FR2840649A1 - Procede d'augmentation de performances d'un moteur suralimente - Google Patents

Procede d'augmentation de performances d'un moteur suralimente Download PDF

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Abstract

Lors de régimes transitoires d'accélération, on procède à un accroissement de la température, ou plus généralement de l'énergie, des gaz d'échappement pour accélérer le compresseur chargé de suralimenter le moteur en air frais. Cela peut être réalisé par une modification des caractéristiques de l'injection, et notamment par une injection plus tardive. En accroissant le débit d'air frais, l'apparition de fumées noires dans les gaz d'échappement est rendue plus difficile et le débit de carburant peut donc être accru.

Description

(22).
PROCEDE D' AUGMENTATION DE PERFORMANCES D'UN MOTEUR
SURALIMENTE
DESCRIPTION
Le sujet de l' invention est un procede d' augmentation des performances d'un moeur suralimente d' automobile, et en particulier d'un moteur diesel,
sans qutun moteur a essence soit exclu.
Son domaine technique est done le controle commande d'un moteur suralimente, ctest-a-dire la technique de gestion d'un moteur a combustion interne
avec ['ensemble de ses capteurs et actionneurs.
L' ensemble des lois de controle-commande et des parametres de caracterisation d'un moteur est contenu dans un calculateur appele UCE (Unite de Commande
Electronique). Dans la suite de cette description, nous
nous interessons surtout au cas d'un moteur diesel suralimente par turbocompresseur dans loquel la quantite de carburant injectee est limitee dans des
conditions de pleine charge.
Les turbocompresseurs de suralimentation de moteurs a combustion interne ont pour fonction d'elever la pression de l' air parvenant au moteur pour accroitre les performances. Lorsque le conducteur souhaite disposer de plus de puissance du moteur pendant une acceleration, la position d'enfoncement de la pedale est transmise a l'UCE et traduite par elle en une consigne de debit de carburant a une valeur plus elevee. Cette consigne n'est pourtant pas appliquee sans precaution, le debit de carburant injecte etant limite d'apres certains criteres de fonctionnement du moteur afin de demeurer dans des conditions acceptables. Deux criteres vent souvent retenus pour limiter le debit de carburant injecte: le couple moteur et les fumees d'echappement. Il est en effet necessaire de ne pas produire de couple excessif ni de fumees noires dues a un melange trop riche. En limitant le debit de carburant injecte dans le moteur pendant les regimes transitoires d' acceleration, on reduit aussi les capacites d' acceleration des moteurs suralimentes, leur faisant perdre de leur interet et
sacrifiant aussi de l'agrement de conduite.
On se preoccupe done ici d' augmenter les
performances d' acceleration des moteurs suralimentes.
L'idee retenue consiste rendre plus difficile l' apparition des fumees noires par une augmentation momentanee de l'energie des gaz d'echappement du moteur pendant le regime transitoire. Cette augmentation d'energie a pour consequence d'entrainer plus rapidemment le turbocompresseur et d'accroltre la pression de suralimentation pour mieux satisfaire aux besoins en air du moteur et rendre plus difficile
l' apparition des fumees.
La demande de brevet francais de numero d'enregistrement 01 15718 est relative a une invention dans le meme domaine technique et ayant le meme but, mais des moyens differents vent proposes comme solution, puisqu'on procede a une injection excedentaire de debit du carburant (qui prend done une valeur intermediaire entre la consigne et la limite) quand certaines conditions de fonctionnement du moteur vent reunies, qui rendent inutile ['application des limitations de debit d'injection supposees proteger le moteur. L' invention sera maintenant decrite en reference aux figures suivantes: - la figure 1 est une suite de diagrammes temporels illustrant l' application de debits d' injection supplementaires pendant des regimes transitoires; - la figure 2 est un schema de groupe motopropulseur; - la figure 3 illuste le dispositif de production d'un debit d'injection; - la figure 4 est un diagramme temporel illustrant l' application de l' invention; - et la figure 5 illustre un dispositif de
mise en uvre de ['invention.
La figure 1 est un diagramme temporel qui reprend les considerations precedentes en les explicitant. La partie superieure est une courbe 1 en echelon representant une fonction d'une pedale soumise d'abord a un etat relache 2 de pied leve, puis un etat
