FR3007073A1

FR3007073A1 - Procede de pilotage d'un moteur a combustion interne suralimente et moteur suralimente associe

Info

Publication number: FR3007073A1
Application number: FR1355521A
Authority: FR
Inventors: Adil Jaafar
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-12-19
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: FR3007073B1

Abstract

Procédé de pilotage d'un moteur (1) à combustion interne suralimenté comportant un compresseur (8) interposé dans une conduite d'admission (2) pour comprimer des gaz d'admission destinés à être fournis au moteur (1) et un boîtier-papillon (6) motorisé interposé dans la conduite d'admission (2), en aval du compresseur (8), pour réguler le débit des gaz d'admission, ledit procédé comportant : - une étape (100) de détection d'un lever de pied commandant un retour rapide du boîtier-papillon (6) vers une position de fermeture, et ; - une étape de (500) de fermeture du boîtier-papillon (6) motorisé, CARACTERISE EN CE QUE la fermeture du boîtier-papillon (6) est commandée directement en fonction de la pression (Pavc) en amont du compresseur (8).

Description

- 1 - PROCEDE DE PILOTAGE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE SURALIMENTE ET MOTEUR SURALIMENTE ASSOCIE DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne suralimenté, et un moteur suralimenté apte à la mise en oeuvre d'un tel procédé. Il permet de réduire le bruit de décharge d'un compresseur de moteur suralimenté, plus précisément le bruit de coup de bélier, lors de la fermeture d'une vanne d'admission d'air dans un tel moteur. Elle trouve une application avantageuse sur les moteurs à essence de véhicules automobiles. ETAT DE LA TECHNIQUE De nombreux moteurs modernes à combustion interne sont équipés d'un turbocompresseur, comme le représente la figure 1. Pour son fonctionnement, un tel moteur 1, qui comporte ici quatre cylindres, aspire de l'air par l'intermédiaire d'une conduite d'admission 2 et rejette ses gaz d'échappement par une conduite d'échappement 3 afin de les diriger vers un système d'échappement 4 comportant par exemple un catalyseur et un silencieux. Dans la conduite d'admission 2, un filtre à air 5 permet d'éliminer les poussières contenues dans l'air, et une vanne d'admission d'air 6, constituée par exemple d'un volet pivotant, permet de réguler le débit d'air admis dans le moteur 1 en obstruant plus ou moins la conduite d'admission 2. De manière connue, quand le moteur 1 est un moteur à essence, la vanne d'admission 6 est un boîtier-papillon 6. La position de ce boîtier-papillon 6, et donc le débit d'air admis dans le moteur 1, est déterminé en fonction de la volonté d'un conducteur du véhicule, exprimée par une action dudit conducteur sur un organe de commande, par exemple par l'enfoncement d'une pédale d'accélérateur (non représentée). L'enfoncement de la pédale est transformé par un calculateur (non représenté) du moteur 1 en une consigne de couple, qui est elle-même traduite en un débit d'air et en un débit de carburant qui est le plus souvent injecté dans le moteur dans des proportions stoechiométriques par un dispositif d'injection de carburant (non représenté) qui peut être de type direct ou indirect. S'agissant d'un moteur suralimenté, le moteur 1 comporte ici par ailleurs un - 2 - turbocompresseur 7 dont le compresseur 8 est interposé dans la conduite d'admission 2 entre le filtre à air 5 et le boîtier-papillon 6. De plus, il est possible qu'un échangeur de température 9 soit disposé dans la conduite d'admission 2, entre le compresseur 8 et le boîtier-papillon 6, de manière à refroidir l'air comprimé par le compresseur 8.

Le compresseur 8 est entraîné par la turbine 10 du turbocompresseur 7, qui est interposée dans la conduite d'échappement 3, entre le moteur 1 et le système d'échappement 4. De manière connue en soi, la conduite d'échappement 3 peut être pourvue d'une conduite de dérivation 11 qui contourne la turbine 10 et qui est pourvue d'une vanne de décharge à l'échappement 12 (également appelée vanne « waste- gate » selon sa dénomination anglaise), pour pouvoir limiter l'énergie apportée par les gaz d'échappement à la turbine 10 et donc pour pouvoir limiter la pression fournie par le compresseur 8. En variante non représentée, le turbocompresseur peut comporter une turbine à géométrie variable, c'est-à-dire pourvue d'ailettes d'inclinaison variable permettant également de moduler l'énergie prélevée sur les gaz d'échappement. En variante non représentée également, le moteur 1 pourrait être équipé d'un compresseur mécanique à la place d'un compresseur 8 de turbocompresseur 7, c'est-à-dire d'un compresseur d'air directement entraîné par le moteur 1. Dans un tel cas, le moteur ne comporte pas de turbine.

