L'invention concerne principalement un procédé pour déterminer le débit d'air entrant dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne.

L'invention porte également sur un dispositif pour mettre en œuvre un tel procédé.

Certaines phases de fonctionnement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, notamment d'un moteur à essence, nécessitent l'augmentation de la puissance du moteur qui fonctionne alors en régime de suralimentation.

En régime normal, mais surtout en régime de suralimentation, le dosage air- essence qui est envoyé dans le moteur doit être caractérisé et contrôlé afin d'éviter l'injection excessive d'essence provoquant l'émission d'espèces gazeuses polluantes.

Par ailleurs, toujours dans un souci de dépollution, on équipe aujourd'hui couramment les moteurs à combustion interne de circuits de recirculation des gaz d'échappement du moteur dans le collecteur d'échappement de ce dernier. Une telle recirculation, appelée également circuit EGR pour Exhaust Gaz Recirculation, permet de diminuer l'émission d'oxydes d'azote du moteur.

De plus, dans le but de réduire le volume de la ligne d'admission du moteur, on sait implanter un échangeur de chaleur du type échangeur d'air refroidi par eau dans le collecteur d'admission. Cet échangeur est usuellement dénommé WCAC pour Water Charged Air Cooler

L'invention se situe donc dans le contexte d'un moteur susceptible de fonctionner en régime de suralimentation, dont la ligne d'admission comporte d'une part un circuit de recirculation des gaz d'échappement du moteur dans le collecteur d'admission, et d'autre part un échangeur d'air refroidi par eau implanté dans le collecteur d'admission.

Pour caractériser et contrôler la quantité et la nature des espèces gazeuses introduites dans le collecteur d'admission, il est connu d'utiliser un débitmètre d'air pour évaluer la quantité d'air envoyé dans le moteur et un débitmètre au niveau du circuit de recirculation des gaz permettant d'évaluer la quantité de gaz recyclés. Mais l'utilisation de débitmètres est une solution trop coûteuse.

Dans ce contexte, la présente invention vise à caractériser et à contrôler la quantité et la nature des espèces gazeuses, air frais et gaz recyclés, circulant dans la ligne d'admission et ce, en utilisant des moyens de caractérisation peu coûteux. Plus particulièrement, on cherche à connaître la quantité d'air frais entrant dans le collecteur d'admission afin de maîtriser la richesse du mélange air-essence introduit dans le moteur, en particulier lors des phases transitoires soumises à un régime de suralimentation.

A cet effet, le procédé de l'invention permet de déterminer le débit massique d'air entrant dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne équipé d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement du moteur dans le dit collecteur d'admission, lequel circuit de recirculation est équipé d'une vanne de régulation des gaz recyclés, lequel collecteur d'admission intègre un échangeur d'air refroidi par eau et en amont duquel collecteur d'admission se trouve une vanne de régulation du débit des gaz entrant dans le dit collecteur d'admission. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes de :

- détermination du débit massique des gaz recyclés entrant dans le collecteur d'admission, et

- détermination du débit de gaz entrant dans le collecteur d'admission comprenant les étapes de :

^■ détermination de la température des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz entrant dans le collecteur d'admission,

^■ détermination de la pression des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz entrant dans le collecteur d'admission,

^■ détermination de la pression des gaz en aval de la vanne de régulation du débit des gaz entrant dans le collecteur d'admission,

^■ application de la formule suivante : Ou S est la section de passage des gaz au niveau de la vanne de régulation du débit des gaz entrant dans le collecteur d'admission,

T _A est la température des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz entrant dans le collecteur d'admission (3) P _A est la pression des gaz en amont de la vanne de régulation (14) des gaz entrant dans le collecteur d'admission,

P _B est la pression des gaz en aval de la vanne de régulation des gaz entrant dans le collecteur d'admission,

r est la constante des gaz, de l'ordre de 287,

Y est le gamma des gaz, de l'ordre de 1 ,37, et

- détermination du débit massique d'air entrant dans le collecteur d'admission par différence entre le débit massique de gaz entrant dans le collecteur d'admission déterminé à l'étape précédente et le débit massique de gaz recyclé entrant dans le collecteur d'admission déterminé lors de la première étape.

