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FR2915239A1 - Procede d'estimation et systeme de controle du taux d'egr sur un moteur equipe de deux collecteurs d'admission, d'un volet de swirl en amont du collecteur sans egr et d'un volet d'admission en amont du collecteur avec egr. - Google Patents

Procede d'estimation et systeme de controle du taux d'egr sur un moteur equipe de deux collecteurs d'admission, d'un volet de swirl en amont du collecteur sans egr et d'un volet d'admission en amont du collecteur avec egr. Download PDF

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FR2915239A1
FR2915239A1 FR0754507A FR0754507A FR2915239A1 FR 2915239 A1 FR2915239 A1 FR 2915239A1 FR 0754507 A FR0754507 A FR 0754507A FR 0754507 A FR0754507 A FR 0754507A FR 2915239 A1 FR2915239 A1 FR 2915239A1
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flap
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Laurent Fontvieille
Florent Quetelart
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Horse Powertrain Solutions SL
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Renault SAS
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Abstract

Le système comporte un premier (5a) et un deuxième (5b) collecteurs d'admission montés en parallèle, un by-pass (8) muni d'une vanne (81) assurant la recirculation des gaz EGR dans le deuxième collecteur (5b), ledit collecteur (5b) étant muni d'un volet d'EGR (51 b), tandis que le premier collecteur (5a) est muni d'un volet actionneur de swirl (51 a), le conduit (3) d'amenée d'air frais au turbocompresseur (2) étant équipé d'un débitmètre (31).Conformément à l'invention, on calcule le débit d'EGR en fonction d'au moins les données suivantes :- débit d'air mesuré par le débitmètre (31) ;- température en amont des volets de swirl (51 a) et d'EGR (51 b) ;- pression en aval du volet d'EGR (51 b) ;- pression dans le premier collecteur (5a) ;- température des gaz EGR en sortie du by-pass (8) ; et- section équivalente du volet d'EGR (51 b).

Description

i PROCEDE D'ESTIMATION ET SYSTEME DE CONTROLE DU TAUX D'EGR SUR UN MOTEUR
EQUIPE DE DEUX COLLECTEURS D'ADMISSION, D'UN VOLET DE SWIRL EN AMONT DU COLLECTEUR SANS EGR ET D'UN VOLET D'ADMISSION EN AMONT DU COLLECTEUR AVEC EGR DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un groupe motopropulseur, en particulier pour véhicule automobile, comprenant un moteur à combustion interne, suralimenté au 10 moyen d'un compresseur, en particulier d'un turbocompresseur. Le domaine technique auquel se rapporte l'invention est le contrôle du moteur à combustion interne, et sa gestion au moyen de l'ensemble de ses capteurs et actionneurs. L'ensemble des lois de contrôle de la commande (stratégies logicielles) et des paramètres de caractérisation (calibrations) du moteur est contenu dans un 15 calculateur également appelé UCE (unité de contrôle électronique). L'invention a plus précisément pour objet un procédé d'estimation ainsi qu'un système de contrôle du taux d'EGR sur un moteur équipé de deux collecteurs d'admission, d'un volet de swirl en amont du collecteur sans EGR et d'un volet d'EGR en amont du collecteur avec EGR. 20 ARRIERE PLAN DE L'INVENTION La suralimentation d'un moteur à combustion interne, notamment un moteur Diesel, consiste à l'alimenter au moyen d'un turbocompresseur avec de l'air qui est comprimé à une pression supérieure à la pression atmosphérique, de manière à 25 augmenter la puissance du moteur. La quantité d'oxydes d'azote (NOx) produits par un moteur Diesel est fortement liée à la composition du mélange réactif dans les cylindres du moteur en air, carburant et à la présence de gaz inertes. Ces gaz ne participent pas à la combustion et proviennent d'un circuit dérivant une partie des gaz d'échappement 30 vers le circuit d'admission. Ce circuit permet la recirculation des gaz d'échappement, dénommée en anglais Exhaust Gaz Recirculation (EGR), en mettant en communication le circuit d'échappement et le circuit d'admission via une section de passage dont la dimension est réglée par une vanne dite vanne EGR. Cette recirculation présente l'intérêt de réduire l'émission globale des polluants, en particulier des oxydes d'azote, car certaines particules nocives qui n'ont pas été brûlées lors d'une première phase de combustion peuvent l'être au cours de la suivante. Par ailleurs, avec l'apparition des moteurs à deux soupapes d'admission, on voit apparaître le besoin de contrôler le niveau de turbulence dans la chambre de combustion, dans l'objectif de réduire les émissions en polluants du moteur. Le principal phénomène à maîtriser est usuellement désigné par le terme anglais swirl , et peut se définir comme un mouvement tourbillonnaire hélicoïdal des gaz d'admission dans le cylindre d'un moteur, dont l'axe de rotation est parallèle à l'axe du cylindre. Dans un conduit de collecteur d'admission, la valeur du swirl correspond ainsi à la quantité de mouvement en rotation des gaz admis (air frais et/ou gaz EGR) perpendiculairement à l'axe du cylindre. L'homme du métier parle alors de niveau de swirl , qui est contrôlé par un actionneur placé dans l'un des deux conduits alimentant le cylindre. Cet actionneur permet de faire varier la différence de pression entre les deux conduits du collecteur d'admission. La figure 1 annexée représente l'architecture générale du système auquel s'adresse la présente invention. Elle représente de manière schématique un moteur Diesel équipé d'un turbocompresseur, ce moteur possédant des cylindres à double soupape d'admission et étant en conséquence alimenté par deux collecteurs d'admission distincts, et comprenant en outre une commande de swirl et une commande du circuit d'EGR.
