PROCEDE DE PILOTAGE D'UNE SURALIMENTATION A DEUX ETAGES DE TURBOCOMPRESSEURS A GEOMETRIE FIXE Le domaine technique de l'invention est le contrôle moteur. De façon 5 simplifiée, le contrôle moteur est la technique de gestion d'un moteur à combustion interne avec l'ensemble de ses capteurs et actionneurs. Les lois de contrôle commande et les paramètres de caractérisation sont contenus dans un calculateur appelé UCE, comme Unité de Contrôle Electronique. L'invention se rapporte à un procédé de pilotage d'une double suralimentation d'un 10 moteur, au moyen d'une architecture bi-turbos étagés. Pour la suite de la description, les abréviations BP et HP signifient respectivement « basse pression » et « haute pression ». De même, un by-pass est un conduit de gaz qui permet d'acheminer des gaz en les déviant de certains organes, tels que, par exemple, un compresseur ou une turbine. 15 Les turbocompresseurs sont composés d'une turbine et d'un compresseur dans le but d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres. Dans le cadre de l'invention, les turbocompresseurs sont montés en séries, c'est à dire que le compresseur du turbo BP alimente en air le compresseur du turbo HP et que la turbine du turbo HP alimente en gaz la 20 turbine du turbo BP. La puissance fournie par les gaz d'échappement aux turbines HP et BP est modulée par l'intermédiaire de soupapes de décharge montées aux bornes des turbine HP et BP, et dans ce cas, les turbocompresseurs sont dits à géométrie fixe. Par définition le turbocompresseur HP a des pressions d'entrées au niveau du compresseur et 25 de la turbine supérieures à celles du turbocompresseur BP. Le compresseur BP comprime une première fois l'air qui entre dans le compresseur HP, et le compresseur HP comprime une deuxième fois, l'air qui entre dans le collecteur d'admission du moteur. Un échangeur peut être placé après chaque sortie compresseur pour refroidir l'air de sortie des compresseurs BP et HP. Un by- 30 pass compresseur peut être utilisé pour limiter la perte de pression dans celui-ci, lorsqu'il ne participe pas à l'augmentation de la pression de suralimentation.
En se référant à la figure 1, un exemple d'une architecture 100 d'un moteur avec une suralimentation bi-étages, comprend une entrée d'air frais 1, qui va alimenter un compresseur BP 2 après être passé à travers un filtre à air 25. Ce compresseur BP 2 va envoyer de l'air comprimé vers un compresseur HP 3, via un refroidisseur 4, l'air une deuxième fois comprimé par ce compresseur HP 3 étant acheminé, via un deuxième refroidisseur 5, vers un collecteur d'admission 6 situé en amont du moteur 7. Le compresseur HP 3 peut être court-circuité par un premier by-pass 8 équipé d'un clapet 9 de régulation, qui achemine directement l'air comprimé par le compresseur BP 2 vers ledit collecteur 6, en passant par le deuxième refroidisseur 5. Les gaz d'échappement sont évacués du moteur 7 via un répartiteur d'échappement 26, d'abord vers la turbine HP 10 puis vers la turbine BP 11, avant de passer à travers un filtre 12 à particules pour être finalement expulsés à l'extérieur du véhicule. La turbine HP 10 et la turbine BP 11 peuvent être court-circuitées respectivement par un deuxième by-pass 13 doté d'un clapet de régulation 14, et par un circuit de dérivation 15 muni d'une vanne 16 de type soupape de décharge. Une partie des gaz d'échappement peut être réinjectée en amont du collecteur d'admission 6 par l'intermédiaire d'une boucle de recyclage des gaz d'échappement 17 HP ponctionnant des gaz en amont de la turbine HP 10, ladite boucle 17 comprenant un refroidisseur 18 pour refroidir les gaz de ladite boucle. Un capteur 19 de débit d'air est implanté entre le filtre à air 25 et le compresseur BP 2, pour détecter certaines fuites ou anomalie de débit d'air. Les différentes phases A, B, C, D de fonctionnement de la double suralimentation issue de l'architecture ci-avant décrite, sont au nombre de 25 quatre et se décomposent en : A. Une phase préliminaire illustrée à la figure 2, correspondant à une très faible charge et à un faible régime. Pour cette première phase, - Le by-pass 13 turbine HP 10 est fermé, le turbocompresseur HP 3,10 n'étant pas contrôlé, 30 - Le by-pass 8 compresseur HP 3 est fermé, - La soupape de décharge 16 de la turbine BP 11 est fermée, - Le système BP 2,11 est considéré comme une perturbation.
