Brevet FR2985778A1 — publié le 20130719

L'invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Elle concerne aussi une unité de contrôle électronique UCE, un groupe motopropulseur et un véhicule automobile mettant en oeuvre un tel procédé de gestion d'un moteur à combustion interne. L'invention est particulièrement adaptée aux véhicules automobiles équipés d'un moteur Diesel. Ainsi, le domaine technique auquel se rapporte l'invention est le contrôle d'un moteur à combustion interne, c'est-à-dire la technique de gestion d'un 10 moteur à combustion interne avec l'ensemble de ses capteurs et de ses actionneurs. Les moteurs à combustion interne, notamment à cycle Diesel, engendrent des émissions de Nox pendant leur fonctionnement. Afin de diminuer ces 15 émissions, l'installation d'un premier circuit de recirculation de gaz d'échappement haute pression prélevant des gaz d'échappement au niveau d'un collecteur d'échappement et les injectant au niveau d'un collecteur d'admission, sous le contrôle d'une première vanne, est connue sous la dénomination anglo-saxonne d'EGR (Exhaust Gas Recirculation) haute 20 pression. Il est également connu, sous la dénomination d'EGR basse pression, l'installation d'un second circuit de recirculation de gaz d'échappement basse pression prélevant des gaz d'échappement au niveau d'un conduit d'échappement, par exemple en aval d'un filtre à particules et en aval d'une turbine de détente d'un turbocompresseur, et les injectant au 25 niveau d'un collecteur d'admission, sous le contrôle d'une seconde vanne. Dans la présente demande, on entend par « circuit EGR HP », « circuit de recirculation de gaz d'échappement haute pression » et par « circuit EGR BP », « circuit de recirculation de gaz d'échappement basse pression ». 30 Le premier circuit EGR HP et le second circuit EGR BP sont habituellement activés de manière séquentielle c'est à dire l'un après l'autre. Des permutations d'utilisation entre le premier circuit EGR HP et le second circuit EGR BP, et vice versa, sont nécessaires pour diminuer au maximum les émissions de Nox selon les phases de fonctionnement du moteur à combustion interne. En cours d'utilisation du premier circuit EGR HP, la régulation du débit entrant dans l'admission est assurée par la première vanne. Le second circuit EGR BP est fermé : la seconde vanne est fermée et un volet d'échappement est ouvert. Ce fonctionnement concerne principalement les phases de « moteur froid ». Dans les phases de moteur chaud, le second circuit EGR BP est utilisé et la régulation du débit entrant dans l'admission est assurée par la seconde vanne et/ou le volet d'échappement. La première vanne est fermée. Lors d'une permutation d'utilisation du premier circuit EGR HP vers l'utilisation du second circuit EGR BP, un régulateur arrête de piloter la première vanne qui est fermée suivant un profil de fermeture en rampe. Le régulateur bascule sur une régulation du débit d'air via le second circuit EGR BP après une réinitialisation correcte de la partie intégrale. Dès que la première vanne est fermée, il n'y a plus de gaz dans le collecteur d'admission provenant du premier circuit EGR HP, de manière quasi instantanée. D'autre part, il existe une période transitoire durant laquelle aucun gaz provenant du second circuit EGR BP n'est arrivé au collecteur d'admission, notamment du fait du volume conséquent de ce second circuit. Ceci a pour conséquence un excès temporaire d'air frais néfaste pour les émissions de polluants. Lors d'une permutation d'utilisation du second circuit EGR BP vers l'utilisation du premier circuit EGR HP, le régulateur arrête de piloter la seconde vanne, c'est-à-dire qu'elle est fermée suivant un profil de fermeture en rampe. Pendant un certain temps après la fermeture de la seconde vanne, il y a toujours des gaz provenant du second circuit EGR BP qui entrent dans le collecteur d'admission. Pendant cette durée, il y a le cumul de ces gaz recirculés du second circuit EGR BP encore présents dans le collecteur avec ceux du premier circuit EGR HP. Cela dégrade fortement la combustion par manque d'air frais. Dans la pratique, pour pallier à cet inconvénient, la permutation du second circuit EGR BP vers