Le moteur 1 comprend un bloc moteur 10, par exemple à quatre cylindres, pourvu de deux collecteurs d'admission 5a, 5b du gaz comburant frais, et d'un collecteur d'échappement 6 des gaz brûlés chauds. Le premier collecteur 5a est alimenté uniquement en air frais, tandis que le deuxième collecteur 5b est alimenté en air frais et/ou en gaz EGR.
Les références 50a, respectivement 50b désignent les conduits des collecteurs 5a, respectivement 5b, tandis que la référence 60 désigne les conduits du collecteur d'échappement 6. Le turbocompresseur 2 comprend une première turbine 20 motrice, à géométrie variable, raccordée au collecteur 6 et entraînée par les gaz d'échappement, ainsi qu'une seconde turbine 21 menée, assurant la suralimentation du moteur 1. L'air frais ambiant AF est amené à la turbine 21 au moyen d'un conduit 3, par l'intermédiaire d'un filtre à air 30 et d'un débitmètre 31. La turbine 21 fournit de l'air comprimé aux collecteurs 5a, 5b, dont les conduits sont montés en parallèle, au moyen d'un conduit 4, via un échangeur de chaleur 40. Le premier collecteur 5a est muni dans sa partie amont d'un actionneur de swirl 51a, qui est un volet permettant de faire varier la pression dans le premier collecteur 5a. Le deuxième collecteur 5b est muni dans sa partie amont d'un volet d'EGR 51 b, qui permet de faire varier le débit d'air frais entrant dans le deuxième collecteur 5b. La référence 8 désigne un conduit dit by-pass qui fait communiquer le collecteur d'échappement 6 avec la portion amont du deuxième collecteur 5b, via un dispositif de refroidissement 80. Le conduit 8 débouche dans le collecteur 5b en aval du volet d'EGR 51b.
Ce conduit 8 est équipé d'une vanne EGR 81, assurant le réglage du débit d'EGR et située en amont du refroidisseur 80. Le conduit 8 permet donc le refroidissement et la recirculation, avec un débit réglable, des gaz EGR dans le moteur par l'intermédiaire du deuxième collecteur 5b. Les gaz d'échappement non recyclés sont évacués de la turbine 20 par un conduit 7. Se pose alors le problème de l'estimation et du contrôle du taux d'EGR pour un tel moteur.
La figure 2 illustre un mode de réalisation similaire, mais dont le moteur est pourvu d'un unique collecteur d'admission 5, les cylindres comprenant une soupape d'admission.
Les mêmes signes de référence ont été utilisés pour désigner les éléments identiques ou analogues à ceux du mode de réalisation illustré à la figure 1.
En aval de l'échangeur 40, et en amont de l'embouchure du collecteur d'admission, le conduit 4 ù ou plenum ù est muni d'un volet d'admission 41, qui
permet de faire varier le débit d'air passant dans le plenum 4.
