Brevet FR2744173A1 — publié le 19970801

L'invention concerne un procédé permettant de commander un dispositif de recyclage des gaz d'échappement, dans un moteur à combustion interne fonctionnant avec un système de recyclage des gaz d'échappement et comportant une conduite de recyclage des gaz d'échappement qui relie le trajet de passage d'échappement au trajet de passage d'admission et dont la section d'ouverture peut être modifiée au moyen d'une valve de recyclage de gaz d'échappement pouvant être commandée. Dans les moteurs à combustion interne, les dispositifs de recyclage des gaz d'échappement servent à réduire la teneur en oxydes d'azote dans les gaz d'échappement. Étant donné que les gaz d'échappement du moteur à combustion interne consistent en un gaz inerte pour l'essentiel de ses constituants, il est possible, en mélangeant des gaz d'échappement à l'air de combustion admis, de réduire la température de pointe de combustion et donc d'abaisser les rejets de NOx. L'émission de HC et de CO par le moteur à combustion interne ne peut être réduite par le recyclage des gaz d'échappement. Qui plus est, la quantité des gaz d'échappement recyclés, généralement appelée taux de recyclage de gaz d'échappement, doit être réglée de la manière la plus précise possible, étant donné que, dans le cas contraire, il se produit une élévation des proportions de HC et de CO dans les gaz d'échappement. Le réglage de ce taux de recyclage des gaz d'échappement s'effectue en général au moyen d'une valve à commande électrique ou pneumatique qui agit sur la section d'ouverture d'une conduite de recyclage reliant le trajet de passage d'échappement au trajet de passage d'admission. Dans des commandes de moteur connues, la grandeur de commande destinée à la valve de recyclage des gaz d'échappement est calculée à l'aide d'un algorithme de commande ou de régulation. Un inconvénient d'une commande pure réside dans l'imprécision du taux de recyclage des gaz d'échappement qui résulte, entre autres, de conditions environnantes différentes et de dispersions présentées par le mécanisme de réglage. Une régulation permet d'absorber ces imprécisions. Dans ce cas, comme grandeur de référence du dispositif de régulation, c'est en général la masse d'air actuelle qui est relevée au moyen d'un dispositif de mesure de masse d'air et qui est comparée à une valeur de masse d'air de consigne. Une telle manière de procéder a l'inconvénient que le taux de recyclage de gaz d'échappement proprement dit, qui constitue en fait la grandeur caractéristique pour le recyclage des gaz d'échappement, n'est pas apparent. L'absence de cette grandeur rend inutilement difficile l'ajustement. Par DE 31 45 527 Al, on connaît un procédé et un dispositif, permettant de commander la quantité de gaz d'échappement recyclée par le système d'échappement d'un moteur à combustion interne vers le côté d'admission, au moyen desquels la quantité d'air admise est comparée à une valeur de consigne établie en fonction de la charge et du régime. En cas d'écart supérieur à une valeur minimale, il est créé des impulsions de commande destinées à deux valves à commande électromagnétique qui sont commandées alternativement en fonction du sens de l'écart et envoient une pression, provenant de deux sources de pression de niveaux différents, dans la chambre de travail d'un organe de réglage à fonctionnement pneumatique d'une valve de dosage de recyclage des gaz d'échappement. La durée d'ouverture de la valve considérée dépend de la grandeur de l'écart vis-à-vis de la valeur de consigne et elle reste ouverte jusqu'à la correction de sens inverse, lorsque l'écart vis-à- vis de la valeur de consigne franchit une valeur maximale déterminée. Les impulsions de commande formées dans l'intervalle compris entre l'écart minimal et l'écart maximal vis-à-vis de la valeur de consigne sont chaque fois appliquées aux valves à commande électromagnétique après un temps d'attente déterminé et il est possible de faire dépendre du régime ce temps d'attente. L'invention a pour but de fournir un procédé, permettant de commander un dispositif de recyclage des gaz d'échappement, à l'aide duquel le taux de recyclage de gaz