Brevet FR2905758A1 — publié le 20080314

Procédé de régulation d'une contre-pression à l'échappement d'un moteur sur un banc d'essais. L'invention concerne un procédé de régulation d'une contre-pression à l'échappement d'un moteur à combustion interne sur un banc d'essais par le pilotage d'une vanne, et un banc d'essais mettant en oeuvre ce procédé. Les moteurs à combustion internes, comme les moteurs à allumage commandé ou les moteurs Diesel génèrent des gaz d'échappement qui sont collectés par une conduite d'échappement. La conduite d'échappement comporte par exemple la turbine d'un turbocompresseur, ou un système de dépollution incorporant par exemple un filtre à particules. Ces appareillages génèrent une contre-pression en amont dans la conduite d'échappement, ce qui influe sur le mode de fonctionnement du moteur. Lorsqu'un moteur est testé sur un banc d'essais, il n'est pas toujours aisé de s'affranchir des variables introduites par la présence de ces appareillages. C'est pourquoi, on a déjà proposé, avec le document FR 2 849 110, un système de régulation de la contre-pression à l'échappement comportant une vanne sur la conduite d'échappement apte à obturer plus ou moins complètement le passage des gaz dans la conduite. Le système comporte un dispositif de régulation commandant la position de la vanne pour obtenir une contre-pression de consigne qui simule la contre- pression du turbocompresseur. Le dispositif de régulation est basé sur un régulateur de type PID comparant une mesure de la contre-pression avec la consigne et déterminant la position de la vanne par l'intermédiaire d'un moteur pas-à-pas. Lorsqu'on souhaite faire fonctionner le moteur selon un cycle de fonctionnement imposant des changements rapides, comme par exemple ceux imposés par des cycles normalisés de qualification, le système précédent 2905758 2 présente un temps de réponse insuffisant, de l'ordre de 30 secondes, alors qu'un temps de réponse de l'ordre de la seconde serait nécessaire. Par ailleurs, lorsque le moteur est équipé d'un 5 filtre à particules, la contre-pression générée dépend du taux de chargement en particules du filtre. Si on équipe le banc d'essais d'un filtre à particules, le taux de chargement n'est pas constant au cours de l'essai et ne correspond pas nécessairement à celui que l'on souhaite 10 tester. Il est donc préférable d'utiliser une vanne à la place du filtre à particules. On constate cependant qu'il n'est pas possible de simuler le filtre à particules par une position fixe de la vanne. C'est donc un objectif de l'invention de proposer 15 un procédé de régulation d'une contre-pression à l'échappement d'un moteur à combustion interne sur un banc d'essais qui soit rapide à réagir et qui prennent en compte les différents niveaux de chargement du filtre à particules. 20 Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de régulation d'une contre-pression à l'échappement d'un moteur à combustion interne sur un banc d'essais, le banc d'essais comportant une vanne pour limiter progressivement l'écoulement des gaz 25 d'échappement, procédé selon lequel on détermine un débit Q de gaz d'échappement issus du moteur, on détermine une consigne de contre-pression pour simuler un appareillage situé en aval du moteur, on commande une position de la vanne pour ajuster la contre-pression en amont de la 30 vanne. Pour commander la position de la vanne, on détermine une position de consigne de la vanne en fonction du débit, de la consigne de contre-pression et de caractéristiques prédéterminées de la vanne. La contre-pression est définie par la différence de pression entre l'amont de la vanne et la pression atmosphérique. En déterminant la position de la vanne 2905758 3 directement en fonction du débit volumique, on s'affranchit d'une boucle de régulation et la consigne de position est déterminée très rapidement. Par exemple, si les mesures de débit et autre sont faites à une fréquence 5 de l'ordre de 10 Hz, le calcul de la consigne est fait avec la même fréquence et, en choisissant bien l'actionneur de la vanne, on est capable d'obtenir un temps de réponse pour la position de la vanne de l'ordre de la seconde. En effet, on constate qu'un asservissement 10 en position est beaucoup