De manière classique, lorsque le moteur 1 est sollicité à pleine charge, la vanne de décharge à l'échappement 12 est fermée, de sorte que l'intégralité des gaz d'échappement transite par la turbine 10, afin que le turbocompresseur 7 fournisse une pression de suralimentation des gaz d'admission particulièrement importante. Alors, le turbocompresseur 7 est susceptible de voir son compresseur 8 et sa turbine 10 atteindre des vitesses de rotation très élevées, de l'ordre de 150.000 à 200.000 tours par minute. Ainsi, un turbocompresseur 7 entraîné à une telle vitesse possède une inertie élevée. Or, lorsque le conducteur du véhicule effectue ce qu'on appelle un lever de pied, c'est-à-dire lorsque le conducteur relève rapidement le pied de la pédale d'accélérateur, celle-ci rejoignant alors sous l'effet de moyens de rappel élastiques une position de repos pour laquelle le moteur 1 est commandé de manière à fournir un couple minimum, souvent un couple juste nécessaire au maintien de son régime de ralenti, plusieurs effets indésirables illustrés par la figure 2 se produisent si le boîtier-papillon 6 suit fidèlement la position de la pédale d'accélérateur.

Sur la figure 2, on a représenté en abscisses le temps (t) en secondes, et en - 3 - ordonnées un premier axe représentant la pression (en millibars) et un deuxième axe représentant la position angulaire agp du boîtier-papillon 6 ; par commodité, la position angulaire agp est indiquée en pourcentage variant de 0 à 100%, 0% correspondant à un boîtier-papillon 6 complètement fermé et 100% à un boîtier-papillon 6 complètement ouvert. Dans le cas où un tel lever de pied provoque une fermeture ou une quasi fermeture du boîtier-papillon 6, illustrée par l'évolution brutale de la position angulaire agp d'ouverture du boîtier-papillon 6 entre les deux instants to et t1, il se produit un bruit de coup de bélier qui est lié à une augmentation de la pression dans la conduite d'admission 2, comme le montre la courbe d'évolution temporelle de la pression en amont du compresseur Pavc en trait plein. Ce bruit de coup de bélier est une onde acoustique qui se déplace à la vitesse du son. Il est très perceptible en amont du compresseur 7, où il se traduit par un pic de pression apparaissant lors de l'atteinte de la position de fermeture du boîtier-papillon 6, c'est-à-dire vers l'instant t1 sur la figure 2, après une phase initiale de chute de la pression lors du début de la fermeture du boîtier-papillon 6, c'est-à-dire à partir de l'instant to sur la figure 2. En revanche, la remontée de la pression en aval du compresseur Papc après une phase initiale de chute est à peine perceptible, comme on le voit sur la courbe en trait pointillé de la figure 2.

Le boîtier-papillon 6 étant fermé brutalement, le moteur ne reçoit plus qu'un débit minimal d'air, et il ne circule plus qu'un débit minimal de gaz d'échappement dans la conduite d'échappement 3, de sorte que la turbine 10 ne fournit plus d'énergie motrice au compresseur 7. Cependant, l'inertie du rotor du turbocompresseur 7 est telle que celui-ci conserve pendant quelques secondes une vitesse suffisante pour continuer à comprimer l'air d'admission. Or, le compresseur 7 est alors amené à fournir de l'air sous pression dans le tronçon 13 de la conduite d'admission 2 compris entre le compresseur 8 et boîtier-papillon 6. Dans ce tronçon 6, il ne peut circuler qu'un faible débit d'air lorsque le boîtier-papillon 6 est fermé. Dans ces conditions de fonctionnement (i.e. : pression élevée et débit faible), le compresseur 8 peut être amené à un régime d'instabilité, connu sous le terme de « pompage », susceptible de faire apparaître des vibrations importantes qui peuvent endommager les paliers sur lesquels le rotor du turbocompresseur 7 est monté tournant, et finalement détruire le turbocompresseur. D'autre part, le pompage s'accompagne d'un bruit dit « bruit de pompage », qui est dû à la recirculation du flux d'air à travers le compresseur 8 en sens inverse du - 4 - sens normal de circulation de l'air, c'est-à-dire du tronçon 13 vers le filtre à air 5. Ce bruit de pompage apparaît dans un second temps, après le bruit de coup de bélier, entre les instants t1 et t2 sur la figure 2. Contrairement au bruit de coup de bélier qui est sonique, le bruit de pompage se déplace à la vitesse du flux d'air.