d'échappement puisse être établi par réglage d'une manière simple à une valeur de consigne préfixée. Conformément à l'invention, ce but est atteint au moyen d'un procédé permettant de régler le taux de recyclage de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne fonctionnant avec un système de recyclage des gaz d'échappement et comportant une conduite de recyclage des gaz d'échappement qui relie le trajet de passage d'échappement au trajet de passage d'admission et dont la section d'ouverture peut être modifiée au moyen d'une valve de recyclage de gaz d'échappement pouvant être commandée, caractérisé en ce que - une valeur de masse d'air théorique (LMB) qui serait envoyée au moteur à combustion interne à tout instant auquel aucun recyclage de gaz d'échappement ne serait actif est calculée, - d'une manière correspondant au taux d'admission actuel, cette valeur de masse d'air (LMB) est corrigée au moyen d'un facteur de correction (KF LMB FAK) en fonction du point de fonctionnement, - une valeur réelle est calculée pour le taux de recyclage de gaz d'échappement (AGRIST) à partir de la valeur de masse d'air théorique corrigée (LMB) et à partir de la valeur réelle de la masse d'air (LMIST), - des valeurs de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement (AGRSOLL) en (%) sont rangées en mémoire en fonction du point de fonctionnement et - à partir de la valeur de consigne (AGRSOLL) et de la valeur réelle (AGR-IST) du taux de recyclage de gaz d'échappement, la différence (AGRDIFF) est formée et envoyée à un dispositif de régulation qui commande la valve de recyclage de gaz d'échappement de façon que la valeur de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement s'établisse par réglage. Conformément à l'invention, le but indiqué plus haut est aussi obtenu au moyen d'un procédé permettant de régler le taux de recyclage de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne fonctionnant avec un système de recyclage des gaz d'échappement et comportant une conduite de recyclage des gaz d'échappement qui relie le trajet de passage d'échappement au trajet de passage d'admission et dont la section d'ouverture peut être modifiée au moyen d'une valve de recyclage de gaz d'échappement pouvant être commandée, caractérisé en ce que - une valeur de masse d'air théorique (LMB) qui serait envoyée au moteur à combustion interne à tout instant auquel aucun recyclage de gaz d'échappement ne serait actif est calculée, - d'une manière correspondant au taux d'admission actuel, cette valeur de masse d'air (LMB) est corrigée au moyen d'un facteur de correction (KFLMBFAK) en fonction du point de fonctionnement, - des valeurs de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement (AGRSOLL) en (%) sont rangées en mémoire en fonction du point de fonctionnement, - une valeur de consigne est calculée pour la masse d'air (LMSOLL) à partir de la valeur de masse d'air théorique corrigée (LMB) et à partir de la valeur de consigne (AGRSOLL), et - à partir de cette valeur de consigne (LM_SOLL) et de la valeur réelle de la masse d'air (LM_IST), la différence (LM_DIFF) est formée et envoyée à un dispositif de régulation qui commande la valve de recyclage de gaz d'échappement de façon que la valeur de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement s'établisse par réglage. Suivant des développements avantageux de l'invention, il peut être prévu: - que la valeur de masse d'air théorique (LMB) soit calculée au moyen de l'équation générale des gaz: LMB = (PL*VH) / (R*TPL) avec PL: pression dans le trajet de passage d'admission du moteur à combustion interne VH: cylindrée TPL: température (absolue) dans le trajet de passage d'admission R: constante des gaz, - que la valeur de masse d'air théorique (LMB) soit déterminée à partir d'un certain nombre de tables caractéristiques qui sont établies en fonction du point de fonctionnement du moteur, de la pression d'admission et de la température d'admission, - que la différence (AGR_DIF) serve à faire fonctionner un régulateur à comportement proportionnel ou à comportement proportionnel/intégral dont la sortie fournit une grandeur de réglage (TV) pour la valve de recyclage de gaz