Brevet FR2894623A1 — publié le 20070615

La présente invention se rapporte à un procédé de commande d'un moteur d'un véhicule, notamment automobile. En particulier, l'invention concerne un procédé appliqué à un moteur pourvu d'un système de recirculation de gaz d'échappement et plus 5 particulièrement encore pourvu d'une boucle de recirculation de type basse pression. Un moteur de ce type est déjà connu. Il comporte typiquement un bloc moteur avec un collecteur d'échappement et d'admission. 10 En suivant le trajet des gaz d'échappement, le collecteur d'échappement est en communication avec une turbine d'un turbocompresseur. Les gaz possèdent une énergie apte à faire tourner la turbine et un compresseur de la laquelle il est solidaire. Les gaz traversant la turbine sont évacués vers un filtre à particules pour 15 y subir un traitement connu en soi. En sortie de ce filtre, une partie au moins des gaz traités est recirculée à l'aide de la boucle précitée tandis que l'autre partie continue dans une conduite d'échappement vers un volet échappement et un silencieux. Dans la boucle de recirculation basse pression, un refroidisseur permet 20 d'abaisser avantageusement une température des gaz recirculés. En outre, une vanne de recirculation disposée en aval du refroidisseur permet de contrôler le débit de ces gaz. On notera ici que ce débit est également contrôlé par un volet d'admission. 25 En effet, celui-ci est apte à modifier une différence de pression des gaz aux bornes de la vanne, ce qui conduit à modifier le débit. Les gaz recirculés débouchent ensuite dans une conduite où circule de l'air provenant d'une entrée d'air et d'un filtre à air. Le mélange de gaz ainsi constitué est alors acheminé vers le collecteur d'admission du moteur en passant par le compresseur et éventuellement un refroidisseur de suralimentation d'air. Il est connu que, comparé notamment à un moteur doté d'un système de recirculation haute pression, un tel moteur offre des performances qui respectent bien mieux des contraintes antipollution imposées par des normes notamment européennes. En particulier, il est connu que ce type de moteur permet de réduire encore plus des émissions nocives d'oxydes d'azote (Nox) et de particules polluantes telles des particules de suie. Toutefois, leur utilisation étant encore récente, on ne connaît pas de procédés de commande réellement adaptés à ce type de moteur. En particulier, on ne connaît pas de procédés de commande qui permettent d'optimiser une régulation du débit d'air et/ou du taux de recirculation en fonction d'un état de fonctionnement de la vanne de recirculation et du volet d'échappement. Un but de l'invention est donc de pallier à ces inconvénients. A cet effet, on propose un procédé de commande d'un moteur pourvu d'une boucle de recirculation d'un gaz d'échappement du type basse pression, caractérisé en ce qu'il comporte une étape où l'on régule un paramètre prédéterminé de fonctionnement du moteur en contrôlant une position d'une vanne de recirculation du gaz d'échappement disposée dans la boucle si la mesure d'une grandeur prédéterminée de cette vanne respecte un critère prédéterminé, et en contrôlant une position d'un volet d'échappement disposé hors de cette boucle si ladite mesure ne respecte pas ledit critère Des aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé sont les suivants : - le paramètre prédéterminé de fonctionnement du moteur est un taux de recirculation du gaz d'échappement ; le paramètre prédéterminé est un débit d'air destiné à être mélangé au gaz recirculé ; la grandeur prédéterminée est la position de la vanne et le respect du critère consiste à déterminer si cette position est inférieure à une valeur seuil estimée ; on détermine la position du volet et de la vanne au moyen d'un seul régulateur dont on choisit automatiquement un gain d'amplification (Kp, Ki) en fonction du résultat lié au critère ; on estime la valeur seuil à partir d'une cartographie en régime moteur et débit carburant. On propose en outre selon l'invention un moteur comprenant une boucle de recirculation d'un gaz d'échappement du type basse pression, des moyens de régulation d'un paramètre de fonctionnement du moteur, des moyens de contrôle d'une position d'une vanne de recirculation du gaz d'échappement disposé hors de cette boucle, et des moyens de mesure d'une grandeur prédéterminée de la vanne, caractérisé en ce que les moyens de régulation sont adaptés pour agir sur les moyens de contrôle de la position de la vanne si la mesure de la grandeur relative à celle-ci respecte un critère prédéterminé, et sur les moyens de contrôle de la position du volet si ladite mesure ne respecte pas ledit critère. Des aspects préférés mais non limitatifs de ce moteur sont les suivants : le paramètre prédéterminé de fonctionnement du moteur est un taux de recirculation du gaz d'échappement ; le paramètre prédéterminé est un débit d'air destiné à être mélangé au gaz recirculé ; les moyens de régulation comportent un seul régulateur dont un gain d'amplification est sélectionné automatiquement en fonction du résultat lié au critère. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de l'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre à titre d'exemple non limitatif un moteur apte à mettre en oeuvre le procédé de l'invention, la figure 2 est un schéma simplifié d'une structure de régulation d'un débit d'air selon l'invention, la figure 3 montre un schéma plus détaillé d'un régulateur utilisé dans la structure de la figure 2, - la figure 4 montre un schéma plus détaillé d'un séparateur de signal de commande utilisé dans la structure de la figure 2, - la figure 5 est un schéma d'un exemple non limitatif d'une structure de régulation conforme à l'invention. En se référant à la figure 1, on a illustré un moteur de l'invention. Il comporte un bloc moteur 1, un collecteur d'admission 2 et d'échappement 3, un turbocompresseur 4 composé d'une turbine 41 et d'un compresseur 42. Des gaz d'échappement 6, qui passent à travers la turbine 41, sont acheminés vers un filtre à particules 7 duquel une conduite de dérivation 8 permet de recirculer au moins en partie ces gaz vers le compresseur 42. Dans cette conduite 8, un refroidisseur 9 et une vanne de recirculation 10 sont aptes à refroidir et contrôler un débit de ces gaz, respectivement. Par ailleurs, cette conduite 8 débouche dans une autre conduite 11 dans laquelle de l'air 13 peut circuler selon un débit contrôlé en amont par un volet d'admission d'air 14. On notera que cet air provient classiquement d'un filtre à air 15 connecté à une entrée d'air 16. L'ensemble composé de la conduite 8, du filtre à particules 7, du turbocompresseur et de la conduite 11 forme une boucle de recirculation basse pression 17. Encore en sortie du filtre à particules 7, les gaz d'échappement qui ne sont pas recirculés sont évacués dans une conduite d'échappement 18 dans laquelle se trouve un volet d'échappement 19 et un silencieux 20. Le volet d'échappement 19 en coopération avec la vanne 10, permet notamment de contrôler le débit des gaz recirculés. On notera ici que par construction du moteur, on doit considérer qu'une régulation de ce débit revient automatiquement à réguler le taux de recirculation des gaz d'échappement, noté couramment taux EGR. En effet, ces deux grandeurs sont reliées directement l'une à l'autre. Finalement, le moteur illustré à titre d'exemple non limitatif sur ladite figure 1 comporte typiquement un refroidisseur d'air 21 disposé entre le compresseur 42 et le collecteur d'admission 2. En se référant maintenant à la figure 2, on a représenté en vue d'ensemble une structure de régulation du débit d'air. La structure comporte un régulateur 30 qui admet en entrée en différence entre une mesure de débit d'air mes_air, mise en oeuvre au moyen d'un capteur connu en soi, et une consigne de débit d'air cons_air, élaborée en amont de ce régulateur. Le régulateur est apte à délivrer un signal de commande reg_com qui permet de contrôler selon un critère prédéterminé la vanne EGR 10 et/ou le volet d'échappement 19. Selon un aspect de l'invention, le signal de commande précité permet de contrôler une position d'ouverture/fermeture de la vanne EGR 10 et du volet 19. Et le critère prédéterminé concerne un état de fonctionnement de la vanne EGR 10. En particulier, selon cet aspect, le critère consiste à déterminer si la position de la vanne 10 est apte à assurer un fonctionnement jugé satisfaisant. A titre d'exemple non limitatif, on peut considérer qu'une ouverture au-delà de 60% de la vanne EGR 10 ne convient pas pour réguler le débit d'air. Dans ce cas, le procédé comporte des moyens 50 qui agissent sur le régulateur 30 pour que la régulation soit assurée au moins pour l'essentiel par le volet d'échappement 19 et non plus la vanne EGR 10. Ainsi, les moyens 50 permettent d'adapter la régulation, et en particulier le régulateur 30, selon que le critère prédéterminé est respecté ou non. Tel qu'illustré à la figure 2 encore, les moyens 50 agissent sur un séparateur de signal de commande 80. Ce séparateur 40 transforme le signal de commande reg_com du régulateur 30 en deux signaux de commande 80 et 81. Le signal 41 est un signal pour commander la position de la vanne EGR 10 tandis que le signal 42 est un signal pour commander la position du volet 5 d'échappement 19. On va maintenant décrire plus en détail le régulateur 30 et le séparateur 50. A cet égard la figure 3 montre schématiquement un mode d'implémentation du régulateur 30. 