Brevet FR3085432A1 — publié le 20200306

PROCEDE D'ESTIMATION D'UNE TEMPERATURE D'UN MELANGE AIR-GAZ D'ECHAPPEMENT RECIRCULES D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention porte sur un procédé d'estimation d'une température d'un mélange air-gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des véhicules automobiles. [0002] Dans un moteur thermique, les quatre temps du cycle thermodynamique admission de gaz combustible et d'air, compression du mélange gazeux, détente due à 10 l'explosion du mélange, échappement - se déroulent successivement dans des enceintes des cylindres du moteur, dites chambres de combustion. Les gaz introduits dans ces chambres de combustion sont constitués d'une part d'air et d'autre part d'essence ou de gasoil, selon des proportions dosées de manière adéquate suivant les moteurs et les systèmes d'allumage utilisés. Le mélange gazeux est alors enflammé dans la chambre de 15 combustion. [0003] Les gaz d'échappement des moteurs thermiques équipant la plupart des véhicules automobiles contiennent un certain nombre de polluants dont il est souhaitable de réduire les rejets dans l'atmosphère (notamment des oxydes d'azote, du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés, des particules et du dioxyde de carbone). Les réglementations 20 applicables en matière de pollution par des véhicules automobiles abaissent régulièrement les plafonds de rejets acceptables. [0004] Une grande partie des polluants générés par un moteur thermique est due à une combustion incomplète du carburant. Pour réduire les rejets de polluants pénétrant dans la ligne d'échappement, il est connu d'utiliser un système dit EGR (acronyme pour "Exhaust 25 Gas Recirculation" en anglais) permettant de faire re-circuler une partie des gaz d'échappement vers la conduite d'admission du moteur thermique. [0005] A cet effet, le système EGR comporte une conduite de redirection de gaz d'échappement apte à rediriger une partie des gaz d'échappement issus du collecteur d'échappement vers l'admission du moteur après passage dans un échangeur de chaleur. 30 Une vanne EGR permet de gérer la quantité de gaz d'échappement réinjecté à l'admission. 2 [0006] Dans le cas d'un moteur suralimenté muni d'une structure de régulation de pression de suralimentation, le contrôle moteur nécessite de connaître la température en amont de la turbine afin de contrôler la position de la soupape de décharge ou de la géométrie variable du turbocompresseur. [0007] Le modèle de température en amont de la turbine est estimé à partir de la température au plénum d'admission à laquelle on ajoute une augmentation de température liée à la combustion. Pour obtenir la meilleure estimation possible de la température en amont de la turbine, il est nécessaire d'être le plus précis possible dans l'estimation de la température au plénum d'admission, donc dans l'estimation de la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés. [0008] Généralement, le modèle de rendement volumétrique permet d'estimer en chaque instant le débit total aspiré par le moteur. Etant donné qu'il existe une conservation de la masse au niveau du moteur, le débit total aspiré est la somme du débit d'air et du débit des gaz d'échappement recirculés aspiré au moteur. Donc à partir du débit total et du débit d'air on peut estimer un débit de gaz d'échappement recirculés. A partir des débits d'air et de gaz d'échappement recirculés, des températures d'air à la sortie du RAS (refroidisseur d'air de suralimentation) et de gaz d'échappement recirculés à la sortie du refroidisseur EGR, il est possible d'estimer la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés via un bilan enthalpique. [0009] Toutefois, le modèle de rendement volumétrique n'est pas très précis avec des variations notamment de l'ordre de plus ou moins 8 %. Toute l'erreur de ce modèle est reportée sur le débit des gaz d'échappement recirculés car le débit d'air est mesuré. On peut alors observer des écarts de modélisation de la température du mélange au niveau du plénum d'admission, ce qui provoque des écarts de modélisation de la température d'échappement. On retrouvera alors des écarts sur la régulation de pression de suralimentation rendant imprécis la commande du système de suralimentation. [0010] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un procédé d'estimation d'une température d'un mélange air-gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique muni d'un turbocompresseur et d'un système de recirculation des gaz d'échappement, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape d'estimation, à partir d'un modèle de rendement volumétrique, d'une température du mélange air-gaz d'échappement recirculés en fonction d'une température d'air en sortie d'un refroidisseur d'air de suralimentation, d'une température en sortie du 3 système