FR2944058A1

FR2944058A1 - Systeme et procede de commande pour l'estimation du debit de gaz d'echappement recycles dans un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2944058A1
Application number: FR0952145A
Authority: FR
Inventors: Laurent Fontvieille; Celine Etcheverry
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2010-10-08
Anticipated expiration: 2029-04-02
Also published as: FR2944058B1; EP2414658A1; WO2010112719A1

Abstract

Un système de commande d'un moteur (1) à combustion interne, équipé de deux collecteurs d'admission, un collecteur principal (13a) 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

B08-4357FR - AxC/JK

Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Système et procédé de commande pour l'estimation du débit de gaz d'échappement recyclés dans un moteur à combustion interne. Invention de : FONTVIEILLE Laurent ETCHEVERRY Céline

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 (tiEGR) est défini par la relation suivante : tiEGR = QEGR dans laquelle : QEGR + Qair 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.

I1 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 air = 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 cartographié 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 densité de gaz P ~ et un terme proportionnel à la dérivée par rapport z au temps de la valeur Qm°reur2 , où : 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 Sei, 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, P.Se, - 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 oeuvre 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 3a 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 11 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 11 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 11 et l'entrée du compresseur 3a. 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, PUCE 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; PUCE 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; PUCE envoie des signaux de commande respectivement par des connexions 28 et 29 pour modifier les positions des vannes 10 et 1l, 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 11. 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 Sei, 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 5 sortant à une pression Pswiri, avec un débit Qswirl c'est-à-dire l'équation : Qswirl./R.T 2 y+1 /P y /P y swirl swir1

-1/ P P P = Y / 2 (équation la) Où : Y est le rapport sans dimensions des chaleurs spécifiques pour l'air, ayant pour valeur 1,4 P R P swirl T est la température du gaz traversant le volet de swirl

Qswirl est le débit massique de gaz traversant le volet de swirl

Sex est la section efficace du volet de swirl La cartographie 43 est également déterminée sur bancs d'essais, 10 de manière à vérifier l'équation de Barré de Saint-Venant pour le volet d'admission, soit :

Qmoteur JR.T est la pression de gaz en amont du volet de swirl est la constante de l'air, ayant pour valeur 287 J/kg/K est la pression de gaz en aval du volet de swirl P mont / 2 -1/ 2 y+1 P lY ( P Y

1 amo 1 amont (équation lb) Y Où : Y est le rapport sans dimensions des chaleurs spécifiques pour l'air, ayant pour valeur 1,4 y=Cp/C,=1,4 Pmont est la pression de gaz en amont du volet d'admission R est la constante de l'air, ayant pour valeur 287 J/kg/K

P est la pression de gaz dans le collecteur principal

T est la température du gaz traversant le volet

d'admission

Qmoteur 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

Sei, est la section efficace du volet d'admission Chacune des cartographies 30 et 31 permet de lire une série de valeurs 'Ir 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 variables, une densité de gaz T 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 31 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 i r : P V N / P Qmoteur =3600 • N,ù,x (équation 2) R •T 2 60 T ~ Où : R est la constante de l'air, ayant pour valeur 287 J/kg/K

Vcyl est la cylindrée du moteur N 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 ir sont par exemple établies de manière détaillée sur le domaine de travail {N, P } 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 ir correspondant à une position à 25% de course angulaire d'ouverture du volets de swirl et, on consigne dans la cartographie 31 les valeurs ir 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%

10 On extrait de la cartographie 30, la valeur de rendement ( p N,ù,0.25 correspondant au régime moteur courant et à la densité T / de gaz courante. On extrait de la cartographie 31, la valeur de rendement ( p N,ù,0.98 correspondant au régime moteur courant et à la densité T /

15 de gaz courante. 'Ir ( p x T / e degré x d'ouverture du volet de swirl de la manière suivante On évalue alors le rendement de remplissage 'Ir pour Ir 20 +'I, p( p Ir N,ù,x T / ( P xù 20 ~N,,0.25 x 1ù Se Se T Se98,A-Se25/0N, ,0.98 x 1ù S _9s°/. Sex T , Se98,AùSe2%// (équation 3)

A partir de l'équation 2, on en déduit le débit total de gaz Q,noteur entrant dans les cylindres du moteur. En effectuant un bilan de 25 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 ù Qmoteur ù Qair,frais (équation 4) Où Qair,frais 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 amont correspondant à la pression en amont du volet d'admission, et occupant un volume Vsurai. On utilise alors l'équation 5 i QEGR =Qmoteur ùQair,frais +3600 dt mont Vsural (équation 5) R .T / Pour estimer la pression amont en amont du volet d'admission, on utilise l'équation lb qui donne, après simplification mathématique : 2.Q a moteur .R .T (ù1 P Pamont = l' + a (équation 6), .Sey • y ce qui donne, en reportant dans l'équation 5 : V d (p 2(y -1)Vsurai d QEGRQmoteurùQair,frais+3600• sural +3600 R dt T y dt (équation 7) 20 Avec : Sey section efficace du volet d'admission, lue par PUCE 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 tEGR = QEGR QEGR + Qair 15 Qmoteur P.Se y2 / 25 Les valeurs 18 QEGR et/ou tEGR ainsi estimées peuvent ensuite servir pour gérer les positions des vannes 10 et 11 permettant de faire varier QEGR et tEGR' La figure 2 résume le processus de calcul mis en oeuvre 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 xi d'ouverture du volet de swirl. L'unité de commande électronique dispose d'une liste 40 où sont consignées les positions xi, 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 la. 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 Qafr,frais mesuré par le débitmètre 16. PUCE 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 correspondant aux ( P , T ,x2 . Grâce à la cartographie 42, PUCE déduit i S1, S2 et Sex correspondant aux trois positions rendement ( P sortir N,ù,xi et i r T ~ les sections efficaces valeurs xi, x2 sélectionnées, d'ouverture xi, x2,et 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 : p ( P ( P x' " (Se ùs1` ( P x' " (s2-se,` 'Ir N> ,x =Ilr N,ù,xi x 1ù x +Î~r N> ,x2 x 1 T T S2 ù Sl T S2ùS1 ii ii L'UCE en déduit à l'étape 47 le debit 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 Qatr,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 S1, 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 { P , N, xi}, n'est T pas représenté dans la cartographie 30, on peut décider d'utiliser

comme premier point pour le calcul du barycentre, un point cartographié ayant des coordonnées { Po ,No,xi } proches. On peut To également estimer ce premier point pour le calcul du barycentre par

une première interpolation des valeurs cartographiées pour les deux points de coordonnées { Po, No ,xi l { PI, Ni, xi} les plus proches de To { P, N, xi}. T La méthode décrite ci-dessus permet de calculer simplement la quantité QECR 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

REVENDICATIONS1. Système de commande d'un moteur (1) à combustion interne équipé de deux collecteurs d'admission, un collecteur principal (13a) 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 collecteurprincipal, 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 cartographié 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 valeurproportionnelle 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 dérivée par rapport au temps d'une densité de gaz T , et un terme 2 proportionnel à la dérivée par rapport au temps de la valeur Qmoteur P.Se,z où : p représente la pression de référence représente la température de référence représente le débit total de gaz entrant dans les cylindres du moteur 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 (13a) 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 T Qmoteurentre 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 (13a), - 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.