FR3122700A1

FR3122700A1 - Procede de controle d’une vanne de decharge d'un compresseur d’air d’admission de moteur thermique

Info

Publication number: FR3122700A1
Application number: FR2104779A
Authority: FR
Inventors: Clement Pouly
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2022-11-11

Abstract

L’invention concerne un procédé de contrôle d’une vanne de décharge (Dv) d'un compresseur (C) d’air de moteur, comprenant une étape de détermination d’une entrée du point de fonctionnement courant du compresseur (C) dans sa zone de pompage, une étape d’ouverture de la vanne de décharge (Dv) en cas d’entrée du point de fonctionnement courant du compresseur dans la zone de pompage, une étape de limitation des oscillations de commande d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge (Dv), lorsque le point de fonctionnement courant du compresseur (C) ressort de la zone pompage, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de suivi du couple moteur demandé, une étape de fermeture immédiate de la vanne de décharge (Dv) si pendant l’étape de limitation des oscillations d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge (Dv), l’évolution du couple moteur demandé est positive et supérieure à un seuil déterminé. Figure 2

Description

PROCEDE DE CONTROLE D’UNE VANNE DE DECHARGE D'UN COMPRESSEUR D’AIR D’ADMISSION DE MOTEUR THERMIQUE

La présente invention se rapporte au domaine des moteurs équipés de turbocompresseur. L’invention concerne plus particulièrement un procédé de contrôle d’une vanne de décharge d'un compresseur d’air d’admission de moteur thermique

Un moteur à combustion interne convertit l’énergie issue de la combustion du carburant en énergie mécanique. L’efficacité de la combustion dépend notamment des proportions du mélange entre le carburant et l’air. L’emploi de la suralimentation permet par exemple la combustion de plus de carburant dans le moteur. Un moteur suralimenté est muni d’un turbocompresseur qui permet d’augmenter la densité de l’air admis au niveau de chacun des cylindres. La température de l’air comprimé est généralement réduite pour augmenter le rendement de la suralimentation.

Le turbocompresseur est défini par des champs compresseurs comme illustré par exemple sur la . Ces champs compresseurs sont des données fournies par les constructeurs de turbocompresseur. Une caractéristique importante des champs compresseurs est la ligne de pompage, Lp. Sur les faibles débits volumiques, en fonction du taux de compression considéré, il apparaît en sortie compresseur des fluctuations de pression, pouvant dans un premier temps être acceptable en transitoire. Si l’on considère des débits volumiques très faibles, ces fluctuations de pression deviennent trop importantes et peuvent remonter jusqu’à l’entrée du compresseur créant alors des instabilités qui se traduisent par des claquements très bruyants. Ce phénomène appelé « pompage » est destructeur pour le compresseur et audible par le conducteur.

Sur véhicule, la limite de pompage, Lp, peut être dépassée lors de la chute rapide de la consigne de couple (par exemple lors de décélérations ou de changement de rapport) qui crée, par la fermeture du papillon situé en aval du compresseur, une chute importante du débit volumique au niveau du compresseur.

Une solution connue et majoritairement utilisée aussi bien sur les moteurs essence que diesel est l’utilisation d’un actionneur mécanique pour éviter l’apparition du phénomène de pompage. Cette solution consiste à créer un débit local (court-circuit) autour du compresseur afin de réduire la chute de débit au niveau du compresseur. Ce débit local est généralement créé en utilisant une vanne appelée vanne de décharge du compresseur (ou « dump valve » en anglais). Cette vanne de décharge du compresseur est pilotée par le contrôle moteur en fonction de la position du point de fonctionnement dans le champ compresseur et plus précisément par rapport à la ligne de pompage.

Le contrôle moteur estime la position du point de fonctionnement dans le champ compresseur. Si la position est dans la zone de pompage, le contrôle moteur va commander l’ouverture de la vanne de décharge du compresseur pour éviter la survenue du pompage. Une fois que la position du point de fonctionnement dans le champ compresseur refranchit la ligne de pompage pour sortir de la zone de pompage, le contrôle moteur commande la fermeture de la vanne de décharge du compresseur. Certaines stratégies de contrôle de pilotage de la vanne de décharge peuvent également être prévues afin d’éviter les oscillations de commande entre ouverture et fermeture, vanne de décharge du compresseur. Cependant ces stratégies de limitation des oscillations entre l’ouverture et la fermeture de la vanne de décharge du compresseur retardent la fermeture de la vanne de décharge alors que le point de fonctionnement est sorti de la zone de pompage. Dans le cas d’une demande de couple moteur, le turbocompresseur étant encore court-circuité, le couple demandé par le conducteur pourrait ne pas être réalisé et ce dernier aurait la sensation que le véhicule ne répond pas à sa commande, le désagrément de conduite serait alors sensible.

