FR3002001A3

FR3002001A3 - Gestion du fonctionnement d'une suralimentation etagee en fonction du debit d'air frais

Info

Publication number: FR3002001A3
Application number: FR1351221A
Authority: FR
Inventors: Olivier Tigrine
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2014-08-15

Abstract

La gestion d'un moteur à combustion interne utilisant un dispositif de suralimentation étagée des gaz d'admission admis dans le moteur et comprenant des premier et deuxième turbocompresseurs (4, 5) montés en série, comprend une étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un premier mode dans lequel seul le premier turbocompresseur (4) est utilisé pour comprimer les gaz d'admission et une étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un deuxième mode dans lequel les premier et deuxième turbocompresseurs (4, 5) sont utilisés en même temps pour comprimer les gaz d'admission. Une étape de passage du premier mode vers le deuxième mode, ou inversement du deuxième mode vers le premier mode, est mise en œuvre lorsqu'une condition de déclenchement prenant en compte un paramètre physique, notamment le débit, lié au flux de gaz d'admission se présentant à l'entrée du dispositif de suralimentation étagée est vérifiée.

Description

Gestion du fonctionnement d'une suralimentation étagée en fonction du débit d'air frais Domaine technique de l'invention L'invention concerne un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne utilisant un dispositif de suralimentation étagée des gaz d'admission admis dans le moteur et comprenant des premier et deuxième turbocompresseurs montés en série, ledit procédé comprenant une étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un premier mode dans lequel seul le premier turbocompresseur est utilisé pour comprimer les gaz d'admission et une étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un deuxième mode dans lequel les premier et deuxième turbocompresseurs sont utilisés en même temps pour comprimer les gaz d'admission. L'invention a pour objet également une unité de contrôle électronique, un 20 groupe motopropulseur pour véhicule automobile et un véhicule automobile en tant que tel. État de la technique 25 Généralement, l'objet de la présente invention se rapporte aux moteurs à combustion interne, notamment aux moteurs diesel suralimentés, et plus particulièrement à la gestion et au contrôle de ce genre de moteurs. La suralimentation d'un moteur à combustion interne est souvent assurée 30 par un seul turbocompresseur. Celui-ci est composé d'une turbine ainsi que d'un compresseur et sert à augmenter la quantité de gaz admise dans les chambres de combustion du moteur. Typiquement, la turbine est placée à la sortie du collecteur d'échappement du moteur et est entraînée par les gaz d'échappement. La puissance fournie par les gaz d'échappement à la turbine peut être modulée soit en installant des ailettes mobiles, ceci étant connu sous le nom turbo à géométrie variable, soit en utilisant une dérivation ou « by-pass » aux bornes de la turbine, ce qui est connu sous le nom turbo à géométrie fixe. Le compresseur est, en règle générale, monté sur le même axe que la turbine et est placé à l'entrée du collecteur d'admission, de manière à comprimer les gaz admis dans le moteur. Il existe aussi une solution utilisant deux turbocompresseurs montés en série, tel que c'est le cas dans le cadre de la présente invention, dans le sens qu'un compresseur d'un turbocompresseur à basse pression alimente en air un compresseur d'un turbocompresseur à haute pression et qu'une turbine du turbocompresseur à haute pression alimente en gaz d'échappement une turbine du turbocompresseur à basse pression. Cet arrangement est appelé « dispositif de suralimentation étagée » dans la suite de ce document, avec deux étages de turbocompresseurs et deux pressions de fonctionnement différentes. La puissance fournie par les gaz d'échappement aux deux turbines peut en outre être modulée en installant une conduite de dérivation ou « by-pass » aux bornes de chaque turbine.

Ce genre d'arrangement permet d'obtenir une augmentation des performances des moteurs suralimentés, notamment des moteurs diesel et notamment lorsque le régime du moteur est peu élevé, mais il réclame une attention particulière dans la stratégie de gestion du fonctionnement des deux turbocompresseurs. A défaut, il peut en résulter une dégradation forte du rendement du moteur lorsque le régime du moteur augmente, pouvant même conduire à des problèmes de fiabilité en raison de fortes contraintes thermodynamiques subies par le moteur. Une gestion actuelle prévoit d'aménager un turbocompresseur à basse pression de grosses dimensions et fonctionnant en permanence. Sa turbine tourne relativement lentement à bas régime du moteur et apporte donc peu de performance à bas régime du moteur. Par contre, elle permet d'atteindre toute la performance attendue à moyens et hauts régimes du moteur. Un turbocompresseur à haute pression ne fonctionne par contre que dans des conditions de bas régimes du moteur. Il s'agit d'un turbocompresseur de relativement petites dimensions, c'est-à-dire que contrairement au turbocompresseur à basse pression, il tourne relativement rapidement à bas régime du moteur. Il doit ne plus fonctionner lorsque le régime du moteur augmente, sinon le débit gazeux risquerait de devenir sonique et entraînerait une dégradation du moteur. Une stratégie de gestion actuelle consiste à varier entre un pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un premier mode dans lequel seul le turbocompresseur à basse pression est utilisé pour comprimer les gaz d'admission et un pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un deuxième mode dans lequel les turbocompresseurs à basse pression et à haute pression sont utilisés en même temps pour comprimer les gaz d'admission. Toute la difficulté repose donc sur la stratégie de passage du premier mode au deuxième mode de fonctionnement et inversement, afin d'atteindre les performances du moteur recherchées et supprimer les risques de détérioration. Actuellement, en sus de la condition susmentionnée sur le régime moteur, il est connu de passer du deuxième mode vers le premier mode 30 dès que le rapport de compression du turbocompresseur à haute pression est inférieur ou égal à un seuil paramétrable (par exemple 1,05).