B. Une première phase illustrée à la figure 3, correspondant à une moyenne/forte charge et un régime faible. Pour cette deuxième phase, - Le by-pass 8 compresseur HP 3 est fermé, - La soupape de décharge 16 de la turbine BP 11 est fermée, - Le turbocompresseur HP 3,10 est contrôlé comme un turbocompresseur simple étage, - Le système BP 2,11 est considéré comme une perturbation. C. Une deuxième phase illustrée à la figure 4, correspondant à un haut régime. Pour cette troisième phase, Le by-pass 13 de la turbine HP 10 est pleinement ouvert, - Le by-pass 8 du compresseur HP 3 est ouvert, - Le système BP 2,11 est contrôlé. D. Une troisième phase intermédiaire entre la deuxième et la troisième phase, et au cours de laquelle le turbocompresseur HP 3,10 est utilisé seulement en transitoire. Il est à préciser que les flèches dessinées dans l'architecture bi-turbos illustrée dans les figures 2, 3 et 4, représentent les différents flux gazeux transitant par les deux turbocompresseurs 2,11 3,10, les circuits de dérivation 20 8, 13, 15, et le moteur 7. Ces différentes phases sont illustrées à la figure 5, montrant un diagramme du couple moteur en fonction du régime moteur. La courbe en trait plein délimitant les différentes zones A, B, C, D correspond à la pleine charge du moteur. 25 Avec l'augmentation des performances des moteurs suralimentés, les niveaux de pressions de suralimentation augmentent aussi et les turbocompresseurs sont de plus en plus sollicités. Il est donc important de piloter le plus finement possible les turbocompresseurs pour éviter la détérioration du turbocompresseur et pour améliorer les performances du 30 véhicule lors des accélérations. L'invention se rapporte à un procédé amélioré de pilotage du turbocompresseur HP d'une architecture bi-turbos étagés d'une suralimentation d'un moteur, ledit procédé permettant de compenser les dérives et les dispersions des composants participant au contrôle de la double alimentation, comme par exemple, des électrovannes HP et BP, un poumon pneumatique de commande des turbocompresseurs HP et BP, et les turbocompresseurs HP et BP eux-mêmes. Ce procédé de pilotage permet également de diagnostiquer un dysfonctionnement de la double suralimentation. L'invention a pour objet un procédé de pilotage d'une double suralimentation réalisée au moyen d'une architecture moteur comprenant un turbocompresseur basse pression et un turbocompresseur haute pression montés en série, la turbine haute pression pouvant être court-circuitée par un by-pass doté d'un organe de régulation du débit de gaz, ledit procédé comprenant une première étape d'ouverture de l'organe de régulation entre une position de fermeture et une position d'ouverture seuil, lors d'une phase de régulation permettant d'atteindre une première phase de fonctionnement correspondant à une moyenne ou forte charge et à un faible régime moteur, et une deuxième étape d'ouverture dudit organe de régulation entre sa position d'ouverture seuil et une position de complète ouverture, lors d'une phase transitoire pour passer de la première phase de fonctionnement à une deuxième phase de fonctionnement correspondant à un haut régime moteur. La principale caractéristique d'un procédé selon l'invention, est qu'il comprend une étape de mémorisation de la position seuil d'ouverture de l'organe de régulation, de manière à pouvoir positionner directement ledit organe de régulation du by-pass dans sa position seuil d'ouverture depuis sa position de complète ouverture, pour passer de la deuxième phase à la première phase. Il est rappelé qu'un montage en série signifie que le compresseur BP alimente avec