WO2015128069A1 - Procede de determination de la pression atmospherique lors du fonctionnement, dans un etat de charge partielle, d'un moteur turbocompressee - Google Patents

Procede de determination de la pression atmospherique lors du fonctionnement, dans un etat de charge partielle, d'un moteur turbocompressee Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for determining the atmospheric pressure during operation, in a partial load state, of a turbocharged engine.
  • Managing the operation of a turbocharged engine requires in particular to know the evolution of the value of the atmospheric pressure, in particular to allow to estimate the overpressure provided by the turbocharger.
  • the atmospheric pressure is determined by means of an external pressure probe.
  • the patent application FR 2 853 012 proposes, when the butterfly valve remains in an intermediate position between its closed position and its open position for a relatively long period of time, corresponding to a state of partial load of the engine, to calculate atmospheric pressure in open loop by decreasing the value of the latter by a given value per time interval. It is indeed supposed, according to this method, that this positioning of the butterfly valve is obtained when the vehicle climbs a hill, with consequently a corresponding decrease in atmospheric pressure.
  • the present invention aims to overcome this drawback and its main purpose is to provide a rigorous method for determining the atmospheric pressure during operation, in a partial load state, of a turbocharged engine.
  • the invention aims a method for determining the atmospheric pressure AMP during operation, in a partial load state, of a turbocharged engine comprising an air intake line comprising an intake pipe incorporating a compressor and a butterfly valve, and an exhaust line comprising, in parallel, a main exhaust pipe incorporating a turbine and a bypass line incorporating an exhaust gas discharge valve, and, according to the invention, process consists, in the state of maximum opening of the discharge valve and partial opening of the butterfly valve:
  • AMP (O) atmospheric pressure, referred to as reference pressure, previously measured
  • the invention therefore consisted of:
  • the operating zones for which the invention applies can be determined experimentally, conventionally, for specific engine / turbocharger pairs.
  • MAP manifold pressure downstream of the butterfly valve, and to trigger the determination of the atmospheric pressure AMP when the MAP / PUT ratio of the measured values of the collector pressure MAP and the boost pressure PUT, is substantially greater than 0.80.
  • the determination of the atmospheric pressure AMP (O) consists, during each engine start phase, of measuring the boost pressure PUT, and to assign the value of said supercharging pressure measured at this atmospheric reference pressure AMP (O).
  • FIG. 1 is a schematic view showing a turbocharged engine and the intake and exhaust lines of this engine
  • FIG. 2 is a graph showing the operating curves of a turbocharged engine associated with a pneumatic type exhaust gas discharge valve.
  • the method according to the invention aims at a method for determining the atmospheric pressure during operation, in a state of partial load, of a turbocharged engine as represented in FIG.
  • the turbocharged engine comprises, in the first place, a motor 1 represented in the form of a single cylinder:
  • This turbocharged engine comprises, in addition, an air intake line 2 comprising, firstly, a main intake pipe A on which are arranged, successively, considering the direction of flow of the air:
  • the intake line 2 comprises, in derivation of the compression wheel 12, a bypass line 13 on which is mounted an air discharge valve 14.
  • the turbocharged engine also comprises an exhaust line 3 comprising:
  • bypass line 20 extending between the main pipe E, downstream of the turbine 19, and the collector 18, and on which is mounted an exhaust gas discharge valve 21 whose opening degree is adjusted by a regulating valve 23 interposed on a pressure control line 22 connected to the inlet line 2 so that said regulating valve has a pressure tap directly downstream of the compression wheel 2.
  • the object of the invention is to make it possible to determine the atmospheric pressure AMP during operation of this engine 1 associated with a turbocharger, in a state of partial charge corresponding to a maximum opening of the discharge valve 21 and to a partial opening. of the butterfly valve 16.
  • a first step consists, at each start of the engine 1, in measuring the boost pressure PUT which turns out, in this start-up phase, to coincide with the atmospheric pressure AMP.
