.
  • the partial recycling of the exhaust gas at the intake is achieved by means of a recycling circuit comprising a controlled valve (generally called EGR valve).
  • EGR valve a controlled valve
  • the recycled engine exhaust gas rate or EGR rate ( ⁇ EGR ) is defined by the following relationship:
  • Q EGR is the flow of exhaust gases recycled to the engine cylinders
  • Q air is the fresh air supply rate of the engine. This recycling, however, is likely to increase significantly the amount of smoke in the exhaust if it is not properly adjusted and, in particular, if the amount of recycled exhaust gas is too large.
  • the partial exhaust gas recirculation circuit can be arranged in two different configurations.
  • the first is the partial recycling of so - called high - pressure exhaust gases, in which the gases are taken at the outlet of the exhaust manifold and reinjected into the intake manifold, ie the recycled gases are taken and reinjected into the high pressure part of the engine.
  • the second is the partial recycling of the so-called low-pressure exhaust gas, in which the gases are taken at the outlet of the turbine or at the outlet of the particulate filter, and are reinjected upstream of the compressor, in the part of the engine which is more or less at atmospheric pressure. In the context of this invention, it will be more specifically the case of partial recycling of low pressure exhaust gas.
  • the invention relates more particularly to diesel type engines with such recycling, provided with a double intake manifold.
  • This double intake manifold allows two different pressure gas flows to arrive in each cylinder of the engine, thus creating a swirl or swirl effect, usually called “swirl”, and to better disperse the fuel and optimize its performance. combustion.
  • a flowmeter is generally used, making it possible to translate a flow of gas into electrical information such as a current or a voltage.
  • electrical information such as a current or a voltage.
  • such a sensor is subject to numerous disadvantages, such as its cost, the disturbances of the measurement signal, the disturbances due to the return of pressure waves, the difficulties of calibration, the drifts and dispersions of the measurements as well as, in the case of partial recycling of low-pressure exhaust gases, the Fouling risks related to the proximity of the injection point of the recycled gases.
  • the patent application FR0853483 in the name of the applicant proposes a method for calculating the air flow entering a dual intake manifold engine equipped with a high pressure EGR circuit. Adapting this method to an engine equipped with a low pressure EGR circuit is complex, and requires at least two gas pressure sensors.
  • the object of the present invention is to provide a system and method for estimating, with a single gas flow meter, a gas temperature sensor and a gas pressure sensor, the total flow rate of gas admitted into an internal combustion engine. partial recirculation of the low pressure exhaust gas and a double intake manifold.
  • the invention also aims to define calculation means for reducing the number of temperature and pressure sensors necessary for determining the air flow rate.
  • the invention relates to a control system of an internal combustion engine.
  • the engine is equipped with two intake manifolds, a main manifold and a secondary manifold, and is equipped, to regulate the flow rates of gas entering the engine cylinders, an intake flap upstream of the two collectors and d a swirl flap disposed between the intake flap and the secondary manifold.
  • the engine is also equipped with a turbocharger and a fuel system. partial recycling of the exhaust gas discharging upstream of the supercharger.
  • the system includes an electronic control unit receiving a reference gas temperature signal, a reference gas pressure signal, and a fresh air flow signal supplying the engine.
  • the electronic control unit is configured to derive received signals, as a function of the degree of opening of the swirl flap and the rotational speed of the engine, an estimate of the flow rate of gas entering the engine, and an estimate of the flow rate of the engine. exhaust gas recycled by a barycentric calculation from one or more engine performance maps.
  • the reference pressure corresponds to the pressure of the gases in one of the two collectors, the reference temperature corresponding to the common temperature of the gases in the two collectors,
  • the mapped engine efficiency values are a function of the engine speed, the degree of opening of the swirl flap, and a gas density defined as the quotient of the reference pressure by the reference temperature.
  • the reference pressure will be chosen equal to the measurable pressure in the main manifold.
  • the engine performance maps are made so that, if a point of a map corresponds to a given torque (engine speed, gas density), one can find at least one other point of the or maps, corresponding substantially to the same torque (engine speed, gas density), and corresponding to a different degree of opening of the swirl flap.
  • the electronic control unit has at least two "swirl index” mappings, each "swirl index” map containing engine performance values as a function of value pairs (engine speed, gas density), for a fixed degree of opening of the swirl flap.
  • the means for evaluating the reference pressure is a pressure sensor disposed in the main manifold, or disposed between the intake flap and the swirl flap.
  • the means for evaluating the reference temperature may be a temperature sensor disposed between the intake flap and the engine cylinders.
  • the reference temperature evaluation means may also be a temperature sensor disposed upstream of the intake flap.
  • the electronic control unit also has a monotonous map making it possible to connect the values of the degree of opening of the swirl flap and the section values by a strictly monotonic function.
  • the section values obtained by the monotonic mapping correspond to the cross section of the passage delimited by the swirl flap, in the sense of the Barré de Saint-Venant equation for the fluids.
  • the cross-section of the swirl flap is the section for which the Saint-Venant Barré equation for fluids makes it possible to find the same relationships between gas temperature, gas flow, and gas pressures upstream and downstream of the flap. , than those measurable on a test bench.
  • the electronic control unit is configured to evaluate a non-mapping performance in the yield map (s) corresponding to a current engine speed, a current gas density and a degree of opening.
  • current of the swirl flap itself associated with an effective section by the cross-section mapping, calculating this output as the center of gravity: a first mapped value of output corresponding to the same engine current regime and current gas density , and at a first degree of opening of the swirl flap,
  • the cross-section distances are the differences between the cross-sections of the points used in the calculation and the cross-section corresponding to the point to be calculated.
  • the electronic control unit is configured to calculate the flow of gas entering the cylinders of the engine, calculating this flow as a value proportional to the product of the gas density by the engine speed and the efficiency of the motor.
  • the electronic control unit is configured to calculate the flow rate of recycled gas using the flow rate of gas entering the engine cylinders, and the fresh air flow, by performing a balance of mass on the gases contained in the engine ducts between the injection point of recycled gas and the engine cylinders.
  • the electronic control unit can be configured to calculate the recycled gas flow, calculating this flow as the difference between the flow of gas entering the engine and the flow of fresh air.
  • the electronic control unit can have a mapping connecting by a strictly monotonous function the degree of opening of the shutter and an effective section of this intake flap, and the electronic control unit can be configured to calculate the flow of recycled gas, calculating this flow as the difference between the flow rate of gas entering the engine and the flow of fresh air, to which is added a term proportional to the derivative with respect to the time of a p gas density -, and a term proportional to the derivative relative to
  • T the reference temperature
  • Qmoteur represents the total flow rate of gas entering the engine cylinders S e y represents the cross section of the intake flap
  • the subject of the invention is a method for evaluating the quantity of exhaust gas recycled in an internal combustion engine equipped with two intake manifolds, a main collector and a secondary collector, and equipped with to regulate the flow rates of gas entering the engine cylinders, an intake flap upstream of the two collectors and a swirl flap disposed between the intake flap and the secondary collector, also equipped with a turbocharger supercharging system and a partial exhaust gas recirculation circuit opening upstream of the supercharging compressor, the method comprising the following steps: a reference pressure corresponding to the pressure of the gases in the main manifold is measured,
  • a fresh air flow is measured which supplies the motor, an effective section of the swirl flap is evaluated, the effective section being a monotonic function of an opening degree of the swirl flap,
  • a volumetric efficiency of the engine is evaluated by estimating a barycentre of two mapped performance values, weighted by the distances between the cross sections of the mapped points and the effective section of the point to be evaluated.