Le passage du premier mode vers le deuxième mode est réalisé lorsque les conditions suivantes sont vérifiées : - la consigne de position de la vanne de dérivation de la turbine du turbocompresseur à basse pression est supérieure à un seuil paramétrable (par exemple de l'ordre de 95%), - l'écart entre la pression de suralimentation de consigne conférée par le dispositif de suralimentation étagée et la pression réelle de suralimentation mesurée est supérieur à un seuil paramétrable (par exemple de l'ordre de 200hPa), - l'estimation du rapport de compression du turbocompresseur à haute pression est supérieure à un seuil paramétrable (par exemple de l'ordre de 1,1). Mais cette stratégie de gestion des transitions d'un mode de fonctionnement à l'autre du dispositif de suralimentation étagée n'est pas satisfaisante. Des simulations numériques et des essais ont en effet mis en avant les problèmes suivants : - des problèmes de transitions non appropriées d'un mode de fonctionnement à l'autre, c'est-à-dire des transitions trop précoces ou trop tardives, - des problèmes d'oscillations entretenues entre les deux modes de fonctionnement. Ces deux problèmes gênent, voire empêchent totalement, le pilotage du dispositif de suralimentation étagée. Dans ces conditions, les performances du moteur ne sont pas celles qui sont attendues habituellement. Une transition trop précoce entraine un manque de performance tandis qu'une transition trop tardive dégrade le rendement du moteur et entraine une surconsommation. Les oscillations entretenues du dispositif de suralimentation étagée engendrent quant à elles des à- coups très marqués et dégradent l'agrément.

Il existe donc un besoin de fournir une nouvelle stratégie de gestion d'un moteur suralimenté par un dispositif de suralimentation étagée à deux turbocompresseurs étagés montés en série, respectivement à basse pression et à haute pression, qui remédie aux inconvénients listés ci- dessus. Objet de l'invention Le but de la présente invention est de proposer une nouvelle stratégie de gestion d'un moteur à combustion interne utilisant un dispositif de suralimentation étagée des gaz d'admission admis dans le moteur et comprenant des premier et deuxième turbocompresseurs montés en série, afin de remédier aux inconvénients listés ci-dessus.

En particulier, il s'agit de fournir une stratégie de gestion dont les conditions de déclenchement sont choisies de sorte à : - éviter toute transition précoce ou tardive entre un mode de fonctionnement à un seul turbocompresseur et un mode de 20 fonctionnement à deux turbocompresseurs fonctionnant simultanément, - éviter tout problème d'oscillations durant les transitions d'un mode à l'autre, - atteindre les performances du moteur recherchées, - éviter les risques de détérioration du moteur et du dispositif de 25 suralimentation étagée. Ces buts peuvent être atteints par un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne utilisant un dispositif de suralimentation étagée des gaz d'admission admis dans le moteur et comprenant des premier et 30 deuxième turbocompresseurs montés en série, ledit procédé comprenant une étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un premier mode dans lequel seul le premier turbocompresseur est utilisé pour comprimer les gaz d'admission et une étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un deuxième mode dans lequel les premier et deuxième turbocompresseurs sont utilisés en même temps pour comprimer les gaz d'admission caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de passage du premier mode vers le deuxième mode, ou inversement du deuxième mode vers le premier mode, mise en oeuvre lorsqu'une condition de déclenchement prenant en compte un paramètre physique, notamment le débit, lié au flux de gaz d'admission se présentant à l'entrée du dispositif de suralimentation étagée est vérifiée. L'étape de passage du premier mode vers le deuxième mode, ou inversement du deuxième mode vers le premier mode, est préférentiellement mise en oeuvre lorsqu'une condition de déclenchement prenant en compte le débit de la partie des gaz d'admission constituée par de l'air frais est vérifiée. L'étape de passage du premier mode vers le deuxième mode peut être mise en oeuvre si le débit, notamment le débit massique, de la partie des gaz d'admission constituée par de l'air frais est inférieur ou égal à un premier seuil. Il peut être fait en sorte que la valeur du premier seuil soit paramétrable et incluse dans une plage comprise entre 300 et 400 kg/h, notamment est de l'ordre de 350 kg/h.

L'étape de passage du deuxième mode vers le premier mode est mise en oeuvre si le débit, notamment le débit massique, de la partie des gaz d'admission constituée par de l'air frais est supérieur ou égal à un deuxième seuil. Il peut être fait en sorte que la valeur du deuxième seuil soit paramétrable et incluse dans une plage comprise entre 350 et 450 kg/h, notamment est de l'ordre de 400 kg/h.