de l'air suralimenté le compresseur HP qui achemine l'air doublement comprimé vers le moteur, les gaz d'échappement passant d'abord par la turbine HP avant de passer par la turbine BP. Les étapes transitoires permettant de passer de la première phase à la deuxième phase ne présentent aucun intérêt particulier, et doivent donc se dérouler le plus rapidement possible. Sans cette mémorisation de la position seuil d'ouverture, il est difficile de repositionner rapidement et de façon précise, l'organe de régulation dans sa position d'ouverture seuil, depuis sa position de complète ouverture pour passer da la deuxième phase vers la première phase. Une telle mémorisation permet ce repositionnement d'une façon automatique, et donc de façon précise et rapide afin de réduire le temps de la phase transitoire. A priori, l'organe de régulation peut se déplacer soit en rotation, soit en translation pour réguler le flux gazeux. L'organe de régulation est une pièce mécanique, pouvant par exemple être un clapet. De façon générale, la connaissance maitrisée de la position d'ouverture seuil de l'organe de régulation, permet, d'une part, un meilleur contrôle de la double suralimentation lors d'un basculement de la deuxième phase vers la première phase, et d'autre part, de diagnostiquer un dysfonctionnement de la double suralimentation en surveillant une dérive de la position d'ouverture seuil de l'organe de régulation. Il est à préciser que le passage de la première phase vers la deuxième phase, et de la deuxième phase vers la première phase, est répété plusieurs fois lors d'une phase de roulage d'un véhicule. Le procédé de pilotage selon l'invention ne se focalise que sur une seule séquence, mais qui est supposée se reproduire maintes fois. Avantageusement, l'étape de mémorisation est effectuée au moyen d'un calculateur, de type unité de contrôle électronique. Une fois cette donnée mémorisée, le calculateur pourra piloter l'organe de régulation pour passer de sa position de complète ouverture vers sa position d'ouverture seuil lors d'un basculement de régulation de la turbine BP vers la turbine HP. De façon préférentielle, l'organe de régulation est mobile en rotation 25 et est piloté au moyen d'un actionneur possédant une butée de pleine fermeture et une butée de pleine ouverture. La course de l'organe de régulation est dictée par le positionnement de ces deux butées fixes. De façon avantageuse, la position d'ouverture seuil est mémorisée avec une certaine tolérance, pour tenir compte des dispersions. En effet, des 30 dérives de petite envergure peuvent être observées à travers le temps, au niveau de la position seuil d'ouverture de l'organe de régulation, sans pour autant témoigner d'un mauvais fonctionnement de la suralimentation. Le calculateur doit pouvoir intégrer ces dérives, sans pour autant déclencher une quelconque alarme. Cette plage de tolérance correspond préférentiellement à une position d'ouverture seuil de l'organe de régulation, plus ou moins 5°.
Avantageusement, la turbine basse pression peut être court-circuitée par un circuit de dérivation dotée d'une vanne de type soupape de décharge, ladite vanne étant fermée durant la première phase et étant ouverte pendant la deuxième phase. Le terme court-circuité signifie que les gaz en provenance de la turbine HP peuvent directement être évacués du véhicule, sans passer par la turbine basse pression. De façon préférentielle, le compresseur haute pression peut-être court-circuité par un by-pass doté d'un deuxième organe de régulation, ledit organe de régulation étant fermé durant la première phase et étant ouvert pendant la deuxième phase.
