FR2921697A3 - Procede de pilotage du swirl dans un cylindre et moteur a combustion interne correspondant - Google Patents

Procede de pilotage du swirl dans un cylindre et moteur a combustion interne correspondant Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de pilotage d'une vanne de régulation (27) du débit de gaz d'admission entrant dans l'un de deux plenums (25, 26) d'un répartiteur d'air (24) d'un moteur à combustion interne (1)Selon l'invention, ce procédé comporte des étapes consistant à acquérir un écart de pressions entre les deux plenums, à acquérir une valeur d'au moins une caractéristique déterminée relative à un point de fonctionnement du moteur à combustion interne, et à piloter ladite vanne de régulation en fonction dudit écart de pressions et de chaque valeur acquise.

Description

1 DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne de manière générale l'admission d'un moteur à combustion interne. Elle concerne plus particulièrement un procédé de pilotage d'une vanne de régulation du débit de gaz d'admission entrant dans l'un de deux plenums d'un répartiteur d'air d'un moteur à combustion interne. Elle concerne également un moteur à combustion interne comportant au moins deux cylindres et un répartiteur d'air qui comprend, d'une part, un plenum de remplissage débouchant en sortie dans chaque cylindre et dont l'entrée est munie d'une vanne de régulation, et, d'autre part, un plenum de swirl débouchant en sortie dans chaque cylindre. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans la réalisation des moteurs à combustion interne de type Diesel. ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE Dans les moteurs à combustion interne du type précité, chaque cylindre comporte deux conduits d'admission distincts respectivement raccordés aux deux plenums. Les débits des gaz d'admission circulant dans chacun de ces deux conduits d'admission sont alors d'une importance primordiale pour le bon fonctionnement du moteur.
Ces débits influencent en effet non seulement le débit total d'air frais entrant dans le cylindre, mais aussi l'importance des mouvements tourbillonnaires dans le cylindre. La différence de débits des gaz d'admission entre les deux conduits d'admission génère effectivement dans le cylindre des mouvements tourbillonnaires d'axes parallèles à l'axe de ce cylindre, communément appelés mouvements de swirl. Ces mouvements de swirl influencent le bon fonctionnement du moteur dans la mesure où ils améliorent l'homogénéisation du carburant et des gaz d'admission au sein du cylindre. Afin de générer de tels mouvements de swirl, il est connu de faire varier le débit d'air frais entrant dans le plenum de remplissage, à l'aide de la vanne de régulation, de manière à modifier la différence de débits des gaz d'admission entre les deux conduits d'admission de chaque cylindre. Il convient alors de piloter avec précision cette vanne de régulation en fonction de l'importance des mouvements de swirl que l'on désire obtenir dans le cylindre, c'est-à-dire en fonction du point de fonctionnement instantané du moteur. A cet effet, il est connu d'utiliser une cartographie qui donne pour chaque point de fonctionnement du moteur une consigne de positionnement de la vanne.
Dans ce cas, on utilise un capteur de position qui permet de connaître en temps réel la position de la vanne pour vérifier que cette position réelle correspond à la consigne de positionnement donnée. Toutefois, malgré une mise au point précise des moteurs, on constate qu'il subsiste un décalage entre la position réelle de la vanne et la position que devrait présenter cette vanne pour que les mouvements de swirl soient optimisés. OBJET DE L'INVENTION Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose un nouveau procédé de pilotage de la vanne de régulation plus précis. Plus particulièrement, on propose selon l'invention un procédé de pilotage tel que défini dans l'introduction, comportant les étapes consistant à : a) acquérir un écart de pressions entre les deux plenums du répartiteur d'air, b) acquérir une valeur d'au moins une caractéristique déterminée relative à un point de fonctionnement du moteur à combustion interne, c) piloter ladite vanne de régulation en fonction dudit écart de pressions et de chaque valeur acquise. Ainsi, grâce à l'invention, pour le pilotage de la vanne de régulation, on se réfère, non plus à la position de la vanne de régulation, mais plutôt à une donnée thermodynamique indépendante de la géométrie du moteur, à savoir l'écart de pressions entre les deux plenums. De ce fait, le pilotage de la vanne n'est pas dépendant des différences de géométries entre les moteurs, si bien qu'il présente une fiabilité accrue.
