Brevet FR2917126A1 — publié le 20081212

i SYSTEME ET PROCEDE DE CONTROLE ET DE DIAGNOSTIC D'UN SYSTEME DE RECIRCULATION DE GAZ D'ÉCHAPPEMENT DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un groupe motopropulseur, en particulier pour véhicule automobile, comprenant un moteur à combustion interne, suralimenté au moyen d'un compresseur, en particulier d'un turbocompresseur. Le domaine technique auquel se rapporte l'invention est le contrôle du moteur à combustion interne, et sa gestion au moyen de l'ensemble de ses capteurs et actionneurs. L'ensemble des lois de contrôle de la commande (stratégies logicielles) et des paramètres de caractérisation (calibrations) du moteur est contenu dans un calculateur également appelé UCE (unité de contrôle électronique). L'invention a plus précisément pour objet un système et un procédé de contrôle et de diagnostic d'un système EGR pour un moteur diesel suralimenté par 15 turbocompresseur. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION La suralimentation d'un moteur à combustion interne, notamment un moteur Diesel, consiste à l'alimenter au moyen d'un turbocompresseur avec de l'air qui est 20 comprimé à une pression supérieure à la pression atmosphérique, de manière à augmenter la puissance du moteur. Au fil des années, les normes limitant la quantité de polluants produits à l'échappement d'un véhicule sont devenues de plus en plus sévères. Parmi ces polluants, on trouve les oxydes d'azote (NOx) et les particules de suies. 25 Pour répondre à ces normes, les moteurs ont intégré un circuit reliant le collecteur d'échappement au plenum du collecteur d'admission. En général, le circuit comprend une vanne, dite vanne EGR, qui permet de réguler la quantité de gaz d'échappement allant à l'admission. Par l'intermédiaire de ce circuit, des gaz d'échappement ou EGR (acronyme du terme anglo-saxon Exhaust Gaz 30 Recirculation) sont réintroduits à l'admission. Le mélange admis dans le moteur est donc un mélange d'air frais issu du compresseur et de gaz EGR issus du collecteur d'échappement. Inertes vis-à-vis de la combustion, les gaz EGR réintroduits ont pour effet de diminuer la température maximale de combustion et de diminuer l'excès d'oxygène en comparaison avec un moteur diesel similaire dépourvu d'un circuit d'EGR. La formation des NOx se trouve en effet favorisée dans une combustion dont la température et le taux d'oxygène sont élevés, tandis que la formation des particules de suie est favorisée par un taux d'oxygène faible. La réintroduction des gaz EGR a donc comme conséquence directe la diminution de la quantité de Nox et l'augmentation du nombre de particules de suie à l'issue de la combustion. On parle alors de compromis NOx / particules à gérer par la quantité de gaz EGR réintroduits. Pour réduire les émissions de particules, on installe entre la turbine et le silencieux un filtre à particules (FAP) composé d'un ensemble de micro-canaux dans lesquels une grande partie des particules se trouvent piégées. Une fois le filtre saturé en particules, il faut le vider en brûlant les particules, cette phase étant appelée régénération . La régénération peut être obtenue soit par un dispositif de chauffe, soit par des réglages du moteur spécifiques. Afin de passer les futures normes, il est nécessaire d'augmenter les débits de gaz d'échappement recirculés. A cet effet, un refroidisseur air/eau a été placé dans le circuit d'EGR, afin de refroidir le mélange d'admission et par conséquent d'augmenter le remplissage du moteur et la quantité de gaz EGR entrant dans le moteur. Toutefois, le fonctionnement à des températures d'air trop basses à l'entrée du moteur augmente la production des HC (hydrocarbures) / CO (monoxyde de carbone) à l'échappement et retarde l'amorçage du catalyseur d'oxydation lors des démarrages à froid. Les niveaux d'émissions HC / CO deviennent donc problématiques pour le respect des futures normes. On parle donc désormais de compromis NOx / particules / HC / CO . Une solution très répandue pour ne pas refroidir les gaz EGR au début du cycle NMVEG consiste à former un bypass ON / OFF du refroidisseur EGR (le cycle NMVEG est un cycle de roulage normalisé pour l'homologation de la dépollution du véhicule). Cette solution a été améliorée par la Demanderesse dans sa demande de brevet FR 0655432, qui a remplacé le bypass ON / OFF par un bypass proportionnel. Toutefois, ce système, bien qu'il introduise un degré de de liberté supplémentaire dans la gestion du compromis NOx / particules / HC / CO, présente deux principaux inconvénients. Le premier est