On connaît de nombreux procédés qui visent à éliminer le pompage d'un turbocompresseur. Ainsi, il est connu de l'art antérieur de disposer dans la conduite d'admission 2 une conduite de dérivation 14 qui contourne le compresseur 8. Une telle conduite de dérivation 14 est pourvue d'une vanne de décharge à l'admission 15 (également appelée vanne « pop-off » selon sa dénomination anglaise) qui, lorsqu'une telle situation de pression en aval du compresseur Papc élevée est détectée, est ouverte de manière à permettre à l'air en surpression contenu dans le tronçon 13 de la conduite d'admission 2 d'être réinjecté à nouveau à l'entrée du compresseur 8. Le débit traversant le compresseur 8 augmente, ce qui a pour effet d'éloigner le compresseur 8 des conditions d'apparition d'instabilités de fonctionnement.

Mais, outre le fait qu'une telle conduite de dérivation 14 est délicate à implanter et coûteuse, le pilotage de la vanne de décharge à l'admission 15 est complexe : si la vanne est ouverte trop tardivement, le pompage et le bruit de pompage ne sont pas éliminés ; si elle est ouverte trop tôt, elle crée un bruit de détente en amont du compresseur 8. De plus, le bruit de coup de bélier dû à la fermeture du boîtier-papillon n'est pas traité. D'autres procédés, qui visent à éviter le pompage, permettent de se passer d'une conduite de dérivation 14 du compresseur 8 en agissant de préférence sur l'ouverture du boîtier-papillon 6. Par exemple, la publication FR2787141 divulgue un moteur suralimenté pourvu d'un boîtier-papillon motorisé et commandé de manière indirecte par le conducteur du véhicule au moyen d'une pédale d'accélérateur, pour lequel il est prévu qu'en cas de lever de pied, le boîtier-papillon motorisé n'est refermé qu'avec un certain retard. Dans un mode particulier, il est envisagé que le moteur comporte un capteur de pression agencé dans le tronçon de la conduite d'admission compris entre le compresseur et le boîtier-papillon, et que la fermeture du boîtier- papillon soit commandée en fonction de la pression mesurée par ce capteur. De la même manière, la publication US2013/0073187 divulgue un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne suralimenté dans lequel la position de fermeture graduelle du boîtier-papillon est pilotée en boucle fermée sur une valeur de pression indiquée par un capteur implanté en aval du compresseur, entre le compresseur et le boîtier-papillon. - 5 - Ces procédés visent à éviter le pompage et les risques de détérioration du turbocompresseur, ainsi que, de manière indirecte, l'apparition du bruit de pompage. Mais ils ne permettent pas de traiter l'apparition du bruit de coup de bélier lié à la fermeture brutale du boîtier-papillon, car celui-ci ne se traduit pas par une augmentation significative de la pression en aval du compresseur Papc, c'est-à-dire de la pression de suralimentation, qui est utilisée dans les procédés connus. RESUME DE L'INVENTION L'invention propose de remédier au manque de précision et aux défauts des procédés de pilotage connus. Elle vise plus particulièrement à supprimer le bruit de coup de bélier survenant, lors d'un lever de pied du conducteur, à l'admission d'un moteur suralimenté. Elle propose pour cela un procédé de pilotage d'un moteur 1 à combustion interne suralimenté comportant un compresseur 8 interposé dans une conduite d'admission 2 pour comprimer des gaz d'admission destinés à être fournis au moteur 1 et un boîtier-papillon 6 motorisé interposé dans la conduite d'admission 2, en aval du compresseur 8, pour réguler le débit des gaz d'admission, ledit procédé comportant une étape de détection d'un lever de pied commandant un retour rapide du boîtier-papillon 6 vers une position de fermeture, et une étape de fermeture du boîtier- papillon 6 motorisé, caractérisé en ce que la fermeture du boîtier-papillon 6 est commandée directement en fonction de la pression en amont du compresseur 8.