de recirculation des gaz d'échappement, et d'un débit de gaz d'échappement recirculés, - une étape de correction de la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés en fonction d'un débit de gaz d'échappement recirculés issu d'un observateur, tel qu'un filtre à réponse impulsionnelle, et - une étape de pilotage du turbocompresseur à partir de la température corrigée du mélange air-gaz d'échappement recirculés. [0011] L'invention permet ainsi, grâce à la prise en compte du débit des gaz d'échappement recirculés issus du filtre à réponse impulsionnelle, d'améliorer la précision 10 de l'estimation de la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés. L'amélioration du modèle de température du plénum d'admission permet d'augmenter la précision de la modélisation de la température à l'échappement, de sorte que le pilotage du turbocompresseur par le calculateur moteur pourra être optimisé. L'invention présente également un caractère économique, dans la mesure où il n'y a pas de coût supplémentaire 15 car il s'agit d'un dispositif logiciel simple à mettre en place. [0012] Selon une mise en oeuvre, la température du mélange air-gaz d'échappement corrigée est obtenue à partir de la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés estimée via le modèle de rendement volumétrique, de la température d'air en sortie du refroidisseur d'air de suralimentation, d'un taux de recirculation des gaz 20 d'échappement obtenu à partir du modèle de rendement volumétrique, et d'un taux de recirculation des gaz d'échappement obtenu à partir de l'observateur. [0013] Selon une mise en oeuvre, la température du mélange air-gaz d'échappement corrigée est définie par la formule suivante: egr_Kal x (Tplen_RendVol TAir) Tplen_Kal = TAir /egr_RendVol 25 Avec: Tplen_Kal étant la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés dans le plénum d'admission obtenue via l'observateur, - TAir étant la température de l'air à l'admission en sortie du refroidisseur d'air de suralimentation, 30 - rear Kal étant le taux de gaz d'échappement recirculés exprimé en pourcents obtenu via l'observateur, 4 regr RendVol étant le taux de gaz d'échappement recirculés exprimé en pourcents obtenu via le modèle de rendement volumétrique, Tplen_RendVol étant la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés dans le plénum d'admission obtenue via le modèle de rendement volumétrique. [0014] Selon une mise en oeuvre, la formule est obtenue via l'établissement d'un bilan enthalpique. [0015] Selon une mise en oeuvre, le débit de gaz d'échappement recirculés est calculé à partir d'un débit d'air et d'un débit total de gaz à l'admission suivant un principe de conservation de masse. 10 [0016] Selon une mise en oeuvre, le filtre à réponse impulsionnelle est un filtre de Kalman. [0017] L'invention a également pour objet un calculateur moteur caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé d'estimation d'une température d'un mélange air-gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique muni d'un turbocompresseur et d'un système de recirculation des 15 gaz d'échappement tel que précédemment défini. [0018] L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur moteur tel que précédemment défini. [0019] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais 20 nullement limitatif de l'invention. [0020] La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture de moteur thermique équipée d'un système de recirculation des gaz d'échappement pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention d'estimation d'une température d'un mélange air-gaz d'échappement recirculés du moteur thermique; 25 [0021] La figure 2 est une représentation schématique des différents modules permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention d'estimation d'une température d'un mélange air-gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique; 5 [0022] La figure 3 est une représentation schématique d'un bilan enthalpique au niveau d'un plénum d'admission d'un moteur thermique utilisé pour obtenir la formule permettant de calculer la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés. [0023] La figure 1 montre une architecture 1 comportant un moteur thermique 5 5 suralimenté par un turbocompresseur 2 comprenant un compresseur 3 et une turbine 4. Le compresseur 3 permet de comprimer l'air d'admission de manière à optimiser le remplissage des cylindres du moteur 5. A cet effet, le compresseur 3 est disposé sur une conduite d'admission 8 en amont du moteur 5. L'écoulement des gaz d'échappement entraîne en rotation la turbine 4 disposée sur un collecteur d'échappement 9, laquelle entraîne alors en 10 rotation le compresseur 3 par l'intermédiaire d'un arbre d'accouplement. Une vanne 15 de commande de turbocompresseur 2 située en amont de la turbine 4 permet de gérer la quantité