le fait que l'utilisation d'un système linéaire pour contrôler un système nonlinéaire en complexifie la mise au point. En effet, il est nécessaire de faire varier les gains du régulateur selon le point de fonctionnement, ce qui occasionne des risques d'instabilité. Un deuxième inconvénient est l'absence de prépositionnement en boucle ouverte, c'est-à-dire que le régulateur n'anticipe pas les variations du système mais réagit seulement en fonction de l'erreur, ce qui induit nécessairement un retard dans les performances de régulation. Par ailleurs, les documents US 7,017,561 et US 2005/229,908 décrivent des procédés de contrôle de la température des gaz d'admission pour un moteur diesel ayant une combustion homogène (HCCI). Toutefois, le bouclage se fait sur la combustion et non sur une mesure directe de la température des gaz EGR. Ces procédés ne permettent pas non plus d'effectuer un diagnostic du système EGR. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention a pour objectif d'apporter une solution à ces problèmes en proposant un procédé de contrôle utilisant une modélisation physique du système non linéaire. Conformément à l'invention, il est proposé un système de contrôle d'un moteur à combustion interne, comprenant : - un conduit de recirculation partielle des gaz d'échappement, ce conduit étant équipé d'une vanne, d'un refroidisseur et d'une vanne de contrôle du taux de gaz d'échappement recyclés, - un conduit de dérivation du refroidisseur, piqué sur le conduit précédent en amont de la vanne et venant se raccorder à ce conduit en aval du refroidisseur et en amont de la vanne, ce conduit de dérivation étant muni d'une vanne de bypass. Le système est caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de température disposé de manière à mesurer la température des gaz recyclés avant leur mélange avec l'air admis dans le moteur et un moyen de régulation de la température des gaz d'échappement recyclés par une action non linéaire sur la vanne de bypass en fonction d'une température de consigne des gaz d'échappement recyclés. De manière particulièrement avantageuse, le système comprend un moyen d'élaboration de la température de consigne des gaz d'échappement recyclés à partir d'une cartographie de valeurs de consigne en fonction du régime du moteur et du débit de carburant. Le moyen d'élaboration de la température de consigne des gaz d'échappement recyclés comprend préférentiellement une cartographie de valeurs de correction de la température de consigne des gaz d'échappement recyclés en fonction du débit d'air admis dans le moteur. Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non limitatives de l'invention : - le moyen d'élaboration de la température de consigne des gaz d'échappement recyclés comprend une cartographie de valeurs de correction de la température de consigne des gaz d'échappement recyclés en fonction de la température d'un dispositif de traitement catalytique des gaz d'échappement, - le moyen de régulation reçoit en entrée la température du collecteur d'échappement et la température du liquide de refroidissement du refroidisseur et 20 émet en sortie un signal de commande de la vanne de bypass, - le système comprend un moyen de diagnostic de l'encrassement du refroidisseur, recevant en entrée la différence entre l'efficacité du refroidisseur et l'efficacité donnée par une cartographie statique, capable de détecter une défaillance si ladite différence reste supérieure à un seuil déterminé au-delà d'une durée 25 déterminée. Un autre objet de l'invention concerne un procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne comprenant : - un conduit de recirculation partielle des gaz d'échappement, ce conduit étant équipé d'une vanne, d'un refroidisseur et d'une vanne de contrôle du taux de gaz 30 d'échappement recyclés, - un conduit de dérivation du refroidisseur, piqué sur le conduit précédent en amont de la vanne et venant se raccorder à ce conduit en aval du refroidisseur et en amont de la vanne, ce conduit de dérivation étant muni d'une vanne de bypass. Le procédé est caractérisé en ce que l'on régule la température des gaz d'échappement recyclés, mesurée avant leur mélange avec l'air admis dans le moteur, en agissant de façon non linéaire sur la vanne de bypass en fonction d'une température de consigne des gaz d'échappement recyclés. De manière avantageuse, la température de consigne des gaz d'échappement recyclés est déterminée à partir d'une cartographie de température des gaz d'échappement recyclés en fonction du régime du moteur et du débit de carburant injecté dans le moteur. La température de consigne des gaz d'échappement recyclés est préférentiellement corrigée en fonction du débit d'air admis dans le moteur et de la température d'un dispositif de traitement catalytique des gaz d'échappement. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse du procédé selon l'invention, on détecte une défaillance du refroidisseur si la différence entre l'efficacité du refroidisseur et l'efficacité donnée par une cartographie statique reste supérieure à un seuil déterminé au-delà d'une durée déterminée. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un circuit EGR conforme à l'invention ; - la figure 2 représente de manière schématique l'élaboration de la consigne de température des gaz EGR ; - la figure 3 représente de manière schématique l'élaboration du signal de commande du bypass de l'échangeur, - la figure 4 représente de manière schématique la mise en oeuvre de la régulation de la température des gaz EGR, - la figure 5 est un graphe présentant des résultats de régulation obtenus en simulation, - la figure 6 représente de manière schématique la mise en oeuvre du diagnostic de l'encrassement de l'échangeur EGR. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence à la figure 1, le moteur 1 comprend un collecteur d'admission 5 et un collecteur d'échappement 6. Le moteur est alimenté en air frais par l'intermédiaire d'un filtre à air 30, à la sortie duquel se trouve un débitmètre 31. De manière préférée, l'air est ensuite dirigé par un conduit 3 vers un compresseur 21 d'un turbocompresseur 2. Le compresseur 21 est sur le même axe qu'une turbine 20. L'air ainsi comprimé est dirigé par un conduit 4 vers le collecteur d'admission 5, en passant, de manière optionnelle, par un échangeur 40 qui a pour fonction de diminuer sa température. En sortie du moteur, les gaz d'échappement passent successivement par le collecteur d'échappement 6, un conduit 7 d'échappement, la turbine 20, et un dispositif 71 de traitement catalytique des gaz d'échappement avant leur évacuation dans l'atmosphère. A la sortie du collecteur d'échappement 6, un conduit 8 de recirculation partielle des gaz d'échappement permet de prélever une partie des gaz d'échappement du conduit 7 pour les mélanger avec l'air frais admis au moyen du conduit 4 pour en modifier la température et la composition. Le conduit 8 est muni d'une vanne 81, d'un refroidisseur 82 (également appelé échangeur EGR) et d'une vanne 83 de contrôle du taux de gaz recyclés, dite vanne EGR. Un conduit 9 de dérivation ou bypass du refroidisseur 82 est raccordé au conduit 8 en amont de la vanne 81. Le conduit 9 de bypass est équipé d'une vanne de bypass 91 et vient se raccorder au conduit 8 en aval du refroidisseur 82 et en amont de la vanne EGR 83. Le principe général de l'invention est de réguler la température des gaz EGR par l'intermédiaire de la commande du bypass de l'échangeur EGR 82. Le dispositif 100 permettant la mise en oeuvre de l'invention comprend : -une consigne de température des gaz EGR : TEGR, cons (voir bloc 102) - une mesure de température des gaz EGR : TEGR, mes - un bloc de régulation 103 minimisant en permanence l'écart entre la consigne et la mesure de la température des gaz EGR en modulant la commande du bypass 91 de l'échangeur EGR 82. La régulation est basée sur une stratégie du type proportionnel intégral mais prend en compte les non-linéarités du système. Elaboration de la consigne de température d'EGR : En référence à la figure 2, une température de consigne de base des gaz EGR est extraite d'une cartographie 1020 de température de la recirculation partielle des gaz d'échappement recyclés en fonction du régime moteur Nmot et du débit de carburant Qcarb. Une première correction (notée Corr(Qatr)) est extraite d'une cartographie 1021 de correction en fonction du débit d'air Qatr admis dans le moteur, du régime moteur Nmot et du débit de carburant Qcarb. Une deuxième correction (notée Corr(Tcata)) est déterminée de manière similaire à partir d'une cartographie 1022 de correction en fonction de la température Tcata du dispositif de traitement catalytique 71, du régime moteur Nmot et du débit de carburant Qcarb• La température de consigne TEGR,coäs issue du moyen 102 est donc la 25 température issue des deux corrections précédentes. Mesure de la température des gaz EGR : La température Tcot écb de l'air dans le collecteur d'échappement peut être mesurée par un capteur 104 de température résistif de type CTN (coefficient de 30 température négatif). La variation de température est traduite par une