FR2895022A1 - Procede de gestion d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Abstract

Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne comportant une installation de compression. On augmente l'énergie des gaz d'échappement du moteur à combustion interne si une grandeur caractéristique de la compression de l'installation de compression atteint une valeur prédéterminée.

Description

Domaine de 1invention La presente invention concerne un procede de gestion

d'un moteur a combustion interne comportant une installation de compression. L'invention concerne egalement un appareil de commande pour la mise en ceuvre de ce procede. Etat de la technique Un turbocompresseur ou un dispositif de suralimentation mecanique (compresseur) comporte en general un compresseur entraine directement ou de maniere hydraulique par le vilebrequin, ou dans le cas d'un turbocompresseur, entraine par une turbine a gaz d'echappement. Les moteurs Diesel suralimentes par un turbocompresseur ont en general un volume important entre le cote compression du turbocompresseur et la sortie du moteur a combustion interne. Ce volume se compose du volume du radiateur d'air de suralimentation et du volume des conduites. A la difference de cela, les longueurs de coudes et le volume entre la sortie du moteur a combustion interne et la turbine a gaz du turbocompresseur sont tres faibles. En cas de chute rapide de charge, par exemple lorsqu'on coupe rapidement les gaz en partant de la plage de pleine charge, la pres- Sion en amont de la turbine a gaz chute beaucoup plus rapidement que celle en aval du compresseur. Cela se traduit par une chute de pression defavorable qui fait osciller la pression de charge ou produit un flux en retour de fair frais comprime a travers le compresseur (dans la direction opposee a la direction de passage nominale). Cela se traduit par des bruits de circulation genants, consideres comme deteriorant le confort ; cela se traduit egalement par des contraintes plus importantes applique-es aux composants qui peuvent par exemple provoquer la rupture de lubrification hydrodynamique de 1'arbre du turbocompresseur. Ce comportement est particulierement accentue dans le cas de vehicules equipes de convertis-seur de couple lorsque 1'embrayage de coupure du convertisseur est ouvert car en cas de chute de charge, la vitesse de rotation chute rapidement et par consequent egalement le debit massique d'air a travers le moteur. Il est connu d'eviter ces conditions de pression defavorables par les moyens suivants : - fermeture du volet d'etranglement et ouverture de la recirculation des gaz d'echappement ce qui permet d'eliminer la chute de pression par la soupape de recyclage des gaz d'echappement entre le cote admission et le cote echappement. - augmentation de la vitesse de rotation du moteur et regulation avec la regulation de ralenti evitant une chute rapide de la vitesse de rotation du moteur (regime) et augmentation du debit massique d'air a travers le moteur, - temporisation de la chute de couple par des filtres de conduite pour augmenter 1'enthalpie et ainsi egalement la pression entre le cote com- presseur du turbocompresseur et la sortie du moteur a combustion interne ainsi que le debit massique d'air a travers le moteur. Dans le cas de systemes a rampe commune, on regle la pression dans la rampe en general en fonction de la charge si bien qu'aux charges elevees, la pression de rampe est 6-levee et qu'aux charges faibles entre autres pour des raisons d'acoustique, la pression de la rampe est faible. Dans le cas de systemes a rampe commune a regulation de pression de rampe avec un actionneur (regulation a la demande), la diminu-tion de la pression de la rampe n'est possible que par des injections ou par des pertes par fuite des injecteurs. Il en resulte en particulier dans le cas d'injecteurs a faibles pertes par fuite qu'il y a une pression de rampe 6-levee que l'on ne peut diminuer apres une chute rapide de la charge. Dans le cas d'une demande de couple consecutive, faible, par exemple par le re- gulateur de ralenti, cela se traduit par de forts bruits de combustion. Il est connu de diminuer la pression dans la rampe a 1'aide d'une diminution retardee du couple par un filtre de roulage, avec pour consequence qu'il y aura des injections pendant une duree plus longue pour diminuer la pression de la rampe. On peut obtenir le meme effet en limitant la pente de la consigne de conduite. Problemes de 1'etat de la technique Les moyens decrits ci-dessus destines a limiter une chute de pression critique entre la pression apres le compresseur du turbocompresseur et la pression en amont de la turbine a gaz, ont une consequence directe sur le comportement routier et ainsi finalement sur le confort de roulage. Cela s'applique egalement aux moyens decrits cidessus pour diminuer la pression dans la rampe. But de 1'invention La presente invention a pour but de developper un procede permettant d'eviter les flux de retour de charge en cas de chute rapide de la charge et reduisant dans une tres large mesure l'influence sur le comportement de roulage. En outre, on se propose de diminuer les suroscillations de pression de rampe en cas de chute rapide de la charge.