Dans le cas d'une définition technique avec un collecteur 5, sans volet de swirl, le contrôle de l'EGR se fait en régulant le débit d'air frais mesuré par le débitmètre 31 via la vanne EGR 81 et en régulant la pression mesurée dans le plénum 4 via le volet d'admission 41. En contrôlant ces deux principales grandeurs on peut contrôler la proportion d'EGR admise dans le moteur qui est exprimée en taux d'EGR (1EGR ). Le taux d'EGR est le rapport entre le débit massique d'EGR (QEGR) et le débit massique total entrant dans le moteur (Qmot ). Le taux d'EGR est défini comme ci-dessous : QEGR EGR ana, Symboles Descriptions Valeur unités ana, Débit de gaz moteur - kg/h QEGR Débit d'EGR - kg/h 20 Pour calculer le débit de gaz entrant dans le moteur, il suffit d'appliquer la formule de remplissage du moteur : Qmot =3600. P2 Vc,, N P R •T 2 2 60~ N' Z R • Tz où : 25 où : Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K V~, Cylindrée du moteur - m3 N Régime de rotation moteur - tr/min Rendement volumétrique du moteur - - exprimé comme une fonction du régime moteur Net de la densité des gaz admis P2 R•T2 p2 Pression collecteur admission - Pa T2 Température collecteur admission - K a. Débit de gaz entré moteur - kg/h Enfin, le débit d'EGR QEGR est défini par la formule : QEGR ù Qmot ù eh, Symboles Descriptions Valeur unités a. Débit de gaz moteur - kg/h QEGR Débit d'EGR - kg/h A travers ces 3 équations, on peut remarquer une certaine unicité entre le taux d'EGR (1EGR) et le couple débit d'air frais û pression collecteur air,frais;p2] pour des états du volet d'admission et du turbocompresseur donnés. Ceci explique qu'en contrôlant le débit d'air frais via la vanne EGR 81 et la pression dans le collecteur 5 via le volet d'admission 41, il est possible de contrôler indirectement le taux d'EGR (en supposant que la température collecteur est soit contrôlée soit connue). En partant de ce principe pour le contrôle du taux d'EGR, on peut avoir les deux modes de réalisation suivants : Mode 1 : une régulation du débit d'air frais via la vanne EGR 81 et une régulation de la pression dans le collecteur 5 via le volet 41 et/ou via le turbocompresseur 2. Ce mode est illustré sur la figure 3. Sur cette figure, l'UCE, qui porte la référence 9, comprend les composants ou : suivants : - une unité 90 de consigne de pression P2, cons dans le collecteur 5 ; - une unité 900 de calcul de régulation de la pression dans le collecteur 5 ; - une unité 91 de consigne du débit d'air frais Qair, frais, cons ; - une unité 910 de régulation du débit d'air.
Mode 2 : une régulation du débit EGR via la vanne EGR 81 et une régulation du débit d'air frais via le volet d'admission 41 (et/ou le turbocompresseur 2). Dans ce cas le débit d'EGR est soit estimé, soit mesuré et la consigne de débit EGR peut être calculée à partir des consignes de débit d'air frais et de taux d'EGR. Ce mode est illustré sur la figure 4. Sur cette figure, l'UCE, qui porte également la référence 9, comprend les composants suivants : - une unité 93 de consigne de débit d'air Qair, frais, cons ; - une unité 930 de régulation du débit d'air ; -une unité 94 d'estimation du débit d'EGR QEGR, esti ; - une unité 95 de consigne du débit d'EGR QEGR, cons ; - une unité 940 de régulation du débit d'EGR.
Dans le cas d'une définition technique avec deux collecteurs d'admission, un volet de swirl en amont du collecteur sans EGR et un volet d'EGR en amont du collecteur avec EGR, telle que décrite précédemment et illustrée à la figure 1, l'unicité entre le taux d'EGR (tEGR) et le couple débit d'air frais û pression collecteur LQair,frazs;P2i est perdue car le débit moteur dépend maintenant des deux pressions et des deux températures dans les collecteurs 5a, 5b. Il faut donc adapter le contrôle du taux d'EGR (tEGR) à cette définition technique. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention a pour objectif d'apporter une solution à ce problème en définissant un procédé d'estimation du taux d'EGR adapté à cette définition technique.