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une vue schématique illustrant un moteur suralimenté réalisé selon l'état de la technique ; la figure 2 est un diagramme illustrant les variations en fonction du temps de la pression en amont et en aval d'un compresseur Pavc, Papc et de la position angulaire agp du boîtier-papillon 6, selon l'état de la technique ; - 6 - la figure 3 est une vue similaire à la figure 1, illustrant un moteur conforme aux enseignements de l'invention ; et, la figure 4 est un organigramme illustrant les différentes étapes d'un procédé de pilotage d'un moteur selon l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES Comme on peut le voir sur la figure 3, le moteur 1 suralimenté selon l'invention ne diffère de celui décrit plus haut, en référence à la figure 1, que par l'absence d'une conduite de dérivation du compresseur 8 et d'une vanne de décharge à l'admission pour équiper une telle conduite. Par ailleurs, le moteur 1 selon l'invention est avantageusement pourvu d'un boîtier-papillon 6 motorisé, c'est-à-dire d'un boîtier-papillon 6 qui est commandé par un actionneur, par exemple de type électromagnétique, sous les ordres d'un calculateur du moteur, indirectement en fonction de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur. En effet, selon l'invention, le boîtier-papillon 6 est commandé en boucle fermée à partir d'une valeur de pression d'air en amont du compresseur Pavc qui dépend de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur. Une telle pression Pavc est mesurée par un capteur de pression 16 implanté dans la conduite d'admission 2, en amont du compresseur 8 dans le sens de circulation normal de l'air indiqué par les flèches, entre le filtre à air 5 et le compresseur 8. Avantageusement, le capteur de pression 16 est situé à une distance sensiblement égale à 5 centimètres en amont de l'entrée du compresseur 8. Il est apte à mesurer non seulement les variations de pression à basse fréquence, liées à la variation de l'altitude et aux fermetures du boîtier-papillon 6, mais surtout les variations de pression à haute fréquence, ici les instabilités liées au fonctionnement du compresseur 8 en zone de pompage (oscillations de pression d'environ 30 millibars à une fréquence de 5 à 15 Hertz). Sur la figure 4, on a représenté l'organigramme d'un procédé de pilotage d'un moteur suralimenté 1 selon l'invention. Le procédé comprend une première étape d'initialisation 100 au cours de laquelle on détecte un lever de pied du conducteur. Par exemple, on peut calculer que la variation de l'enfoncement de la pédale d'accélérateur pendant une durée prédéterminée (mesuré par un capteur de position non représenté) est supérieure à un seuil. - 7 - Le procédé comprend ensuite une deuxième étape 200 au cours de laquelle la position angulaire agp du boîtier-papillon 6 est déterminée, immédiatement au moment de la détection du lever de pied ; cette position peut être mesurée par un capteur angulaire (non représenté) implanté sur le boîtier-papillon 6.

Le procédé peut comprendre une troisième étape 300 de test au cours de laquelle on s'assure que le moteur se trouve effectivement dans des conditions d'apparition du bruit de pompage. Pour cela, la position angulaire agp du boîtier-papillon 6 est comparée à un seuil angulaire as qui dépend de la pression de suralimentation du moteur, c'est-à-dire de la valeur de la pression d'air en aval du compresseur Papc, et de la valeur du régime moteur Nmot, au moment de la détection du lever de pied. La pression d'air en aval du compresseur Papc peut être mesurée par un capteur de pression (non représenté) implanté sur le tronçon 13, et le régime moteur Nmot par un capteur de vitesse (non représenté) implanté en bout de vilebrequin du moteur. Le seuil angulaire as est choisi dans une cartographie réalisée au préalable, au banc moteur. Si la position angulaire agp n'est pas inférieure au seuil angulaire as, le procédé reprend au début de l'étape 100 ; dans le cas contraire, le procédé oriente vers une quatrième étape 400 dans laquelle la pression moyenne en amont du compresseur Pavc est déterminée, pendant une durée prédéterminée précédant l'étape. Par exemple, on peut prévoir que le calculateur du moteur détermine et stocke en mémoire de manière continue, toutes les 10 millisecondes, la valeur instantanée de la pression en amont du compresseur Pavc et qu'il calcule la moyenne Pavc sur les 100 dernières millisecondes.