L’invention vise à résoudre cet inconvénient en proposant selon l’invention un procédé de contrôle d’une vanne de décharge associée à un conduit de décharge ayant une extrémité amont (1a) située en amont d'un compresseur d’air d’admission de moteur thermique et une extrémité aval située en aval dudit compresseur, ce procédé comprenant :
-une étape de détermination d’une entrée du point de fonctionnement courant du compresseur dans la zone de pompage de ce compresseur,
-une étape d’ouverture de la vanne de décharge en cas d’entrée du point de fonctionnement courant du compresseur dans la zone de pompage, pour éviter le phénomène de pompage,
-une étape de limitation des oscillations de commande d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge, lorsque le point de fonctionnement courant du compresseur ressort de la zone pompage,
caractérisé en ce qu’il comprend :
-une étape de suivi du couple moteur demandé,
-une étape de fermeture immédiate de la vanne de décharge si pendant l’étape de limitation des oscillations d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge, l’évolution du couple moteur demandé est positive et supérieure à un seuil déterminé.

L’effet technique est de conserver l’utilisation de la fonction anti oscillation de commande de la vanne de décharge tout en réglant le problème du cas de demande de couple moteur pendant cette phase de vie. La stratégie de limitation des oscillations entre l’ouverture et la fermeture de la vanne de décharge du compresseur devient transparente pour le conducteur, sans impact sur son agrément de conduite.

Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :

Selon une réalisation, l’évolution du couple moteur demandé est déterminée par le gradient courant de couple moteur demandé.

Selon une réalisation, l’évolution du couple moteur demandé est déterminée par la différence entre la valeur minimale de couple demandé atteinte et la valeur courante de couple moteur demandé.

Selon une réalisation, l’étape de limitation des oscillations d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge comprend le maintien de l’ouverture de la vanne de décharge jusqu’au franchissement par le point de fonctionnement courant d’une limite de pompage décalée par rapport à la limite de la zone de pompage du compresseur.

Selon une réalisation, l’étape de limitation des oscillations d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge comprend le maintien de l’ouverture de la vanne de décharge pendant une durée déterminée.

Selon une réalisation, la durée déterminée est décomptée dès que le point de fonctionnement courant du compresseur ressort de la zone de pompage.

Selon une réalisation, la durée déterminée est de l’ordre de la seconde.

L’invention a aussi pour objet un ensemble comprenant un moteur thermique et un compresseur d’air d’admission de ce moteur équipé d’une vanne de décharge associée à un conduit de décharge ayant une extrémité située en amont de ce compresseur et une extrémité située en aval du compresseur, dans lequel l’ensemble comprend un calculateur comportant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre d’un procédé selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites.

L’invention a aussi pour objet un véhicule comprenant un tel ensemble.

D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :

: Cette figure est un exemple de champ compresseur avec en abscisse le débit volumique Qv traversant le compresseur et en ordonnée le ratio R de pression aval/pression amont du compresseur.

: Cette figure est une représentation schématique d’une vanne de décharge compresseur piloté par un calculateur configuré pour mettre en œuvre le procédé de l’invention.

: Cette figure est une représentation d’un champ compresseur présentant une ligne de protection contre le pompage.

: Cette figure est une illustration d’un mode de réalisation d’une détection d’une évolution significative d’une demande de couple moteur.

La montre une vanne de décharge, Dv, associée à un conduit 1 de décharge ayant une extrémité amont 1a située en amont d'un compresseur C d’air d’admission de moteur thermique (non représenté) et une extrémité aval 1b située en aval de ce compresseur C. Le conduit 1 de décharge permet lorsque la vanne de décharge, Dv, est ouverte de réinjecter un certain volume d’air depuis la sortie du compresseur, C, vers son entrée. Une telle vanne de décharge, Dv, est classiquement désignée par le terme anglais « Dump valve » chez les motoristes.

Le compresseur C est disposé dans une ligne 2 d’admission d’air. Le compresseur C peut être un compresseur de turbocompresseur. Le débit d’air admis dans le moteur thermique est régulé par une vanne de dosage d’air 3.

Le pilotage de la vanne de décharge, Dv, est assuré par un module de contrôle comme tel qu’un calculateur électronique 4. Le calculateur électronique 4 comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre du procédé de l’invention détaillé après.

Le moteur thermique, par exemple un moteur à combustion interne, le compresseur C, et vanne de décharge, Dv, pilotée par le calculateur 4, peuvent équiper un véhicule automobile, pour sa traction.