D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de pilotage conforme à l'invention sont les suivantes : - à l'étape c), on détermine en fonction de chaque valeur acquise un écart de pressions optimal, on compare ledit écart de pressions acquis à l'étape a) avec cet écart de pressions optimal, et on en déduit une consigne d'ouverture ou de fermeture de ladite vanne de régulation ; - à l'étape c), on pilote l'ouverture ou la fermeture de ladite vanne de régulation d'un pas invariable ; - à l'étape c), on pilote l'ouverture ou la fermeture de ladite vanne de régulation d'un pas variable déduit de la différence entre ledit écart de pressions acquis à l'étape a) et ledit écart de pressions optimal ; - à l'étape b), on acquiert une valeur du régime du moteur à combustion interne ; et - à l'étape b), on acquiert une valeur de la charge du moteur à combustion interne. L'invention concerne également un moteur à combustion interne tel que défini en introduction, comportant un capteur de pression dans chaque plenum et des moyens électroniques de pilotage de ladite vanne de régulation qui sont aptes à calculer un écart de pressions entre les pressions relevées par lesdits capteurs de pression, à acquérir une valeur d'au moins une caractéristique déterminée relative à un point de fonctionnement du moteur à combustion interne, et à piloter ladite vanne de régulation en fonction dudit écart de pressions calculé et de chaque valeur acquise. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du moteur à combustion interne conforme à l'invention sont les suivantes : - les moyens électroniques de pilotage, d'une part, comportent une cartographie de la plage de fonctionnement du moteur à combustion interne qui fait correspondre, à chaque valeur de chaque caractéristique déterminée, une valeur d'un écart de pressions optimal, et, d'autre part, sont aptes à piloter ladite vanne de régulation en fonction de la différence entre ledit écart de pressions calculé et l'écart de pressions optimal déduit de chaque valeur acquise ; - ladite vanne de régulation est une vanne papillon réglable en position angulaire ; et - il est prévu une ligne d'admission d'air frais débouchant dans ledit répartiteur d'air, une ligne d'échappement de gaz brûlés prenant naissance dans lesdits cylindres et une ligne de recirculation des gaz brûlés qui prend naissance dans cette ligne d'échappement et qui débouche dans le plenum de swirl du répartiteur d'air. DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
Sur le dessin annexé, la figure unique est une vue schématique d'un moteur à combustion interne selon l'invention. Dans la description, les termes amont et aval seront utilisés suivant le sens de l'écoulement des gaz, depuis le point de prélèvement de l'air frais dans l'atmosphère jusqu'à la sortie des gaz brûlés par un silencieux 35 d'échappement. Dispositif Sur la figure, on a représenté schématiquement un moteur à combustion 4 interne 1, qui comprend un bloc-moteur 10 pourvu ici de quatre cylindres 11. En sortie des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte un collecteur d'échappement 31 de gaz brûlés qui est raccordé à une ligne d'échappement 30 s'étendant jusqu'à des moyens d'oxydation des gaz brûlés, formés ici par un catalyseur d'oxydation auxiliaire 33 et par un pot catalytique 34. La ligne d'échappement 30 comporte par ailleurs, entre le collecteur d'échappement 31 et lesdits moyens d'oxydation, une turbine 32 qui actionne un compresseur 22. En amont des cylindres 11, le moteur à combustion interne 1 comporte une ligne d'admission 20 pourvue d'un filtre à air 21 qui filtre l'air frais prélevé dans l'atmosphère. Cette ligne d'admission 20 comporte en outre le compresseur 22 précité qui comprime l'air frais filtré par le filtre à air 21, ainsi qu'un refroidisseur d'air principal 23 qui refroidit cet air frais comprimé. La ligne d'admission 20 débouche dans une entrée 24A d'un répartiteur d'air 24 qui se charge de répartir l'air frais vers chacun des cylindres 11 du bloc-moteur 10. Tel que représenté sur