De façon avantageuse, le procédé de pilotage selon l'invention, comprend une étape de mesure du débit d'air incident en amont du compresseur basse pression, au moyen d'un capteur. Préférentiellement, le moteur est un moteur diesel. Les procédés de pilotage selon l'invention, présentent l'avantage de permettre un positionnement précis de l'organe de régulation lors d'un basculement de la régulation de la turbine BP vers la turbine HP. Ils ont de plus l'avantage de raccourcir ce temps de basculement, car cette étape de basculement ne remplit aucune fonction particulière au sein de la double suralimentation et doit donc se dérouler sur un temps le plus court possible.
On donne, ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation préféré d'un procédé selon l'invention, en se référant aux figures 1 à 8. - La figure 1 est une vue schématisée d'une double suralimentation de l'état de la technique, réalisée à partir d'une architecture moteur impliquant deux turbocompresseurs montés en série, - La figure 2 est une vue schématisée de l'architecture de la figure 1, lors d'une phase de fonctionnement correspondant à une très faible charge et à un faible régime moteur, - La figure 3 est une vue schématisée de l'architecture de la figure 1, lors d'une phase de fonctionnement correspondant à une moyenne ou forte charge et à un faible régime moteur, - La figure 4 est une vue schématisée de l'architecture de la figure 1, lors d'une phase de fonctionnement correspondant à un haut régime moteur, - La figure 5 est un diagramme donnant le couple moteur en fonction du régime moteur pour une pleine charge du moteur, ledit diagramme permettant de visualiser les différentes zones correspondant aux différentes phases de fonctionnement de la double suralimentation, - La figure 6 est un diagramme donnant la surface efficace du by-pass de la turbine HP en fonction de la position du clapet de régulation, pour les différentes phases de fonctionnement du moteur, - La figure 7 représente le diagramme de la figure 6, montrant une zone de tolérance autour de la position seuil d'ouverture du clapet de régulation du by-pass de la turbine HP. - La figure 8 est un logigramme montrant les différentes étapes de détection d'un dysfonctionnement de la double suralimentation au moyen d'un procédé de pilotage selon l'invention. Les figures 1, 2, 3, 4 et 5 ont déjà été décrites.
Lors des différentes phases d'utilisation d'un moteur 7, la suralimentation est souvent amenée à transiter de la phase de fonctionnement B, correspondant à un moteur 7 à faible régime et à une moyenne ou forte charge et pour laquelle le clapet de régulation 14 se retrouve dans une 5 position seuil d'ouverture, vers la phase de fonctionnement C, correspondant à un mode by-pass du turbocompresseur HP 3,10 et pour lequel le moteur 7 est à haut régime. Pour cette phase de fonctionnement C, la turbine HP 10 est court-circuitée par le by-pass 13, et la double suralimentation est assimilable à une mono-suralimentation puisque seul le turbocompresseur BP 2,11 10 fonctionne. En se référant à la figure 6, le passage de la phase de fonctionnement A à la phase de fonctionnement B s'effectue par l'intermédiaire d'une zone de régulation, au cours de laquelle le clapet de régulation 14 du by-pass 13 de la turbine HP 10, évolue entre une position de fermeture complète et une 15 position d'ouverture seuil. Durant la phase transitoire D permettant de passer de la phase de fonctionnement B à la phase de fonctionnement C, ce clapet de régulation 14 passe d'une position d'ouverture seuil à une position d'ouverture complète, correspondant à la zone de fonctionnement C, illustrée à la figure 4. Il est supposé que le clapet 14 est mobile en rotation dans le by- 20 pass 13, entre une position de fermeture complète et une position d'ouverture complète, respectivement délimitées par une butée de fermeture et une butée d'ouverture d'un actionneur, le clapet 14 pouvant venir occuper une position intermédiaire entre la position de fermeture et la position