Lorsque le moteur thermique est en fonctionnement, le calculateur électronique 4 estime la position du point de fonctionnement du compresseur C dans le champ compresseur. La position du point de fonctionnement du compresseur C peut être estimée à partir des paramètres de fonctionnement courants du compresseur C comme notamment la pression d’air en amont et aval du compresseur, le débit d’air au niveau du compresseur C.

S’il est déterminé que le point de fonctionnement du compresseur, C, est entré dans la zone de pompage, Zp, le calculateur électronique 4 va commander l’ouverture de la vanne de décharge, Dv, pour éviter la survenue du pompage.

Une fois que la position du point de fonctionnement dans le champ compresseur refranchit la ligne de pompage pour sortir de la zone de pompage, Zp, le calculateur électronique 4 active une stratégie de limitation des oscillations de commande entre ouverture et fermeture de la vanne de décharge, Dv. Une telle une stratégie de limitation des oscillations de commande de la vanne de décharge du compresseur retarde la fermeture de la vanne de décharge.

Un premier exemple de stratégie anti oscillation est de maintenir la vanne de décharge ouverte jusqu’à ce que le point de fonctionnement courant du compresseur, C, franchisse une limite jugée sûre dans le champ compresseur au regard de la protection contre le pompage. Cette limite sûre est par exemple une hystérésis, assimilable à ligne de pompage, Lp’, (visible sur la ) décalée vers la droite dans le champ compresseur, par rapport à la ligne de pompage théorique Lp du compresseur C.

Un second exemple de stratégie anti oscillation, qui peut venir en remplacement ou en complément du premier exemple, est de maintenir la vanne de décharge ouverte pendant une durée déterminée. Cette temporisation de maintien d’ouverture de la vanne de décharge peut être de l’ordre de la seconde. Le décompte de cette temporisation commence dès que le point de fonctionnement courant sort de la zone de pompage, Zp autrement dit franchit la ligne de pompage théorique, Lp.

Lorsque les deux stratégies précédentes sont appliquées, ce n’est que lorsque le point de fonctionnement courant repasse sous la limite sûre, Lp’, et que la temporisation de maintien est écoulée que vanne de décharge, Dv, peut être refermée.

Comme déjà évoqué, un des problèmes du maintien ouvert de la vanne de décharge, Dv, alors que le point de fonctionnement courant du compresseur est sorti de la zone de pompage, Zp, peut survenir dans le cas d’une demande de couple. Par exemple, dans le cas où le conducteur appuie sur la pédale d’accélération, la vanne de décharge, Dv, étant maintenue ouverte, le turbocompresseur sera court-circuité et donc pas en mesure de compresser l’air d’admission. Le couple demandé par le conducteur pourrait ne pas être réalisé et ce dernier aurait la sensation que le véhicule ne répond pas à sa commande, le désagrément de conduite serait alors sensible. Dans le cas où la vanne de décharge, Dv, est maintenue ouverte par un système de temporisation, il faudra que le conducteur attende l’écoulement de la temporisation pour que la vanne de décharge, Dv, soit commandée fermée et que le moteur puisse réagir à la demande de couple.

Afin d’améliorer la situation, il est prévu d’observer la demande couple moteur et de fermer immédiatement la vanne de décharge Dv si pendant que la stratégie de limitation des oscillations d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge (Dv) est active, l’évolution du couple moteur demandé est positive et supérieure à un seuil déterminé.

Afin que la réponse du moteur à une sollicitation en couple soit la plus rapide possible, la proposition d’invention permet d’interrompre ce maintien et de commander une fermeture instantanée la vanne de décharge Dv du compresseur. Ce faisant, le compresseur C n’est plus court-circuité et peut comprimer l’air à l’admission et le moteur retrouve son potentiel habituel de réalisation de couple.

La détection de cette évolution significative de demande de couple pendant que la stratégie de limitation des oscillations d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge Dv est active, peut être réalisée de plusieurs manière.

Une première manière peut être de comparer le gradient courant de la demande de couple à un seuil de gradient. Ainsi, si le gradient courant de la demande de couple est positif et supérieur à ce seuil de gradient, le calculateur ordonne la fermeture immédiate de la vanne de décharge, Dv. Cette première manière convient particulièrement à la détection de demande d’accélération franche, qui se traduit par un gradient d’autant plus élevé que la demande d’accélération est importante. En pratique ce gradient peut être calculé à partir de l’écart entre deux point de calcul successifs du couple moteur.