tension mesurable par le calculateur d'injection. Une fois la tension aux bornes du capteur numérisée, elle est traduite en degrés Celsius ou Kelvin via une table de correspondance. La température TEGR des gaz d'échappement avant leur mélange avec l'air 5 d'admission est mesurée avec un capteur 101 similaire au capteur 104 et situé juste en amont de la vanne EGR 83. La température TEGR des gaz EGR traversant la vanne EGR 83 et entrant dans le collecteur d'admission 5 peut être exprimée par la relation suivante : T TEGR Qéch + T be Qbyp `Géch + ~byp 10 ou : Téch est la température des gaz EGR issus de l'échangeur 82 Qéch est le débit des gaz EGR issus de l'échangeur 82 Tbyp est la température des gaz EGR issus du circuit de bypass 9 15 Qbyp est le débit des gaz EGR dans le circuit de bypass 9. Or, le débit d'EGR QEGR est égal à la somme des débits qui traversent l'échangeur EGR 82 et le bypass 9 de l'échangeur EGR 82 : QEGR = Qéch + Qbyp 20 Par ailleurs, les gaz traversant l'échangeur EGR sont refroidis par de l'eau qui circule à un débit constant. On mesure la température Tcoo, de l'eau. L'échangeur EGR 82 peut donc être modélisé, pour une différence de température de référence entre les deux fluides (To), par une cartographie de puissance échangée en 25 fonction des débits des fluides. Péch 0 (Qéch ) ou : Péch est la puissance thermique échangée Tcol éch ù Tcool To Péch o est la puissance thermique de référence échangée. On en déduit successivement : _ T P (/~ Tcol éch ù 'cool éch col _ éch ùéch _ 0 A~Géch ) TO Q éch Puis, si l'on néglige les pertes entre la température mesurée à l'échappement par un capteur de température 104 et celle en entrée de l'échangeur EGR, on considère que la température dans le conduit d'échappement 7 est égale à la température des gaz dans le collecteur d'échappement 6 : TEGR Tcol éch ù Péch 0 (Qéch Tcol éch 'Cool TO • QEGR Régulation de la température des qaz EGR : On va maintenant exposer la stratégie de contrôle proposée. On suppose que la puissance échangée est linéaire en fonction du débit qui traverse l'échangeur 82, ce qui se traduit par la formule : Péch 0 (Qéch) = aéch . Qéch + béch où aéch et béch sont des coefficients constants. La commande de la vanne de bypass 91 peut alors être calculée en fonction du rapport des débits des gaz traversant l'échangeur et des gaz EGR, en utilisant la caractéristique statique f de la vanne 91 : Qéch = f (RCOI,, ) QEGR où RCObyp est le signal de commande du bypass (RCO étant l'acronyme de rapport cyclique d'ouverture ). On peut alors calculer le prépositionnement de la commande en deux étapes : TEGR Tcol éch ù (aéch `Géch Tcol échù Tcool T0 Q EGR RCOy = f TO Tcol _ éch ù TEGR _ cons _ béc//h~~ aéch (Tcol éch ùT cool ) aéch ~GEGR et Pour commander ce système, on propose donc la stratégie suivante, basée sur une structure du type proportionnel intégral , mais avec une prise en compte des non-linéarités du système : RCO 1 T0 (Tcol éch ù ET GR cons (KE eTEGR + KI f eTEGR . ut)) f béch La figure 5 montre des résultats de régulation obtenus en simulation. 10 La courbe Cl (EGR_temp_spl) en forme de créneau correspond à la température EGR de consigne (TEGR cons). La courbe C2 (EGR_temp_1), qui suit la courbe Cl, correspond à la mesure de la température EGR (TEGR mes). La courbe C3 (Température_ échappement_ 1) correspond à la mesure de la 15 température dans le collecteur d'échappement (Tcol éch). Diagnostic de l'échangeur EGR : Une autre caractéristique de l'invention est de permettre un diagnostic de l'échangeur EGR 82 lorsque la vanne de bypass 91 est complètement fermée, c'est-20 à-dire lorsque l'échangeur EGR 82 n'est pas bypassé. La figure 6 représente de manière schématique la mise en oeuvre du diagnostic de l'encrassement de l'échangeur EGR. On calcule la différence entre l'efficacité de l'échangeur estimée et celle (néch_o) donnée par une cartographie statique : Tcol éch ù TEGR éch ù ' 1 éch _ 0 (Qexh )_ T col éch ù Tcool La différence enéch entre ces deux valeurs est représentative de l'encrassement de l'échangeur EGR 82. Elle permet donc de détecter cette défaillance D. En effet, aéch (Tcol éch ù cool oU : eTEGR = TEGR cons ù TEGR est l'erreur sur la température. Les figures 3 et 4 illustrent de manière schématique l'élaboration du signal de commande du régulateur. aéch . QEGR 25 2917126 Il lorsque enéch est au-dessus d'un seuil calibré emin pendant un temps déterminé T, on considère que l'échangeur EGR est encrassé. L'invention telle que présentée s'applique préférentiellement à un moteur de 5 type diesel. Il peut toutefois