Au cours d'une cinquième étape 500, le boîtier-papillon se referme, ce qui est traduit par une diminution de sa position angulaire agp. Au cours d'une sixième étape 600, la pression instantanée en amont du compresseur Pavc est mesurée, par exemple par pas de temps de 10 millisecondes, puis, au cours d'une septième étape de test 700, l'écart entre la pression instantanée Pavc et la pression moyenne Pavc est comparé à un seuil d'écart de pression P. Avantageusement, le seuil d'écart de pression est sensiblement égal à 30 millibars, ce qui correspond aux oscillations de pression pendant le fonctionnement d'un compresseur en zone de pompage. Si l'écart entre la pression instantanée Pavc et la pression moyenne Pavc est supérieur au seuil d'écart de pression moyenne OP, le procédé reprend à l'étape 500, - 8 - c'est-à-dire que le boîtier-papillon 6 continue de se fermer. Quand au contraire cet écart devient inférieur au seuil d'écart de pression OP, le procédé oriente vers une huitième étape 800 dans laquelle la position angulaire agp est figée. En d'autres termes le boîtier-papillon 6 se bloque sur une position fixe al) fixe. Cette position est par exemple maintenue jusqu'à ce que le conducteur mette fin au lever de pied en recommençant à agir sur la pédale d'accélérateur, ou bien jusqu'à ce que la pression en aval Papc du compresseur 8 diminue suffisamment sous l'effet de la réduction du débit d'air.10

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'un moteur (1) à combustion interne suralimenté comportant un compresseur (8) interposé dans une conduite d'admission (2) pour comprimer des gaz d'admission destinés à être fournis au moteur (1) et un boîtier-papillon (6) motorisé interposé dans la conduite d'admission (2), en aval du compresseur (8), pour réguler le débit des gaz d'admission, ledit procédé comportant : une étape (100) de détection d'un lever de pied commandant un retour rapide du boîtier-papillon (6) vers une position de fermeture, et ; une étape de (500) de fermeture du boîtier-papillon (6) motorisé, CARACTERISE EN CE QUE La fermeture du boîtier-papillon (6) est commandée directement en fonction de la pression (Pavc) en amont du compresseur (8).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (400) de détermination d'une pression moyenne (Pavc) en amont du compresseur (8), et en ce que la fermeture du boîtier-papillon (6) se poursuit tant que l'écart entre la pression en amont du compresseur (Pavc) et la pression moyenne (Pavc) est supérieur à un seuil d'écart de pression (OP).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la pression moyenne (Pavc) en amont du compresseur (8) est calculée sur une durée sensiblement égale à 100 millisecondes et dans lequel la valeur de la pression en amont du compresseur (Pavc) est mesurée selon un pas de temps sensiblement égal à 10 millisecondes.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le seuil d'écart de pression (OP) est sensiblement égal à 30 millibars.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (300) de comparaison de la position angulaire (aBp) du boîtier-papillon (6) lors de la détection du lever de pied, avec un seuil angulaire (as), et que la fermeture du boîtier-papillon (6) se produit si la position angulaire (aBp) du boîtier-papillon (6) lors de la détection du lever de pied est inférieure au seuil angulaire (as).-10-
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le seuil angulaire (as) est une fonction de la pression en aval du compresseur (Papc) et du régime moteur (Nmot).
7. Moteur (1) à combustion interne suralimenté pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, ledit moteur comportant un compresseur (8) interposé dans une conduite d'admission (2) pour comprimer des gaz d'admission destinés à être fournis au moteur (1) et un boîtier-papillon (6) motorisé interposé dans la conduite d'admission (2), en aval du compresseur (8), pour réguler le débit des gaz d'admission, CARACTERISE EN CE QU' il comporte un capteur (16) de pression (Pavc) implanté dans la conduite d'admission (2), en amont du compresseur (8).
8. Moteur (1) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le capteur de pression (16) est implanté à une distance du compresseur (8) sensiblement égale à 5 centimètres.