Le procédé de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :

- l'étape de détermination de la pression des gaz en aval de la vanne de régulation des gaz entrant dans le collecteur d'admission comprend au moins les étapes de :

o détermination de la pression dans le collecteur d'admission, o détermination de la perte de charge induite par l'échangeur d'air refroidi par eau, et

o détermination de la pression des gaz en aval de la vanne de régulation par addition de la pression dans le collecteur d'admission et de la perte de charge induite par l'échangeur d'air refroidi par eau

- l'étape de détermination du débit massique des gaz recyclés entrant dans le collecteur d'admission comporte au moins les étapes de : détermination de la température des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés,

détermination de la pression des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés,

détermination de la pression des gaz en aval de la vanne de régulation des gaz recyclés,

application de la formule suivante :

Où S est la section de passage des gaz au niveau de la vanne de régulation des gaz recyclés,

o T _e est la température des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés,

o P _e est la pression des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés,

o P _f est la pression des gaz en aval de la vanne de régulation des gaz recyclés,

o r est la constante des gaz, de l'ordre de 287,

o y est le gamma des gaz, de l'ordre de 1 ,37,

- la détermination de la pression des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés comprend au moins les étapes de :

o détermination de la pression en aval de la vanne de régulation des gaz recyclés,

o détermination de la différence de pression aux bornes de la vanne de régulation des gaz recyclés, et

o détermination de la pression des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés par addition de la pression en aval de la vanne de régulation des gaz recyclés et de la différence de pression aux bornes de la vanne de régulation des gaz recyclés. - on détermine en outre la masse des gaz dans le collecteur d'admission appliquant la loi des gaz parfaits

P _C V _C = nRT _c

Ou P _c est la pression dans le collecteur d'admission,

V _c est le volume du collecteur d'admission,

n est la quantité de matière dans le collecteur d'admission,

R est la constante des gaz parfaits, et

Te est une évaluation de la température dans le collecteur d'admission, et la masse des gaz dans le collecteur d'admission est déduite de la quantité de matière dans le collecteur d'admission.

- l'évaluation de la température dans le collecteur d'admission est effectuée soit par la mesure directe de la température dans le collecteur d'admission, soit à partir de la température prise dans le circuit d'eau de l'échangeur d'air refroidi par eau.

- pour ce dernier cas la mesure de la température en amont de l'échangeur d'air et la température dans le circuit d'eau de l'échangeur d'air refroidi par eau (6), et la connaissance de l'efficacité de l'échangeur d'air refroidi par eau permet d'évaluer par calcul la température dans le collecteur d'admission.

- on mesure la température dans le collecteur d'admission et la température dans le circuit d'eau de l'échangeur d'air refroidi par eau, l'efficacité de l'échangeur d'air refroidi par eau est évaluée à partir de ces deux températures.

L'invention porte également sur un dispositif mettant en œuvre le procédé précédemment décrit pour déterminer le débit massique d'air entrant dans le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne équipé d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement du moteur dans le dit collecteur d'admission, lequel circuit de recirculation est équipé d'une vanne de régulation des gaz recyclés, lequel collecteur d'admission intègre un échangeur d'air refroidi par eau et en amont duquel collecteur d'admission se trouve une vanne de régulation des gaz entrant dans le dit collecteur d'admission. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte au moins : des moyens de détermination du débit massique des gaz recyclés entrant dans le collecteur d'admission,

des moyens de détermination de la température des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz entrant dans le collecteur d'admission, des moyens de détermination de la pression des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz entrant dans le collecteur d'admission,

des moyens de détermination de la pression des gaz en aval de la vanne de régulation du débit des gaz entrant dans le collecteur d'admission, des moyens de détermination du débit massique des gaz entrant dans le collecteur d'admission par application de la formule suivante :

γ+1

Pa 2γ 1

Qth = S.