  • the rate of recycled gas is evaluated as a function of the reference pressure, the reference temperature, the fresh air flow rate, the engine rotation speed and the volumetric efficiency of the engine.
  • FIG. 1 is a diagrammatic view of an engine equipped with a control system according to the invention
  • FIG. 2 is a block diagram summarizing an example of a process implemented in the invention for evaluating the flow of gas recycled in the engine illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 1 illustrates by way of example a combustion engine 1 internal diesel type, equipped with a turbo supercharger system and a partial exhaust gas recirculation circuit.
  • the engine has four cylinders 14, but could include any number of cylinders.
  • the air admitted into the engine passes firstly through an air filter 2, a flowmeter 16, then through a compressor 3a of a turbocharger 3.
  • the flowmeter may be a portion of a gas line equipped with a sensor with hot wire.
  • the turbocharger 3 is composed of a compressor 3a and a turbine 3b arranged on the same axis, so that the turbine 3b can drive the compressor 3a.
  • the air thus compressed passes through an intake air exchanger 4 for cooling, then into an intake pipe 5 before being admitted into the cylinders of the engine 14 via a double intake manifold 13
  • the double manifold 13 comprises a first main manifold 13a and a secondary collector 13b.
  • An intake flap 18 regulates the flow of air passing from the intake duct 5 into the double manifold 13.
  • the air flow then splits between the main manifold 13a and the secondary collector 13b.
  • a swirl flap 19 limits the air flow in the secondary collector 13b.
  • the main manifold 13a opens through four arrival lines in the four cylinders 14 of the engine; the secondary manifold 13b opens by four other arrival lines in the same four cylinders 14 of the engine.
  • the gases from the combustion in the cylinders are discharged via an exhaust manifold 6 and cause the Turbocharger turbine 3b 3. These exhaust gases are then discharged via an exhaust pipe 7 and a particulate filter 8 to be discharged into the atmosphere. Part of this exhaust gas is taken at the outlet of the particle filter 8 by a bypass line 9, which brings these gases upstream of the compressor 3a where they mix with fresh air from the air filter 2.
  • the gases taken by the bypass line 9 are at a pressure lower than the pressure of the gases in the intake manifold 13 and the exhaust manifold 6. Such a recycling is then called a low pressure recirculation of the exhaust gas.
  • An exhaust valve 10 is disposed on the exhaust pipe 7 downstream of the bypass line 9.
  • An EGR valve 1 1 is disposed on the branch line 9.
  • the degree of opening of the exhaust valve 10 regulates the gas pressure in the bypass line 9.
  • the degree of opening of the EGR valve 1 1 makes it possible, in combination with the degree of opening of the exhaust valve 10, to vary the gas flow rate returned by the bypass line 9 to the compressor 3a.
  • a cooler 12 is disposed on the bypass line 9 between the EGR valve 1 1 and the inlet of the compressor 3a.
  • a temperature sensor 20 is disposed in the intake duct 5, between the intake air exchanger 4 and the intake flap 18.
  • a pressure sensor 21 is disposed in the main collector 13a.
  • An electronic control unit (ECU), referenced 15, controls in particular the quantities and the moments of fuel injection into the cylinders 14 of the engine, and also controls the fresh air flow and the rate of recycled gases sent to the cylinders. 14.
  • the electronic control unit 15 comprises, in a conventional manner, a microprocessor or central unit, RAMs, ROMs, analog / digital converters and different input and output interfaces.
  • the ECU 15 receives by connections 22, 23, and 24, respectively, the values measured by the flowmeter 16, the temperature sensor 20 and the pressure sensor 21.
  • the ECU 15 also receives, via a connection 27, the speed of motor rotation N, measured by a motor speed sensor (not shown) disposed at one of the engine cylinders. Depending on the operating point of the motor and the desired EGR rate, the ECU sends control signals through the connection 25 to change the position of the flap 18 to regulate the total amount of air and recycled gases admitted to the units. engine cylinders; the ECU 15 sends control signals via the connection 26 to change the position of the flap 19, and therefore the level of eddy of the air entering the cylinders 14 of the engine; the ECU sends control signals respectively through connections 28 and 29 to modify the positions of the valves 10 and 11, and in doing so, to regulate the rate of EGR.
  • the ECU receives, through these same connections 25, 26, 28 and 29, signals indicating the respective degree of opening of the flaps 18, 19 and the valves 10 and 1 1.
  • the ECU 15 has two maps 30 and 31 to read engine performance values.
  • the ECU 15 may optionally have more than two engine yield maps.
  • the ECU 15 also has a map 42, for reading according to the angular position x of the swirl flap, an effective section Se x delimited by this flap.
  • the ECU 15 finally has a map 43, to read depending on the angular position of the intake flap is a cross section If there delineated by this component.
  • the cross sections of the map 42 are determined by measurements on a test bench, so as to verify the Saint-Venant Barré equation for a fluid of temperature T, passing through a conduit of the cross section considered, entering a pressure P and out at a pressure P SW iri, with a flow rate Q swl ⁇ that is to say the equation:
  • ⁇ is the dimensionless ratio of the specific heats for air, having the value 1, 4 p is the gas pressure upstream of the swirl flap
  • R is the air constant, with the value of 287 J / kg / K swirl is the gas pressure downstream of the swirl flap
  • Mapping 43 is also determined on test benches, so as to verify the Barre de Saint-Venant equation for the admission component, namely:
  • Each of the mappings 30 and 31 reads a series of values ⁇ r of engine fill efficiency, corresponding to a fixed position of the swirl flap. For a given position of the swirl flap, this filling performance of the engine is a function of two p variables, a gas density - and a regime N,
  • the maps 30 and 31 can be established on test benches by carrying out measurement series of the engine gas flow entering the cylinders of a reference engine (equipped with a flow meter at the inlet of the engines). cylinders), as well as measurements of the corresponding gas density values. The following relation is used to define the efficiency ⁇ r :
  • P is the pressure in the main manifold
  • T is the common gas temperature at the inlet flap and in the two manifolds 13a and 13b x is the open position of the swirl flap
  • Qmotor is the total flow of gas entering the engine cylinders
  • T swirl flap fully open and for one or more positions of the swirl flap other than the full open position.
  • one set corresponding to the mapping 30 the values ⁇ r at a position 25% of angular travel of opening of the swirl flaps and is set in the mapping 31, the values corresponding to ⁇ r a position at 98% angular opening stroke of the swirl flap.
  • the flaps 18 and 19 are rotary flaps, but they could be replaced by other types of control valves. Instead of using the angular opening position of the flap, it is then possible to use another variable connected to the movement of the shutter member of the valve.
  • the invention proposes to use a barycentric method, based on the passage cross sections. delimited by the swirl flap 19, sections associated with the open positions of the considered points.
  • a yield corresponding to an opening stroke x the following section values are extracted from the map 42:
  • Q EGR Qmoteur - Q m r ms (Equation 4) Where Q mr is the fresh air flow rate measured by flowmeter 16.
  • equation I b is used which gives, after mathematical simplification:
  • QEGR + Qmr The Q EGR and / or ⁇ EGR values thus estimated can then be used to manage the positions of the valves 10 and 1 1 making it possible to vary Q EGR and ⁇ EGR .