plus rapide qu'une régulation de contre-pression telle que proposée dans l'art antérieur. L'appareillage simulé est par exemple un filtre à particules. On peut facilement choisir un niveau fictif de chargement du filtre à particules, et le maintenir 15 tout au long de l'essai, quelque soit le débit de gaz d'échappement. De manière particulière, le débit est un débit volumique, exprimé en fonction de la température et de la pression des gaz au niveau de la vanne. Ainsi, même si le 20 débit est mesuré en amont ou en aval de la vanne, que ce soit sous la forme d'un débit massique ou d'un débit volumique, on prend en compte les conditions réelles de l'état des gaz au niveau de la vanne qui conditionne la contre-pression qui est générée. En effet, la contrepression est directement liée au débit volumique à travers la vanne. La température et la pression sont mesurées par exemple à l'entrée de la vanne. Selon un perfectionnement, la contre-pression est 30 calculée en fonction du débit volumique exprimé à la vanne selon une loi de caractérisation de l'appareillage. La loi de caractérisation est un ensemble de données qui permet de calculer la contre-pression en fonction du débit volumique. Elle exprime les caractéristiques de 35 l'appareillage pour un état déterminé. De manière particulière, la loi de caractérisation 2905758 4 est choisie selon l'appareillage à simuler et selon son état. Son état, telle que par exemple son niveau de chargement pour un filtre à particules, détermine quelle perte de charge se produit lorsqu'il est traversé par les 5 gaz. En choisissant une loi de caractérisation, on détermine quel état de l'appareillage on souhaite simuler. Diverses méthodes de mesure ou d'estimation de débit peuvent être utilisées, parmi lesquelles, de 10 manière non limitative, une mesure de débit d'air entrant et d'estimation du débit de carburant, une mesure par ondes radar sur des particules à l'échappement, ou une mesure par traçage au CO2. L'invention a aussi pour objet un banc d'essais 15 d'un moteur à combustion interne, comportant une conduite d'échappement pour collecter les gaz d'échappement issu du moteur, un système de mesure de débit pour déterminer le débit de gaz d'échappement, la conduite comportant une vanne et des moyens d'actionnement pour piloter une 20 position d'ouverture de la vanne. Le banc comporte en outre des moyens pour mettre en oeuvre le procédé tel que décrit précédemment. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de 25 la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un banc conforme à l'invention ; - la figure 2 est un diagramme montrant des lois de 30 caractérisation d'un filtre à particules et d'une vanne. Un banc 1 conforme à l'invention comporte une conduite d'échappement 10 destinée à être connectée à un moteur 2 à combustion interne. La conduite d'échappement 35 10 comporte une vanne 11 pilotable pour obturer plus ou moins partiellement la conduite d'échappement 10. Le banc 2905758 5 1 comporte des moyens de commande telle qu'une unité centrale 12 pour recevoir des informations en provenance du moteur 2 et de la conduite d'échappement 10 et piloter la vanne 11. 5 La vanne 11 peut être par exemple du type à clapet, à papillon ou à boisseau. Elle comporte un élément mobile 110 permettant de réduire la section de passage des gaz, et des moyens d'actionnement 113 permettant de commander la position de l'élément mobile 110. 10 Dans l'exemple représenté, la conduite d'échappement 10 comporte un système de mesure de débit, tel qu'un débitmètre 13 à ondes radar, entre la sortie du moteur 2 et la vanne 11. Le débitmètre 13 fournit à l'unité centrale un débit mesuré Qd, une température Td 15 et une pression Pd des gaz auxquelles la mesure de débit a lieu. Le banc comporte également une sonde de température 111 et une sonde de pression 112 à l'entrée de la vanne 11 pour fournir à l'unité centrale 12 la température Téch 20 et la pression Péch des gaz au niveau de la vanne 11. L'unité centrale 12 met en oeuvre un procédé conforme à l'invention de régulation de la contre-pression à l'échappement du moteur 2. La contre-pression simulée par la vanne 11 est celle que l'on obtiendrait 25 avec un appareillage monté normalement sur