Une seconde manière peut être de comparer la différence entre la valeur minimale de couple demandé atteinte, pendant que la stratégie de limitation des oscillations de commande d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge, Dv, est active, et la valeur courante de couple moteur demandé à un seuil d’écart de couple.

La illustre cette seconde manière de détecter cette évolution significative de demande de couple. Au graphe A, entre l’instant t0 et l’instant t1 la stratégie de limitation des oscillations de commande d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge, Dv, est active. Au graphe B est représenté le couple moteur demandé, Cmd et le couple minimal, Cmin, atteint entre les instants t0 et t1. Au graphe C est représenté la différence, Δc, entre le couple moteur demandé, Cmd, et le couple minimal, Cmin, ainsi que le seuil d’écart de couple, Sc. Le graphe D montre la commande de fermeture de la vanne de décharge, Dv, à l’instant tf, lorsque la différence entre le couple moteur demandé, Cmd, et le couple minimal, Cmin, devient supérieure au seuil d’écart de couple Sc.

Cette seconde manière pour détecter une évolution significative de demande de couple convient particulièrement à la détection de demande d’accélération faible, moins important que celle détectée par l’exemple précédent. Les deux méthodes peuvent cohabiter car elles ont l’avantage d’être complémentaires.

Ces différents seuils de détection peuvent être définis en fonction de paramètres moteurs telles que le régime moteur, la demande de couple courante, …. Si une évolution positive significative de la demande de couple est détectée, on considère que le moteur doit être dans sa configuration optimale pour répondre à cette demande et donc rendre disponible au plus vite le turbocompresseur. La fermeture de la vanne de décharge est alors forcée instantanément et ce qui annule le court-circuit physique au niveau du turbocompresseur.

L’invention permet de corriger certains problèmes d’agrément de conduite ressentis par le client lorsqu’une accélération est demandée alors que la vanne de décharge de compresseur est maintenue ouverte par les systèmes anti-oscillation de la commande.

L’invention permet de conserver un système anti oscillation, voire le rendre plus efficace en abaissant les contraintes des valeurs de temporisation et d’hystérésis, tout en le rendant totalement transparent en terme d’agrément de conduite ressenti par le conducteur et en maintenant les prestations habituelles du véhicule.

Claims

Procédé de contrôle d’une vanne de décharge (Dv) associée à un conduit (1) de décharge ayant une extrémité amont (1a) située en amont d'un compresseur (C) d’air d’admission de moteur thermique et une extrémité aval (1b) située en aval dudit compresseur (C), ce procédé comprenant :
-une étape de détermination d’une entrée du point de fonctionnement courant du compresseur (C) dans la zone de pompage (Zp) de ce compresseur (C),
-une étape d’ouverture de la vanne de décharge (Dv) en cas d’entrée du point de fonctionnement courant du compresseur dans la zone de pompage (Zp), pour éviter le phénomène de pompage,
-une étape de limitation des oscillations de commande d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge (Dv), lorsque le point de fonctionnement courant du compresseur (C) ressort de la zone pompage (Zp),
caractérisé en ce qu’il comprend :
-une étape de suivi du couple moteur demandé,
-une étape de fermeture immédiate de la vanne de décharge (Dv) si pendant l’étape de limitation des oscillations d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge (Dv), l’évolution du couple moteur demandé est positive et supérieure à un seuil déterminé.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’évolution du couple moteur demandé est déterminée par le gradient courant de couple moteur demandé.
Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l’évolution du couple moteur demandé est déterminée par la différence (Δc) entre la valeur minimale de couple demandé atteinte (Cmin) et la valeur courante de couple moteur demandé (Cmd.
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de limitation des oscillations d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge (Dv) comprend le maintien de l’ouverture de la vanne de décharge (Dv) jusqu’au franchissement par le point de fonctionnement courant d’une limite de pompage (Lp’) décalée par rapport à la limite (Lp) de la zone de pompage (Zp) du compresseur (C).
Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de limitation des oscillations d’ouverture et de fermeture de la vanne de décharge (Dv) comprend le maintien de l’ouverture de la vanne de décharge (Dv) pendant une durée déterminée.
Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la durée déterminée est décomptée dès que le point de fonctionnement courant du compresseur (C) ressort de la zone de pompage (Zp).
Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la durée déterminée est de l’ordre de la seconde.
Ensemble comprenant un moteur thermique et un compresseur (C) d’air d’admission de ce moteur équipé d’une vanne de décharge (Dv) associée à un conduit (1) de décharge ayant une extrémité située en amont de ce compresseur (C) et une extrémité située en aval du compresseur (C), caractérisé en ce que l’ensemble comprend un calculateur (4) comportant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre d’un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Véhicule comprenant un ensemble selon la revendication précédente.