  • FIG. 2 summarizes the calculation process implemented by the electronic control unit 15 of FIG. 1 in order to calculate the flow rate of gas entering the engine, and then to deduce the recycled gas flow rate.
  • the electronic control unit has tables of values represented by the references 30, 31, 32,
  • Tables 30, 31, 32 are engine performance maps as a function of two variables, the variable N, or engine rotation speed, and the reduced variable P / T, or gas density, calculated from the temperature T and pressure P measured by the sensors 20 and 21 of Figure 1, respectively.
  • Mapping 30 represents the engine efficiency for an opening position xi of the swirl flap.
  • Mapping 31 represents the efficiency of the engine for a position x 2 opening of the swirl flap.
  • the control unit may have secondary mappings corresponding to other opening positions of the swirl flap than xi or x 2 , for example a map 32 representing the engine efficiency for an opening position X 1 of the flap. sybarite.
  • the electronic control unit has a list 40 in which are recorded the positions X 1 , X 2 , Xi of the swirl pane for which mapping is available.
  • the electronic control unit also has a map 42 connecting the possible positions x for the swirl flap, and the effective section corresponding to these positions, according to the equation l a.
  • the electronic control unit receives, as input data, the position x of the swirl flap, the pressure P measured by the sensor 21, the temperature T, measured by the sensor 20, the rotation speed N of the engine, and the flow rate. Q mr frms measured by the flowmeter 16.
  • ECU identifies maps 30 and 31 corresponding to the two values in the list 40 framing closer the measured opening x of the swirl component.
  • the ECU reads in these maps 30 and 31 the efficiency values corresponding to the selected values X 1 , x 2 , that is, ⁇ (IN, -P, X 1 ⁇ and ru (N, -P, x 2 ⁇ I. mapping 42, the ECU deduces the cross-sections S 1, S 2 and Se x corresponding to the three opening positions X 1 , x 2 i and x respectively, whereas the ECU estimates at step 46 the efficiency of the motor corresponding to the opening x of swirl flap, using the following barycentric formula:
  • the ECU deduces in step 47 the flow of gas entering the engine, using equation 2.
  • the ECU then deduces in step 48, the flow of exhaust gas recycled to the engine, for example using equation 4, and taking into account the flow of fresh air
  • the invention is not limited to the embodiment described, and may be subject to many variants.
  • the yield maps 30, 31, 32 ... can be indexed directly on the effective section corresponding to the position of the intake flap for which they were made. In this way, the corresponding sections S 1, S 2 ... are avoided in each case in the map 42.
  • the temperature sensor can be arranged inside the double collector 13, that is to say between the shutter. intake 18 and the cylinders 14 of the engine.
  • the pressure sensor 21 could, without changing the calculations, be between the docking flap 18 and the area where the collector 13 splits into two collectors 13a and 13b. It is also possible to envisage variants where this pressure sensor would be in the collector 13b, while mapping in the maps 30 and 31 engine efficiencies defined from this pressure value.
  • the invention can be used to calculate the flow rate of recycled gas in an engine equipped only with a low-pressure gas recirculation circuit, or to calculate the flow rate of recycled gas in an engine equipped with a low-pressure recirculation circuit. gas and a high-pressure gas recirculation circuit, when this circuit of High pressure recycling is closed. It is possible to group together all available performance values in a single map.
  • the method described above makes it possible to simply calculate the quantity Q EGR of recycled gases returned to the cylinders of the engine, using only, in terms of measurement instrumentation, a pressure sensor and a temperature sensor, as well as a fresh air flow meter which is usually already present to optimize other engine operating variables. Calculations of physically well-identified values are used for the calculation instead of the complex calibration functions of the prior art. The reliability of the estimates is improved, the control of polluting discharges also.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Un système de commande d'un moteur (1) à combustion interne, équipé de deux collecteurs d'admission, un collecteur principal (13 a) et un collecteur secondaire (13b), et équipé, pour réguler les débits de gaz entrant dans les cylindres du moteur, d'un volet d'admission (18) en amont des deux collecteurs et d'un volet de swirl (19) disposé entre le volet d'admission et le collecteur secondaire, équipé également d'un turbocompresseur (3) de suralimentation et d'un circuit de recyclage partiel (9) des gaz d'échappement débouchant en amont du compresseur de suralimentation, comprend une unité de commande électronique (15). L'unité de commande électronique reçoit un signal de température de gaz de référence, un signal de pression de gaz de référence, et un signal de débit d'air frais alimentant le moteur, et l'unité de commande électronique est configurée pour déduire des signaux reçus, en fonction du degré d'ouverture du volet de swirl (19) et du régime de rotation du moteur, une estimation du débit de gaz entrant dans le moteur, et une estimation du débit de gaz d'échappement recyclés, par un calcul barycentrique à partir d'une ou de plusieurs cartographies (30, 31) de rendement du moteur (1).

Description

Système et procédé de commande pour l'estimation du débit de gaz d'échappement recyclés dans un moteur à combustion interne.
L 'invention concerne le domaine automobile, et plus particulièrement le contrôle et la commande d'un moteur de véhicule automobile, le moteur étant du type à allumage commandé ou du type Diesel.
Les restrictions d' émission de polluants à l' échappement des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles nécessitent le développement de stratégies de dépollution de plus en plus efficaces. L 'une de ces stratégies consiste à faire recirculer une partie des gaz d' échappement issus de la combustion au moyen d'une conduite de recyclage partiel des gaz d' échappement (EGR). Les véhicules automobiles, en particulier les véhicules automobiles de type Diesel, sont souvent équipés d'un circuit de recyclage partiel des gaz d'échappement du moteur dans le collecteur d'admission de ce dernier.
On sait en effet qu'un tel recyclage partiel des gaz d'échappement permet de diminuer les émissions d'oxyde d' azote du moteur, qui sont des espèces chimiques particulièrement nocives. La quantité d'oxyde d' azote est fortement liée à la composition du mélange réactif dans les cylindres du moteur en air, en carburant, et à la présence de gaz inertes. Grâce à un tel recyclage, la quantité d'oxygène lors de la combustion est diminuée, de sorte qu'il y a moins de constituant oxydant capable d'oxyder l' azote en oxydes d' azote polluants. De plus, la température de la combustion est abaissée car la chaleur spécifique des gaz d'échappement est supérieure à celle de l' air, ce qui réduit la vitesse de formation des oxydes d' azote. Enfin, le volume des gaz émis par le moteur à combustion est diminué, puisqu'une partie de ces gaz est recyclée dans la chambre de combustion du moteur. A concentration égale, la quantité des gaz polluants est donc plus faible. Le recyclage partiel des gaz d' échappement à l' admission est réalisé au moyen d'un circuit de recyclage comportant une vanne commandée (généralement appelée vanne EGR). Ainsi, en prévoyant un recyclage des gaz d'échappement, on diminue la quantité d'oxydes d' azote produits par le moteur.
Le taux de gaz d' échappement du moteur recyclés ou taux EGR (τEGR) est défini par la relation suivante :
^ EFCGRR = — Q ^ +^n — dans laq Huelle :
≈EGR ^ ≈mr
QEGR est le débit de gaz d' échappement recyclés vers les cylindres du moteur, et
Qair est le débit d' alimentation en air frais du moteur. Ce recyclage est cependant susceptible d' accroître de manière non négligeable la quantité de fumées dans les gaz d' échappement si elle n' est pas correctement réglée et, en particulier, si la quantité des gaz d'échappement recyclée est trop importante.