d'échappement, - que la différence (LM_DIF) serve à faire fonctionner un régulateur à comportement proportionnel ou à comportement proportionnel/intégral dont la sortie fournit une grandeur de réglage (TV) pour la valve de recyclage de gaz d'échappement, - que la valeur de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement (AGR_SOLL) soit stockée dans une table caractéristique en fonction de la température de l'agent de refroidissement et/ou de la température ambiante et/ou de la pression ambiante, - que la valeur réelle du taux de recyclage de gaz d'échappement (AGR_IST) soit calculée conformément à l'équation suivante: AGRIST = (1 - LMIST/LMB)*100, - que la valeur de consigne de la masse d'air (LMSOLL) soit calculée conformément à l'équation suivante: LMSOLL = LMB*(100% - AGRSOLL) Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont exposés ci-après en regard des dessins schématiques. On voit: à la figure 1, un schéma- blocs très simplifié d'un moteur à combustion interne pourvu d'un dispositif de recyclage des gaz d'échappement permettant de mettre en oeuvre le procédé conforme à l'invention, à la figure 2, un schéma-blocs permettant de déterminer la grandeur de commande pour le recyclage des gaz d'échappement, utilisant le taux de recyclage de gaz d'échappement comme grandeur de référence et, à la figure 3, un schéma-blocs permettant de déterminer la grandeur de commande pour le recyclage de gaz d'échappement, utilisant la masse d'air comme grandeur de référence. Un moteur à combustion interne Diesel est représenté à la figure 1, seules étant indiquées les parties du moteur à combustion interne qui sont nécessaires à la compréhension de l'invention. Le moteur 1 reçoit, par un trajet de passage d'admission 2, de l'air frais nécessaire à la combustion et les gaz d'échappement sont évacués par un trajet de passage d'échappement 3 après conversion dans un catalyseur de gaz d'échappement non représenté. Un dispositif de mesure de masse d'air 4 disposé sur le trajet de passage d'admission 2 détecte la masse d'air admise actuelle et délivre un signal LM correspondant à cette masse d'air à un dispositif électronique de commande 13 du moteur à combustion interne. Pour augmenter le remplissage des cylindres et donc pour accroître la puissance du moteur 1, il est prévu un turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement dont la roue de turbine 5B est disposée sur le trajet de passage d'échappement 3 et coopère avec une roue de compresseur 5A disposée sur le trajet du passage d'admission 2 par l'intermédiaire d'un arbre ne portant pas de repère particulier et représenté par une ligne en trait interrompu. Ainsi, les gaz d'échappement entraînent la turbine et cette dernière entraîne elle-même le compresseur. Le compresseur reçoit l'admission et fournit au moteur une admission d'air frais de suralimentation. Un refroidisseur d'air d'admission 5C monté en aval du compresseur évacue la chaleur de compression par l'intermédiaire du circuit d'eau de refroidissement du moteur 1. Cela permet d'améliorer encore le remplissage des cylindres. Pour adapter le turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement aux exigences du moteur, la pression d'admission de l'air frais de suralimentation introduit est réglée au moyen d'une régulation de pression d'admission non représentée. Le moteur est ainsi protégé de pressions d'admission trop élevées en fonction de l'état de fonctionnement et des conditions environnantes. En même temps, la vitesse de rotation du turbocompresseur de suralimentation peut être limitée et donc sa durée de vie être augmentée. La pression d'admission PL et la température d'air d'admission TPL sont relevées par des capteurs 6 et 7 appropriés sur le trajet de passage d'admission 2 et en aval du refroidisseur d'air d'admission 5C et sont envoyées au dispositif électronique de commande 13. Un signal de sortie d'un capteur de régime 12, qui correspond à la vitesse de rotation N du moteur 1, est également envoyé au dispositif de commande. Pour recycler une partie des gaz d'échappement dans le sens indiqué par la flèche symbolique, il est prévu une conduite de recyclage de gaz d'échappement 14 qui relie le