Expose et avantages de 1'invention A cet effet la presente invention concerne un procede du type defini ci-dessus, caracterise en ce qu'on augmente 1'energie des gaz d'echappement du moteur a combustion interne si une grandeur caracte- ristique de la compression de l'installation de compression atteint une valeur predeterminee. L'installation de compression est formee de preference par un compresseur installe dans 1'alimentation en air du moteur a combustion interne et la grandeur caracteristique de la compression dans l'installation de compression est le rapport entre la pression de refoulement du compresseur et une grandeur caracteristique de la puissance d'entrainement du compresseur telle que la vitesse de rotation ou le couple d'un compresseur au cas ou l'installation de compression est constituee par un compresseur entraine par le vilebrequin du moteur a combustion interne pour comprimer fair alimentant le moteur a combustion interne ; it peut egalement s'agir de la pression en amont de la turbine au cas ou l'installation de compression est un turbocompresseur. Selon un mode de realisation preferentiel, l'installation de compression est un turbocompresseur comprenant un compresseur et une turbine qui 1'entraine et la grandeur caracteristique de la compression est le rapport de pression entre la pression en aval du compresseur et la pression en amont de la turbine. Les expressions en amont et en aval correspondent a la direction de passage de fair aspire ou des gaz d'echappement ; en aval du compresseur, correspond ainsi au cote de re- foulement du compresseur et ainsi entre le compresseur et 1'entree dans les cylindres. De fagon correspondante, en amont de la turbine on a l'installation des gaz d'echappement entre la sortie du cylindre et la turbine. La pression en amont de la turbine a gaz determine principalement le couple genere par la turbine a gaz d'echappement. Si celui-ci est trop faible, la puissance du compresseur ne suffit pas pour refouler contre la pression entre le compresseur et 1'entree du moteur a combustion interne (c'est-a-dire pour agir contre la pression en aval du compresseur) si bien que fair peut circuler dans la direction opposee a la direction de passage du compresseur c'est-a-dire que fair peut revenir.

Selon un mode de realisation preferentiel, le moteur a combustion interne comporte une installation d'injection de carburant notamment une installation d'injection a rampe commune et on augmente 1'energie des gaz d'echappement du moteur a combustion interne par in- jection d'une quantite de carburant supplementaire lorsqu'on atteint une valeur determinee pour la deviation de regulation de la pression de la rampe commune de l'installation d'injection de carburant. La deviation de regulation est la difference entre la pression de consigne et la pression reelle de la rampe commune. La quantite de carburant supplementaire sera injectee si la valeur predeflnie du rapport de pression entre la pression en aval du compresseur et la pression en amont de la turbine est atteinte et/ ou si la valeur predeflnie de la deviation de regulation de la pression de la rampe de l'injection de carburant est atteinte.