Il est donc nécessaire de régler précisément le taux de gaz d' échappement recyclés ou taux EGR.
Le circuit de recyclage partiel des gaz d' échappement peut être agencé selon deux configurations différentes. La première est le recyclage partiel des gaz d' échappement dite haute pression, dans laquelle les gaz sont prélevés à la sortie du collecteur d' échappement et réinjectés dans le collecteur d' admission, c'est-à-dire que les gaz recyclés sont prélevés et réinjectés dans la partie haute pression du moteur. La deuxième est le recyclage partiel des gaz d' échappement dite basse pression, dans laquelle les gaz sont prélevés en sortie de la turbine ou en sortie de filtre à particules, et sont réinjectés en amont du compresseur, dans la partie du moteur qui est plus ou moins à la pression atmosphérique. Dans le cadre de cette invention, on s' attachera plus spécifiquement au cas du recyclage partiel des gaz d' échappement à basse pression. L'invention concerne plus particulièrement les moteurs de type diesel avec un tel recyclage, munis d'un double collecteur d'admission. Ce double collecteur d'admission permet de faire arriver deux flux de gaz à pression différente dans chaque cylindre du moteur, créant ainsi un effet de tourbillon ou de remous, usuellement désigné par "swirl" , et permettant de mieux disperser le carburant et optimiser sa combustion.
Pour optimiser le taux de recyclage partiel des gaz d' échappement et obtenir un taux acceptable de polluants, il est nécessaire de connaître avec précision le débit total de gaz entrant dans les cylindres du moteur ainsi que le débit de gaz recyclés. Le débit d'air frais entrant dans le moteur est généralement connu, grâce à des mesures par un débitmètre situé derrière le filtre à air du moteur. Une fois que l'on connaît, soit le débit de gaz recyclés, soit le débit total de gaz entrant dans les cylindres du moteur, on peut aisément en déduire une estimation raisonnable de l'autre valeur, donc le taux de gaz recyclés. En effet, si on néglige les états transitoires de flux, en première approximation QEGR + Q an = Qmoteur, où Qmoteur est le débit d' alimentation en gaz des cylindres du moteur. Pour estimer le débit total entrant dans les cylindres ou le débit de gaz recyclés, on a généralement recours à un débitmètre, permettant de traduire un débit de gaz en information électrique comme un courant ou une tension. Plusieurs types de débitmètres existent, parmi lesquels on peut citer le capteur à fil chaud. Ce capteur est composé essentiellement d'un fil chauffé par le passage d'un courant électrique et plongé dans le flux du gaz à mesurer. Après la calibration du capteur, une variation de débit du gaz se traduit par une variation de courant dans le fil, qui peut ensuite être numérisée et analysée. Cependant, un tel capteur est soumis à de nombreux inconvénients, tels que son coût, les perturbations du signal de mesure, les perturbations dues aux retours d'ondes de pression, les difficultés de calibration, les dérives et dispersions des mesures ainsi que, dans le cas d'un recyclage partiel des gaz d' échappement à basse pression, les risques d'encrassement liés à la proximité du point d'injection des gaz recyclés.
On a donc envisagé de se passer de débitmètre et d'utiliser d'autres moyens pour estimer le débit d' air admis dans le moteur. La demande de brevet FR 2 905 986 au nom de la demanderesse propose de recalculer le débit d'air entrant dans un moteur équipé d'un circuit EGR basse pression, à partir de capteurs mesurant la température et la pression des gaz en différents endroits du moteur. Cette méthode ne permet pas de prendre en compte les variations de débit induites par la régulation d'une différence de pression entre deux collecteurs d'admission.
La demande de brevet FR0853483 au nom de la demanderesse propose une méthode pour calculer le débit d'air entrant dans un moteur à double collecteur d'admission équipé d'un circuit EGR haute pression. L'adaptation de cette méthode à un moteur équipé d'un circuit EGR basse pression est complexe, et nécessite au moins deux capteurs de pression de gaz.
La présente invention a pour but un système et un procédé permettant d' estimer, avec un seul débitmètre de gaz, un capteur de température de gaz et un capteur de pression de gaz, le débit total de gaz admis dans un moteur à combustion interne équipé d'un recyclage partiel des gaz d' échappement à basse pression et d'un double collecteur d'admission.
L 'invention a également pour objectif la définition des moyens de calculs permettant de réduire le nombre de capteurs de température et de pression nécessaires à la détermination du débit d'air.
Dans un mode de réalisation, l'invention a pour objet un système de commande d'un moteur à combustion interne. Le moteur est équipé de deux collecteurs d'admission, un collecteur principal et un collecteur secondaire, et est équipé, pour réguler les débits de gaz entrant dans les cylindres du moteur, d'un volet d'admission en amont des deux collecteurs et d'un volet de swirl disposé entre le volet d'admission et le collecteur secondaire. Le moteur est également équipé d'un turbocompresseur de suralimentation et d'un circuit de recyclage partiel des gaz d'échappement débouchant en amont du compresseur de suralimentation. Le système comprend une unité de commande électronique recevant un signal de température de gaz de référence, un signal de pression de gaz de référence, et un signal de débit d'air frais alimentant le moteur. L'unité de commande électronique est configurée pour déduire des signaux reçus, en fonction du degré d'ouverture du volet de swirl et du régime de rotation du moteur, une estimation du débit de gaz entrant dans le moteur, et une estimation du débit de gaz d'échappement recyclés, par un calcul barycentrique à partir d'une ou de plusieurs cartographies de rendement du moteur.
Selon un mode de réalisation préférentiel :
- la pression de référence correspond à la pression des gaz dans l'un des deux collecteurs, - la température de référence correspondant à la température commune des gaz dans les deux collecteurs,
- les valeurs cartographiées de rendement du moteur sont une fonction du régime du moteur, du degré d'ouverture du volet de swirl, et d'une densité de gaz définie comme le quotient de la pression de référence par la température de référence.
Avantageusement, la pression de référence sera choisie égale à la pression mesurable dans le collecteur principal.
De manière préférentielle, les cartographies de rendement du moteur sont réalisées de manière à ce que, si un point d'une cartographies correspond à un couple {régime moteur, densité de gaz} donné, on peut trouver au moins un autre point de la ou des cartographies, correspondant sensiblement au même couple {régime moteur, densité de gaz} , et correspondant à un degré d'ouverture différent du volet de swirl. Dans cette configuration, on pourra effectuer une interpolation en fonction de la seule variable {degré d'ouverture du volet de swirl} pour estimer des valeurs non cartographiées.
Selon un mode de réalisation préféré, l'unité de commande électronique dispose d'au moins deux cartographies "à index de swirl", chaque cartographie "à index de swirl" contenant des valeurs de rendement du moteur en fonction de couples de valeurs {régime moteur, densité de gaz} , pour un degré d'ouverture figé du volet de swirl. Avantageusement, le moyen d'évaluation de la pression de référence est un capteur de pression disposé dans le collecteur principal, ou disposé entre le volet d'admission et le volet de swirl.
Le moyen d'évaluation de la température de référence peut-être un capteur de température disposé entre le volet d'admission et les cylindres du moteur.