L'étape de passage du deuxième mode vers le premier mode peut être mise en oeuvre si le rapport de compression du deuxième turbocompresseur est inférieur ou égal à un troisième seuil. Il peut être fait en sorte que la valeur du troisième seuil soit paramétrable et incluse dans une plage comprise entre 1,03 et 1,07, notamment est de l'ordre de 1,05. Dans le cas où le moteur comprend un circuit d'admission de gaz d'admission dans le moteur, notamment formé par une quantité d'air frais et/ou une quantité de gaz d'échappement recyclés, et un circuit d'échappement de gaz d'échappement produits dans le moteur, le premier turbocompresseur peut comprendre un premier compresseur situé le long du circuit d'admission et une première turbine située le long du circuit d'échappement et le deuxième turbocompresseur peut comprendre un deuxième compresseur situé le long du circuit d'admission en aval du premier compresseur et une deuxième turbine située le long du circuit d'échappement en amont de la première turbine, la première turbine entrainant le premier compresseur et le premier compresseur comprimant l'air frais et/ou les gaz d'échappement recyclés avant leur admission au deuxième compresseur, la deuxième turbine entrainant le deuxième compresseur et le deuxième compresseur comprimant l'air frais et/ou les gaz d'échappement recyclés issus du premier compresseur avant leur admission au moteur.

L'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le premier mode peut comprendre une étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement circulant dans une première conduite de dérivation agencée le long de la conduite d'échappement en parallèle de la première turbine et/ou une étape d'ajustement de l'orientation des ailettes de la première turbine, notamment en fonction du rapport de compression recherché pour le premier compresseur. L'étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement circulant dans la première conduite de dérivation peut comprendre une étape de modulation du taux d'ouverture d'une première vanne de dérivation disposée le long de la première conduite de dérivation. L'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le deuxième mode peut comprendre une étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement circulant dans une deuxième conduite de dérivation agencée le long de la conduite d'échappement en parallèle de la deuxième turbine, notamment en fonction du rapport de compression recherché pour le deuxième compresseur. L'étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement circulant dans la deuxième conduite de dérivation peut comprendre une étape de modulation du taux d'ouverture d'une deuxième vanne de dérivation disposée le long de la deuxième conduite de dérivation. Il peut être fait en sorte que durant l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le premier mode, seul le taux d'ouverture de la première vanne de dérivation soit modulé et la deuxième vanne de dérivation soit maintenue dans une position totalement ouverte et que durant l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le deuxième mode, seul le taux d'ouverture de la deuxième vanne de dérivation soit modulé et la première vanne de dérivation soit maintenue dans une position totalement fermée. Dans le cas où le dispositif de suralimentation étagée comprend une troisième conduite de dérivation agencée le long de la conduite d'admission en parallèle du deuxième compresseur et équipée d'une troisième vanne de dérivation, l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le premier mode peut comprendre une étape de contrôle de la troisième vanne de dérivation vers une position d'ouverture totale et/ou l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le deuxième mode comprend une étape de contrôle de la troisième vanne de dérivation vers une position de fermeture obturant la troisième conduite de dérivation. Une unité de contrôle électronique peut comprendre des moyens logiciels et/ou matériels mettant en oeuvre un tel procédé de gestion, notamment en pilotant des vannes de dérivation du dispositif de suralimentation étagée et configurées d'une manière permettant d'ajuster sélectivement les rapports de compression fournis par chacun des deux turbocompresseurs du dispositif de suralimentation étagée. Un groupe motopropulseur pour véhicule automobile peut comprendre un moteur à combustion interne, un dispositif de suralimentation étagée ayant deux turbocompresseurs montés en série et des vannes de dérivation configurées d'une manière permettant d'ajuster sélectivement les rapports de compression fournis par chacun des deux turbocompresseurs, ce groupe comprenant une telle unité de contrôle électronique. Un véhicule automobile peut comprendre un tel groupe motopropulseur. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur la figure 1 annexée qui montre un schéma de principe d'un moteur à combustion interne suralimenté par un dispositif de suralimentation à deux étages de turbocompresseurs placés en série, ce moteur étant destiné à être commandé par un procédé de gestion selon la présente invention. Description de modes préférentiels de l'invention La figure 1 montre un schéma de principe d'un moteur à combustion interne dont les gaz d'admission sont suralimentés par deux étages de turbocompresseurs. Pour cela, le moteur comprend un dispositif de suralimentation étagée tel que défini plus loin. Un tel moteur à combustion interne comprend au moins une chambre de combustion qui est indiquée à la figure 1 symboliquement par la référence 1, un circuit d'admission 2 réalisant l'admission de gaz d'admission aux chambres de combustion 1, un circuit d'introduction de carburant (non représenté) dans les chambres de combustion 1. Il comprend aussi un circuit d'échappement 3 de gaz d'échappement produits lors de la combustion dans les chambres 1 du mélange formé entre le carburant et les gaz d'admission. De manière générale, les gaz d'admission introduits dans le moteur sont constitués principalement par de l'air frais noté « AF » et/ou par des gaz d'échappement recyclés type EGR (pour « exhaust gas recycling »). Dans la variante représentée, il s'agit d'une recirculation de gaz d'échappement de type haute pression, en ce sens qu'ils sont récupérés avant que les gaz d'échappement ne soient passés dans les turbines 41, 51 des deux turbocompresseurs 4, 5 du dispositif de suralimentation étagée. C'est la raison de l'existence de la conduite 6 détaillée plus loin. Toutefois, dans une variante non représentée, il pourrait s'agir d'une recirculation de gaz d'échappement de type basse pression réalisée avec une récupération des gaz d'échappement après leur passage dans les turbines 41, 51 des deux turbocompresseurs 4, 5 du dispositif de suralimentation étagée : dans ce cas non représenté, les gaz d'échappement recyclés selon ce type basse pression seraient introduits dans le conduit d'admission 2 en amont des deux compresseurs 42, 52 des deux turbocompresseurs 4, 5 du dispositif de suralimentation étagée.