l'utilisation du premier circuit EGR HP n'est réalisée qu'en situation de coupure de l'EGR HP, c'est-à-dire lorsque toute recirculation de gaz d'échappement est coupée. Une telle coupure n'intervient qu'après une requête du conducteur telle que, par exemple, une accélération franche. Ainsi, le changement de l'utilisation du second circuit EGR BP vers l'utilisation du premier circuit EGR HP est dépendant de la conduite du conducteur et ne peut être réalisé de manière transparente, sans action du conducteur, ce qui est très contraignant et limitatif. Ainsi, ce changement est dans la pratique très peu utilisé. Ainsi, un objet général de l'invention est de proposer une solution de gestion d'un moteur à combustion interne remédiant aux inconvénients précités. Plus précisément, l'invention vise à optimiser l'utilisation des deux circuits EGRs vis-à-vis de la combustion d'un moteur, et cherche un procédé de gestion amélioré d'un groupe motopropulseur permettant d'atteindre un meilleur compromis du fonctionnement du moteur, combinant une combustion efficace tout en ayant une pollution minimale, à l'aide des circuits EGR. A cet effet, l'invention repose sur un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile utilisant un premier circuit EGR HP comprenant une première vanne et un second circuit EGR BP de volume intérieur supérieur au premier circuit et comprenant une seconde vanne, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de retardement lors du passage de l'utilisation du second circuit EGR BP vers l'utilisation du premier circuit EGR HP pour retarder l'arrivée des gaz recirculés par le premier circuit EGR HP. Le procédé de gestion peut comprendre les étapes suivantes : - fermeture de la seconde vanne, - attente pendant un temps t, - ouverture de la première vanne. La fermeture de la première vanne et l'ouverture de la seconde vanne peuvent être sensiblement simultanées lors du passage de l'utilisation du premier circuit EGR HP vers l'utilisation du second circuit EGR BP. Le passage de l'utilisation du premier circuit EGR HP vers l'utilisation du second circuit EGR BP peut comprendre les étapes suivantes : - ouverture de la seconde vanne, - attente pendant un temps t2, - fermeture de la première vanne. Les temps t et/ou le temps t2 peuvent notamment être fonction du débit massique (Qmot) dans le moteur et du volume d'admission (Vadm) du second circuit EGR BP. Les temps t et/ou t2 peuvent être obtenus par le calcul t = Pol Vadm R * T *Q col mot Où Poo, est la pression au collecteur d'admission, et Tc& est la température au collecteur d'admission, R étant la constante des gaz parfaits. 2985 778 5 La fermeture de la première vanne et/ou de la seconde vanne peut suivre un profil de fermeture en rampe. 5 Le procédé de gestion peut comprendre une phase de fonctionnement du premier circuit EGR HP seul pour une température chaude du moteur correspondant à la valeur stabilisée de la température de son liquide de refroidissement, notamment comprise entre 90 et 110 °C. 10 L'invention porte aussi sur une unité de contrôle électronique UCE comprenant des moyens logiciels et/ou matériels, caractérisée en ce qu'elle pilote des vannes pour mettre en oeuvre le procédé de gestion tel que décrit ci-dessus. 15 L'invention porte aussi sur un groupe motopropulseur pour véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, équipé d'un premier circuit EGR HP muni d'une première vanne, et d'un second circuit EGR BP de volume intérieur supérieur au premier circuit EGR HP et muni d'une seconde vanne, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de 20 contrôle électronique UCE telle que décrite ci-dessus. Enfin, l'invention porte aussi sur un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un tel groupe motopropulseur. 