Selon une variante de réalisation, le moyen d'évaluation de la température de référence peut également être un capteur de température disposé en amont du volet d'admission.
Avantageusement, l'unité de commande électronique dispose en outre d'une cartographie monotone permettant de relier par une fonction strictement monotone les valeurs de degré d'ouverture du volet de swirl et des valeurs de sections.
De manière préférentielle, les valeurs de sections obtenues par la cartographie monotone, correspondent à la section efficace du passage délimité par le volet de swirl, au sens de l'équation de Barré de Saint-Venant pour les fluides.
La section efficace du volet de swirl est la section pour laquelle l'équation de Barré de Saint-Venant pour les fluides permet de retrouver les mêmes relations entre température du gaz, débit du gaz, et pressions du gaz en amont et en aval du volet, que celles mesurables sur un banc d'essai.
Avantageusement, l'unité de commande électronique est configurée pour évaluer un rendement non cartographie dans la ou les cartographies de rendement, correspondant à un régime courant du moteur, une densité courante de gaz ainsi qu'à un degré d'ouverture courant du volet de swirl, lui-même associé à une section efficace par la cartographie de section efficace, en calculant ce rendement comme étant le barycentre : d'une première valeur cartographiée de rendement correspondant aux mêmes régime courant du moteur et densité courante de gaz, et à un premier degré d'ouverture du volet de swirl,
- et d'une deuxième valeur cartographiée de rendement correspondant aux mêmes régime courant du moteur et densité courante de gaz, et à un deuxième degré d'ouverture du volet de swirl, ces valeurs étant pondérées par les distances entre la section efficace courante et les sections efficaces correspondant respectivement au deuxième et au premier degré d'ouverture.
On entend ici par barycentre de deux valeurs, la moyenne pondérée de ces deux valeurs. Les distances de sections efficaces sont les différences entre les sections efficaces des points qui servent au calcul, et la section efficace correspondant au point à calculer.
De manière préférentielle, l'unité de commande électronique est configurée pour calculer le débit de gaz entrant dans les cylindres du moteur, en calculant ce débit comme étant une valeur proportionnelle au produit de la densité de gaz par le régime du moteur et par le rendement du moteur.
Selon un mode de réalisation préféré, l'unité de commande électronique est configurée pour calculer le débit de gaz recyclés à l'aide du débit de gaz entrant dans les cylindres du moteur, et du débit d'air frais, en effectuant un bilan de masse sur les gaz contenus dans les conduits du moteur compris entre le point d'injection de gaz recyclés et les cylindres du moteur.
Selon ce mode de réalisation, l'unité de commande électronique peut être configurée pour calculer le débit de gaz recyclés, en calculant ce débit comme étant la différence entre le débit de gaz entrant dans le moteur et le débit d'air frais.
Selon une variante du mode de réalisation précédent, l'unité de commande électronique peut disposer d'une cartographie reliant par une fonction strictement monotone le degré d'ouverture du volet d'admission et une section efficace de ce volet d'admission, et l'unité de commande électronique peut être configurée pour calculer le débit de gaz recyclés, en calculant ce débit comme étant la différence entre le débit de gaz entrant dans le moteur et le débit d'air frais, à laquelle s'ajoute un terme proportionnel à la dérivée par rapport au temps d'une p densité de gaz — , et un terme proportionnel à la dérivée par rapport
au temps de la valeur ≡≡≡L. , où :
P.Sey
P représente la pression de référence
T représente la température de référence
Qmoteur représente le débit total de gaz entrant dans les cylindres du moteur Se y représente la section efficace du volet d'admission
Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé d'évaluation de la quantité de gaz d'échappement recyclés dans un moteur à combustion interne équipé de deux collecteurs d'admission, un collecteur principal et un collecteur secondaire, et équipé, pour réguler les débits de gaz entrant dans les cylindres du moteur, d'un volet d'admission en amont des deux collecteurs et d'un volet de swirl disposé entre le volet d'admission et le collecteur secondaire, équipé également d'un turbocompresseur de suralimentation et d'un circuit de recyclage partiel des gaz d'échappement débouchant en amont du compresseur de suralimentation, le procédé comprenant les étapes suivantes : - on mesure une pression de référence correspondant à la pression des gaz dans le collecteur principal,
- on mesure une température de référence correspondant à la température commune des gaz dans les deux collecteurs
- on mesure un débit d'air frais alimentant le moteur, - on évalue une section efficace du volet de swirl, la section efficace étant une fonction monotone d'un degré d'ouverture du volet de swirl,
- on évalue un rendement volumétrique du moteur en estimant un barycentre de deux valeurs de rendement cartographiées, pondérées par les distances entre les sections efficaces des points cartographiés et la section efficace du point à évaluer.
- on évalue le débit de gaz recyclés en fonction de la pression de référence, de la température de référence, du débit d'air frais, du régime de rotation du moteur et du rendement volumétrique du moteur.
D ' autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d' exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur équipé d'un système de commande selon l'invention,
- la figure 2 est un schéma synoptique résumant un exemple de processus mis en œuvre dans l'invention pour évaluer le débit de gaz recyclés dans le moteur illustré à la figure 1. La figure 1 illustre à titre d'exemple un moteur 1 à combustion interne du type Diesel, équipé d'un système de suralimentation par turbocompresseur et d'un circuit de recyclage partiel des gaz d'échappement. Le moteur comporte quatre cylindres 14, mais pourrait comporter un nombre quelconque de cylindres. L 'air admis dans le moteur passe d' abord à travers un filtre à air 2, un débitmètre 16, puis à travers un compresseur 3a d'un turbocompresseur 3. Le débitmètre peut être une portion de conduite de gaz équipée d'un capteur à fil chaud. Le turbocompresseur 3 est composé d'un compresseur 3 a et d'une turbine 3b disposés sur le même axe, de sorte que la turbine 3b peut entraîner le compresseur 3a. L' air ainsi comprimé passe à travers un échangeur d' air d' admission 4 en vue de son refroidissement, puis dans une conduite d'admission 5 avant d' être admis dans les cylindres du moteur 14 via un double collecteur d'admission 13. Le double collecteur 13 comprend un premier collecteur principal 13a et un collecteur secondaire 13b. Un volet d'admission 18 permet de réguler le débit d'air passant de la conduite d'admission 5 dans le double collecteur 13. Le flux d'air se dédouble ensuite entre le collecteur principal 13a et le collecteur secondaire 13b. Un volet de swirl 19 permet de limiter le débit d'air dans le collecteur secondaire 13b. Le collecteur principal 13a débouche par quatre conduites d'arrivées dans les quatre cylindres 14 du moteur; le collecteur secondaire 13b débouche par quatre autres conduites d'arrivées dans les mêmes quatre cylindres 14 du moteur. Le différentiel de pression engendré entre les deux collecteurs par le volet de swirl 19, crée un mouvement turbulent de l'air alimentant chaque cylindre 14. Les gaz issus de la combustion dans les cylindres sont rejetés via un collecteur d' échappement 6 et entraînent la turbine 3b du turbocompresseur 3. Ces gaz d'échappement sont ensuite évacués via une conduite d' échappement 7 et un filtre à particules 8 pour être rejetés à l' atmosphère. Une partie de ces gaz d' échappement est prélevée en sortie du filtre à particule 8 par une conduite de dérivation 9, qui ramène ces gaz en amont du compresseur 3a où ils se mélangent à l'air frais provenant du filtre à air 2. Les gaz prélevés par la conduite de dérivation 9 sont à une pression inférieure à la pression des gaz dans les collecteurs d' admission 13 et d' échappement 6. Un tel recyclage est alors qualifié de recyclage basse pression des gaz d' échappement. Une vanne d' échappement 10 est disposée sur la conduite d'échappement 7 en aval de la conduite de dérivation 9. Une vanne EGR 1 1 est disposée sur la conduite de dérivation 9. Le degré d'ouverture de la vanne d'échappement 10 permet de réguler la pression des gaz dans la conduite de dérivation 9. Le degré d'ouverture de la vanne EGR 1 1 permet, en combinaison avec le degré d'ouverture de la vanne d'échappement 10, de faire varier le débit de gaz renvoyés par la conduite de dérivation 9 vers le compresseur 3a. Un refroidisseur 12 est disposé sur la conduite de dérivation 9 entre la vanne EGR 1 1 et l'entrée du compresseur 3 a.
