Brevet FR3021702A1 — publié le 20151204

Procédé de pilotage d'une vanne de recirculation des gaz brulés Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de pilotage d'une vanne de recirculation des gaz brulés. L'invention concerne encore un calculateur adapté à mettre en oeuvre un tel procédé et un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne équipé d'un tel calculateur. Les contraintes dues aux normes, par exemple les normes européennes dites Euro VI, relatives aux niveaux d'émissions polluantes générées par le fonctionnement des moteurs à combustion interne, deviennent de plus en plus en plus sévères. Les niveaux de performance requis pour les fonctions de contrôle moteur étant par conséquent de plus en plus exigeant, il devient nécessaire d'avoir une maîtrise de la quantité d'air admise dans le moteur en particulier lors des phases transitoires de fonctionnement du moteur. En particulier dans le cas d'un moteur à combustion interne équipé d'un système de suralimentation tel qu'un turbocompresseur et l'une boucle de recirculation des gaz brûlés (encore désignée boucle EGR) vers l'admission équipée d'une vanne de contrôle du débit de gaz recirculés (encore désignée vanne EGR), la synchronisation de la vanne EGR lors des phases transitoires de fonctionnement du moteur avec la turbine du turbocompresseur est indispensable pour avoir cette maîtrise de la quantité d'air admise dans le moteur. On connait par exemple le document W02013111385 qui décrit un procédé dans lequel la commande de la position de la vanne EGR et de la turbine de turbocompresseur sont déterminées à partir du calcul d'un facteur d'oxygène en excès et modifiées en cas de détection d'une phase transitoire. Cependant un tel procédé ne tient pas compte du temps de réponse de la vanne EGR et donc ne permet pas un fonctionnement de la vanne EGR synchrone avec la turbine du turbocompresseur, avec une possibilité de retard sur le pilotage de la vanne EGR. 3021702 2 Lors des phases transitoires de fonctionnement du moteur, les impacts d'une mauvaise synchronisation de la vanne EGR avec la turbine du turbocompresseur sur le moteur sont : 5 Un trou d'air lorsque la vanne de recirculation des gaz brûlés reste ouverte, ce qui engendre un trou de couple ressenti par le conducteur et donc pénalise l'agrément de conduite. Un surplus d'air lorsque la vanne de recirculation des gaz brûlés reste fermée, ce qui engendre des fumées à l'échappement et la formation de suies non maîtrisées. 10 Par conséquent, un objectif de l'invention est d'assurer en régime transitoire une bonne synchronisation entre la vanne EGR et la turbine du turbocompresseur. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de pilotage d'une 15 vanne de recirculation des gaz brulés produits par un moteur à combustion interne, ce moteur comprenant : une ligne d'admission d'air, une ligne d'échappement des gaz brûlés, une boucle de recirculation des gaz brulés s'étendant entre la ligne 20 d'échappement et la ligne d'admission et comportant la vanne de recirculation, un turbocompresseur comportant une turbine de détente des gaz brûlés disposée dans la ligne d'échappement, Le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : détermination de la pression réelle en amont de la turbine, 25 détermination d'une consigne de contrôle du débit de gaz brûlés dans la turbine, détermination de la pression attendue en amont de la turbine pour la consigne de contrôle du débit de gaz dans la turbine déterminée, détermination d'une pression de référence en fonction de la pression attendue et de la pression réelle en amont de la turbine, 30 détermination de la consigne de contrôle de la vanne de recirculation à partir de la pression de référence déterminée, pilotage de la vanne de recirculation à la consigne de contrôle déterminée. Dans une variante où la turbine comprend des aubes ajustables en position, la 35 consigne de contrôle du débit de gaz brûlés dans la turbine correspond à une consigne de position des aubes. 3021702 3 En variante, l'étape de détermination de la pression attendue comprend les étapes supplémentaires de : détermination d'une consigne de débit d'air, détermination de la température en amont de la turbine, 5 détermination de la pression en aval de la turbine, détermination de la pression attendue en fonction : - d'une consigne de débit d'air normalisée obtenue à partir de la consigne de débit d'air, de la température en amont de la turbine et de la pression en aval de la turbine, 10 - du champ de fonctionnement de la turbine. Dans une autre variante où la turbine comprend une vanne de décharge de turbine, la consigne de contrôle du débit de gaz brûlés dans la turbine correspond à une consigne d'ouverture de la vanne de décharge. 15 En variante, l'étape détermination de la pression de référence comprend une étape de filtrage de la pression attendue et en ce que la pression de référence est déterminée par la relation suivante : Pf = Pproj (Pproj f titrée Prat) 20 , dans laquelle P projfiltrée est la pression attendue filtrée. En variante, le filtrage est réglé de sorte que lorsque la pression des gaz brûlés en amont de la turbine n'est pas stabilisée, la pression attendue filtrée est sensiblement égale à la pression réelle en amont de la turbine. 