Le moteur comprend aussi le dispositif de suralimentation étagée à deux étages de turbocompresseurs montés en série le long du conduit d'admission 2 et du conduit d'échappement 3. Ainsi, un premier turbocompresseur 4 avec une première turbine 41 et un premier compresseur 42 ainsi qu'un deuxième turbocompresseur 5 avec une deuxième turbine 51 et un deuxième compresseur 52 sont prévus le long du conduit d'admission 2 et du conduit d'échappement 3. La première turbine 41 entraine le premier compresseur 42 et est située le long du circuit d'échappement 3 et le premier compresseur 42 comprime l'air frais et/ou les gaz d'échappement recyclés avant leur admission au deuxième compresseur 52 et est situé le long du circuit d'admission 2 en amont du deuxième compresseur 52. La deuxième turbine 51 entraine le deuxième compresseur 52 et est située le long du circuit d'échappement 3 en amont de la première turbine 41. Le deuxième compresseur 52 comprime l'air et/ou les gaz d'échappement provenant du premier compresseur 41, avant leur admission aux chambres de combustion 1 et est situé le long du circuit d'admission 2 en aval du premier compresseur 42. Dans la variante représentée, au niveau du premier compresseur 41, le dispositif de suralimentation étagée ne prend en entrée que de l'air frais AF de sorte que les gaz d'admission comprimés à travers le dispositif de suralimentation étagée sont formés exclusivement par de l'air frais AF. Mais il est rappelé qu'au niveau du premier compresseur 41, le dispositif de suralimentation étagée pourrait prendre en entrée un mélange formé entre une partie constituée par de l'air frais AF et une partie constituée par des gaz d'échappement recyclés de type basse pression, récupérés le long du conduit d'échappement 3 en aval des deux turbines 51, 41 et injectés dans le circuit d'admission 2 en amont des deux compresseurs 42, 52. Autrement dit, dans cette variante non représentée, les gaz d'admission comprimés à travers le dispositif de suralimentation étagée seraient formés par le mélange entre l'air frais AF et les gaz d'échappement recyclés basse pression. Le premier turbocompresseur 4 a par conséquent des pressions d'entrée au compresseur 42 et à la turbine 41 inférieures à celles du deuxième turbocompresseur 5. C'est la raison pour laquelle ils seront dans la suite également dénommés respectivement turbocompresseur à basse pression 4 et turbocompresseur à haute pression 5. La pression des gaz régnant dans le conduit d'admission 2 en amont du premier compresseur 42 est repérée pli. La pression des gaz régnant dans le conduit d'admission 2 en aval du premier compresseur 42 est repérée p20. La pression des gaz régnant dans le conduit d'admission 2 en amont du deuxième compresseur 52 est repérée p21. La pression des gaz régnant dans le conduit d'admission 2 en aval du deuxième compresseur 52 est repérée p22. Le rapport de compression associé au premier compresseur 4 est défini par le rapport entre la pression p20 et la pression pli respectivement en aval et en amont du premier compresseur 4. Le rapport de compression associé au deuxième compresseur 5 est défini par le rapport entre la pression p22 et la pression p21 respectivement en aval et en amont du premier compresseur 4.

Le turbocompresseur à basse pression 4 présente de grosses dimensions et fonctionne en permanence. Sa turbine 41 tourne relativement lentement lorsque le moteur tourne à bas régime et apporte donc alors peu de performances. Par contre, elle permet d'atteindre toute la performance attendue à moyens et hauts régimes pour le moteur. Le turbocompresseur à haute pression 5 ne fonctionne par contre que dans des conditions de bas régimes du moteur. Il s'agit d'un turbocompresseur relativement de petites dimensions, c'est-à-dire que contrairement au turbocompresseur à basse pression 4, il tourne relativement rapidement à bas régime du moteur. Son fonctionnement est interrompu lorsque le régime du moteur augmente afin d'éviter que le débit gazeux devienne sonique et éviter une dégradation du moteur. Pour une description plus claire de l'invention, le circuit d'admission 2 ainsi que le circuit d'échappement 3 peuvent être découpés en parties successives, notamment du fait que les paramètres de fonctionnement du moteur comme la température, la pression ou le débit des gaz d'admission varient d'une à l'autre de ces parties du circuit d'admission 2. Ainsi, le circuit d'admission 2 comprend : - une première partie 21 entre un filtre à air 25 et le premier compresseur 42, le long de laquelle sont agencés habituellement notamment ce filtre à air 25 et un débitmètre 26 ajustant le débit d'air frais AF dans le temps noté « Q », - une deuxième partie 22 située entre le premier compresseur 42 et le deuxième compresseur 52, cette partie 22 pouvant comprendre un 20 premier moyen de refroidissement 27 susceptible d'entraîner une différence entre les pressions p20 et p21, - une troisième partie 23 située entre le deuxième compresseur 52 et un deuxième moyen de refroidissement 29, - et une quatrième partie 24 située entre le deuxième moyen de 25 refroidissement 29 et la fin du circuit d'admission 2 formée par le collecteur d'admission 241 dont les branches débouchent dans les chambres 1 du moteur. Après la combustion dans les chambres 1 du mélange entre le carburant 30 et les gaz d'admission, le moteur rejette des gaz d'échappement qui entrent dans le circuit d'échappement 3. Celui-ci comprend essentiellement : - une première partie 31 formée principalement par un collecteur d'échappement dont les branches se réunissent en un conduit commun qui mène vers la deuxième turbine 51, - une deuxième partie 32 située entre la deuxième turbine 51 et la première turbine 41, - une troisième partie 33 située en aval de la première turbine 41 et éventuellement équipée d'un filtre à particules (non représenté), 10 notamment dans le cas préféré où le moteur est un moteur de type diesel. Afin de permettre que la puissance fournie par les gaz d'échappement aux turbines 41, 51 puisse être modulée, le circuit d'échappement 3 15 comprend des première et deuxième conduites de dérivation agencées en parallèle des première et deuxième turbines 41, 51 respectivement. Les première et deuxième conduites de dérivation sont respectivement équipées de première et deuxième vannes de dérivation, respectivement 36, 35. La première vanne de dérivation 36 est notamment de type 20 comprenant une soupape de décharge ou « wastegate » (dans le cas où les turbocompresseurs 4, 5 sont de type à géométrie fixe) tandis que la deuxième vanne de dérivation 35 est notamment de type « bypass ». Le pilotage de la deuxième vanne de dérivation 35 permet de régler la 25 quantité de gaz d'échappement qui circule dans la deuxième conduite de dérivation et donc d'ajuster la quantité de gaz d'échappement qui circule dans la deuxième turbine 51. Le pilotage de la première vanne de dérivation 36 permet de régler la quantité de gaz d'échappement qui circule dans la première conduite de dérivation et donc d'ajuster le taux 30 de gaz d'échappement qui circule dans la première turbine 41 par rapport à la quantité totale provenant de la deuxième turbine 51 et/ou de la deuxième conduite de dérivation. Le deuxième compresseur 52 est équipé d'une troisième conduite de dérivation ou « by-pass », tel que cela est illustré à titre d'exemple. Cette troisième conduite de dérivation est équipée d'une troisième vanne de dérivation 28, notamment de type « bypass » pour régler le débit de gaz d'admission qui circule à travers la troisième conduite de dérivation qui est utilisé lorsque le deuxième compresseur 52 ne participe pas à l'augmentation de la pression de suralimentation des gaz d'admission. Le pilotage de la troisième vanne de dérivation 28 permet aussi d'ajuster la quantité de gaz d'admission qui circulent dans le deuxième compresseur 52.