L'augmentation de 1'energie des gaz d'echappement par l'injection d'une quantite supplementaire de carburant presente a la difference des moyens de 1'etat de la technique, 1'avantage de pouvoir se faire en respectant un couple donne et ainsi de ne pas avoir d'influence sur le comportement de roulage. L'augmentation de 1'energie des gaz d'echappement diminue la chute de pression entre la pression en aval du compresseur du turbocompresseur et la pression en amont de la turbine des gaz d'echappement, pour eviter finalement un retour de charge. En outre, vis-a-vis des procedes connus tels que la diminution temporisee du couple et le relevement de la vitesse de rotation de consigne ce procede a 1'avantage du fait d'un meilleur rendement de consommer moins de carburant. On evite en outre de solliciter de maniere genante des composants par exemple les suroscillations de la pression de la rampe commune ou la rupture de la lubrification et l'usure a des endroits tels que le volet d'etranglement et la soupape de recyclage des gaz d'echappement. Il est prevu de preference d'augmenter 1'energie des gaz d'echappement du moteur a combustion interne en executant le procede de combustion avec un rendement thermique moindre. Cela se fait de preference en augmentant 1'energie des gaz d'echappement du moteur a combustion interne par un reglage dans le sens du retard de la combustion. Rendement thermique moindre du procede signifie que moins d'energie est transformee en travail mecanique et qu'il subsiste plus d'energie dans les gaz d'echappement de sorte que la turbine peut traiter une difference d'enthalpie suffisamment importante. L'ensemble du ren- dement thermique du moteur a combustion interne est ainsi paradoxalement plus eleve car pour un procede optimum, le moteur a combustion interne fournit un couple non necessaire pour avoir 1'energie requise des gaz d'echappement.

I1 est prevu de preference que la quantite de carburant supplementaire soit injectee au moins en partie par une injection principale. De meme la quantite supplementaire de carburant peut 'are injectee au moins en partie par une postinjection et l'ensemble de la quantite de car- burant a injecter en plus dans les deux cas est convertie en energie des gaz d'echappement. En variante, on peut diminuer la quantite de carburant de l'injection principale et diminuer la quantite de carburant de la postinjection, de la quantite dont on a diminue l'injection principale et on peut le cas echeant augmenter la quantite de carburant supplementaire. En d'autres termes, le carburant qui jusqu'alors a ete injecte par l'injection principale est deplace vers la postinjection. L'injection de carburant supplementaire peut egalement 'are supprimee (la quantite de carburant supplementaire s'annule). En plus ou en variante, le centre de gravite peut 'are regle par mise en forme de revolution de l'injection (de fagon generale dans le sens du retard) pour que la quantite de carburant injectee en plus soit convertie pratiquement totalement en energie des gaz d'echappement. Ce reglage dans le sens du retard du centre de gravite de combustion peut 'are realise par les moyens connus tels que par une adaptation correspondante du debut de l'injection et de la duree de l'injection. Cette solution a l'avantage de diminuer le rendement mecanique du moteur a combustion interne et d'augmenter ainsi par la meme 1'energie des gaz d'echappement. L'augmentation des quantites a injecter necessaires pour le procede de l'invention permet ainsi d'avoir une dimi-nution rapide avantageuse de la pression dans la rampe commune. La quantite de carburant a injecter en plus peut 'are re-partie entre l'injection principale et la post-injection, et une partie de la quantite de carburant supplementaire sera injectee par l'injection principale et la partie restante par la postinjection. Il est egalement avantageux de deplacer le centre de gravite de la combustion par une mise en forme appropriee de revolution de l'injection pour l'injection principale de fagon que la partie de la quantite de carburant supplementaire injectee par l'injection principale soit convertie pratiquement totalement en energie des gaz d'echappement.

En variante, on peut deteriorer le rendement mecanique et par consequent augmenter 1'energie des gaz d'echappement par une augmentation de la pre-injection ; dans ce cas, it n'y a pas lieu de definir un mode de fonctionnement propre au procede de l'invention ; it suffit d'utiliser un modele d'injection existant comme par exemple la generation d'un filtre a particules. Dans les systemes d'injection alternatifs sans rampe, on supprime le controle de la deviation de regulation de la pression de la rampe. Dans le cas de moteurs non suralimentes par un turbocom- presseur ou de moteurs a faible volume de stockage, le controle des conditions de pression entre la pression en aval du compresseur et la pression en amont de la turbine disparaissent et on surveille seulement la pression de la rampe. Le probleme evoque ci-dessus est egalement resolu par un appareil de commande d'un moteur a combustion interne equips d'une installation de compression, qui augmente 1'energie des gaz d'echappement du moteur a combustion interne si l'on atteint une valeur predeterminee pour une grandeur caracteristique de la compression dans l'installation de compression.