trajet de passage d'échappement 3 au trajet de passage d'admission 2 d'une façon telle que des gaz d'échappement sont envoyés en dérivation en amont de la roue de turbine B du turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement et sont ramenés sur le trajet de passage d'admission 2 en un emplacement situé en aval du refroidisseur d'air d'admission 5C. Une valve de recyclage de gaz d'échappement 15 de type pneumatique est interposée dans la conduite de recyclage de gaz d'échappement 14. Pour régler le taux de recyclage de gaz d'échappement à chaque instant de façon optimale, la valve de recyclage de gaz d'échappement 15 est commandée par le dispositif électronique de commande 13, par l'intermédiaire d'un transducteur électropneumatique 9, avec un rapport durée de passage de courant/durée de cycle TV. Le transducteur électropneumatique 9 est d'une part relié au trajet de passage d'admission 2 par une conduite d'air 8, cette conduite 8 étant placée en dérivation en amont du dispositif de mesure de masse d'air 4 suivant la direction de passage de l'air d'admission, de sorte que c'est la pression ambiante P_ATM qui règne en cet emplacement, et il est d'autre part relié par une conduite d'air 11 à un emplacement du moteur 1 fournissant une dépression PU. Du côté sortie, le convertisseur électro pneumatique 9 exerce son action sur la valve de recyclage de gaz d'échappement 15 par l'intermédiaire d'une pression de commande P ST fournie dans une conduite de commande 10. Il est aussi possible d'utiliser une valve de recyclage de gaz d'échappement à actionnement électrique à la place du système tranducteur électropneumatique/valve de recyclage de gaz d'échappement de type pneumatique. Le schéma-blocs de la figure 2 expose une première possibilité de calcul d'une grandeur de commande pour le recyclage des gaz d'échappement, par laquelle le taux de recyclage de gaz d'échappement peut s'appliquer directement dans le dispositif électronique de commande sous forme d'une valeur numérique en %. C'est dans ce cas le taux de recyclage de gaz d'échappement qui sert de grandeur de référence. Le bloc 20 est composé de la partie moteur proprement dite du moteur à combustion interne, y compris les capteurs tels que dispositif de mesure de masse d'air, compte-tours, capteurs de pression et de température, qui sont nécessaires pour le fonctionnement du moteur à combustion interne, notamment pour le fonctionnement avec recyclage des gaz d'échappement. Dans le bloc 21, il est calculé une masse d'air théorique sans recyclage de gaz d'échappement, appelée aussi masse d'air de base LMB, au moyen de l'équation générale des gaz: LMB = (PL*VH) / (R*TPL) (1) avec PL: pression d'admission VH: cylindrée TPL: température (absolue) d'air d'admission R: constante des gaz Du fait du taux d'admission différent en des points différents de fonctionnement du moteur, cette masse d'air de base LMB doit être adaptée au point de fonctionnement. Cela s'obtient au moyen d'un facteur de correction KF_LMB_FAK qui dépend du point de fonctionnement. C'est pourquoi il est prévu, dans une mémoire du dispositif électronique de commande 13, une première table caractéristique dans laquelle différentes valeurs sont stockées pour le facteur de correction KF_ LMB_FAK en fonction de la charge et du régime. Des valeurs typiques pour le facteur de correction sont comprises entre 0,5 et 2,0. La quantité d'air de base LMB corrigée en fonction du point de fonctionnement devient ainsi: LMB = (PL*VH) / (R*TPL) * KFLMB _FAK (2) On a ainsi calculé la masse d'air qui est envoyée au moteur dans des conditions identiques sans recyclage des gaz d'échappement. La valeur réelle du taux de recyclage de gaz d'échappement AGR_IST se calcule à partir de cette quantité d'air de base LMB corrigée et de la masse d'air actuelle effectivement admise par le moteur, laquelle est mesurée par le dispositif de mesure de masse d'air 4 (figure 1) et est ici appelée masse d'air réelle LMIST, conformément à la relation suivante (bloc 22): AGRIST = (1 - LMIST/LMB)*100 (3) Pour le calcul de valeur de consigne pour la régulation du recyclage de gaz d'échappement, il est prévu une autre table caractéristique