γ - 1

Où S est la section de passage des gaz au niveau de la vanne de régulation,

T _a est la température des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz entrant dans le collecteur d'admission,

P _a est la pression des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz entrant dans le collecteur d'admission,

P _b est la pression des gaz en amont de la vanne de régulation du débit des gaz entrant dans le collecteur d'admission,

r est la constante des gaz, de l'ordre de 287

Y est le gamma des gaz, de l'ordre de 1 ,37, et

- des moyens de détermination du débit massique d'air entrant dans le collecteur d'admission par différence entre le débit massique de gaz entrant dans le collecteur d'admission déterminé à l'étape précédente et le débit massique de gaz recyclé entrant dans le collecteur d'admission déterminé lors de la première étape.

Le dispositif de l'invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :

- les moyens de détermination de la pression des gaz en aval de la vanne de régulation des gaz entrant dans le collecteur d'admission comprennent : o des moyens de détermination de la pression dans le collecteur d'admission,

o des moyens de détermination de la perte de charge induite par l'échangeur d'air refroidi par eau, et

o des moyens de détermination de la pression des gaz en aval de la vanne de régulation par addition de la pression dans le collecteur d'admission et de la perte de charge induite par l'échangeur d'air refroidi par eau.

Le dispositif comporte en outre :

o un thermocouple pour déterminer la température des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz entrant dans le collecteur d'admission,

o un capteur de pression pour déterminer la pression des gaz en amont de la vanne de régulation du débit de gaz entrant dans le collecteur d'admission,

o un capteur de pression pour déterminer la pression des gaz dans le collecteur d'admission,

et révolution de la perte de charge induite par l'échangeur d'air refroidi par eau est cartographiée.

les moyens permettant la détermination du débit massique des gaz recyclés entrant dans le collecteur d'admission comportent :

o des moyens de détermination de la température des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés,

o des moyens de détermination de la pression des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés,

o des moyens de détermination de la pression des gaz en aval de la vanne de régulation des gaz recyclés,

o des moyens de détermination du débit des gaz recyclés par application de la formule suivante :

γ+1

o Pe 2v Pf Où S est la section de passage des gaz au niveau de la vanne de régulation des gaz recyclés,

T _E est la température des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés,

P _E est la pression des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés,

P _F est la pression des gaz en aval de la vanne de régulation des gaz recyclés,

r est la constante des gaz, de l'ordre de 287,

Y est le gamma des gaz, de l'ordre de 1 ,37.

les moyens de détermination de la pression des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés comportent au moins :

o des moyens de détermination de la différence de pression aux bornes de la vanne de régulation des gaz recyclés, et

o des moyens de détermination de la pression des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés par addition de la pression des gaz en aval de la vanne de régulation des gaz recyclés et de la différence de pression aux bornes de la vanne de régulation des gaz recyclés,

le dispositif comporte en outre :

o un thermocouple en amont de la vanne de régulation des débits de gaz recyclés pour déterminer la température des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés,

o un capteur de pression en aval de la vanne de régulation des débits de gaz recyclés pour déterminer la pression des gaz en aval de la vanne de régulation des gaz recyclés, et

o un capteur de la différence de pression aux bornes de la vanne de régulation des débits de gaz recyclés,

le dispositif comporte en outre :

o un capteur de température pour déterminer la température dans le collecteur d'admission, o des moyens de détermination de la masse des gaz dans le collecteur d'admission en appliquant la loi des gaz parfaits

P _C V _C = nRT _c

Ou P _c est la pression (P _c ) dans le collecteur d'admission,

V _c est le volume du collecteur d'admission,

n est la quantité de matière dans le collecteur d'admission,

R est la constante des gaz parfaits, et

Te est la température dans le collecteur d'admission, et en déduisant la masse des gaz dans le collecteur d'admission de la quantité de matière dans le collecteur d'admission.

- les moyens d'évaluation de la température dans le collecteur d'admission sont constitués soit d'un capteur de température situé dans le collecteur d'admission donnant la température dans le collecteur d'admission, soit par la mesure de la température en amont de l'échangeur d'air et la température dans le circuit d'eau de l'échangeur d'air refroidi par eau (6), et la connaissance de l'efficacité de l'échangeur d'air refroidi par eau permet d'évaluer par calcul la température dans le collecteur d'admission.