25 En variante, le filtrage est réglé de sorte que lorsque la pression des gaz brûlés en amont de la turbine est stabilisée, la pression attendue filtrée est égale à la pression attendue. De préférence, le filtrage de la pression attendue est effectué par un filtre du premier 30 ordre. L'invention porte aussi sur un calculateur électronique caractérisé en ce qu'il comprend les moyens d'acquisition, de traitement et de commande ainsi que les instructions logicielles requis à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des variantes 35 précédemment décrites. 3021702 4 L'invention porte encore sur un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, ce moteur comprenant : une ligne d'admission d'air, 5 une ligne d'échappement des gaz brûlés, une boucle de recirculation des gaz brulés s'étendant entre la ligne d'échappement et la ligne d'admission et comportant une vanne de recirculation, un turbocompresseur comportant une turbine de détente des gaz brûlés disposée dans la ligne d'échappement, 10 caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur de l'invention. Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après 15 d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : - La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'une boucle de recirculation de gaz brulés et d'un turbocompresseur. 20 - La figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation du procédé de pilotage de la vanne de recirculation des brûlés. Description détaillée 25 La figure 1 présente schématiquement un moteur 1 à combustion interne, par exemple un moteur à allumage par compression de type Diesel pouvant équiper un véhicule automobile. Le moteur 1 comprend classiquement au moins une chambre de combustion 2 destinée à recevoir l'air et le carburant nécessaire à la combustion. Sur la figure 1, quatre chambres de combustion sont représentées, mais le moteur peut comprendre un 30 nombre différent de chambre de combustion. Le moteur 1 à combustion interne comprend une ligne d'admission d'air 3 permettant d'amener d'air d'admission dans les chambres de combustion 2. Le moteur 1 à combustion interne comprend également une ligne 4 d'échappement permettant l'évacuation des gaz d'échappement des chambres de combustion 2. La ligne 4 d'échappement comprend un collecteur d'échappement 5 par 35 lequel elle est reliée au moteur 1 à combustion interne. 3021702 5 Le moteur 1 à combustion interne comprend encore un turbocompresseur dont le compresseur 6 d'air d'admission est disposé dans la ligne 3 d'admission d'air et la turbine 7 de détente est disposée dans la ligne 4 d'échappement. La turbine 7, est reliée au compresseur par un arbre commun de rotation, non représenté, et l'entrainement de la 5 turbine 7 par les gaz brûlés circulant dans la ligne 4 d'échappement permet ainsi l'entrainement du compresseur 6 d'air d'admission. La ligne 4 d'échappement peut encore comprendre au moins un organe de dépollution tel qu'un catalyseur d'oxydation 8, un catalyseur 9 de réduction sélective des oxydes d'azote, 10 un filtre à particules 10. Le moteur 1 comprend encore une boucle 11 de recirculation s'étendant entre la ligne 4 d'échappement et la ligne 3 d'admission et permettant de prélever une fraction des gaz brûlés de l'échappement afin de la ramener vers l'admission. La boucle de 11 de 15 recirculation comporte une vanne 12 de recirculation. Le débit de gaz brûlés dans la boucle de recirculation 11 est contrôlé par la vanne 12 de recirculation. Plus précisément, la boucle 11 de recirculation s'étend de l'amont de la turbine 7 vers l'aval du compresseur 6 d'air d'admission. 20 Dans la ligne 3 d'admission, l'amont et l'aval sont définis relativement au sens d'écoulement de l'air admis vers le moteur 1. Dans la ligne 4 d'échappement, l'amont et l'aval sont définis relativement au sens d'écoulement des gaz brûlés évacués du moteur 25 Le moteur 1 comporte encore un calculateur 13 comprenant les moyens d'acquisition, de traitement et de commande ainsi que les instructions logicielles adaptés à mettre en oeuvre les étapes du procédé de pilotage de la vanne 12 de recirculation de l'invention dont un mode de réalisation préféré est illustré à la figure 2. Le calculateur 13 est aussi adapté à piloter la turbine 7. 30 La figure 2 présente un mode de réalisation préféré du procédé dans un agencement où le turbocompresseur est dit à géométrie variable, c'est-à-dire qu'il comprend une turbine 7 comportant des aubes (non représentées) ajustables en position. L'ajustement de la position des aubes permet de réguler la circulation des gaz brûlés au niveau de l'entrée 35 de la turbine, ajustant ainsi le débit afin d'optimiser la puissance de la turbine en fonction de la charge demandée. 3021702 6 Dans ce mode de réalisation, le procédé comprend tout d'abord des étapes de détermination de plusieurs variables d'entrée : -la détermination, au moyen d'un capteur ou d'un estimateur, de la pression réelle, Prat, 5 des gaz brûlés en amont de la turbine 7. -la détermination, au moyen d'un estimateur, d'une consigne de contrôle, Ct, du débit de gaz brûlés dans la turbine 7. Dans ce mode de réalisation la consigne de contrôle, Ct, du débit de gaz brûlés dans la turbine 7 correspond à une consigne de position des aubes de la turbine 7. 