Le moteur comprend enfin une conduite de recirculation de gaz d'échappement de type haute pression 6 reliant le collecteur d'échappement 31 et le collecteur d'admission 241. Ainsi, les gaz d'admission admis dans le moteur sont formés, dans cette variante, par le mélange formé entre les gaz d'admission comprimés à travers le dispositif de suralimentation étagée et les éventuels gaz d'échappement recyclés de type haute pression à travers la conduite 6. Elle est équipée d'un refroidisseur 61 et d'une vanne de régulation 62 ajustant le débit circulant à travers la conduite 6.

Le moteur et le dispositif de suralimentation étagée qui viennent d'être décrits sont particulièrement adaptés à la mise en oeuvre de la nouvelle stratégie de gestion du moteur proposée dans ce document. Pour cela, une unité de contrôle électronique 7 est prévue. Elle comprend essentiellement des moyens logiciels et/ou matériels qui mettent en oeuvre le procédé de gestion détaillé plus loin. Il s'agit notamment pour l'unité de contrôle électronique 7 : - de réaliser une acquisition de paramètres d'entrée tels que le débit Q d'air frais AF et les pressions p11, p20, p21, p22 des gaz d'alimentation en amont et en aval des deux compresseurs 41, 51, - et, à partir de ces paramètres d'entrée acquis, de piloter en sortie la première vanne de dérivation 36, la deuxième vanne de dérivation 35 et la troisième vanne de dérivation 28 du dispositif de suralimentation étagée, ces trois vannes étant configurées d'une manière permettant d'ajuster sélectivement les rapports de compression fournis par chacun des deux turbocompresseurs 4, 5 du dispositif de suralimentation étagée. Il est rappelé que l'ajustement du rapport de compression fourni par le premier turbocompresseur 4 peut être mis en oeuvre non pas par un pilotage idoine de la première vanne de dérivation 36 mais au contraire par un ajustement de l'orientation des ailettes de la première turbine 41, notamment en fonction du rapport de compression recherché pour le premier compresseur 4, dans le cas où le premier turbocompresseur 4 est un turbocompresseur à géométrie variable.

De manière générale et importante, le procédé de gestion du moteur comprend : - une étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un premier mode dans lequel seul le premier turbocompresseur 4 est utilisé pour comprimer les gaz d'admission, - une étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un deuxième mode dans lequel les premier et deuxième turbocompresseurs 4, 5 sont utilisés en même temps pour comprimer les gaz d'admission, - une étape de passage du premier mode vers le deuxième mode, ou inversement du deuxième mode vers le premier mode, mise en oeuvre lorsqu'une condition de déclenchement prenant en compte un paramètre physique, notamment le débit, lié au flux de gaz d'admission se présentant à l'entrée du dispositif de suralimentation étagée est vérifiée.

Dans un mode particulier de mise en oeuvre du procédé, l'étape de passage du premier mode vers le deuxième mode, ou inversement du deuxième mode vers le premier mode, est mise en oeuvre lorsqu'une condition de déclenchement prenant en compte le débit de la partie des gaz d'admission constituée par de l'air frais est vérifiée. Toutefois, il est possible de mettre en oeuvre le procédé en prévoyant que cette étape de passage d'un mode à l'autre soit mise en oeuvre lorsqu'une condition de déclenchement prenant en compte le débit total des gaz d'admission formés par le mélange entre l'air frais et des gaz d'échappement recyclés de type basse pression est vérifiée.