qui contient des valeurs pour le taux de recyclage de gaz d'échappement de consigne AGR_SOLL, en %, en fonction de la charge et du régime (bloc 23). Il est en outre possible de rendre encore cette valeur de consigne AGR_SOLL dépendante d'autres paramètres, tels que température de l'agent de refroidissement, pression ambiante, température ambiante, etc.. La valeur de consigne AGR SOLL lue dans la table de lecture et la valeur réelle calculée AGR_IST sont envoyées à un emplacement ou élément de comparaison 16 et la différence AGRDIFF qui en est déduite entre le taux de consigne et le taux réel de recyclage de gaz d'échappement permet de faire fonctionner un régulateur à comportement proportionnel ou à comportement proportionnel/intégral (bloc 24) et de calculer une grandeur de réglage (rapport durée de passage du courant/durée du cycle TV) servant à commander le transducteur électropneumatique et donc commander la valve de recyclage de gaz d'échappement (bloc 25). Une autre possibilité de détermination de la grandeur de commande pour le recyclage des gaz d'échappement consiste à calculer une masse d'air de consigne à l'aide de la masse d'air théorique, calculée au moyen de l'équation (2), et du taux de recyclage de gaz d'échappement de consigne. La masse d'air de consigne sert alors de grandeur de référence du régulateur et la différence de régulation se calcule à partir de la masse d'air de consigne vis-à-vis de la masse d'air mesurée. La figure 3 représente le schéma-blocs associé, les blocs qui ont les mêmes fonctions qu'à la figure 2 étant pourvus des mêmes repères. A partir de la masse d'air théorique LMB (bloc 21) et de la valeur de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement AGR_SOLL, qui est lue en fonction de la charge et du régime dans une table caractéristique, une valeur de consigne est calculée pour la masse d'air LM_SOLL dans le bloc 26 conformément à la relation suivante: LMSOLL = LMB*(100% - AGRSOLL) (4) Cette valeur de consigne LM_SOLL et la valeur réelle LMIST mesurée par le dispositif de mesure de masse d'air sont envoyées à un emplacement ou élément de comparaison 17 et, en fonction de la différence AGRDIFF déterminée à partir de la valeur de consigne et de la valeur réelle de masse d'air, un régulateur à comportement proportionnel ou à comportement proportionnel/intégral entre en fonctionnement (bloc 24) et une grandeur de réglage (rapport durée de passage du courant/durée du cycle TV) servant à commander le transducteur électropneumatique et donc à commander la valve de recyclage de gaz d'échappement (bloc 25) est calculée. En variante à l'équation générale des gaz, il est possible de déterminer la masse d'air théorique au moyen d'une série de tables caractéristiques qui doivent être ajustées en fonction du point de fonctionnement du moteur, de la pression d'admission et de la température d'admission. L'avantage essentiel du procédé décrit réside dans le fait que la complexité des moyens d'ajustement est réduite et que la représentation du taux voulu et du taux effectif de recyclage de gaz d'échappement est apparente. Le procédé conforme à l'invention a été exposé sur un moteur Diesel, mais il peut aussi être utilisé avantageusement aussi bien sur un moteur Otto à recyclage des gaz d'échappement que dans le cas de moteurs à combustion interne qui ne comportent pas de turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de régler le taux de recyclage de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne fonctionnant avec un système de recyclage des gaz d'échappement et comportant une conduite de recyclage des gaz d'échappement (14) qui relie le trajet de passage d'échappement (3) au trajet de passage d'admission (2) et dont la section d'ouverture peut être modifiée au moyen d'une valve de recyclage de gaz d'échappement (15) pouvant être commandée, caractérisé en ce que - une valeur de masse d'air théorique (LMB) qui serait envoyée au moteur à combustion interne à tout instant auquel aucun recyclage de gaz d'échappement ne serait actif est calculée, - d'une manière correspondant au taux d'admission actuel, cette valeur de masse d'air (LMB) est corrigée au moyen d'un facteur de correction (KF_LMB_FAK) en fonction du point de fonctionnement, - une valeur réelle est calculée pour le taux de recyclage de gaz d'échappement (AGR_IST) à partir de la valeur de masse d'air théorique corrigée (LMB) et à partir de la valeur réelle de la masse d'air (LMIST), - des valeurs de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement (AGRSOLL) en (%) sont rangées en mémoire en fonction du point de fonctionnement/ et - à partir de la valeur de consigne (AGR_SOLL) et de la valeur réelle (AGR-IST) du taux de recyclage de gaz d'échappement, la différence (AGR_DIFF) est formée et envoyée à un dispositif de régulation (24) qui commande la valve de recyclage de gaz d'échappement (15) de façon que la valeur de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement s'établisse par réglage. 2. Procédé permettant de régler le taux de recyclage de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne fonctionnant avec un système de recyclage des gaz d'échappement et comportant une conduite de recyclage des gaz d'échappement (14) qui relie le trajet de passage d'échappement (3) au trajet de passage d'admission (2) et dont la section d'ouverture peut être modifiée au moyen d'une valve de recyclage de gaz d'échappement (15) pouvant être commandée, caractérisé en ce que - une valeur de masse d'air théorique (LMB) qui serait envoyée au moteur à combustion interne à tout instant auquel aucun recyclage de gaz d'échappement ne serait actif est calculée, - d'une manière correspondant au taux d'admission actuel, cette valeur de masse d'air (LMB) est corrigée au moyen d'un facteur de correction (KFLMBFAK) en fonction du point de fonctionnement, - des valeurs de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement (AGRSOLL) en (%) sont rangées en mémoire en fonction du point de fonctionnement, - une valeur de consigne est calculée pour la masse d'air (LMSOLL) à partir de la valeur de masse d'air théorique corrigée (LMB) et à partir de la valeur de consigne (AGR_SOLL), et - à partir de cette valeur de consigne (LM_SOLL) et de la valeur réelle de la masse d'air (LM_IST), la différence (LMDIFF) est formée et envoyée à un dispositif de régulation (24) qui commande la valve de recyclage de gaz d'échappement (15) de façon que la valeur de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement s'établisse par réglage. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de masse d'air théorique (LMB) est calculée au moyen de l'équation générale des gaz: LMB = (PL*VH) / (R*TPL) avec PL: pression dans le trajet de passage d'admission du moteur à combustion interne VH: cylindrée TPL: température (absolue) dans le trajet de passage d'admission R: constante des gaz. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de masse d'air théorique (LMB) est déterminée à partir d'un certain nombre de tables caractéristiques qui sont établies en fonction du point de fonctionnement du moteur, de la pression d'admission et de la température d'admission. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence (AGRDIF) sert à faire fonctionner un régulateur à comportement proportionnel ou à comportement proportionnel/intégral dont la sortie fournit une grandeur de réglage (TV) pour la valve de recyclage de gaz d'échappement. 6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la différence (LMDIF) sert à faire fonctionner un régulateur à comportement proportionnel ou à comportement proportionnel/intégral dont la sortie fournit une grandeur de réglage (TV) pour la valve de recyclage de gaz d'échappement. 7. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de consigne du taux de recyclage de gaz d'échappement (AGR_SOLL) est stockée dans une table caractéristique en fonction de la température de l'agent de refroidissement et/ou de la temperature ambiante et/ou de la pression ambiante. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur réelle du taux de recyclage de gaz d'échappement (AGR_IST) est calculée conformément à l'équation suivante: AGR_IST = (1 - LM_IST/LMB)*100 9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de consigne de la masse d'air (LM_SOLL) est calculée conformément à l'équation suivante: LM SOLL = LMB*(100% - AGR SOLL).