de gaz d'échappement circulant à travers la turbine 4 et la quantité de gaz passant par une conduite de décharge 16. [0024] De manière à maintenir la densité de l'air acquise en sortie du compresseur 3, on 15 utilise un échangeur de chaleur 10 dit RAS (pour "Refroidisseur d'Air de Suralimentation") apte à refroidir l'air circulant dans la conduite d'admission 8. L'échangeur 10 est monté en aval du compresseur 3 et en amont d'un doseur d'air 18. [0025] Par ailleurs, un système 23 de recirculation des gaz d'échappement (dit "EGR" pour "Exhaust Gaz Recirculation" en anglais) comporte une conduite de redirection 24 des gaz 20 d'échappement apte à rediriger une partie des gaz d'échappement issus d'un collecteur d'échappement 20 vers le plénum d'admission 21 du moteur 5 après passage dans un échangeur 14. [0026] Ainsi, une partie des gaz d'échappement du moteur 5 est rejetée vers l'extérieur du véhicule automobile à travers le collecteur d'échappement 9 et une autre partie des gaz est 25 recyclée. La quantité de gaz devant être remise en circulation est contrôlée par la vanne EGR 25 montée entre la sortie de la conduite de redirection 24 et l'échangeur de chaleur 14 lequel est en communication avec le plénum d'admission 21. [0027] Le moteur 5 intègre en outre un débitmètre et un capteur de pression plénum. [0028] On décrit ci-après, en référence avec les figures 2 et 3, les différents modules M1- 30 M4 permettant la mise en oeuvre du procédé d'estimation d'une température d'un mélange air-gaz d'échappement recirculés du moteur thermique 5. Ces différents modules M1-M4 6 pourront être implémentés dans un calculateur, notamment un calculateur moteur ou un calculateur dédié, comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre dudit procédé. [0029] Le module M1 permet d'estimer, à partir d'un modèle de rendement volumétrique, 5 en chaque instant le débit total Qtet aspiré par le moteur 5. A cet effet, le module M1 reçoit en entrée un régime moteur R_mot, une pression plénum mesurée P_plen_mes, une température de liquide de refroidissement du moteur Tliq, une consigne d'injection d'une quantité de carburant Cons_inj, et une température plénum estimée T_plen_est. [0030] Etant donné qu'il existe une conservation de la masse au niveau du moteur 5, le 10 débit total aspiré Qtee est la somme du débit d'air à l'admission Qm, et du débit des gaz recirculés Qer aspiré par le moteur 5. En conséquence, le module M2 peut estimer un débit de gaz recirculé Qer à partir du débit total Qeet et du débit d'air Q Air. [0031] A partir des débits d'air QA,, et de gaz recirculés Qu, , de la température d'air TA,r à la sortie de l'échangeur de chaleur 10 et de la température des gaz recirculés Ter. à la 15 sortie de l'échangeur de chaleur 14, le module M3 permet d'estimer la température Tpien du mélange air-gaz d'échappement recirculés via un bilan enthalpique (cf. figure 3). [0032] En ajoutant un observateur, tel qu'un filtre à réponse impulsionnelle FKa(, par exemple de type Kalman, le module M4 permet de corriger la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés Tpi' de manière à obtenir une température de mélange air- 20 gaz d'échappement recirculés corrigée T pienyai. Le filtre de Kalman Fkai est utilisé afin de rendre cohérents le débit des gaz recirculés Qegr estimé via le modèle de rendement volumétrique, la pression dans le collecteur d'échappement 9 et la section efficace estimée au niveau de la vanne EGR 25. En variante, l'observateur pourra mettre en oeuvre une boucle de régulation. 25 [0033] Plus précisément, le bilan enthalpique au niveau du plénum d'admission 21 est défini de la manière suivante: QtotCPplenTplen = QAirCPAirTA + QegrCPegrTegr Avec 30 - Qtot étant le débit total de gaz à l'admission, 7 - Cppi' étant la capacité calorifique des gaz dans le plénum d'admission, -Tpi' étant la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés dans le plénum d'admission, - QAir étant le débit d'air à l'admission en sortie du refroidisseur d'air de suralimentation, 5 - CpAir étant la capacité calorifique de l'air, - TAir étant la température de l'air à l'admission en sortie du refroidisseur d'air de suralimentation, - (2,2, étant le débit des gaz d'échappement recirculés, - Cpeg, étant la capacité calorifique des gaz d'échappement recirculés, 10 - Tegr étant la température des gaz recirculés. [0034] En considérant l'hypothèse suivant laquelle les capacités calorifiques des différents gaz sont égales: CPplen = CPAir = Cpegr 15 [0035] On en déduit: QtotTpien = QAirTAir + QegrTegr [0036] Avec le taux de gaz recirculés -reg, exprimé en pourcents étant égal au rapport 20 entre le débit des gaz d'échappement recirculés Qegr divisé par le débit total des gaz à l'admission Qtet, soit: Qegr Tegr = 100 X Qat On a: /100 - Tegr ( egr\ TPIen k 100 )TAir 100) Tegr 25 [0037] Cette