  • FIG. 2 represents the variations, as a function of the speed of the engine 1, of the collector pressure MAP for different levels of load of the engine 1, and on which are materialized:
  • the operating zone Zfi of the turbocharged engine 1 for which the invention applies corresponds, for each speed, N rpm, to the range of positions of the engine.
  • this operating zone Zfi in which the method according to the invention applies can be defined as the operating zone in which the MAP / PUT ratio of the measured values of the collector pressure MAP and the boost pressure PUT, is substantially greater than 0.80.
  • the method according to the invention consists in determining the atmospheric pressure AMP from the following equation:
  • - PUT (O) natural boost pressure obtained, for the N RPM speed of the engine 1, for the atmospheric pressure AMP (O).
  • the method according to the invention therefore reliably determines the atmospheric pressure during operation of a turbocharged engine in a partial load state, obtained for example when a vehicle climbs a hill.
  • the method according to the invention thus makes it possible to eliminate the measurement probe atmospheric pressure.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de détermination de la pression atmosphérique AMP lors du fonctionnement, dans un état de charge partielle, d'un moteur (1) turbocompressé comprenant une ligne d'admission d'air (2) incorporant une vanne papillon (16), et une ligne d'échappement (3) comportant une conduite de dérivation (20) incorporant une vanne (21) de décharge des gaz d'échappement. Selon l'invention, le procédé consiste à mesurer la pression d'air PUT en amont de la vanne papillon (16), et, pour un régime donné, N tr/mn, du moteur (1), lorsque la pression de suralimentation PUT correspond sensiblement à la pression de suralimentation naturelle, à déterminer la pression atmosphérique AMP = AMP(0) + PUT - PUT(0), avec AMP(0) la pression atmosphérique précédemment mesurée, et PUT(0) la pression de suralimentation naturelle obtenue, pour le régime N tr/mn du moteur (1), pour la pression atmosphérique AMP(0).

Description

Procédé de détermination de la pression atmosphérique lors du fonctionnement, dans un état de charge partielle, d'un moteur turbocompressé
L'invention concerne un procédé de détermination de la pression atmosphérique lors du fonctionnement, dans un état de charge partielle, d'un moteur turbocompressé.
La gestion du fonctionnement d'un moteur turbocompressé nécessite notamment de connaître l'évolution de la valeur de la pression atmosphérique, notamment en vue de permettre d'estimer la surpression apportée par le turbocompresseur.
A l'heure actuelle, de façon usuelle, la pression atmosphérique est déterminée au moyen d'une sonde de pression extérieure.
Toutefois, à des fins d'économie, il a été proposé, tel que notamment décrit dans les demandes de brevet US 2009/0132148, DE 10 2008 000934A1 , et FR 2 853 012, des techniques permettant une détermination de la pression atmosphérique sans nécessiter de sonde de pression spécifique.
Tel que décrit dans ces demandes de brevet, ces techniques sont conçues pour permettre de déterminer la pression atmosphérique respectivement lors de l'ouverture et lors de la fermeture de la vanne papillon située dans la ligne d'admission d'air du moteur, et ainsi, la détermination de la pression atmosphérique peut notamment être réalisée lors de chaque changement de rapport. Le document DE 10 2008 000934A1 se rapporte à un procédé de détermination de la pression atmosphérique d'un moteur turbo compressé en fonctionnement, en utilisant une différence de pression atmosphérique Apatm qui est une fonction de Ah, c'est-à-dire la différence de hauteur parcourue par le moteur entre deux points de détermination de la pression atmosphérique ; il est enseigné dans ce document d'utiliser la décélération du moteur pour déterminer la pression atmosphérique. Il est par ailleurs indiqué que lorsque le turbocompresseur est activé, celui-ci associé au capteur de pression (PUT) ne peut plus être utilisé pour détecter la pression atmosphérique.