enforce 3 de pied a fond.
La partie inferieure du diagramme est une famille de courbes representant toutes des debits d' injection de carburant en fonction du temps. La courbe 4 est une autre courbe en echelon qui exprime le debit de consigne deduit de la courbe 1 et qui comprend done d'abord une consigne faible 5, puis une consigne elevee 6 des que l'enfoncement de la pedale a ete detecte. La courbe 7 est un debit de limitation pour les fumees, dont la valeur augmente peu a peu pendant l' acceleration a mesure que le debit d'air aspire augmente. La courbe 8 est le debit de limitation d'apres le couple, dont la valeur diminue un peu pendant l' acceleration i cette courbe 8 est aussi utilisee pour detecter un regime transitoire du moteur, quand le debit de consigne 4 devient superieur a ce debit de limitation pour le couple. Comme on respecte les limitations des courbes 7 et 8, le debit injecte est la courbe 9 obtenue par ['assemblage des portions
des courbes 4, 7, et 8 les plus basses a tout instant.
L' application de l' invention permet d'elever le debit de limitation pour les fumees 7 aux valeurs prises par la courbe 7' et de remplacer le debit d'injection de la courbe 9 par celui de la courbe 9', qui correspond tonjours a la valeur inferieure des courbes de consigne et de limitation, ici 4, 7' et 8, mais qui differe de la courbe 9 par une croissance plus rapide au debut du regime transitoire jusqu'a ce qu'elle ait rejoins la courbe 8, a l' instant ou la limitation en couple devient decisive. On est redevable de cette elevation de la limitation a un accroissement du debit d'air aspire pendant cette etape precoce du
regime transitoire.
La figure 2 illustre un exemple non limitatif d'un groupe motopropulseur diesel sur loquel l' invention peut trouver emploi. 1e moteur porte la reference 13, ['unite de commande electronique ou UCE la reference 14, la pedale d' acceleration la reference 15, et l'air comburant s'ecoulant dans un collecteur d' admission passe successivement par un filtre a air 16, un debitmetre 17, un compresseur 18, un echangeur de chaleur 19 et un voles 20 de recirculation d'une partie des gaz d'echappement avant d'atteindre le moteur 13; les gaz de combustion sortent du vehicule par un collecteur d'echappement en traversant successivement une turbine 21 et un filtre a particules 22. Le compresseur 18 et la turbine 21 appartiennent a un meme turbocompresseur 23 dont le fonctionnement peut etre regle en ajustant, ainsi qu'il est connu, l' angle de fermeture d'ailettes a l' entree de la turbine 21 ou une vanne de fermeture d'un conduit de derivation des gaz d'echappement. L'UCE 14 permet d'accomplir ce reglage entre autres fonctions. Wile recoit des valeurs exprimant certains parametres du fonctionnement du groupe motopropulseur au moyen de capteurs de debits, de pressions, de temperatures, d'enfoncement de la pedale d'acceleration 15, etc. qui n'ont pas ete representes et calcule d'autres parametres. Dans la realisation presente, on utilise des signaux de position de la pedale d' acceleration 15, du regime du moteur, du rapport de la bolte de vitesse 24 en particulier. Des capteurs 26, 27 et 28 mesurent l'enfoncement de la pedale d' acceleration 15, le regime du moteur 13 (par une vitesse rotation de l'arbre de vilebrequin) et le rapport de la boite de vitesse 24 (par la position du levier de vitesse ou le rapport de
vitesse de rotation de part et d'autre de la bolte).
On passe au commentaire de la figure 3.
L'UCE 14 comprend trots cartes 31, 32 et 33 qui vent des fonctions delivrant des valeurs de sortie selon celles qui vent prises par deux parametres d' entree, a savoir respectivement: la position de la pedale et le regime du moteur; le regime du moteur et le rapport de boite de vitesse; et le regime du moteur et le debit d' air frais. La premiere carte 31 donne en fait la consigne de debit de carburant (courbe 4), la deuxieme la limitation par le couple moteur (courbe 8) et la troisieme la limitation par les fumees (courbe 7'). Les sorties des trots cartes 31, 32 et 33 vent fournies a des comparateurs 34 qui choisissent le minimum a cheque fois, et la consigne ainsi limitee (courbe 9') est fournie aux injecteurs de carburant dans le moteur. Des corrections supplementaires peuvent etre decidees selon des strategies d'agrement de conduite ou pour d'autres raisons dans un module 35 suivant, mais elles n'ont pas