Un capteur de température 20 est disposé dans la conduite d'admission 5 , entre l'échangeur d' air d'admission 4 et le volet d'admission 18. Un capteur de pression 21 est disposé dans le collecteur principal 13a. Une unité de commande électronique (UCE), référencée 15 , pilote notamment les quantités et les moments d'injection de carburant dans les cylindres 14 du moteur, et commande également le débit d'air frais et le taux de gaz recyclés envoyés dans les cylindres 14. L 'unité de commande électronique 15 comprend, de façon classique, un microprocesseur ou unité centrale, des mémoires vives, des mémoires mortes, des convertisseurs analogiques/numériques et différentes interfaces d'entrée et de sortie. L'UCE 15 reçoit par des connexions 22, 23 , et 24 respectivement, les valeurs mesurées par le débitmètre 16, le capteur de température 20 et le capteur de pression 21. L'UCE 15 reçoit également par une connexion 27, la vitesse de rotation N du moteur, mesurée par un capteur de régime moteur (non représenté), disposé au niveau d'un des cylindres du moteur. En fonction du point de fonctionnement du moteur et du taux d'EGR souhaité, l'UCE envoie des signaux de commande par la connexion 25 pour modifier la position du volet 18 pour réguler la quantité totale d'air et de gaz recyclés admis dans les cylindres du moteur; l'UCE 15 envoie des signaux de commande par la connexion 26 pour modifier la position du volet 19, et donc le niveau de remous de l'air entrant dans les cylindres 14 du moteur; l'UCE envoie des signaux de commande respectivement par des connexions 28 et 29 pour modifier les positions des vannes 10 et 1 1 , et, ce faisant, pour réguler le taux d'EGR. L'UCE reçoit par ces mêmes connexions 25 , 26, 28 et 29, des signaux lui indiquant le degré d'ouverture respectifs des volets 18, 19 et des vannes 10 et 1 1. L'UCE 15 dispose de deux cartographies 30 et 31 permettant de lire des valeurs de rendement du moteur. L'UCE 15 peut éventuellement disposer de plus de deux cartographies de rendements du moteur. L'UCE 15 dispose également d'une cartographie 42, permettant de lire en fonction de la position angulaire x du volet de swirl, une section efficace Sex délimitée par ce volet. L'UCE 15 dispose enfin d'une cartographie 43 , permettant de lire en fonction de la position angulaire y du volet d'admission, une section efficace Sey délimitée par ce volet. Les sections efficaces de la cartographie 42 sont déterminées par des mesures sur banc d'essais, de manière à vérifier l'équation de Barré de Saint-Venant pour un fluide de température T, traversant un conduit de la section efficace considérée, entrant à une pression P et sortant à une pression PSWiri, avec un débit Qswlή c'est-à-dire l'équation :
P = a •swirl γ+l (équation l a)
P
Se s,wirl R swirl γ -1
Où γ est le rapport sans dimensions des chaleurs spécifiques pour l' air, ayant pour valeur 1 ,4 p est la pression de gaz en amont du volet de swirl
R est la constante de l'air, ayant pour valeur 287 J/kg/K swirl est la pression de gaz en aval du volet de swirl
T est la température du gaz traversant le volet de swirl tiswirl est le débit massique de gaz traversant le volet de swirl est la section efficace du volet de swirl
La cartographie 43 est également déterminée sur bancs d'essais, de manière à vérifier l'équation de Barré de Saint-Venant pour le volet d'admission, soit :
(équation I b)
Où γ est le rapport sans dimensions des chaleurs spécifiques pour l' air, ayant pour valeur 1 ,4 γ =Cp/Cv= 1 ,4 p.. est la pression de gaz en amont du volet d'admission est la constante de l'air, ayant pour valeur 287 J/kg/K est la pression de gaz dans le collecteur principal T est la température du gaz traversant le volet d'admission βmoteur est le débit massique de gaz traversant le volet d'admission, qui est sensiblement égal au débit de gaz entrant dans les cylindres du moteur Se y est la section efficace du volet d'admission
Chacune des cartographies 30 et 3 1 permet de lire une série de valeurs ηr de rendement de remplissage du moteur, correspondant à une position fixée du volet de swirl. Pour une position donnée du volet de swirl, ce rendement de remplissage du moteur est fonction de deux p variables, une densité de gaz — et un régime N,
où P représente la pression mesurée par le capteur 21 , T représente la température mesurée par le capteur 20, et N représente le régime, ou vitesse de rotation du moteur. Les cartographies 30 et 3 1 peuvent être établies sur bancs d'essais en effectuant des séries de mesure du débit de gaz Qmoteur entrant dans les cylindres d'un moteur servant de référence (équipé, lui d'un débitmètre à l'entrée des cylindres), ainsi que des mesures des valeurs de densité de gaz correspondantes. On utilise la relation suivante pour définir le rendement ηr :
Q = 3600 (équation 2)
Où : est la constante de l' air, ayant pour valeur 287 J/kg/K Kyi est la cylindrée du moteur
" est le régime de rotation moteur
P est la pression dans le collecteur principal
T est la température commune des gaz au niveau du volet d'admission et dans les deux collecteurs 13a et 13b x est la position d'ouverture du volet de swirl
(en fraction relative de la position d'ouverture maximale, c'est-à-dire une valeur comprise entre 0 et 1 ) Qmoteur est le débit total de gaz entrant dans les cylindres du moteur
Ces cartographies de valeurs ηr sont par exemple établies de manière détaillée sur le domaine de travail {N, _ } du moteur, pour un
T volet de swirl entièrement ouvert et pour une ou plusieurs positions du volet de swirl autres que la position d'ouverture totale. Dans l'exemple de la figure 1 , on consigne dans la cartographie 30 les valeurs ηr correspondant à une position à 25% de course angulaire d'ouverture du volets de swirl et, on consigne dans la cartographie 31 les valeurs ηr correspondant à une position à 98% de course angulaire d'ouverture du volet de swirl. Dans l'exemple choisi, les volets 18 et 19 sont des volets rotatifs, mais ils pourraient être remplacés par d'autres types de vannes de régulations. Au lieu d'utiliser la position angulaire d'ouverture du volet, on peut alors utiliser une autre variable reliée au mouvement de l'organe d'obturation de la vanne.