- le dispositif comporte au moins :

o un thermocouple en amont de la vanne de régulation des débits de gaz recyclés pour déterminer la température des gaz en amont de la vanne de régulation des gaz recyclés,

o un capteur de pression en aval de la vanne de régulation des débits de gaz recyclés pour déterminer la pression des gaz en aval de la vanne de régulation des gaz recyclés, et

o un capteur de la différence de pression aux bornes de la vanne de régulation des débits de gaz recyclés.

- le dispositif comporte :

o un capteur de température dans le collecteur d'admission donnant la température dans le collecteur d'admission,

o un thermocouple dans le circuit d'eau de l'échangeur d'air refroidi par eau donnant la température dans le circuit d'eau de l'échangeur d'air refroidi par eau, o des moyens d'évaluation de l'efficacité de l'échangeur d'air refroidi par eau à partir de ces deux températures.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure unique annexée sur laquelle est représenté schématiquement le dispositif de l'invention.

En référence à cette figure, le dispositif de l'invention comporte un dispositif d'entrée et de filtration de l'air frais 1 , admis dans un moteur à combustion interne 2, de préférence, mais non exclusivement, de type à essence,

Le moteur à combustion interne 2 est schématisé en trois blocs 3,4,5 représentant respectivement son collecteur d'admission 3, ses cylindres 4 et son collecteur d'échappement 5. Les gaz d'échappement en sortie du collecteur d'échappement 5 circulent dans une canalisation 5a vers un dispositif de posttraitement, par exemple un pot catalytique non représenté sur la figure.

Un échangeur d'air refroidi par eau 6 est implanté dans le collecteur d'admission 3. Cet échangeur comporte principalement un circuit de circulation d'eau 9.

Par ailleurs, le moteur 2 est équipé d'un circuit de recirculation des gaz 10 par lequel une partie des gaz en sortie du collecteur d'échappement 5 sont envoyés dans le collecteur d'admission 3.

Dans le cas d'un circuit basse pression, une vanne trois voies 1 1 régule le débit des gaz recyclés qui sont injectés dans la ligne d'admission 12 où ils sont mélangés à l'air frais 1 . Cette vanne trois voies 1 1 comporte un volet de vannage non visible permettant d'augmenter le débit des gaz recyclés injectés dans le ligne d'admission 12. Les gaz d'admission constitués d'air frais et de gaz recyclés sont comprimés au moyen d'un compresseur 13, puis introduits dans le collecteur d'admission 3.

Une vanne papillon 14 située entre le compresseur 13 et l'entrée du collecteur d'admission 3, régule le débit des gaz d'admission qui entrent dans ce collecteur d'admission 3.

Pour déterminer la quantité d'air qui entre dans le collecteur d'admission 3, on détermine d'abord le débit massique des gaz recyclés D ₂ entrant dans le collecteur d'admission 3, ce qui revient à déterminer le débit massique des gaz recyclés au niveau de la vanne trois voies 1 1 du circuit de recirculation des gaz

10.

Pour ce faire, un thermocouple 16 détermine la température T _E des gaz en amont de la vanne trois voies 1 1 et un capteur de pression 17 mesure la pression en amont du compresseur 13, cette pression sera assimilée à la pression P _F des gaz en aval de la vanne trois voies 1 1 .

Par ailleurs, la différence de pression AP _G aux bornes de la vanne trois voies 1 1 est mesurée par un capteur spécifique de différence de pression 15.

La connaissance de la différence de pression AP _G et de la pression P _F des gaz en aval de la vanne trois voies 1 1 permettent, par addition de ces deux mesures AP _G , P _F , de déterminer la pression P _E en amont de la vanne trois voies 1 1 .

On applique alors la formule de Saint Venant permettant de déterminer le débit massique des gaz recyclés D ₂ selon :

Où S est la section de passage des gaz au niveau de la vanne trois voies 1 1 , T _e est la température des gaz en amont de la vanne trois voies 1 1 ,

P _e est la pression des gaz en amont de la vanne trois voies 1 1 ,

P _f est la pression des gaz en aval de la vanne trois voies 1 1 ,

r est la contante des gaz, de l'ordre de 287,

Y est le gamma des gaz, de l'ordre de 1 ,37.