Conformément à l'invention, il est proposé un procédé d'estimation du taux d'EGR sur un moteur, notamment un moteur Diesel pour véhicule automobile, qui est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur en amont duquel est disposé un débitmètre, équipé d'un premier et d'un deuxième collecteurs d'admission montés en parallèle, alimentant chacun les cylindres du moteur en gaz comburant, ce moteur étant équipé d'un conduit de by-pass apte à assurer la recirculation des gaz EGR dans le deuxième seulement desdits collecteurs, ledit collecteur étant muni d'un volet d'EGR, tandis que le premier collecteur est muni d'un volet actionneur de swirl, ledit conduit de by-pass étant muni d'une vanne à débit variable, dite vanne EGR. Le procédé est caractérisé par le fait que l'on calcule le débit d'EGR en fonction d'au moins les données suivantes : - le débit d'air mesuré par le débitmètre ; - la température en amont des volets de swirl et d'EGR ; - la pression juste en aval du volet d'EGR ; - la pression dans le premier collecteur, en aval du volet de swirl ; - la température des gaz EGR en sortie du conduit de by-pass ; et - la section équivalente du volet d'EGR. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, mais non limitatives, de l'invention, ce procédé comprend au moins l'une des étapes suivantes : - calcul du débit dans le premier collecteur ; -calcul du débit d'air frais dans le deuxième collecteur ; - calcul du débit dans le deuxième collecteur ; - calcul de la pression en amont des volets de swirl et d'EGR. - estimation du taux d'EGR à partir du débit d'EGR et du débit d'air frais. Un autre objet de l'invention concerne un système de contrôle du taux d'EGR, notamment un moteur Diesel pour véhicule automobile, qui est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur en amont duquel est disposé un débitmètre, équipé d'un premier et d'un deuxième collecteurs d'admission montés en parallèle, alimentant chacun les cylindres du moteur en gaz comburant, ce moteur étant équipé d'un conduit de by-pass apte à assurer la recirculation des gaz EGR dans le deuxième seulement desdits collecteurs, ledit collecteur étant muni d'un volet d'EGR, tandis que le premier collecteur est muni d'un volet actionneur de swirl, ledit conduit de by-pass étant muni d'une vanne à débit variable, dite vanne EGR. Le système est caractérisé par le fait qu'il comprend une unité de contrôle électronique apte à réguler, d'une part, le débit d'air arrivant aux collecteurs par actionnement du volet d'EGR et/ou par commande du débit d'air fourni par le turbocompresseur et, d'autre part, le débit d'EGR passant dans le conduit de by-pass, par actionnement de ladite vanne EGR, ceci indépendamment de la position du volet actionneur de swirl, à partir d'une estimation de débit d'EGR calculée par l'unité, en fonction d'au moins les grandeurs suivantes, qui sont mesurées par des capteurs et lui sont transmises pour traitement : -le débit d'air mesuré par le débitmètre ; - la température en amont des volets de swirl et d'EGR ; - la pression juste en aval du volet d'EGR ; -la pression dans le premier collecteur, en aval du volet de swirl ; - la température des gaz EGR en sortie du conduit de by-pass ; et - la section équivalente du volet d'EGR. Par ailleurs, selon un certain nombre de caractéristiques avantageuses, mais non limitatives, de l'invention : -lesdites pressions sont mesurées au moyen de capteurs piézo-électriques ; - le débitmètre comprend un capteur à fil chaud placé dans le flux d'air en sortie d'un filtre à air.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un moteur équipé de deux collecteurs d'admission, d'un volet de swirl en amont du collecteur sans EGR et un volet 3o d'EGR en amont du collecteur avec EGR, auquel s'applique l'invention ; - la figure 2 est un schéma de principe d'un moteur équipé d'un seul collecteur d'admission, sans volet de swirl ; - la figure 3 illustre un premier système de contrôle du taux d'EGR pour le moteur représenté à la figure 2 ; - la figure 4 illustre un deuxième système de contrôle du taux d'EGR pour le moteur représenté à la figure 2 ; - la figure 5 illustre les grandeurs mesurées ou calculées pour la mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 6 présente l'emplacement les capteurs nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 7 représente un système de contrôle du taux d'EGR conforme à l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION A partir de la mise en équations du circuit d'air, on peut exprimer le calcul du taux d'EGR comme l'enchaînement de neuf étapes qui vont être décrites plus bas. En référence à la figure 5, la mise en équation du circuit d'air suppose l'utilisation des grandeurs suivantes : Qair, trais : débit d'air mesuré par le débitmètre 31, QEGR : débit d'EGR, Qräot : débit moteur, Qvoi EGR : débit au niveau du volet d'EGR 51 b, Qooi , : débit dans le premier collecteur 5a, Qooi 2 : débit dans le deuxième collecteur 5b, Qair, frais_coi_2 : débit d'air frais dans le deuxième collecteur 5b P21 : pression en amont des volets de swirl 51a et d'EGR 51b, P22 : pression en aval du volet d'EGR 51b, P23 : pression en aval du volet de swirl 51a, ou pression dans le premier collecteur 5a, T21 : température en amont des volets de swirl 51a et d'EGR 51b, T24 : température dans le deuxième collecteur 5b, TEGR : température des gaz EGR en sortie du conduit de by-pass 8.