10 - la détermination, au moyen d'un estimateur, d'une consigne de débit d'air, Cda, - la détermination, au moyen d'un capteur ou d'un estimateur, de la température, -fane, en amont de la turbine 7, - la détermination, au moyen d'un capteur ou d'un estimateur, de la pression, Pay, en aval de la turbine 7, 15 Ensuite, à partir de la consigne de débit d'air, Cqa, de la température, Tamt en amont de la turbine 7 et de la pression, Pavt, en aval de la turbine 7, on détermine (bloc 14, figure 2) une consigne de débit d'air normalisé Cdan. La consigne de débit d'air normalisé, Cdan, est obtenue par la relation : 20 Cdan = Cda X .\IR X Tamt Pavt Avec R = 287,058 J.kg-1.1 REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'une vanne (12) de recirculation des gaz brulés produits par un moteur (1) à combustion interne, ce moteur (1) comprenant : - une ligne (3) d'admission d'air, - une ligne (4) d'échappement des gaz brûlés, - une boucle (11) de recirculation des gaz brulés s'étendant entre la ligne (4) d'échappement et la ligne (3) d'admission et comportant la vanne (12) de recirculation, - un turbocompresseur comportant une turbine (7) de détente des gaz brûlés disposée dans la ligne (4) d'échappement, Le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : détermination de la pression réelle (Prat) en amont de la turbine (7), détermination d'une consigne de contrôle (Ci) du débit de gaz brûlés dans la turbine (7), détermination de la pression attendue (Ppm]) en amont de la turbine (7) pour la consigne (Ci) de contrôle du débit de gaz dans la turbine (7) déterminée, détermination d'une pression de référence (Pi) en fonction de la pression attendue (Ppm]) et de la pression réelle (Prat) en amont de la turbine (7), détermination de la consigne de contrôle (Cegr) de la vanne (12) de recirculation à partir de la pression de référence (Pi) déterminée, pilotage de la vanne (12) de recirculation à la consigne de contrôle (Cegr) déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine (7) comprenant des aubes ajustables en position, la consigne de contrôle (Ci) du débit de gaz brûlés dans la turbine (7) correspond à une consigne de position des aubes. 3021702 11 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de détermination de la pression attendue (Pproj) comprend les étapes supplémentaires de : détermination d'une consigne de débit d'air (Cqa), détermination de la température (Tamt) en amont de la turbine (7), 5 détermination de la pression (P,,,t) en aval de la turbine (7), détermination de la pression attendue (Pproj) en fonction : -d'une consigne de débit d'air normalisée obtenue à partir de la consigne de débit d'air (Cqa), de la température (T't) en amont de la turbine (7) et de la pression (P,,,t) en aval de la turbine (7), 10 - du champ de fonctionnement de la turbine (7). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbine (7) comprenant une vanne de décharge de turbine, la consigne de contrôle (Ct) du débit de gaz brûlés dans la turbine (7) correspond à une consigne d'ouverture de la vanne de décharge. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en 15 ce que l'étape détermination de la pression de référence (Pi) comprend une étape de filtrage de la pression attendue (Pproj) et en ce que la pression de référence (Pi) est déterminée par la relation suivante : Pf = Pproj (Pprojf titrée Prat) dans laquelle Pprojtiitrée est la pression attendue filtrée. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le filtrage est réglé de 20 sorte que lorsque la pression des gaz brûlés en amont de la turbine (7) n'est pas stabilisée, la pression attendue filtrée (P projfiltrée) est sensiblement égale à la pression réelle (Prat) en amont de la turbine (7). 7. Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que le filtrage est réglé de sorte que lorsque la pression des gaz brûlés en amont de la turbine 25 (7) est stabilisée, la pression attendue filtrée (Pprojtiitrée) est égale à la pression attendue (Pproj)' 8. Procédé selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que le filtrage de la pression attendue (Pproj) est effectué par un filtre du premier ordre. 3021702 12 9. Calculateur électronique caractérisé en ce qu'il comprend les moyens d'acquisition, de traitement et de commande ainsi que les instructions logicielles requis à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Véhicule automobile comprenant un moteur (1) à combustion interne, ce moteur 5 (1) comprenant : une ligne (3) d'admission d'air, une ligne (4) d'échappement des gaz brûlés, une boucle (11) de recirculation des gaz brulés s'étendant entre la ligne (4) d'échappement et la ligne (3) d'admission et comportant une vanne (12) de 10 recirculation, un turbocompresseur comportant une turbine (7) de détente des gaz brûlés disposée dans la ligne (4) d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur selon la revendication précédente.