Avantageusement, l'étape de passage du premier mode vers le deuxième mode est mise en oeuvre si le débit, notamment le débit massique, de la partie des gaz d'admission constituée par de l'air frais AF est inférieur ou égal à un premier seuil. La valeur du premier seuil est paramétrable et est incluse dans une plage comprise entre 300 et 400 kg/h, notamment est de l'ordre de 350 kg/h. La mise en oeuvre de cette étape est simple, en faisant en sorte que l'unité de contrôle électronique 7 réalise une comparaison entre un tel premier seuil enregistré dans une mémoire de l'unité 7 ou lisible par l'unité 7 et le débit Q d'air frais AF acquis par l'unité 7 en provenance du débitmètre 26. Le débit Q d'air frais AF pourrait être déterminé de toute autre manière, par exemple par une mesure directe à un endroit de la conduite d'admission 2, notamment le long de la partie 21. Il reste toutefois envisageable que l'étape de passage du premier mode vers le deuxième mode soit mise en oeuvre si le débit, notamment le débit massique, de la totalité des gaz d'admission formés par le mélange entre l'air frais et des gaz d'échappement recyclés de type basse pression est inférieure ou égale à un premier seuil, différent ou non du premier seuil mentionné lorsque la condition de déclenchement n'est associée qu'au débit Q d'air frais AF.

Avantageusement, l'étape de passage du deuxième mode vers le premier mode est mise en oeuvre si le débit, notamment le débit massique, de la partie des gaz d'admission constituée par de l'air frais AF est supérieur ou égal à un deuxième seuil, différent et supérieur du premier seuil. La valeur du deuxième seuil est paramétrable et est incluse dans une plage comprise entre 350 et 450 kg/h, notamment est de l'ordre de 400 kg/h. La mise en oeuvre de cette étape est simple, en faisant en sorte que l'unité de contrôle électronique 7 réalise une comparaison entre un tel deuxième seuil enregistré dans une mémoire de l'unité 7 ou lisible par l'unité 7 et le débit Q d'air frais AF acquis par l'unité 7 en provenance du débitmètre 26. Le débit Q d'air frais AF pourrait être déterminé de toute autre manière, par exemple par une mesure directe à un endroit de la conduite d'admission 2, notamment le long de la partie 21. Il reste toutefois envisageable que l'étape de passage du deuxième mode vers le premier mode soit mise en oeuvre si le débit, notamment le débit massique, de la totalité des gaz d'admission formés par le mélange entre l'air frais AF et des gaz d'échappement recyclés de type basse pression est supérieure ou égale à un deuxième seuil, différent ou non du deuxième seuil mentionné lorsque la condition de déclenchement n'est associée qu'au débit Q d'air frais AF.

Selon un mode particulier de mise en oeuvre du procédé de gestion du moteur, l'étape de passage du deuxième mode vers le premier mode peut prendre en compte une condition de déclenchement supplémentaire, à savoir à la condition que le rapport de compression du deuxième turbocompresseur 5 soit inférieur ou égal à un troisième seuil. Autrement dit, le fonctionnement du deuxième turbocompresseur 5 est interrompu lorsque le rapport entre les pressions p22 et p21 des gaz d'admission respectivement en aval et en amont du deuxième turbocompresseur 5 est inférieur à ce troisième seuil. La valeur du troisième seuil est paramétrable et est incluse dans une plage comprise entre 1,03 et 1,07, notamment est de l'ordre de 1,05. La mise en oeuvre de cette étape est simple, en faisant en sorte que l'unité de contrôle électronique 7 réalise une comparaison entre un tel troisième seuil enregistré dans une mémoire de l'unité 7 ou lisible par l'unité 7 et les pressions p22 et p21 acquises par l'unité 7 en provenance de capteurs idoines. En résumé, dans ce mode particulier non limitatif, l'étape de passage du deuxième mode où les deux turbocompresseurs fonctionnent vers le premier mode où seul le premier turbocompresseur 4 fonctionne est mise en oeuvre lorsque les deux conditions suivantes sont simultanément vérifiées : - le débit, notamment le débit massique, de la partie des gaz d'admission constituée par de l'air frais AF est supérieur ou égal au deuxième seuil évoqué précédemment, - le rapport de compression du deuxième turbocompresseur 5 est inférieur ou égal au troisième seuil évoqué précédemment.

Pour mettre en oeuvre l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le premier mode où seul le premier turbocompresseur 4 fonctionne, l'unité de contrôle électronique 7 réalise : - une étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement qui circulent dans la première conduite de dérivation agencée en parallèle de la première turbine 41 (notamment dans le cas où le premier turbocompresseur 4 est un turbocompresseur à géométrie fixe), notamment en fonction du rapport de compression recherché pour le premier compresseur 4, - et/ou une étape d'ajustement de l'orientation des ailettes de la première turbine 41 (notamment dans le cas où le premier turbocompresseur 4 est un turbocompresseur à géométrie variable), notamment en fonction du rapport de compression recherché pour le premier compresseur 4.