Nous décrivons dans la suite la méthode d'évaluation du débit QEGR de gaz recyclés vers les cylindres du moteur, c'est-à-dire le débit de gaz d'échappement renvoyés vers les cylindres du moteur par le compresseur 3a. Afin d'utiliser de manière pertinente les cartographies
30 et 31 , en vue d'évaluer des valeurs de rendement à des courses d'ouverture du volet non cartographiées, l'invention propose d'utiliser une méthode barycentrique, basée sur les sections efficaces du passage délimité par le volet de swirl 19, sections associées aux positions d'ouverture des points considérés. Ainsi, pour évaluer un rendement correspondant à une course d'ouverture x, on extrait de la cartographie 42 les valeurs de section efficaces suivantes :
Sex la section efficace pour une fraction x d'ouverture du volet de swirl
Se la section efficace à 98% d'ouverture du volet de swirl
98%
Se la section efficace à 25% d'ouverture du volet de swirl.
25% On extrait de la cartographie 30, la valeur de rendement correspondant au régime moteur courant et à la densité de gaz courante.
On extrait de la cartographie 31 , la valeur de rendement correspondant au régime moteur courant et à la densité de gaz courante.
On évalue alors le rendement de remplissage pour le degré x d'ouverture du volet de swirl de la manière suivante ηrk|,x
(équation 3)
A partir de l'équation 2, on en déduit le débit total de gaz Qmoteur entrant dans les cylindres du moteur. En effectuant un bilan de masse sur les gaz contenus dans les conduites comprises entre le compresseur 3a et l'entrée des cylindres 14 du moteur, on obtient en première approximation, en négligeant les états transitoires de pression et de débit :
QEGR = Qmoteur - Qmrjms (équation 4) Où Qmr fraιs est le débit d'air frais mesuré par le débitmètre 16.
Si on souhaite un calcul plus précis, on peut prendre en compte les variations de masse de gaz dans les conduites comprises entre le compresseur 3a et l'entrée des cylindres 14 du moteur, la plus grande partie de ce volume se trouvant en amont des collecteurs, à une pression Pamont correspondant à la pression en amont du volet d'admission, et occupant un volume Vsural . On utilise alors l'équation 5
QEGR = Qmoteur - Qaιr,fraιs + ^w - (équation 5)
Pour estimer la pression Pamont en amont du volet d'admission, on utilise l'équation I b qui donne, après simplification mathématique :
Kmont - r H _, „ 2 (équation 6),
P. Se , γ ce qui donne, en reportant dans l'équation 5 :
(équation 7)
Avec : Sey section efficace du volet d' admission, lue par l'UCE
15 dans la cartographie 43 à partir du signal de position du volet d'admission 18. Si les volets 18 et 19 ont même géométrie, on peut envisager de n'utiliser qu'une cartographie commune 42 permettant de lire les sections efficaces des deux volets.
Le débit QEGR de gaz recyclés permet bien sûr de déduire le taux de gaz recyclés arrivant au compresseur 1EGR = - GΛ
QEGR + Qmr Les valeurs QEGR et/ou τEGR ainsi estimées peuvent ensuite servir pour gérer les positions des vannes 10 et 1 1 permettant de faire varier QEGR et τEGR .
La figure 2 résume le processus de calcul mis en œuvre par l'unité de commande électronique 15 de la figure 1 , afin de calculer le débit de gaz entrant dans le moteur, puis en déduire le débit de gaz recyclés. On retrouve des éléments communs à la figure 1 , les mêmes éléments portant alors les mêmes références. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, l'unité de commande électronique dispose de tables de valeurs représentées par les références 30, 31 , 32,
40, 42. Les tableaux 30, 31 , 32 sont des cartographies de rendement du moteur en fonction de deux variables, soit la variable N, ou régime de rotation du moteur, et la variable réduite P/T, ou densité de gaz, calculée à partir de la température T et de la pression P mesurées par les capteurs 20 et 21 de la figure 1 , respectivement. La cartographie 30 représente le rendement du moteur pour une position xi d'ouverture du volet de swirl. La cartographie 31 représente le rendement du moteur pour une position x2 d'ouverture du volet de swirl. L'unité de commande peut disposer de cartographies secondaires correspondant à d'autres positions d'ouverture du volet de swirl que xi ou x2, par exemple une cartographie 32 représentant le rendement du moteur pour une position X1 d'ouverture du volet de swirl. L'unité de commande électronique dispose d'une liste 40 où sont consignées les positions X1 , X2, Xi du volet de swirl pour lesquelles une cartographie est disponible. L'unité de commande électronique dispose également d'une cartographie 42 reliant les positions x possibles pour le volet de swirl, et la section efficace correspondant à ces positions, suivant l'équation l a. L'unité de commande électronique reçoit comme données d'entrée la position x du volet de swirl, la pression P mesurée par le capteur 21 , la température T, mesurée par le capteur 20, le régime N de rotation du moteur, et le débit Qmr frms mesuré par le débitmètre 16. l'UCE identifie les cartographies 30 et 31 correspondant aux deux valeurs de la liste 40 encadrant au plus près l'ouverture mesurée x du volet de swirl. L'UCE lit dans ces cartographies 30 et 31 les valeurs de rendement correspondant aux valeurs X1 , x2 sélectionnées, soitη ( I N, - P ,X1 Λ et ru ( N, — P ,x2 Λ I. Grâce à la cartographie 42, l'UCE déduit les sections efficaces S l , S2 et Sex correspondant aux trois positions d'ouverture X1 , x2 iet x respectivement. L'UCE estime alors à l'étape 46 le rendement du moteur correspondant à l'ouverture x de volet de swirl, en utilisant la formule barycentrique suivante :
L'UCE en déduit à l'étape 47 le débit de gaz entrant dans le moteur, en utilisant l'équation 2. L'UCE en déduit ensuite à l'étape 48, le débit de gaz d'échappement recyclés vers le moteur, par exemple en utilisant l'équation 4, et en prenant en compte le débit d'air frais
Qmr frais mesuré par le débitmètre 16.
L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation décrit, et peut faire l'objet de nombreuses variantes. Les cartographies de rendement 30, 31 , 32... peuvent être indexées directement sur la section efficace correspondant à la position du volet d'admission pour laquelle elles ont été réalisées. On évite ainsi de lire à chaque fois les sections S l , S2... correspondantes dans la cartographie 42. Le capteur de température peut être disposé à l'intérieur du double collecteur 13 , c'est-à-dire entre le volet d'admission 18 et les cylindres 14 du moteur. Le capteur de pression 21 pourrait, sans changer les calculs, se situer entre le volet d'amission 18 et la zone où le collecteur 13 se dédouble en deux collecteurs 13a et 13b. On peut aussi envisager des variantes où ce capteur de pression se trouverait dans le collecteur 13b, en cartographiant alors dans les cartographies 30 et 31 , des rendements du moteur définis à partir de cette valeur de pression.
L'invention peut être utilisée pour calculer le débit de gaz recyclés dans un moteur équipé uniquement d'un circuit de recyclage basse pression des gaz, ou pour calculer le débit de gaz recyclés dans un moteur équipé d'un circuit de recyclage basse pression des gaz et d'un circuit de recyclage haute pression des gaz, quand ce circuit de recyclage haute pression est fermé. On peut envisager de regrouper toutes les valeurs de rendement disponibles dans une seule cartographie.