La mise en équations du système implique la formulation des équations 5 suivantes : Equation 1 : Pression en amont des volets de swirl 51a (P21) Qcoi 2 7ù1 ~R.T21
2 y+1 ( '23 y P23 y P21) P21 P21 = Svoi swirl . Y où : Symboles Descriptions Valeur unités Y Rapport de chaleur spécifique pour l'air 1.4 - p23 Pression aval volet de swirl - Pa R Constante de l'air 287 J/kg/K p21 Pression amont volets swirl et EGR - Pa T2, Température amont volets swirl et EGR - K ~Gcoi 1 Débit collecteur 5a - Kg/h Svoi swtri Section équivalente du volet de swirl - m3 Après simplification mathématique, on peut écrire : coi ../R . T21 7 P23 1_ P23 Y -1 P21 P21 P21= Svoi swirl 2 2 Ou encore : 2'Q coi 12.R.T21.(7ù1) P21 = P23 + Svoi swirl '7 10 15 Equation 2 : Débit dans le collecteur 5a (Qcol i) Qcoi 1 où : V =3600•Rp2T -1 21 ~ i N pz3 6011 ri ,R •T21 i Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K V~, Cylindrée partielle remplie par le débit de - m3 collecteur 5a N Régime de rotation moteur - tr/min Ir1 Rendement volumétrique d'admission via - - le collecteur 5a exprimé comme une fonction du régime moteur N et de la densité des admis p23 gaz R•T21 p23 Pression collecteur d'admission 5a - Pa T2, Température amont volets swirl et EGR - K Qcol 1 Débit collecteur 5a - kg/h Le débit Qco1 1 est un débit de remplissage du moteur. Le rendement volumétrique d'admission via le collecteur 5a ('Ir1) sera identifié avec un débit nul dans le collecteur 5b. Equation 3 : Débit d'air frais dans le collecteur 5b (Qair, frais_col_2) où : Qair, frais col _ 2 = Qair, frais 3 600. dt dP21 sural R T21 ù Qcoi 1 Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K p21 Pression amont volets swirl et EGR - Pa T2, Température amont volets swirl et EGR -K Vsural Volume du circuit de suralimentation : - m3 entre la sortie compresseur et l'entrée moteur Qair,frais_col_2 Débit d'air frais collecteur 5b - Kg/h Qair,frais Débit d'air débitmètre - Kg/h coi Débit collecteur 5a - Kg/h d P21 sural Le terme correctif dérivé dt R T21 ,exprime le temps de transfert des gaz dans le circuit de suralimentation. Equation 4 : Débit dans le collecteur 5b (Qcoi 2) Qcol 2 = air, frais col _ 2 EGR + Q Symboles Descriptions Valeur unités Qair,fraiscol2 : Débit d'air frais collecteur 5b - Kg/h QEGR Débit d'EGR - Kg/h Qcol 2 Débit collecteur 5b - Kg/h Equation 5 : Débit enthalpie collecteur 5b (Cpair • Qcol2 • T24 ) Cpair Qcol2 T24 pair Qair,fraiscol2 T21 + Cpech QEGR TEGR 10 où : Symboles Descriptions Valeur unités Qair, fraiscol2 : Débit d'air frais collecteur 5b - Kg/h QEGR Débit d'EGR - Kg/h Qcol 2 Débit collecteur 5b - Kg/h Cpair Chaleur spécifique de l'air J/kg/K Cpech Chaleur spécifique des gaz - J/kg/K d'échappement T2, Température amont volets swirl et EGR - K T24 Température collecteur 5b K TEGR Température EGR - K Les chaleurs spécifiques de l'air (Cpair) et des gaz d'échappement (Cpech) sont déterminées comme suit : - pour l'air frais à l'admission : Cpair = f(paraml, param2, ) où Cpair = f(T21) est un 15 cas particulier privilégié dans le mode de réalisation ; où : 5 - pour l'échappement : Cpech = f(paraml, param2,...) ou Cpech= f(T3, R_ech) est un cas particulier privilégié dans le mode de réalisation ; ou Ri ech et KS = 14,8 est le coefficient stoechiométrique. Equation 6 : Débit dans le collecteur 5b (Qcoi 2) Qeol 2 = 3600• P22 2 N 1r2 R •T24 2 60 ou : Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K Vii 2 Cylindrée partielle remplie par le débit de - m3 collecteur 5b N Régime de rotation moteur - tr/min 11Y2 Rendement volumétrique d'admission via - - le collecteur 5b exprimé comme une fonction du régime moteur Net de la P22 densité des gaz admis R' T24 P22 Pression collecteur d'admission 5b - Pa T24 Température collecteur 5b - K Qcoi 2 Débit collecteur 5b kg/h Le débit Q '-2 est un débit de remplissage moteur. 10 Le rendement volumétrique d'admission via le collecteur 5b (1r2) sera identifié en absence d'EGR et avec un débit nul dans le collecteur 5a.