C'est l'unité de contrôle électronique 7 qui détermine à chaque instant une consigne de rapport de compression du premier turbocompresseur 4 via un algorithme adapté et une loi préétablie. Dans le mode de réalisation du moteur et du dispositif de suralimentation étagée tels que représentés, l'étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement circulant dans la première conduite de dérivation comprend une étape de modulation du taux d'ouverture de la première vanne de dérivation 36 disposée le long de la première conduite de dérivation. Durant l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le premier mode, seul le taux d'ouverture de la première vanne de dérivation 36 est modulé en ce sens que la deuxième vanne de dérivation 35 n'est alors pas modulée et est au contraire pilotée de sorte à être maintenue dans une position fixe totalement ouverte de sorte à minimiser autant que possible l'entrainement de la turbine 51 par les gaz d'échappement et le fonctionnement du deuxième turbocompresseur 5 pour limiter son effet sur les gaz d'admission. Dans le même but, l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le premier mode comprend une étape de contrôle de la troisième vanne de dérivation 28 vers une position d'ouverture totale de sorte que les gaz d'admission évitent autant que possible de circuler dans le deuxième compresseur 52. Pour mettre en oeuvre l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le deuxième mode où les premier et deuxième 30 turbocompresseurs 4, 5 fonctionnent en même temps, l'unité de contrôle électronique 7 réalise une étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement qui circulent dans la deuxième conduite de dérivation agencée en parallèle de la deuxième turbine 51, notamment en fonction du rapport de compression recherché pour le deuxième compresseur 5.

C'est l'unité de contrôle électronique 7 qui détermine à chaque instant une consigne de rapport de compression du deuxième turbocompresseur 5 via un algorithme adapté et une loi préétablie. Dans le mode de réalisation du moteur et du dispositif de suralimentation étagée tels que représentés, l'étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement circulant dans la deuxième conduite de dérivation comprend une étape de modulation du taux d'ouverture de la deuxième vanne de dérivation 35 disposée le long de la deuxième conduite de dérivation. Durant l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le deuxième mode, seul le taux d'ouverture de la deuxième vanne de dérivation 35 est modulé en ce sens que la première vanne de dérivation 36 n'est alors pas modulée et est au contraire maintenue dans une position totalement fermée afin de maximiser autant que possible l'action des gaz d'échappement sur la première turbine 41 et maximiser le fonctionnement et les performances du premier turbocompresseur 4 sur les gaz d'admission par l'intermédiaire de son compresseur 42. Dans le même but, l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le deuxième mode comprend une étape de contrôle de la troisième vanne de dérivation 28 vers une position de fermeture obturant la troisième conduite de dérivation afin de maximiser l'effet du deuxième turbocompresseur 5 sur les gaz d'admission par l'intermédiaire de son compresseur 52. Autrement dit, durant le pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le premier mode de fonctionnement, la pression de suralimentation conférée aux gaz d'admission par le dispositif de suralimentation étagée est régulée en ajustant à chaque instant uniquement le taux d'ouverture de la première vanne de dérivation 36 et/ou l'angle des ailettes de la première turbine 41, les deuxième et troisième vannes de dérivation 35, 28 étant alors maintenues chacune dans une position d'ouverture maximale pour inhiber le fonctionnement du deuxième turbocompresseur 5 et l'action du deuxième compresseur 52 sur les gaz d'admission. Par contre, durant le pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le deuxième mode de fonctionnement, la pression de suralimentation conférée aux gaz d'admission par le dispositif de suralimentation étagée est régulée en ajustant à chaque instant uniquement le taux d'ouverture de la deuxième vanne de dérivation 35, les première et troisième vannes de dérivation 36, 28 étant alors maintenues chacune dans une position de fermeture maximale respectivement pour maximiser l'action du premier turbocompresseur 4 et pour maximiser l'action du deuxième compresseur 52 sur les gaz d'admission. L'invention concerne aussi un groupe motopropulseur pour véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, l'unité de contrôle électronique 7 et un dispositif de suralimentation étagée ayant deux turbocompresseurs 4, 5 montés en série et des vannes de dérivation 36, 25, 28 configurées d'une manière permettant d'ajuster sélectivement les rapports de compression fournis par chacun des deux turbocompresseurs 4, 5 par une commande adaptée par l'unité de commande électronique 7.25