La section de passage S est rendue connue par la connaissance de la position de la vanne trois voies 1 1 .

Pour déterminer le débit massique des gaz D ₃ , air frais et gaz recyclés, entrant dans le collecteur d'admission 3, un thermocouple 170 mesure la température T _A en amont de la vanne papillon 14 et un capteur de pression 18 qui mesure la pression P _A en amont de la vanne papillon.

Le débit massique des gaz D ₃ entrant dans le collecteur d'admission 3 est déterminé au niveau de la vanne papillon 14. Pour ce faire, un capteur de pression 19 mesure la pression P _c dans le collecteur d'admission, et la perte de charge ΔΡ ₀ induite par l'échangeur d'air refroidi par eau 9 est connu par des modèles existants, notamment par cartographie dans la stratégie du contrôle moteur, schématisés par la référence 20. La pression P _B en aval de la vanne papillon est alors obtenue en additionnant la pression P _c dans le collecteur d'admission, et la perte de charge ΔΡ ₀ induite par l'échangeur d'air refroidi par eau 9.

On applique alors la formule de Saint Venant permettant de déterminer le débit massique des gaz D ₃ entrant dans le collecteur d'admission 3 selon :

γ+1

Pa 2γ 1

Qth = S.

γ - 1

Ou S est la section de passage des gaz au niveau de la vanne papillon 14,

T _a est la température des gaz en amont de la vanne papillon 14,

P _a est la pression des gaz en amont de la vanne papillon 14,

P _b est la pression des gaz en aval de la vanne papillon 14,

r est la constante des gaz, de l'ordre de 287,

Y est le gamma des gaz, de l'ordre de 1 ,37.

La section de passage S est rendue connue par la connaissance de la position de la vanne papillon 14.

Connaissant ainsi le débit des gaz recyclés D ₂ et le débit des gaz D ₃ entrant dans le collecteur d'admission 3, on peut déterminer le débit d'air frais D-, entrant dans le collecteur d'admission 3 par différence entre le débit des gaz D ₃ entrant dans le collecteur d'admission 3 et le débit des gaz recyclés D ₂ .

Dans le cadre de l'invention, la détermination du débit de gaz recyclés D ₂ peut être obtenue par tous autres moyens adaptés, par exemple au moyen d'un débitmètre. On déterminera alors le débit des gaz D ₃ entrant dans le collecteur d'admission 3 ainsi que le débit d'air frais D-, entrant dans le collecteur d'admission 3 de la manière que décrit précédemment.

Par ailleurs, on pourra utiliser, au lieu et place de la vanne trois voies 1 1 du circuit de recirculation de gaz 10 , une vanne classique.

Selon l'invention, on détermine en outre la masse des gaz dans le collecteur d'admission 3. Pour ce faire, on applique la Loi des gaz parfaits :

P _C V _C = nRT _c

Où P _c est la pression dans le collecteur d'admission 3,

V _c est le volume du collecteur d'admission 3,

n est la quantité de matière dans le collecteur d'admission 3,

R est la constante des gaz parfaits, et

Te est une évaluation de la température dans le collecteur d'admission 3.

La masse des gaz dans le collecteur d'admission est déduite de la quantité de matière (n) dans le collecteur d'admission 3.

L'évaluation Te de la température dans le collecteur d'admission 3 peut être faite soit par la mesure de la température T _C i dans le collecteur d'admission 3 au moyen d'un capteur de température 21 disposé dans le collecteur d'admission 3, soit au moyen d'un thermocouple 22 mesurant la température T _C2 dans le circuit de circulation d'eau 8 de l'échangeur et par la connaissance de l'efficacité de l'échangeur. 6.

Enfin, dans l'exemple de réalisation de la figure annexée, le circuit de gaz est un circuit basse pression. Dans le cadre de l'invention, le circuit peut également être un circuit haute pression, auquel cas la vanne trois voies 3 du circuit de recirculation 10 sera remplacé par une vanne classique.