être envisagé de l'appliquer à un moteur à essence. Les polluants majeurs en présence seraient alors les oxydes d'azote, les hydrocarbures et le monoxyde d'azote. De même, l'invention pourrait être appliquée à la gestion d'autres polluants non mentionnés ici et dont la formation serait favorisée ou défavorisée par les mêmes Io paramètres ou d'autres paramètres que ceux présentés ici. REVENDICATIONS 1 - Système de contrôle d'un moteur à combustion interne, comprenant : -un conduit (8) de recirculation partielle des gaz d'échappement, le conduit (8) étant équipé d'une vanne (81), d'un refroidisseur (82) et d'une vanne (83) de contrôle du taux de gaz d'échappement recyclés, - un conduit (9) de dérivation du refroidisseur (82) piqué sur le conduit (8) en amont de la vanne (81) et venant se raccorder au conduit (8) en aval du refroidisseur (82) et en amont de la vanne (83), le conduit (9) étant muni d'une vanne de bypass (91), caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (101) de température disposé de manière à mesurer la température des gaz recyclés avant leur mélange avec l'air admis dans le moteur et un moyen (103) de régulation de la température des gaz d'échappement recyclés par une action non linéaire sur la vanne de bypass (91) en fonction d'une température de consigne des gaz d'échappement recyclés. 2 û Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (102) d'élaboration de la température de consigne des gaz d'échappement recyclés à partir d'une cartographie (1020) de valeurs de consigne en fonction du régime du moteur et du débit de carburant. 3 - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen (102) d'élaboration de la température de consigne des gaz d'échappement recyclés comprend une cartographie (1021) de valeurs de correction de la température de consigne des gaz d'échappement recyclés en fonction du débit d'air admis dans le moteur. 4 û Système selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le moyen (102) d'élaboration de la température de consigne des gaz d'échappement recyclés comprend une cartographie (1022) de valeurs de correction de la température de 12consigne des gaz d'échappement recyclés en fonction de la température d'un dispositif (71) de traitement catalytique des gaz d'échappement. û Système selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le moyen de 5 régulation (103) reçoit en entrée la température du collecteur d'échappement et la température du liquide de refroidissement du refroidisseur (82) et émet en sortie un signal de commande de la vanne de bypass (91). 6 û Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de diagnostic de l'encrassement du refroidisseur (82), recevant en entrée la différence entre l'efficacité du refroidisseur et l'efficacité donnée par une cartographie statique, capable de détecter une défaillance si ladite différence reste supérieure à un seuil déterminé au-delà d'une durée déterminée. 7 - Procédé de contrôle d'un moteur à combustion interne comprenant : - un conduit (8) de recirculation partielle des gaz d'échappement, le conduit (8) étant équipé d'une vanne (81), d'un refroidisseur (82) et d'une vanne (83) de contrôle du taux de gaz d'échappement recyclés, - un conduit (9) de dérivation du refroidisseur (82) piqué sur le conduit (8) en amont de la vanne (81) et venant se raccorder au conduit (8) en aval du refroidisseur (82) et en amont de la vanne (83), le conduit (9) étant muni d'une vanne de bypass (91), caractérisé en ce que l'on régule la température des gaz d'échappement recyclés, mesurée avant leur mélange avec l'air admis dans le moteur, en agissant de façon non linéaire sur la vanne de bypass (91) en fonction d'une température de consigne des gaz d'échappement recyclés. 8 û Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la température de consigne des gaz d'échappement recyclés est déterminée à partir d'une cartographie (1020) de température des gaz d'échappement recyclés en fonction du régime du moteur et du débit de carburant injecté dans le moteur.9 û Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce la température de consigne des gaz d'échappement recyclés est corrigée en fonction du débit d'air admis dans le moteur et de la température d'un dispositif (71) de traitement catalytique des gaz d'échappement. û Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'on détecte une défaillance du refroidisseur (82) si la différence entre l'efficacité du refroidisseur et l'efficacité donnée par une cartographie statique reste supérieure à un 10 seuil déterminé au-delà d'une durée déterminée.