En complément, la demande de brevet FR 2 853 012 propose, lorsque la vanne papillon reste dans une position intermédiaire entre sa position fermée et sa position ouverte durant un laps de temps relativement important, correspondant à un état de charge partielle du moteur, de calculer la pression atmosphérique en boucle ouverte en diminuant la valeur de cette dernière d'une valeur donnée par intervalle de temps. Il est, en effet, supposé, selon cette méthode, que ce positionnement de la vanne papillon est obtenu lorsque le véhicule gravit une côte, avec par conséquent une diminution correspondante de la pression atmosphérique.
Ce procédé de détermination de la pression atmosphérique en boucle ouverte s'avère toutefois très peu rigoureux et conduit à des aberrations notables. La présente invention vise à pallier cet inconvénient et a pour principal objectif de fournir un procédé rigoureux de détermination de la pression atmosphérique lors du fonctionnement, dans un état de charge partielle, d'un moteur turbocompressé.
A cet effet, l'invention vise un procédé de détermination de la pression atmosphérique AMP lors du fonctionnement, dans un état de charge partielle, d'un moteur turbocompressé comprenant une ligne d'admission d'air comportant une conduite d'admission incorporant un compresseur et une vanne papillon, et une ligne d'échappement comportant, en parallèle, une conduite principale d'échappement incorporant une turbine et une conduite de dérivation incorporant une vanne de décharge des gaz d'échappement, et, selon l'invention, ce procédé consiste, dans l'état d'ouverture maximale de la vanne de décharge et d'ouverture partielle de la vanne papillon :
• à mesurer, dans la conduite d'admission, la pression d'air, dite pression de suralimentation PUT, en amont de la vanne papillon, et
• pour un régime donné, N tr/mn, du moteur, lorsque la pression de suralimentation PUT correspond sensiblement à la pression de suralimentation naturelle, à déterminer la pression atmosphérique AMP à partir de l'équation suivante :
AMP = AMP(O) + PUT - PUT(O), avec :
- AMP(O) = pression atmosphérique, dite de référence, précédemment mesurée,
- PUT(O) = pression de suralimentation naturelle obtenue, pour le régime N tr/mn du moteur, pour la pression atmosphérique AMP(O).
Il est à noter que, selon l'invention, on entend signifier de façon usuelle, par suralimentation naturelle, la pression d'équilibre, également connue sous l'appellation « natural boost », obtenue, pour un régime donné, dans l'état d'ouverture maximale de la vanne papillon et de la vanne de décharge des gaz d'échappement.
L'invention a donc consisté :
a) à révéler l'existence, dans un état de charge partielle des moteurs turbocompressés, correspondant à un état d'ouverture maximale de la vanne de décharge et un état d'ouverture partielle de la vanne papillon, d'une zone de fonctionnement dans laquelle on obtient une relation linéaire entre la pression atmosphérique et la pression de suralimentation PUT,
b) à déterminer les paramètres permettant de circonscrire les frontières de cette zone de fonctionnement, correspondant, pour un régime, N tr/mn, donné, à une plage de positions d'ouvertures de la vanne papillon pour lesquelles la pression de suralimentation PUT est sensiblement constante et égale à la pression de suralimentation naturelle, c) et à exploiter ces données pour déterminer l'évolution de la valeur de la pression atmosphérique.
Selon l'invention, en outre, les zones de fonctionnement pour lesquelles s'applique l'invention peuvent être déterminées expérimentalement, de façon classique, pour des couples moteurs/turbocompresseurs spécifiques.
Il peut également être mis en oeuvre, selon l'invention, une méthode avantageuse simplifiée consistant à mesurer la pression d'air, dite pression collecteur MAP, en aval de la vanne papillon, et à déclencher la détermination de la pression atmosphérique AMP lorsque le rapport MAP/PUT des valeurs mesurées de la pression collecteur MAP et de la pression de suralimentation PUT, est sensiblement supérieur à 0,80.