formule est valable avec le débit de gaz d'échappement recirculés issu du modèle de rendement volumétrique (cf. indice RendVol) mais aussi avec le débit de gaz d'échappement recirculés Qegryai issu du filtre de Kalman (cf. indice Kal): (100 - - egr_RendVoL egr_RendVoL) 30 Tplen_RendVol 100 T A- 100 Tegr 8 100 - egryai cegr_Kal) Tplen_K al - 100 T 100 egr [0038] En isolant Teg, dans la formule avec le rendement volumétrique : plen_RendVol (100 Tegr_RendVol) 100 Tir Ter= g egr_RendVol) 100 [0039] On peut le ré-introduire dans l'équation avec le débit issu du filtre de Kalman Qegr_Kal (100 T - egr_RendVol (100 - regr_Kai)T (regr_Kal)Tplen_RendVol 100 Air Tplen_Kal = 100 Air 100 (Tegr_KendVol) 100 [0040] En développant on obtient : Tplen_Kal = T Gegr Kal egr_RendVol ) X (Tplen_RendVol - T Ai ) 15 Avec: - Tpienyai étant la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés dans le plénum d'admission obtenue via le filtre de Kalman, - Tm, étant la température de l'air à l'admission en sortie du refroidisseur d'air de suralimentation, 20 - reg, Kat étant le taux de gaz d'échappement recirculés exprimé en pourcents obtenu via le filtre de Kalman, - T egr_RendVal étant le taux de gaz d'échappement recirculés exprimé en pourcents obtenu via le modèle de rendement volumétrique, - Tplen_RendVol étant la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés dans 25 le plénum d'admission REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation d'une température (Tplen_Kal) d'un mélange air-gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique (5) muni d'un turbocompresseur (2) et d'un système de recirculation des gaz d'échappement (23), caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape d'estimation, à partir d'un modèle de rendement volumétrique, d'une température du mélange air-gaz d'échappement recirculés en fonction d'une température d'air (TAi,..) en sortie d'un refroidisseur d'air de suralimentation (10), d'une température (Tem.) en sortie du système de recirculation des gaz d'échappement (23), 10 et d'un débit de gaz d'échappement recirculés (Qeg,), - une étape de correction de la température (Tplen_Kal) du mélange air-gaz d'échappement recirculés en fonction d'un débit de gaz d'échappement recirculés (Qegricat) issu d'un observateur, tel qu'un filtre à réponse impulsionnelle (FKai), et - une étape de pilotage du turbocompresseur (2) à partir de la température corrigée 15 (TplenKat) du mélange air-gaz d'échappement recirculés. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température (TplenKal) du mélange air-gaz d'échappement corrigée est obtenue à partir de la température (TpienRendVol) du mélange air-gaz d'échappement recirculés estimée via le modèle de rendement volumétrique, de la température d'air (TAir) en sortie du refroidisseur d'air de 20 suralimentation (10), d'un taux (77 egr Rent/Vol) de recirculation des gaz d'échappement obtenu à partir du modèle de rendement volumétrique, et d'un taux (regs de recirculation des gaz d'échappement obtenu à partir de l'observateur. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température (Tpten Kal) du mélange air-gaz d'échappement corrigée est définie par la formule suivante: 25 (t egr_Kal ) X (Tplen_RendVol - T Air) Tplen_Kal = TA& + T egr_RendVol Avec: Tplen_Kal étant la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés dans le plénum d'admission obtenue via l'observateur, 10 - TAir étant la température de l'air à l'admission en sortie du refroidisseur d'air de suralimentation, Tegr_Kal étant le taux de gaz d'échappement recirculés exprimé en pourcents obtenu via l'observateur, - Tem- RenaVot étant le taux de gaz d'échappement recirculés exprimé en pourcents obtenu via le modèle de rendement volumétrique, Tplen_RendVol étant la température du mélange air-gaz d'échappement recirculés dans le plénum d'admission obtenue via le modèle de rendement volumétrique. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la formule est obtenue via 10 l'établissement d'un bilan enthalpique. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le débit de gaz d'échappement recirculés (IQ egr) est calculé à partir d'un débit d'air et d'un débit total (Quit) de gaz à l'admission suivant un principe de conservation de masse. 15 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le filtre à réponse impulsionnelle (FKai) est un filtre de Kalman. 7. Calculateur moteur caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé d'estimation d'une température (Tpten Kat) d'un mélange air-gaz d'échappement recirculés d'un moteur thermique (5) 20 muni d'un turbocompresseur (2) et d'un système de recirculation des gaz d'échappement (23) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.. 8. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur moteur tel que défini selon la revendication précédente. 25