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de gestion d'un moteur à combustion interne utilisant un dispositif de suralimentation étagée des gaz d'admission admis dans le moteur et comprenant des premier et deuxième turbocompresseurs (4, 5) montés en série, ledit procédé comprenant une étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un premier mode dans lequel seul le premier turbocompresseur (4) est utilisé pour comprimer les gaz d'admission et une étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon un deuxième mode dans lequel les premier et deuxième turbocompresseurs (4, 5) sont utilisés en même temps pour comprimer les gaz d'admission caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de passage du premier mode vers le deuxième mode, ou inversement du deuxième mode vers le premier mode, mise en oeuvre lorsqu'une condition de déclenchement prenant en compte un paramètre physique, notamment le débit, lié au flux de gaz d'admission se présentant à l'entrée du dispositif de suralimentation étagée est vérifiée.
2. Procédé de gestion selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de passage du premier mode vers le deuxième mode, ou inversement du deuxième mode vers le premier mode, est mise en oeuvre lorsqu'une condition de déclenchement prenant en compte le débit (Q) de la partie des gaz d'admission constituée par de l'air frais (AF) est vérifiée.
3. Procédé de gestion selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de passage du premier mode vers le deuxième mode est mise en oeuvre si le débit, notamment le débit (Q) massique, de la partie des gaz d'admission constituée par de l'air frais (AF) est inférieur ou égal à un premier seuil.
4. Procédé de gestion selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur du premier seuil est paramétrable et est incluse dans une plage comprise entre 300 et 400 kg/h, notamment est de l'ordre de 350 kg/h.
5. Procédé de gestion selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape de passage du deuxième mode vers le premier mode est mise en oeuvre si le débit (Q), notamment le débit massique, de la partie des gaz d'admission constituée par de l'air frais est supérieur ou égal à un deuxième seuil.
6. Procédé de gestion selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur du deuxième seuil est paramétrable et est incluse dans une plage comprise entre 350 et 450 kg/h, notamment est de l'ordre de 400 kg/h.
7. Procédé de gestion selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'étape de passage du deuxième mode vers le premier mode est mise en oeuvre si le rapport de compression du deuxième turbocompresseur (5) est inférieur ou égal à un troisième seuil.
8. Procédé de gestion selon la revendication 7, caractérisé en ce que la valeur du troisième seuil est paramétrable et est incluse dans une plage comprise entre 1,03 et 1,07, notamment est de l'ordre de 1,05.
9. Procédé de gestion selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moteur comprenant un circuit d'admission (2) de gaz d'admission dans le moteur, notamment formé par une quantité d'air frais (AF) et/ou une quantité de gaz d'échappement recyclés, et un circuit d'échappement (3) de gaz d'échappement produits dans le moteur, le premier turbocompresseur (4) comprend un premier compresseur (42)situé le long du circuit d'admission (2) et une première turbine (41) située le long du circuit d'échappement (3) et le deuxième turbocompresseur (5) comprend un deuxième compresseur (52) situé le long du circuit d'admission (2) en aval du premier compresseur (42) et une deuxième turbine (51) située le long du circuit d'échappement (3) en amont de la première turbine (41), la première turbine (41) entrainant le premier compresseur (42) et le premier compresseur (42) comprimant l'air frais (AF) et/ou les gaz d'échappement recyclés avant leur admission au deuxième compresseur (52), la deuxième turbine (51) entrainant le deuxième compresseur (52) et le deuxième compresseur (52) comprimant l'air frais (AF) et/ou les gaz d'échappement recyclés issus du premier compresseur (42) avant leur admission au moteur.
10. Procédé de gestion selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le premier mode comprend une étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement circulant dans une première conduite de dérivation agencée le long de la conduite d'échappement (3) en parallèle de la première turbine (41) et/ou une étape d'ajustement de l'orientation des ailettes de la première turbine (41), notamment en fonction du rapport de compression recherché pour le premier compresseur (4).
11. Procédé de gestion selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement circulant dans la première conduite de dérivation comprend une étape de modulation du taux d'ouverture d'une première vanne de dérivation (36) disposée le long de la première conduite de dérivation.
12. Procédé de gestion selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'étape de pilotage du dispositif de suralimentationétagée selon le deuxième mode comprend une étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement circulant dans une deuxième conduite de dérivation agencée le long de la conduite d'échappement (3) en parallèle de la deuxième turbine (51), notamment en fonction du rapport de compression recherché pour le deuxième compresseur (5).
13. Procédé de gestion selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape d'ajustement de la quantité de gaz d'échappement circulant dans la deuxième conduite de dérivation comprend une étape de modulation du taux d'ouverture d'une deuxième vanne de dérivation (35) disposée le long de la deuxième conduite de dérivation.
14. Procédé de gestion selon les revendications 11 et 13, caractérisé en ce que durant l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le premier mode, seul le taux d'ouverture de la première vanne de dérivation (36) est modulé et la deuxième vanne de dérivation (35) est maintenue dans une position totalement ouverte et en ce que durant l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le deuxième mode, seul le taux d'ouverture de la deuxième vanne de dérivation (35) est modulé et la première vanne de dérivation (36) est maintenue dans une position totalement fermée.
15. Procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que le dispositif de suralimentation étagée comprenant une troisième conduite de dérivation agencée le long de la conduite d'admission (2) en parallèle du deuxième compresseur (52) et équipée d'une troisième vanne de dérivation (28), l'étape de pilotage du dispositif de suralimentation étagée selon le premier mode comprend une étape de contrôle de la troisième vanne de dérivation (28) vers une position d'ouverture totale et/ou l'étape de pilotage du dispositif desuralimentation étagée selon le deuxième mode comprend une étape de contrôle de la troisième vanne de dérivation (28) vers une position de fermeture obturant la troisième conduite de dérivation.
16. Unité de contrôle électronique (7) comprenant des moyens logiciels et/ou matériels mettant en oeuvre un procédé de gestion selon l'une quelconque des revendications précédentes, notamment en pilotant des vannes de dérivation (28, 35, 36) du dispositif de suralimentation étagée et configurées d'une manière permettant d'ajuster sélectivement les rapports de compression fournis par chacun des deux turbocompresseurs (4, 5) du dispositif de suralimentation étagée.
17. Groupe motopropulseur pour véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, un dispositif de suralimentation étagée ayant deux turbocompresseurs (4, 5) montés en série et des vannes de dérivation (28, 35, 36) configurées d'une manière permettant d'ajuster sélectivement les rapports de compression fournis par chacun des deux turbocompresseurs (4, 5), groupe comprenant une unité de contrôle électronique (7) selon la revendication 16.
18. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un groupe motopropulseur selon la revendication 17.20