de rapport avec l' invention.
L' application de l' invention revient a une diminution du temps de reponse du circuit de suralimentation pour ameliorer l' acceleration du vehicule en augmentant l'energie des gaz d'echappement fournis a la turbine 21 du turbocompresseur 23 pendant les regimes transitoires. Cela peut provenir d'une augmentation de temperature de ces gaz d'echappement, quton obtient en modifiant les reglages de ['injection, par exemple en procedant a une injection supplementaire apres ['injection principale ou en retardant l' injection principale. La facon de proceder a de telles modifications de reglage est connue de l'homme
du metier et ne sera pas evoquee ici.
L' invention doit etre vue dans la commutation d'un mode d' injection ordinaire a un mode d' injection ainsi modifie quand un regime transitoire
est detecte.
La detection d'un regime transitoire peut etre entreprise en calculant sans cesse l'ecart entre une consigne de pression d'air calculee de facon routiniere par l'UCE 14 pour piloter la suralimentation et la pression reellement mesuree au collecteur d' admission par un capteur 30 en aval du compresseur 18. La consigne de pression est calculee de facon connue par des cartes memorisees et exprimees en fonction du regime du moteur et du debit d' injection de carburant en particulier, et la pression reelle d' air est mesuree par un capteur 30 sur le collecteur d' admission, entre l ' echangeur de chaleur 19 et le voles 20. Un regime transitoire est detecte si cet ecart devient superieur a un seuil, mais l' invention n'est effectivement mise en muvre que si la derivee temporelle de cet ecart est negative, ctest-a-dire si cet ecart decrolt avec le temps. C'est la situation normale pendant une acceleration, comme le montre la figure 4, ou on volt que la consigne de pression, donnee par la courbe 40, dessine un palier des que la pedale 15 a ete enfoncee alors que la pression mesuree, exprimee par la courbe 41, s'eleve progressivement avant de converger vers le palier. Le seuil de detection correspond a la valeur 42, et la duree
d'application de l' invention a la duree 4.
Enfin, la figure 5 represente comment l' invention peut etre mise en muvre grace a un commutateur 45 faisant passer le moyen 46 de reglage du debit de carburant dans les injecteurs du moteur 13 d'un etat de commande en temps normal commande par un module 47 a un etat de commande modifie commande par un
module 48 qui fonctionne pour realiser l' invention 43.
BVENDICATIOS
1) ProcddA d' augmentation de peformances d'un moteur (13) d'automobile suralimentA en rgime transitoire pa un turbocompresseur, oO une consigne de dAbit de carburant transitoire (1) est donnAe mais limite (7, 8) d'aprAs certain paramtres de foncticnnement du moteur, caractArisA en ce qu'il comprend une augmentation momentane d'Anergie de gaz
1Q d'Achappement du moteur pendant le rAgime transitoire.
2) ProcAdA selon la revendication 1, caractArisA en ce que ['augmentation momentanAe d'Anergie comprend une modification de conditions
d' injection du carburant dans le moteur.
3) ProcdA selon la evendication 2, caractArisA en ce qu'il est procAdA une injection
supplAmentaire aprAs une injection principale.
4) ProcAdA selon la revendication 2, caractArisA en ce qu'il est procAdA un retard de
l' injection.
) ProcAdA selon l'une quelconque des
revendications 1 4, caractArisA en ce qu'il comprend
une dAtection du rAgime transitoire lorsqu'un Acart entre une consigne de pression d'air et une pression d'air mesurAe en aval d'un compresseur du
turbocompresseur atteint un seuil dAtermin6.
6) ProcAdA selon la revendication 1 5, caractArisA en ce que ['augmentation d'Anergie est faite tent qu'un Acart entre une consigne de pression 3Q d' air et une pression d'air mesure en aval d'un compresseDr du turbocompresseur dApasse un seuil (42)
tout en dAcroissant avec le temps.
7) Agencement de moteur d' automobile, caactArisA en ce qu'il comprend des moyens pour raliser un procdA selon l'une quelconque des
revendications prcdentes.
8) Agencement selon la revendication 7, caract6risA en ce qu'il comprend deux nodules (47, 48) de comande d' injection de carburant dans le moteur, associAs un mAme moYen (46) de 4glage de dAbit du carburant, et un commutateur (45) plagant le moyen (46) de rAglage sous la commande diun des modules (47) en temps normal et de l'autre des modules (4 8) pour augmenter l'Anergie des ga d'Achappement
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