la conduite d'échappement 10. On indique à l'unité centrale 12 la loi de caractérisation de l'appareillage que l'on souhaite simuler. Dans le cas d'un filtre à particules, le choix d'une loi de caractérisation correspond à un niveau de 30 chargement du filtre à particules prédéterminé. Dans un premier temps, l'unité centrale 12 réalise l'acquisition des mesures de Qd, Péch et Téch. En fonction de ces trois mesures, elle détermine un débit estimé Qvol volumique traversant la vanne 11. Le débit 35 estimé Qvol est calculé par exemple par une formule déduite de la loi des gaz parfait : Qvol 2905758 6 Qd. (Pd/Péch) . (Téch/Td) . A partir de ce débit estimé Qvol, elle détermine une consigne de contre-pression CPE grâce à la loi de caractérisation choisie auparavant. Puis elle détermine une consigne de position alpha telle que alpha 5 réponde à une loi de caractérisation de la vanne 11 alpha = F(Qvol, CPE). L'unité centrale 12 envoie alors aux moyens d'actionnement 113 la consigne de position alpha. L'ensemble de ces étapes sont répétées continûment pendant la durée de l'essai à une fréquence proche de 10 10 Hz par exemple. Les moyens d'actionnement 113 positionnent l'élément mobile 110 de la vanne 11 à la position de consigne alpha. La figure 2 montre une loi de caractérisation du filtre à particules faiblement chargé 20 et une loi de 15 caractérisation du filtre à particules fortement chargé 21. Elle montre de plus des courbes montrant la contre-pression générée en fonction du débit Qvol traversant la vanne 11, pour différentes position d'ouverture de la vanne 11, entre totalement ouvert 23, moyennement ouvert 20 24, moyennement fermé 25 et très fermé 26. La loi de caractérisation de la vanne 11 alpha = F(Qvol,CPE) est déduite de l'ensemble de ces courbes. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation d'une contre-pression à l'échappement d'un moteur (2) à combustion interne sur un banc d'essais, le banc d'essais comportant une vanne (11) pour limiter progressivement l'écoulement des gaz d'échappement, procédé selon lequel : - on détermine un débit Q de gaz d'échappement issus du moteur (2) ; - on détermine une consigne de contre-pression (CPE) pour simuler un appareillage situé en aval du moteur (2) ; - on commande une position de la vanne (11) pour ajuster la contre-pression en amont de la vanne (11) ; caractérisé en ce que, pour commander la position de la vanne (11), on détermine une position de consigne (alpha) de la vanne (11) en fonction du débit (Qvol), de la consigne de contre-pression (CPE) et de caractéristiques prédéterminées de la vanne (11). 2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel l'appareillage simulé est un filtre à particules. 3. Procédé selon la revendication 1, selon lequel le débit (Qvol) est un débit volumique, exprimé en fonction de la température (Téch) et de la pression (Péch) des gaz au niveau de la vanne (11). 4. Procédé selon la revendication 3, selon lequel la température (Téch) et la pression (Péch) sont mesurées à l'entrée de la vanne (11). 5. Procédé selon la revendication 1, selon lequel la consigne de contre-pression (CPE) est calculée en fonction du débit volumique (Qvol) exprimé à la vanne (11) selon une loi de caractérisation (20, 21) de l'appareillage. 6. Procédé selon la revendication 5, selon lequel la loi de caractérisation (20, 21) est choisie selon l'appareillage à simuler et selon son état. 7. Procédé selon la revendication 1, selon lequel 2905758 8 le débit est mesuré ou estimé selon l'une des méthodes parmi une mesure de débit d'air entrant et d'estimation du débit de carburant, une mesure par ondes radar sur des particules à l'échappement, une mesure par traçage au 5 CO2. 8. Banc d'essais d'un moteur (2) à combustion interne, comportant une conduite d'échappement (10) pour collecter les gaz d'échappement issu du moteur (2), un système de mesure de débit (13) pour déterminer le débit 10 de gaz d'échappement, la conduite d'échappement (10) comportant une vanne (11) et des moyens d'actionnement (113) pour piloter une position d'ouverture de la vanne (11), caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (12) pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une 15 des revendications 1 à 7.