25 Les objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non limitatif en relation avec l'unique figure jointe qui représente schématiquement un groupe motopropulseur comprenant un moteur à combustion interne équipé d'un premier circuit EGR HP et d'un second circuit EGR BP. Une application avantageuse de l'invention concerne un moteur à combustion interne suralimenté à cycle Diesel. La figure 1 illustre schématiquement un tel groupe motopropulseur selon l'invention. Ce dispositif comprend un moteur à combustion interne 1 alimenté en air frais par le biais d'un volet d'admission d'air 3 piloté. L'air frais traverse un turbocompresseur 2, puis est guidé par une voie 22 dans un collecteur d'admission 4, après traversée d'un refroidisseur d'air suralimenté 9. Les gaz d'échappement sont évacués par un collecteur d'échappement 5 et ont plusieurs trajets possibles : - soit ils traversent le turbocompresseur 2, puis un filtre à particules 7, avant de s'échapper par le biais d'un volet d'échappement 6 piloté, - soit au moins une partie est prélevée dès la sortie du moteur pour une recirculation dans un circuit 10 EGR HP, pour être reconduite par le biais d'une première vanne 11 pilotée dans le collecteur d'admission 4. Il s'agit là de l'utilisation du premier circuit 10 EGR HP. - soit au moins une partie est recirculée dans un circuit de recirculation EGR BP 20 équipé d'un refroidisseur de recirculation de gaz d'échappement 8, après sa traversée du filtre à particules 7. Ces gaz recirculés, dont le débit est piloté par le biais d'une seconde vanne 21, sont réinjectés à proximité du volet d'admission d'air 3, puis sont réinjectés dans le collecteur d'admission 4 par la voie 22. Il s'agit là de l'utilisation du second circuit EGR BP. Les vannes 11, 21, le volet d'admission d'air 3 et le volet d'échappement 6 peuvent être de différents types et être combinés ou non. Ils peuvent être 30 disposés à d'autres emplacements du groupe motopropulseur. Le dispositif comprend de plus une unité de contrôle électronique UCE ou calculateur, non représentée, composée d'éléments matériel (hardware) et/ou logiciel (software). L'ensemble des lois de commande (stratégies logicielles) et des paramètres de caractérisation (calibrations) d'un moteur à combustion interne sont contenus dans cette UCE. Cette UCE reçoit des données de différents capteurs, non représentés, comme par exemple un capteur de débit pour mesurer le débit d'air massique admis dans le moteur, et/ou un capteur de pression pour mesurer la pression Pcol au collecteur d'admission, et/ou un capteur de température pour mesurer la température Tcol au collecteur d'admission, et/ou un capteur de température pour mesurer la température du liquide de refroidissement, et/ou un capteur de vitesse de rotation pour mesurer la vitesse de rotation du moteur, et/ou une sonde à oxygène pour mesurer la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement et/ou encore un capteur de température pour mesurer la température des gaz d'échappement. Par exemple, des données fournies par des capteurs permettent d'asservir des paramètres tels que le débit d'air suivant des valeurs de consignes enregistrées dans l'UCE. A partir des données et/ou de modèles mémorisés, l'UCE pilote des vannes et volets par le biais d'actionneurs et met en oeuvre un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne 1 et notamment la gestion des changements de mode d'utilisation du premier circuit 10 EGR HP vers le second circuit 20 EGR BP et vice versa. La solution retenue propose d'améliorer les changements de mode des circuits 10, 20 EGR HP et EGR BP, afin d'assouplir leurs utilisations. Elle permet ainsi d'élargir la plage d'utilisation du premier circuit 10 EGR HP seul. Non seulement il va être utilisé pendant les phases « moteur froid », c'est-à-dire les phases pour lesquelles la température du liquide de refroidissement du moteur à combustion interne 1 est en-dessous de sa température stabilisée, par exemple inférieure à 60 °C, mais également dans des situations de moteur chaud, pour certains régimes/charges moteur prédéfinis, comme par exemple une température de 90 °C en lâcher de pied, ou plus généralement une température comprise entre 90 et 110 °C inclus. Selon un mode de réalisation, l'UCE met en oeuvre l'utilisation séquentielle des deux recirculations EGRs, c'est-à-dire qu'elles ne fonctionnement jamais simultanément, et propose notamment un passage avantageux d'un fonctionnement avec le second circuit EGR BP vers le premier circuit EGR HP qui comprend les étapes suivantes : - point de départ : la vanne 11 est fermée et l'UCE met en oeuvre une