Il a, en effet, été mis en lumière selon l'invention, que cette condition conduit à circonscrire les frontières de la zone de fonctionnement dans laquelle une relation linéaire est établie entre la pression atmosphérique et la pression de suralimentation PUT.
Par ailleurs, selon un mode avantageux de mise en œuvre de l'invention, la détermination de la pression atmosphérique AMP(O) consiste, lors de chaque phase de démarrage du moteur, à mesurer la pression de suralimentation PUT, et à attribuer la valeur de ladite pression de suralimentation mesurée à cette pression atmosphérique de référence AMP(O).
D'autres caractéristiques buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de mise en oeuvre préférentiel. Sur ces dessins :
- la figure 1 est une vue schématique représentant un moteur turbocompressé et les lignes d'admission et d'échappement de ce moteur, et
- la figure 2 est un graphique représentant les courbes de fonctionnement d'un moteur turbocompressé associé à une vanne de décharge des gaz d'échappement de type pneumatique.
Le procédé selon l'invention vise un procédé de détermination de la pression atmosphérique lors du fonctionnement, dans un état de charge partielle, d'un moteur turbocompressé tel que représenté à la figure 1.
Selon cette figure 1 , le moteur turbocompressé comporte, en premier lieu, un moteur 1 représenté sous la forme d'un cylindre unique :
- renfermant un piston 4 actionnant une bielle 5 et délimitant une chambre de combustion 6 l'intérieur dudit cylindre,
- comportant une soupape d'admission 7, une soupape d'échappement 8 et un injecteur 9. Ce moteur turbocompressé comporte, en outre, une ligne d'admission d'air 2 comprenant, en premier lieu, une conduite d'admission principale A sur laquelle sont disposés, successivement, en considérant le sens d'écoulement de l'air :
- un filtre à air 10,
- un débitmètre de masse d'air 1 ,
- la roue de compression 12 du turbocompresseur,
- un échangeur 15 en sortie duquel est disposé un capteur de pression 25 de mesure de la pression de suralimentation PUT,
- une vanne papillon 16,
- un collecteur d'admission 17 à l'intérieur duquel est disposé un capteur de pression 26 de mesure de la pression collecteur MAP.
De plus, la ligne d'admission 2 comporte, en dérivation de la roue de compression 12, une conduite de dérivation 13 sur laquelle est montée une vanne de décharge d'air 14.
Le moteur turbocompressé comporte également une ligne d'échappement 3 comportant :
- une conduite principale d'échappement E sur laquelle sont disposés un collecteur 18 des gaz d'échappement et la turbine 19 du turbocompresseur,
- une conduite de dérivation 20 s'étendant entre la conduite principale E, en aval de la turbine 19, et le collecteur 18, et sur laquelle est montée une vanne 21 de décharge des gaz d'échappement dont le degré d'ouverture est ajusté par une soupape de régulation 23 interposée sur une ligne de contrôle de pression 22 connectée à la ligne d'admission 2 de façon que ladite soupape de régulation possède une prise de pression directement en aval de la roue de compression 2.
L'objectif de l'invention est de permettre de déterminer la pression atmosphérique AMP lors du fonctionnement de ce moteur 1 associé à un turbocompresseur, dans un état de charge partielle correspondant à une ouverture maximale de la vanne de décharge 21 et à une ouverture partielle de la vanne papillon 16.
En vue de la mise en œuvre de ce procédé, une première étape, indépendante des étapes suivantes, consiste, lors de chaque démarrage du moteur 1 , à mesurer la pression de suralimentation PUT qui s'avère coïncider, dans cette phase de démarrage, avec la pression atmosphérique AMP.
Les étapes suivantes du procédé selon l'invention sont décrites ci-dessous en référence à la figure 2 qui représente les variations, en fonction du régime du moteur 1 , de la pression collecteur MAP pour différents niveaux de charge du moteur 1 , et sur laquelle sont matérialisées :
- la courbe Cp représentative d'un fonctionnement à pleine charge,
- la courbe Sn correspondant à la suralimentation naturelle (« natural boost ») obtenue pour une position d'ouverture maximale de la vanne de décharge 21 et une position d'ouverture maximale de la vanne papillon 16,
- la zone D de fonctionnement en régime de décélération.