Equation 7 : Cylindrée partielle remplie par le débit de collecteur 5a (Vcyl_1)
15 Veyi 1 = arb avec Qcarb débit massique de carburant, Qair débit massique d'air R • T24 ( N, Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K V~, Cylindrée partielle remplie par le débit de - m3 collecteur 5a Vyl Cylindrée moteur - m3 '22 Pression collecteur d'admission 5b - Pa T24 Température collecteur 5b - K p23 Pression collecteur d'admission 5a - Pa T21 Température amont volets swirl et EGR -K Equation 8 : Cylindrée partielle remplie par le débit de collecteur 5b (Vcy, 2) Symboles Descriptions Valeur unités R Constante de l'air 287 J/kg/K V~, 2 Cylindrée partielle remplie par le débit de - m3 collecteur 5b V Cylindrée moteur - m3 P22 Pression collecteur d'admission 5b - Pa T24 Température collecteur 5b - K p23 Pression collecteur d'admission 5a - Pa T2, Température amont volets swirl et EGR - K On dispose donc d'un système de 8 équations à 8 inconnues, susceptible d'être 10 résolu. Si la pression en amont du volet d'EGR (P21) n'est pas disponible, alors on ajoute une équation supplémentaire : 14 où : où : 15 Equation 9 : Pression en amont du volet d'EGR (P21) Qair,frais_col_2R.T21 2 Y+1 (D \ù \Y- P 22 Y P21 P21 P21 - Svol EGR -1 Y où : Symboles Descriptions Valeur unités Y Rapport de chaleur spécifique pour l'air 1.4 - p21 Pression amont volets swirl et EGR - Pa R Constante de l'air 287 J/kg/K p22 Pression collecteur d'admission 5b - Pa T2, Température avant volets swirl et EGR - K Qa.Y,f,as coi2 Débit d'air frais collecteur 5b - Kg/h Svol EER Section équivalente du volet d'EGR 51 b - m3 Après simplification mathématique, on peut écrire : Qair, f rais col 2 ..~R . T21 Ou encore : On dispose alors d'un système de 9 équations à 9 inconnues, qui est susceptible d'être résolu. Pour résoudre ce système d'équations, on retient la définition technique qui va être décrite ci-dessous, en référence à la figure 6. Dans cette définition technique, on mesure les grandeurs suivantes : Qair, frais, 15 T21, P22, P23, TEGR et Svol EGR• P = 21 Svoi EGR Y 2 P22 1 _ P22 2 1 ,7-1, P21 P21 2 2 . Qair, f r a i s col 2 .R . T21 . (Y -1 P21 = P22 + Svoi EGR ' Y Dans ce qui suit, on sera amené à repérer les grandeurs issues d'une mesure par l'indice , mes , et les grandeurs issues d'un calcul par l'indice , esti , dans le simple but de clarifier la présentation de la méthode, mais il va de soi que ces grandeurs sont les mêmes que les grandeurs mentionnées précédemment, sans ces indices. La méthode de résolution du système d'équations défini précédemment comprend successivement les étapes suivantes :
Etape A : Les pressions P22 et P23 sont mesurées à l'aide de capteurs piézo- électriques. La variation de pression est traduite en tension qui est mesurable par le calculateur d'injection. Une fois la tension numérisée, elle est traduite en hecto Pascal (hPa) via une table de correspondance.
Etape B : Les températures TEGR et T21 sont mesurées à l'aide de capteurs.
Etape C : Le débit d'air frais Qair, frais est mesuré par un capteur à fil chaud placé en sortie du filtre à air. Le principe de mesure est d'asservir la température d'un élément chauffant placé dans le flux d'air. Le courant de chauffage est donc l'image du débit d'air frais traversant le débitmètre. La variation de courant est traduite en tension qui est mesurable par le calculateur d'injection. Une fois la tension numérisée, elle est traduite en kilogramme par seconde (kg/s) via une table de correspondance.
Etape D : Dans cette étape, on calcule la cylindrée partielle remplie par le débit de collecteur 1 : Vcyl1, esti Vcyl l,esti à l'initialisation T24, esti = T21, mes.