régulation d'un débit de gaz d'échappement recirculés par la vanne 21 et/ou le volet d'échappement 6 ; - fermeture de la vanne 21, - attente pendant un temps t pour permettre le retour des gaz encore présents dans le second circuit EGR BP vers le collecteur d'admission, puis - ouverture de la vanne 11 par le régulateur de l'EGR. Pendant le temps t, déclenché par une demande de changement de l'utilisation du second circuit 20 EGR BP vers le premier circuit 10 EGR HP, une coupure de recirculation des gaz d'échappement est réalisée. Pendant ce temps t, les circuits 10, 20 EGR HP et EGR BP sont donc fermés. A la fin de ce temps t, la vanne 11 est ouverte. Le temps t ne doit être ni trop court ni trop long : - un retardement trop court entraînerait une forte diminution du débit d'air frais lors de l'ouverture de la vanne 11, puisque des gaz de recirculation provenant du second circuit 20 EGR BP se retrouveraient combinés avec des gaz du premier circuit 10 EGR HP venant de se mettre en fonctionnement, - un retardement trop long entraînerait un impact sur les émissions polluantes par excès d'air frais, aucun des deux circuits 10, 20 EGR HP et BP n'étant en fonctionnement sur un certain laps de temps. Ainsi, il est avantageux que le temps t représente fidèlement le temps de transfert des gaz du second circuit 20 EGR BP jusqu'au collecteur d'admission. Ce temps t est estimé à partir du débit massique de gaz dans le moteur (Qmo), du volume (Vadm) des conduits entre débitmètre et cylindres (m3), de la densité des gaz p (en kg/m3), de la pression dans le collecteur (Pu,' en Pa), et de la température dans le collecteur (-fco' en °K) : p * V adm Pcol Q mot = avec p = : où R est la constante des gaz parfaits R* T col 10- Donc t = P *V col adm R*T *Q coi mot Le procédé de gestion du groupe motopropulseur met aussi avantageusement en oeuvre une commutation du fonctionnement avec le 15 premier circuit EGR HP vers le second circuit EGR BP, qui comprend les étapes suivantes : - point de départ : la vanne 21 est fermée et la régulation du débit de gaz recirculés est obtenue par la première vanne 11. Le volet d'échappement 6 est ouvert ; 20 - ouverture de la seconde vanne 21, - attente pendant un temps t2 de l'arrivée au collecteur d'admission des gaz d'échappement recirculés par le second circuit 20 EGR BP, puis - fermeture de la vanne 11. 25 Le temps t2 ne doit être ni trop court ni trop long : - un retardement trop court entraînerait un impact sur les émissions polluantes par excès d'air frais, les gaz de recirculation présents dans le second circuit 20 EGR BP n'étant pas encore arrivés au collecteur d'admission 4, - un retardement trop long entraînerait une forte diminution du débit d'air frais, puisque des gaz de recirculation provenant du second circuit 20 EGR BP se retrouveraient cumulés avec des gaz du premier circuit 10 EGR HP toujours en fonctionnement. Ainsi, pour les mêmes raisons que précédemment, il est intéressant de choisir ce temps t2 à la même valeur que le temps t explicité précédemment. En résumé, le procédé de gestion du moteur à combustion interne 1 offre des passages de l'utilisation du second circuit 20 EGR BP vers l'utilisation du premier circuit 10 EGR HP ou inversement avec les avantages suivants: - le débit d'air frais reste maîtrisé, - il y a une réception continue à l'admission de gaz de recirculation provenant soit du premier circuit 10 EGR HP, soit du second circuit 20 EGR BP, - il n'y a pas de nécessité d'une action particulière du conducteur, Comme cette commutation entre les deux modes de fonctionnement EGR est parfaitement maitrisée et optimisée, le procédé de gestion du groupe motopropulseur met avantageusement en oeuvre une utilisation séquentielle optimisée des recirculations EGR, qui comprend des commutations plus nombreuses d'un mode vers un autre. Notamment, ce procédé propose l'utilisation de la recirculation EGR HP également dans des situations de moteur chaud, pour certains régimes/charges moteur prédéfinis. En remarque, l'invention ne se limite pas au mode de réalisation précédent mais tout système de contrôle avec deux temps de réponse distincts peut utiliser ce type de stratégie pour gérer les basculements de mode.