Dessins La presente invention sera decrite ci-apres de maniere plus detaillee a 1'aide d'un exemple de realisation represents dans les dessins annexes dans lesquels : - la figure 1 est un schema de la combustion habituelle et de la combus-20 tion selon l'invention dans un diagramme P/V, - la figure 2 est un schema par blocs d'un procede selon l'invention, - la figure 3 montre les chronogrammes de grandeurs caracteristiques d'une combustion connue et d'une combustion selon l'invention, - la figure 4 montre un ordinogramme explicitant le procede selon 25 l'invention. Description de modes de realisation de 1'invention La figure 1 montre un schema d'une combustion connue et d'une combustion selon l'invention dans un diagramme P/ V ; la combus- tion habituelle correspond a la courbe passant par les points A, B, C, D, 30 E, la combustion selon l'invention est la courbe passant par les points A, B, C, F, G, H. La surface entouree par la courbe de combustion selon l'invention est hachuree. Les surfaces 3 du cycle selon 1'etat de la techni- que et 5 du cycle selon l'invention entre le point mort haut OT et le point mort bas UT correspondent a 1'energie mecanique fournie par un temps de 35 travail qui pour un regime donne (vitesse de rotation) est proportionnel a la demande de couple et pour les deux cycles doit 'are egal. Mais it faut egalement respecter la relation WKW = W*KW dans laquelle WKW est 1'energie mecanique obtenue par une combustion connue et W*Kw est 1'energie me- canique fournie par la combustion selon l'invention. Les quantites de chaleur QHE et QNE de l'injection principale 1 et de la postinjection 2 sont en bonne approximation proportionnelles aux quantites de carburant injectees qHE et qNE en cas de combustion complete. Selon l'invention, on injecte une quantite supplementaire de carburant si l'on atteint une valeur prede nie du rapport de pression critique P2/P3 entre la pression P3 en amont de la turbine a gaz du turbocompresseur et la pression P2 en aval du compresseur et/ou une valeur critique pour la deviation de regulation de la pression de la rampe ou si ces limites sont atteintes approxi- mativement. L'injection de la quantite supplementaire de carburant peut se faire selon l'invention lors de l'injection principale 1, lors de la postinjection 2 de sorte qu'une partie de la quantite supplementaire de carburant soit injectee lors de l'injection principale et que la partie restante le soit lors de la postinjection 2.