Selon les variantes de réalisation, si un point { Z_, N, X1 ) , n'est
T pas représenté dans la cartographie 30, on peut décider d'utiliser comme premier point pour le calcul du barycentre, un point cartographie ayant des coordonnées { ^L5No X1 ) proches. On peut
également estimer ce premier point pour le calcul du barycentre par une première interpolation des valeurs cartographiées pour les deux points de coordonnées { , N1 , X1 ) les plus proches de TI
{ :__., N, xi } .
T
La méthode décrite ci-dessus permet de calculer simplement la quantité QEGR de gaz recyclés renvoyés vers les cylindres du moteur, en utilisant seulement, en terme d'instrumentation de mesure, un capteur de pression et un capteur de température, ainsi qu'un débitmètre d'air frais qui est généralement déjà présent pour permettre d'optimiser d'autres variables de fonctionnement du moteur. On utilise pour le calcul des cartographies de valeurs physiquement bien identifiées, au lieu des fonctions de calage complexes de l'art antérieur. La fiabilité des estimations en est améliorée, la maîtrise des rejets polluants également.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de commande d'un moteur ( 1 ) à combustion interne équipé de deux collecteurs d'admission, un collecteur principal ( 13 a) et un collecteur secondaire ( 13b), et équipé, pour réguler les débits de gaz entrant dans les cylindres du moteur, d'un volet d'admission ( 18) en amont des deux collecteurs et d'un volet de swirl ( 19) disposé entre le volet d'admission et le collecteur secondaire, équipé également d'un turbocompresseur (3) de suralimentation et d'un circuit de recyclage partiel (9) des gaz d'échappement débouchant en amont du compresseur de suralimentation, le système comprenant une unité de commande électronique ( 15) recevant un signal de température de gaz de référence, un signal de pression de gaz de référence, et un signal de débit d'air frais alimentant le moteur, caractérisé en ce que l'unité de commande électronique est configurée pour déduire des signaux reçus, en fonction du degré d'ouverture du volet de swirl ( 19) et du régime de rotation du moteur, une estimation du débit de gaz entrant dans le moteur, et une estimation du débit de gaz d'échappement recyclés, par un calcul barycentrique (46) à partir d'une ou de plusieurs cartographies (30, 31 ,32) de rendement du moteur ( 1 ).
2. Système de commande suivant la revendication 1 , dans lequel :
-la pression de référence correspond à la pression des gaz dans l'un des deux collecteurs ( 13a, 13b),
- la température de référence correspondant à la température commune des gaz dans les deux collecteurs ( 13a, 13b), - les valeurs cartographiées de rendement du moteur sont une fonction du régime du moteur, du degré d'ouverture du volet de swirl ( 19), et d'une densité de gaz définie comme le quotient de la pression de référence par la température de référence,
3. Système de commande suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel le moyen d'évaluation de la pression de référence est un capteur de pression (21 ) disposé dans le collecteur principal, ou disposé entre le volet d'admission ( 18) et le volet de swirl ( 19).
4. Système de commande suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande électronique dispose en outre d'une cartographie monotone (42) permettant de relier par une fonction strictement monotone les valeurs de degré d'ouverture du volet de swirl ( 19) et des valeurs de sections.
5. Système de commande suivant la revendication précédente, dans lequel les valeurs de sections obtenues par la cartographie monotone (42), correspondent à la section efficace du passage délimité par le volet de swirl ( 19), au sens de l'équation de Barré de Saint- Venant pour les fluides.
6. Système de commande suivant l'une des revendications 4 à 5 , dans lequel l'unité de commande électronique ( 15) est configurée pour évaluer un rendement non cartographie dans la ou les cartographies de rendement (30, 31 , 32), correspondant à un régime courant du moteur, une densité courante de gaz ainsi qu'à un degré d'ouverture courant du volet de swirl ( 19), lui-même associé à une section efficace par la cartographie de section efficace (42), en calculant ce rendement comme étant le barycentre :
-d'une première valeur cartographiée de rendement correspondant aux mêmes régime courant du moteur et densité courante de gaz, et à un premier degré d'ouverture du volet de swirl, - et d'une deuxième valeur cartographiée de rendement correspondant aux mêmes régime courant du moteur et densité courante de gaz, et à un deuxième degré d'ouverture du volet de swirl, ces valeurs étant pondérées par les distances entre la section efficace courante et les sections efficaces correspondant respectivement au deuxième et au premier degré d'ouverture.
7. Système de commande suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande électronique ( 15) est configurée pour calculer le débit de gaz entrant dans les cylindres ( 14) du moteur, en calculant ce débit comme étant une valeur proportionnelle au produit de la densité de gaz par le régime du moteur et par le rendement du moteur ( 1 ).
8. Système de commande suivant la revendication précédente, dans lequel l'unité de commande électronique ( 15) est configurée pour calculer le débit de gaz recyclés à l'aide du débit de gaz entrant dans les cylindres ( 14) du moteur, et du débit d'air frais, en effectuant un bilan de masse sur les gaz contenus dans les conduits du moteur compris entre le point d'injection de gaz recyclés et les cylindres du moteur.
9. Système de commande suivant les revendications 7 à 8, dans lequel l'unité de commande électronique dispose d'une cartographie (43) reliant par une fonction strictement monotone le degré d'ouverture du volet d'admission ( 18) et une section efficace de ce volet d'admission, et dans lequel l'unité de commande électronique est configurée pour calculer le débit de gaz recyclés, en calculant ce débit comme étant la différence entre le débit de gaz entrant dans le moteur et le débit d'air frais, à laquelle s'ajoute un terme proportionnel à la p dérivée par rapport au temps d'une densité de gaz — , et un terme
proportionnel à la dérivée par rapport au temps de la valeur — Q ≡i≡— 2
P.Sey où :
P représente la pression de référence
T représente la température de référence
O représente le débit total de gaz entrant dans les cylindres du moteur Se représente la section efficace du volet d'admission
10. Procédé d'évaluation de la quantité de gaz d'échappement recyclés dans un moteur à combustion interne ( 1 ) équipé de deux collecteurs d'admission, un collecteur principal ( 13 a) et un collecteur secondaire ( 13b), et équipé, pour réguler les débits de gaz entrant dans les cylindres ( 14) du moteur, d'un volet d'admission ( 18) en amont des deux collecteurs et d'un volet de swirl ( 19) disposé entre le volet d'admission et le collecteur secondaire ( 13b), équipé également d'un turbocompresseur (3) de suralimentation et d'un circuit de recyclage partiel (9) des gaz d'échappement débouchant en amont du compresseur de suralimentation, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- on mesure une pression de référence correspondant à la pression des gaz dans le collecteur principal ( 13 a),
- on mesure une température de référence correspondant à la température commune des gaz dans les deux collecteurs ( 13a, 13b), - on mesure un débit d'air frais alimentant le moteur,
- on évalue une section efficace du volet de swirl, la section efficace étant une fonction monotone d'un degré d'ouverture du volet de swirl,
- on évalue un rendement volumétrique du moteur en estimant un barycentre de deux valeurs de rendement cartographiées, pondérées par les distances entre les sections efficaces des points cartographiés et la section efficace du point à évaluer.
- on évalue le débit de gaz recyclés en fonction de la pression de référence, de la température de référence, du débit d'air frais, du régime de rotation du moteur et du rendement volumétrique du moteur.
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