10 Dans le cas d'espèce, il s'agit d'un régulateur proportionnel-intégral, mais l'homme du métier comprendra que d'autres implémentations sont évidemment possibles. De façon classique, un tel régulateur comporte une étape d'amplification 31 de gain Kp, un étage d'intégration 32 et un deuxième étage 15 d'amplification 23 de gain Ki associé à l'étage d'intégration 32. Selon l'invention, les gains Kp et Ki peuvent avoir différentes valeurs choisies selon que ledit critère prédéterminé est respecté ou non, par exemple selon que la vanne EGR 10 a une position d'ouverture supérieure à 60%. Ainsi, dans ce mode de réalisation, on ne change pas la structure du 20 régulateur 30 selon le critère mais plutôt le ou les gains utilisés dans ce régulateur. En particulier, selon le respect du critère prédéterminé on utilise des gains Kp et Ki adaptés à la vanne EGR 10 ou au volet d'échappement 19. La figure 4 montre schématiquement un mode d'implémentation du 25 séparateur de consigne 40. Il comporte deux blocs 45 et 46 qui définissent chacun une gamme de valeurs pour lesquelles la vanne EGR 10 et le volet 19 sont censés réguler le débit d'air correctement. Par exemple, dans le bloc 45 la gamme est définie entre deux plateaux de 5 saturation MIN et MAX de la vanne 10. Plus précisément, d'après la même figure, on peut voir que le séparateur 40 comporte un bloc soustracteur 47 qui soustrait au signal reg_com délivré par le régulateur 30 une valeur fournie par les moyens 50. Cette valeur définit au moins une limite supérieure d'au moins une des 10 gammes précitées, en l'occurrence d'après la figure la gamme du bloc 45. La différence obtenue en sortie du bloc soustracteur 47 est ensuite injectée dans le bloc 46. Une telle implémentation permet de délivrer le signal 80 ou 81 selon la valeur du signal de commande reg_com en fonction des gammes précitées. 15 A titre d'exemple non limitatif, supposons que la valeur fournie par les moyens 50 soit égale à 100. Supposons par ailleurs que la valeur du signal reg_com soit égale à 80, donc inférieure à MAX. Dans ce cas, la valeur de ce signal se trouve dans la gamme du bloc 45. 20 En outre, cette valeur 80 soustraite à la valeur 100 par le bloc 47 donne -20. Cette valeur 80 est donc comprise dans la gamme du bloc 46, mais étant négative on considère qu'elle ne doit pas avoir d'effet sur la position volet d'échappement. 25 Supposons maintenant que la valeur du signal reg_com soit égale à 110. Dans ce cas, elle n'est plus comprise dans la gamme du bloc 45 de sorte que le signal reg_com ne correspond plus au signal 80. Par ailleurs, en sortie du bloc 47 on obtient la valeur 10, qui est cette fois-ci positive et qui se trouve dans la gamme du bloc 46. Par conséquent, c'est maintenant le signal 81 qui correspond au signal reg_com. Et la régulation du débit d'air est alors assuré par le volet d'échappement 19 et non plus la vanne EGR 10. En particulier, pour continuer à augmenter le débit d'air, le régulateur va délivrer le signal 42 de sorte à fermer un peu plus le volet d'échappement. En même temps, la vanne EGR 10 va conserver la position qu'elle avait au moment où on sortait de la gamme du bloc 45. En d'autres termes, elle restera dans un état considéré comme saturé. En se référant maintenant à la figure 5, on a représenté un exemple non limitatif d'une structure de régulation complète conforme à l'invention. On retrouve notamment dans cette figure, le régulateur 30 et les blocs 45, 46 et 47. On peut également voir comment on construit la valeur qui sert notamment à définir ladite limite supérieure de la gamme du bloc 45. En effet, on utilise selon un aspect préféré de l'invention une cartographie 60 en régime moteur 61 et débit de carburant 62 de la position de la vanne EGR 10. Cette cartographie 60 sert en outre de manière indirecte à choisir les gains Kp et Ki appropriés. Plus précisément, une sortie de la cartographie 60 est comparée à une mesure mes_pos_EGR de la position de la vanne EGR 10. A cet effet, on peut construire à partir par exemple de deux constantes C1 et C2 et de la sortie de la cartographie 60 un diagramme d'hystérésis normalisé 65 auquel on compare la mesure mes_pos_EGR. Le résultat de cette comparaison permet d'activer un jeu de valeurs approprié pour les gains Ki et Kp. Une telle sélection est mise en oeuvre dans un bloc 66. Il reçoit en entrée ledit résultat ainsi qu'au moins un jeu de valeurs pour les gains Ki et Kp de la vanne 10 et du volet 19. Il délivre par ailleurs un signal qui agit sur le régulateur 30. Par exemple ce signal opère une mise à jour des gains Kp et Ki dans les étages 31 et 33. Ainsi, si l'on considère l'exemple donné plus haut, lorsque la mesure mes_pos_EGR montre que l'ouverture de la vanne 10 est inférieure à 60%, valeur fournie par la cartographie 60, le bloc 65 envoie un signal au bloc 66 qui l'amène à sélectionner un jeu de paramètre approprié au contrôle de la vanne 10. Inversement, lorsque la mesure mes_pos_EGR montre que l'ouverture de la vanne 10 est supérieure à 60%, le bloc 65 envoie un signal au bloc 66 qui l'amène à sélectionner un jeu de paramètre approprié au contrôle du volet 19 et non plus de la vanne 10. Tel qu'illustré encore sur la figure 5, la consigne du débit d'air fournie en entrée de la structure et comparée à la mesure du débit d'air possède une valeur qui est lue dans une cartographie 70 en régime moteur 61 et débit de carburant 62. Par ailleurs, les blocs 71, 72 et 73 définissent des constantes C3, C4 et C5 qui définissent elles-mêmes une limite basse de la gamme des blocs 45 et 46, et une limite haute de la gamme du bloc 46. On notera ici que sur la figure 5, les blocs sur fond blanc ont été définis lors d'une calibration, par exemple une calibration du moteur sur banc d'essai à rouleaux. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation présenté ci-dessus. En particulier, le paramètre prédéterminé du moteur qui est régulé peut correspondre au taux de recirculation des gaz d'échappement. A cet égard, la structure de régulation admet en entrée non plus une mesure et une consigne de débit d'air mais une estimation et une consigne de taux de recirculation. Afin d'obtenir ladite estimation, on pourra envisager diverses solutions. Une première solution consiste à utiliser un capteur de température de l'air frais non encore mélangé aux gaz recirculés qui viennent de la boucle basse pression. On utilise en outre un capteur de température des gaz recirculés juste avant le mélange et un capteur de température du mélange après la boucle de recirculation basse pression. Une deuxième solution consiste à utiliser un capteur de température du mélange présent dans un plénum du moteur avec un capteur de pression de ce mélange. On utilise en outre, au choix, une mesure par capteur ou une estimation du débit d'air. L'homme du métier comprendra qu'il existe encore d'autres variantes de l'invention. En particulier, on peut aussi considérer que la régulation du débit d'air et/ou du taux de recirculation soit tout d'abord mise en oeuvre avec le volet d'échappement 19 puis la vanne EGR 10 lorsque le critère prédéterminé sur le volet, cette fois-ci, n'est plus respecté. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur pourvu d'une boucle de recirculation (8) d'un gaz d'échappement (6) du type basse pression, caractérisé en ce qu'il comporte une étape où l'on régule un paramètre prédéterminé de fonctionnement du moteur en contrôlant une position d'une vanne de recirculation (10) du gaz d'échappement disposée dans la boucle (8) si la mesure d'une grandeur prédéterminée de cette vanne (10) respecte un critère prédéterminé, et en contrôlant une position d'un volet d'échappement (19) disposé hors de cette boucle (8) si ladite mesure ne respecte pas ledit critère. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre prédéterminé de fonctionnement du moteur est un taux de recirculation du gaz d'échappement. 3. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre prédéterminé est un débit d'air destiné à être mélangé au gaz recirculé. 4. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur prédéterminée est la position de la vanne (10) et en ce que le respect du critère consiste à déterminer si cette position est inférieure à une valeur seuil estimée. 5. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on détermine la position du volet (19) et de la vanne (10) au moyen d'un seul régulateur (30) dont on choisit,automatiquement un gain d'amplification (Kp, Ki) en fonction du résultat lié au critère. 6. Procédé de commande selon l'une des revendications 4 à 5, caractérisé en ce que l'on estime la valeur seuil à partir d'une cartographie (60) en régime moteur et débit carburant. 10 7. Moteur comprenant une boucle de recirculation (8) d'un gaz d'échappement (6) du type basse pression, des moyens de régulation d'un paramètre prédéterminé de fonctionnement du moteur, des moyens de contrôle d'une position d'une vanne de recirculation (10) du gaz d'échappement disposée dans la boucle (8) et d'une position d'un volet 15 d'échappement (19) disposé hors de cette boucle (8), et des moyens de mesure d'une grandeur prédéterminée de la vanne (10), caractérisé en ce que les moyens de régulation sont adaptés pour agir sur les moyens de contrôle de la position de la vanne si la mesure de la grandeur relative à celle-ci respecte un critère prédéterminé, et sur les moyens de contrôle de la position 20 du volet si ladite mesure ne respecte pas ledit critère. 8 Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le paramètre prédéterminé de fonctionnement du moteur est un taux de recirculation du gaz d'échappement. 259. Moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le paramètre prédéterminé est un débit d'air destiné à être mélangé au gaz recirculé. 10. Moteur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de régulation comportent un seul régulateur (30) dont un gain d'amplification (Kp, Ki) est sélectionné automatiquement en fonction du résultat lié au critère.