La somme des flux thermiques (QHE + QNE) pour la combustion habituelle est inferieure a la somme des flux thermiques (Q*HE + Q*NE) resultant de la combustion selon l'invention. La surface 6 du cycle connu et la surface 4 du cycle selon l'invention entre le point mort bas UT et l'intersection avec la pression ambiante PO correspondent a 1'energie des gaz d'echappement fournie a la turbine des gaz d'echappement. Le cycle connu entoure la surface 6 passant par les points E, A, I, J ; le cycle selon l'invention entoure la surface 6 passant par les points H, A, I, K. Il apparait clairement que 1'augmentation de 1'energie des gaz d'echappement resultant du procede de l'invention est representee par la surface 4. La figure 1 montre en outre que pour le cycle connu, pour obtenir la meme energie des gaz d'echappement, it faut injecter une quantite plus importante que selon l'invention. En outre, grace au procede de l'invention, le debit massique des gaz d'echappement est augmente car l'injection de quantite plus importante de carburant augmente le nombre de molecules de gaz. La figure 2 montre a titre d'exemple une esquisse d'un schema par blocs d'une regulation electronique de moteur Diesel imple-mentant le procede selon l'invention. De fagon generale une commande electronique de moteur Diesel permet plusieurs modes de fonctionnement comme par exemple la regeneration du filtre a particules ou la combustion (en partie) homogene. A chaque mode de fonctionnement sont associees des valeurs de consigne correspondantes pour la pression de la rampe, la pression de charge et la courbe d'injection. Le conducteur et les fonctions du vehicule Fzldent agissent soit directement soit par 1'intermediaire d'un formeur de guidage FF0, sur les autres systemes de regulation du systeme d'injection ES, de regulation de la pression de rampe RDR et de regulation de la pression d'alimentation LDR. Pour cela le signal LLR ainsi que les fonctions de conducteur et de vehicule Fzldent sont chaque fois converties en demande de couple trq a partir desquelles on definit des quantites a injecter (q) ; cela est represents par le composant trq/q. A partir d'une determination de mode de fonctionnement BA-B, on a une pre-definition de mode de fonctionnement BA-V. Un observateur de gra- dient GO 6-value a 1'aide de la demande de couple trq du conducteur (y compris les gradients), de la demande de couple non retardee (y compris les gradients), de la deviation de regulation de la pression de rampe PR, et du rapport de pression P2/P3, si une commutation est necessaire sur le procede de combustion selon l'invention. Dans 1'affirmative, l'observateur de gradient transmet une demande de mode de fonctionnement BAO (requete BA) pour le procede de combustion selon l'invention aupres du coordinateur de mode de fonctionnement BKO ; apres coordination avec d'autres demandes de fonctionnement, it libere la demande de fonctionnement pour le procede de combustion selon l'invention ; puis, on effectue la conversion de la demande de couple en une quantite a injecter q correspondant au rendement mecanique donne par la combustion. La regulation de la pression de la rampe (regulation de pression R) et la regulation de la pression de charge utilisent egalement les valeurs de consigne correspondantes.

La figure 3 montre schematiquement les chronogrammes pour une diminution rapide de charge par le conducteur. En regard, on a les signaux avec et sans commutation de mode de fonctionnement 7 pour le procede de combustion selon l'invention. Dans la figure du haut, on a represents tout d'abord le chronogramme de la consigne de couple de conducteur 8 avec la consigne de couple filtree 9. Le filtrage se fait avec une courte constante de temps pour realiser un comportement de conduite spontanee. Dans la seconde figure du haut, on a represents le signal du rapport de pression P2/P3 avec et sans mise en forme de la courbe de combustion selon l'invention. Il apparait que la courbe de signal 12 cor- respondant a la mise en forme de la courbe de combustion selon l'invention reste significativement sous le rapport de pression critique 11 du fait du decalage vers le retard, alors que pour le mode de fonctionne- ment habituel, avec un rendement mecanique optimum, on a un depassement significatif et genant du rapport de pression critique (voir la courbe du signal 10). Le centre de gravite de la combustion est l'instant auquel on peut regrouper de maniere abstraite, en un seul instant, 1'equivalent de la combustion qui s'est deroulee sur une certaine periode. Le centre de gravite de la combustion peut 'are modifie par exemple par revolution de l'injection, c'est-a-dire par la quantite de carburant injectee en fonction du temps ou par l'allumage du melange air/carburant. Une modification de l'association entre la quantite de carburant a injecter et l'instant correspondant ou la periode correspondante est appelee mise en forme de la courbe d'injection. Decaler le centre de gravite de la combustion dans le sens du retard se traduit par exemple par une injection retardee, par exemple par un deplacement de la masse de carburant injectee de fagon retardee ou par un allumage retarde.