Etape E : Dans cette étape, on calcule la cylindrée partielle remplie par le débit de collecteur 2 : Vcyi 2, esti Vcyl 2,esti 10 à l'initialisation T24, esti = T21, mes• Etape F : Dans cette étape, on calcule le débit dans le collecteur 1 : Qcoi_1, esti i Qcol_l,esti = 3600. P23'ù Vcyl_l,esti N 1 r N P23,mes R • T21,mes 2 60 R T . 21,mes Etape G : Dans cette étape, on calcule le débit d'air frais dans le collecteur 2 : Qair,trais_col_2, esti d P21,esti t_1 Vsural air, frais col 2,esti = Qair,frais,mes ù 3600. ù ù `licol 1,esti dt R • T21,mes à l'initialisation : P21, esti = P22, mes Etape H : Dans cette étape, on calcule la température dans le collecteur 2 : T24, esti C pa T24,esti Qair,fraiscol2,esti T21,mes +Cpech QEGR,esti t_1 TEGR,mes 15 C pair Qcoi_2,esti à l'initialisation : GR,esti = 0' Qcoi_2,esti Qair, frais col 2,esti Etape I : Dans cette étape, on calcule le débit dans le collecteur 2 :a,/ 2,esti i P22,mes Vcyl_2,esti N N P22,mes .~pp 'Irz , R . T24,esti 2 60 R . T24,esti col 2,esti = 3600. 20 5 Etape J : Dans cette étape, on calcule le débit d'EGR : GR, QEGR,esti ù Qcol _ 2,esti ù Qair, frais _ col _ 2,esti
Si le capteur P21 est absent, il faut rajouter l'étape K suivante :
Etape K : Dans cette étape on calcule la pression en amont du volet d'EGR : P21,esti P21,esri P22,mes + 2.R.T •(yù1) scol2,esfi 21,mes Svol EGR mes y 10 La section efficace du volet d'EGR Svol EGR est une fonction non linéaire de la position du volet. Cette caractéristique est identifiée en laboratoire dans lequel pour chaque position du volet et sous une pression différentielle constante et température constante à ces bornes on mesure le débit d'air. Puis en utilisant la formule de Barré de Saint-Venant on calcule la section efficace équivalente du volet pour chaque 15 position.
Dans le cas de la définition technique exposée plus haut qui comporte : -deux collecteurs d'admission, - un volet de swirl en amont du collecteur sans EGR, 20 - et un volet d'EGR en amont du collecteur avec EGR, le contrôle du taux d'EGR se fait donc avec une régulation de débit d'EGR d'air via la vanne EGR et avec une régulation du débit d'air frais via le volet d'EGR (et/ou le turbocompresseur).
25 Le taux d'EGR estimé est le rapport entre le débit massique d'EGR estimé (QEGR,esti) et le débit massique total estimé entrant dans le moteur (Qmot ). On peut définir le taux d'EGR par la formule suivante : = QEGR,esti EGR,esti Qair,frais,mes + QEGR,esti Symboles Descriptions Valeur unités Qair,frais,mes Débit d'air débitmètre - kg/h QEGR,esti Débit d'EGR estimé - kg/h Le débit d'EGR est estimé dans l'étape J par la méthode de résolution décrite ci- dessus.
Il est ainsi possible de contrôler le taux d'EGR, indépendamment de la position du volet de swirl 51 a, en contrôlant le débit d'air frais via le volet d'EGR 51 b (et/ou le turbocompresseur) et le débit d'EGR estimé via la vanne EGR 81.
En référence à la figure 7, l'unité de contrôle électronique est identique à celle présentée plus haut en référence à la figure 4, qui se rapportait au deuxième mode de la définition technique comprenant un seul collecteur d'admission 5.
Elle reçoit une information sur la valeur du débit d'air frais entrant AF, mesurée par le débitmètre 31 et commande, d'une part, le volet d'EGR 51b et, d'autre part, la 15 vanne EGR 81.
En plus, ou au lieu, de jouer simplement sur le degré d'ouverture du volet d'EGR 51b pour réguler le débit d'air frais à l'entrée du collecteur 5b, on pourrait jouer également sur le débit d'air fourni par le turbocompresseur à géométrie variable 2. 20 Par ailleurs, on notera que le débit de remplissage peut être exprimé plus généralement par la formule suivante :
Px Veyi_1 N Px P3 Î R • T 2 60h1r,Qam N, R 7, ~l r,eeh N, R 7 ai Y Y I 3 où les paramètres ai sont au moins la température ambiante et latempérature de l'eau de refroidissement du moteur,
25 et où Px = P22 et Ty = T24 ou Px = P23 et Ty = T21. où: Qe,,_1 =3600.