Si l'on se réfère à cette figure 2, la zone de fonctionnement Zfi du moteur 1 turbocompressé pour laquelle s'applique l'invention (zone hachurée), correspond, pour chaque régime, N tr/mn, à la plage de positions d'ouvertures de la vanne papillon 16 pour lesquelles la pression de suralimentation PUT est sensiblement constante et égale à la pression de suralimentation naturelle.
De façon plus simplifiée, cette zone de fonctionnement Zfi dans laquelle s'applique le procédé selon l'invention peut être définie comme la zone de fonctionnement dans laquelle le rapport MAP/PUT des valeurs mesurées de la pression collecteur MAP et de la pression de suralimentation PUT, est sensiblement supérieur à 0,80.
Lorsque ces conditions de fonctionnement sont vérifiées, le procédé selon l'invention consiste à déterminer la pression atmosphérique AMP à partir de l'équation suivante :
AMP = AMP(O) + PUT - PUT(O), avec :
- AMP(O) = pression atmosphérique mesurée lors du démarrage du moteur 1 ,
- PUT(O) = pression de suralimentation naturelle obtenue, pour le régime N tr/mn du moteur 1 , pour la pression atmosphérique AMP(O). Le procédé selon l'invention permet donc de déterminer de façon fiable la pression atmosphérique lors du fonctionnement d'un moteur turbocompressé dans un état de charge partielle, obtenu par exemple lorsqu'un véhicule gravit une côte.
Couplé aux techniques connues décrites notamment dans le brevet FR 2 853 012, de détermination de la pression atmosphérique respectivement lors de l'ouverture et lors de la fermeture de la vanne papillon, le procédé selon l'invention permet donc de supprimer la sonde de mesure de la pression atmosphérique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de la pression atmosphérique AMP lors du fonctionnement, dans un état de charge partielle, d'un moteur (1 ) turbocompressé comprenant une ligne d'admission d'air (2) comportant une conduite d'admission (A) incorporant un compresseur (12) et une vanne papillon (16), et une ligne d'échappement (3) comportant, en parallèle, une conduite principale d'échappement (E) incorporant une turbine (19) et une conduite de dérivation (20) incorporant une vanne (21 ) de décharge des gaz d'échappement, ledit procédé étant caractérisé en ce que, dans l'état d'ouverture maximale de la vanne de décharge (21 ) et d'ouverture partielle de la vanne papillon (16) :
• on mesure, dans la conduite d'admission (A), la pression d'air, dite pression de suralimentation PUT, en amont de la vanne papillon (16), et
• pour un régime donné, N tr/mn, du moteur (1 ), lorsque la pression de suralimentation PUT correspond sensiblement à la pression de suralimentation naturelle, on détermine la pression atmosphérique AMP à partir de l'équation suivante :
AMP = AMP(O) + PUT - PUT(O), avec :
- AMP(O) = pression atmosphérique, dite de référence, précédemment mesurée,
- PUT(O) = pression de suralimentation naturelle obtenue, pour le régime N tr/mn du moteur (1 ), pour la pression atmosphérique AMP(O).
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on mesure la pression d'air, dite pression collecteur MAP, en aval de la vanne papillon (16), et en ce que l'on procède à la détermination de la pression atmosphérique AMP lorsque le rapport MAP/PUT des valeurs mesurées de la pression collecteur MAP et de la pression de suralimentation PUT, est sensiblement supérieur à 0,80.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que, lors de chaque phase de démarrage du moteur (1 ), on mesure la pression de suralimentation PUT, et on attribue à la pression atmosphérique de référence AMP(0), la valeur de ladite pression de suralimentation mesurée.
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