La deviation de regulation 15 de la pression de rampe 13 de la figure qui se trouve directement en dessous se comporte avec tout autant d'inconvenients. Il apparait que la pression 13 de la rampe pour une forme de courbe de combustion habituelle se situe de maniere significative au-dessus de la pression de rampe mesuree 14 pour une forme de courbe de combustion selon l'invention ce qui correspond a une plus forte diminution de la pression de la rampe comme consequence de l'augmentation des quantites injectees selon la mise en forme de la courbe de combustion selon l'invention. Enfin, la courbe du bas de la figure 3 montre le rendement mecanique W pour la forme de courbe de combustion selon l'invention (voir la courbe de signal 17) et la forme de la courbe de combustion habituelle (courbe de signal 16). On voit une chute avantageuse du rendement mecanique. La figure 4 est un ordinogramme tres schematique explici- tant le procede selon l'invention. Apres verification des valeurs determi- ne-es pour le rapport de pression P2/P3 dans 1'etape 101 ou de la valeur determinee pour la deviation de regulation de la pression de rampe dans 1'etape 102, on injecte dans 1'etape 103 dans la mesure ou au moins rune des deux grandeurs correspond a une valeur critique predefinie ou qu'elle se rapproche de celle-ci. L'injection de la quantite de carburant supple- mentaire peut se faire dans 1'etape 104 pour l'injection principale ou dans 1'etape 105 pour la postinjection ; it est egalement possible d'injecter une 2895022 io

partie de la quantite de carburant supplementaire a l'injection principale et la partie restante par la post-injection 5

Claims (9)

REVENDICATIONS

1 ) Procede de gestion d'un moteur a combustion interne comportant une installation de compression, caracterise en ce qu' on augmente 1'energie des gaz d'echappement du moteur A. combustion interne si une grandeur caracteristique de la compression de l'installation de compression atteint une valeur predeterminee.

2 ) Procede selon la revendication 1, to caracterise en ce que l'installation de compression comprend un compresseur installe dans 1'alimentation en air du moteur a combustion interne, et la grandeur caracteristique de la compression de l'installation de compression est le rap-port entre la pression de refoulement du compresseur et une grandeur 15 caracteristique de la puissance d'entrainement du compresseur.

3 ) Procede selon la revendication 2, caracterise en ce que l'installation de compression comprend un turbocompresseur equipe d'un 20 compresseur et d'une turbine qui 1'entraine, et la grandeur caracteristique de la compression est le rapport de pression (P2/P3) entre la pression (P2) en aval du compresseur et la pression (P3) en amont de la turbine.

4 ) Procede selon la revendication 1, 25 caracterise en ce que l'installation de compression comprend une installation d'injection de carburant notamment une installation d'injection a rampe commune, et on augmente 1'energie des gaz d'echappement du moteur a combustion interne si on atteint une valeur predefinie de la deviation de regulation de la 30 pression de la rampe commune de l'installation d'injection de carburant.

5 ) Procede selon la revendication 1, caracterise en ce qu' on augmente 1'energie des gaz d'echappement du moteur A. combustion 35 interne en injectant une quantite supplementaire de carburant.

6 ) Procede selon la revendication 1, caracterise en ce qu' 15 on augmente 1'energie des gaz d'echappement du moteur a combustion interne en parcourant un procede de combustion avec un rendement thermique reduit.

7 ) Procede selon la revendication 1, caracterise en ce qu' on augmente 1'energie des gaz d'echappement du moteur a combustion interne en reglant le centre de gravite de la combustion dans le sens du retard.

8 ) Procede selon la revendication 5, caracterise en ce qu' on injecte la quantite de carburant supplementaire au moins en partie lors d'une injection principale (1).

9 ) Procede selon la revendication 5, caracterise en ce qu' on injecte la quantite supplementaire de carburant au moins en partie lors d'une postinjection (2). 20 10 ) Procede selon la revendication 5, caracterise en ce qu' on regle le centre de gravite de combustion par une mise en forme de la courbe de l'injection de facon que la quantite de carburant injectee en 25 plus soit completement convertie en energie des gaz d'echappement. 11 ) Appareil de commande d'un moteur a combustion interne comportant une installation de compression, caracterise en ce qu' 30 it augmente 1'energie des gaz d'echappement du moteur a combustion interne si une grandeur caracteristique de la compression de l'installation de compression atteint une valeur predefinie. 35