Toutefois, par souci de simplification, la formule utilisée dans les équations 2 et 6 est la suivante : Quo, ; =3600. N Tl R •Ty 2 60 ( Px N, •T y /5

Claims (4)

REVENDICATIONS
1 - Procédé d'estimation du taux d'EGR sur un moteur (1), notamment un moteur Diesel pour véhicule automobile, qui est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur (2) en amont duquel est disposé un débitmètre (31), équipé d'un premier (5a) et d'un deuxième (5b) collecteurs d'admission montés en parallèle, alimentant chacun les cylindres du moteur en gaz comburant, ce moteur étant équipé d'un conduit de by-pass (8) apte à assurer la recirculation des gaz EGR dans le deuxième (5b) desdits collecteurs, ledit collecteur (5b) étant muni d'un volet d'EGR (51b), tandis que le premier collecteur (5a) est muni d'un volet actionneur de swirl (51a), ledit conduit de by-pass (8) étant muni d'une vanne à débit variable, dite vanne EGR (81), caractérisé en ce qu'on calcule le débit d'EGR (QEGR) en fonction d'au moins les données suivantes : - le débit d'air (Qair, frais) mesuré par le débitmètre (31) ; - la température (T21) en amont des volets de swirl (51a) et d'EGR (51b) ; - la pression (P22) juste en aval du volet d'EGR (51 b) ; - la pression (P23) dans le premier collecteur (5a), en aval du volet de swirl (51a) ; - la température (TEGR) des gaz EGR en sortie du conduit de by-pass (8) ; et - la section équivalente (Säoi_EGR) du volet d'EGR (51 b).
2 û Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de calcul du débit (Qcoi i) dans le premier collecteur (5a).
3 û Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de calcul du débit d'air frais (Qair, frais_coi_2) dans le deuxième collecteur (5b).
4 û Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de calcul du débit (Qcoi_2) dans le deuxième collecteur (5b).5 û Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de calcul de la pression (P21) en amont des volets de swirl (51a) et d'EGR (51b). 6 û Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'estimation du taux d'EGR à partir du débit d'EGR (QEGR) et du débit d'air frais (Qair, frais). 10 7 û Système de contrôle du taux d'EGR sur un moteur (1), notamment un moteur Diesel pour véhicule automobile, qui est suralimenté au moyen d'un turbocompresseur (2) en amont duquel est disposé un débitmètre (31), équipé d'un premier (5a) et d'un deuxième (5b) collecteurs d'admission montés en parallèle, alimentant chacun les cylindres du moteur en gaz comburant, ce moteur étant équipé 15 d'un conduit de by-pass (8) apte à assurer la recirculation des gaz EGR dans le deuxième seulement (5b) desdits collecteurs, ledit collecteur (5b) étant muni d'un volet d'EGR (51b), tandis que le premier collecteur (5a) est muni d'un volet actionneur de swirl (51a), ledit conduit de by-pass (8) étant muni d'une vanne à débit variable, dite vanne EGR (81), caractérisé en ce qu'il comprend une unité de contrôle 20 électronique (9) apte à réguler, d'une part, le débit d'air arrivant aux collecteurs (5a, 5b) par actionnement du volet d'EGR (51b) et/ou par commande du débit d'air fourni par le turbocompresseur (2) et, d'autre part, le débit d'EGR passant dans le conduit de by-pass (8), par actionnement de ladite vanne EGR (81), ceci indépendamment de la position du volet actionneur de swirl (51a), à partir d'une estimation de débit d'EGR 25 (QEGR) calculée par l'unité (9), en fonction d'au moins les grandeurs suivantes, qui sont mesurées par des capteurs et lui sont transmises pour traitement : - le débit d'air (Qair, frais) mesuré par le débitmètre (31) ; - la température (T21) en amont des volets de swirl (51a) et d'EGR (51b) ; - la pression (P22) juste en aval du volet d'EGR (51b) ; 5- la pression (P23) dans le premier collecteur (5a), en aval du volet de swirl (51a) ; - la température (TEGR) des gaz EGR en sortie du conduit de by-pass (8) ; et - la section équivalente (Säoi_EGR) du volet d'EGR (51 b). 8 û Système de contrôle selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites pressions (P22, P23) sont mesurées au moyen de capteurs piézo-électriques. 9 û Système de contrôle selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce 10 que le débitmètre (31) comprend un capteur à fil chaud placé dans le flux d'air en sortie d'un filtre à air (30).
FR0754507A 2007-04-17 2007-04-17 Procede d'estimation et systeme de controle du taux d'egr sur un moteur equipe de deux collecteurs d'admission, d'un volet de swirl en amont du collecteur sans egr et d'un volet d'admission en amont du collecteur avec egr. Active FR2915239B1 (fr)

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