d'ouverture. Le procédé de pilotage d'une double suralimentation selon l'invention, 25 comprend une étape de mémorisation par un calculateur de type unité de contrôle électronique, de la position d'ouverture seuil du clapet 14 de régulation du circuit by-pass 13 de la turbine HP 10, de manière à permettre une transition précise, maitrisée et rapide du moteur 7, de la phase de fonctionnement C vers la phase de fonctionnement B. Habituellement cette 30 position d'ouverture seuil n'est pas connue avec précision, si bien que la phase de transition permettant de passer de la phase C vers la phase B est approximative avec un mauvais repositionnement du clapet 14 de régulation, et peut durer un temps assez long. Il en résulte un mauvais contrôle de la suralimentation, avec des risques d'endommagement du turbocompresseur HP 3,10 et du moteur 7 si la suralimentation est trop élevée, et des risques d'à-5 coups moteur si elle n'est pas assez élevée. Avec cette mémorisation préalable, le clapet 14 de régulation pivote rapidement et précisément de sa position de complète ouverture vers sa position d'ouverture seuil, pour permettre au moteur 7 de passer rapidement et avec maitrise de sa phase de fonctionnement haut régime C à sa phase de fonctionnement faible régime et 10 moyenne ou forte charge B. Les différentes phases de fonctionnement A, B, C et D de la double suralimentation sont ainsi parfaitement délimitées dans le temps, et sont rapidement mises en oeuvre avec une précision améliorée. De cette manière, la double suralimentation mise en oeuvre par un procédé de pilotage selon 15 l'invention, est performante, car beaucoup mieux contrôlée. Un procédé de pilotage selon l'invention permet également de diagnostiquer un dysfonctionnement de la double suralimentation. Pour effectuer un tel diagnostic, il est nécessaire de déterminer la position d'ouverture seuil du clapet 14 de régulation du by-pass 13 de la turbine HP 20 10, avec une certaine tolérance, comme l'illustre la figure 7, pour tenir compte des dispersions normales dues aux limites mécaniques du système de pivotement du clapet 14, et qui sont non imputables à un mauvais fonctionnement de la suralimentation. Ainsi, en se référant à la figure 7, la position d'ouverture seuil du clapet 14 de régulation est enregistrée sur une 25 certaine plage, allant d'une position d'ouverture seuil minimale à une position d'ouverture seuil maximale, ledit clapet 14 passant de l'une à l'autre desdites positions extrêmes par l'intermédiaire d'une rotation inférieure à 10°. Ainsi, lorsque le clapet 14 vient se repositionner dans une position d'ouverture seuil se retrouvant à l'extérieur de cette plage, pour passer de la phase de 30 fonctionnement C à la phase de fonctionnement B, une anomalie de suralimentation est alors détectée. Deux cas peuvent alors se présenter : 1. Si la position enregistrée est inférieure à la valeur minimale, cela signifie qu'il y a une sur-sollicitation du turbocompresseur HP 3,10 pouvant être liée aux événements suivants : a. Fuites dans le circuit de suralimentation en aval du turbocompresseur BP 2,11 ou HP 3,10, b. Fuite au niveau du by-pass 8 compresseur HP 3, c. Fuites de gaz en amont, soit de la turbine BP 10, soit de la turbine HP 11, d. Sous-estimation de la mesure de la pression de suralimentation, e. Chute du rendement du turbocompresseur BP 2,11 dû, par exemple, à une dégradation mécanique ou à une fuite au niveau de la vanne de type soupape de décharge 16 de la dérivation 15 de la turbine BP 11. 2. Si la position apprise est supérieure à la valeur maximale, cela signifie qu'il y a une sous-sollicitation du turbocompresseur HP 3,10 pouvant être liées aux événements suivants : a. Surestimation de la mesure de la pression de suralimentation. b. Prise d'air en amont du compresseur BP 2 pouvant entrainer une surestimation du débit d'air.
Le logigramme de la figure 8 résume le fonctionnement global d'un procédé de pilotage selon l'invention, tenant compte des deux types de dysfonctionnement évoqués ci-avant.