cette figure, le répartiteur d'air 24 est dit biplenum, c'est-à-dire qu'il comporte deux plenums distincts, dont un plenum de remplissage 25 et un plenum de swirl 26. Ces deux plenums 25, 26 présentent des formes allongées et s'étendent longitudinalement parallèlement l'un par rapport à l'autre. L'entrée 24A du répartiteur d'air 24 se divise alors en deux entrées 25A, 26A distinctes débouchant dans les deux plenums 25, 26. L'entrée 25A du plenum de remplissage 25 est en particulier pourvue d'une vanne de régulation 27 du débit d'air frais entrant dans ce plenum. Cette vanne de régulation 27 comporte ici un volet papillon d'orientation réglable, qui est commandé par un moteur électrique pas-à-pas (non représenté). L'entrée 26A du plenum de swirl 26 est quant à elle préférentiellement dépourvue de vanne. En variante, cette entrée peut être munie d'une vanne de gaz permettant, en combinaison avec la vanne de régulation, de piloter le débit total d'air frais entrant dans les cylindres. En variante encore et dans le même but, cette vanne de gaz pourrait être installée dans l'entrée 24A du répartiteur d'air 24. Quoi qu'il en soit, chaque plenum 25, 26 du répartiteur d'air 24 débouche dans les quatre cylindres 11 via quatre conduits d'admission 28,29 propres. On comprend alors que les débits de gaz d'admission circulant dans les conduits d'admission 28 du plenum de remplissage 25 dépendent de la position de la vanne de régulation 27. Au contraire, les débits de gaz d'admission circulant dans les conduits d'admission 29 du plenum de swirl 26 ne dépendent pas de la position de cette vanne. Le moteur à combustion interne 1 comporte par ailleurs une ligne de recirculation 40 des gaz brûlés, appelée ligne EGR, qui prend naissance dans la ligne d'échappement 30 et qui débouche dans l'entrée 26A du plenum de swirl 26. 5 En variante, cette ligne EGR pourrait déboucher dans la ligne d'admission 20, au niveau de l'entrée 24A du répartiteur d'air 24, ou en amont de celle-ci. La ligne EGR accueille un échangeur thermique EGR 42 prévu pour refroidir les gaz EGR, ainsi qu'une vanne EGR 41 prévue pour réguler le débit de gaz EGR injecté dans le plenum de swirl 26. Cette ligne EGR permet de réduire le volume d'émissions polluantes du moteur à combustion interne 1. Le moteur à combustion interne 1 comporte enfin des moyens de pilotage 100 électroniques de ses différents organes. Ces moyens de pilotage 100 comprennent de manière classique une mémoire vive et une mémoire de masse permanente.
La mémoire vive est en particulier prévue pour stocker, en temps réel, une valeur d'au moins une caractéristique déterminée relative au point de fonctionnement du moteur à combustion interne 1, ainsi qu'un écart de pressions DeltaP entre les deux plenums 25, 26. A cet effet, les moyens de pilotage 100 comportent des moyens d'acquisition aptes, d'une première part, à relever la valeur du régime R du moteur, d'une deuxième part, à calculer la valeur de la charge PME du moteur, et, d'une troisième part, à acquérir les pressions P1, P2 des gaz d'admission contenus dans les deux plenums. Pour cela, ces moyens d'acquisition comportent un capteur de vitesse 25 prévu pour relever la vitesse angulaire du vilebrequin du moteur, ce qui fournit le régime R du moteur. Ils comportent en outre des moyens de calcul de la charge PME du moteur. Cette charge du moteur correspond au rapport du travail fourni par le moteur à un instant et à un régime donnés, sur le travail maximal que peut 30 développer le moteur pour ce régime donné. Cette charge peut être quantifiée à l'aide d'une pression moyenne effective PME dont le calcul est classique pour l'Homme du métier. Les moyens d'acquisition comportent enfin deux capteurs de pression 101, 102 aptes à relever les pressions P1, P2 des gaz d'admission dans les deux 35 plenums 25, 26, et des moyens de calcul de la différence DeltaP entre ces deux pressions P1, P2 relevées. La mémoire de masse stocke quant à elle une cartographie de la plage 6 de fonctionnement du moteur à combustion interne 1 et un logiciel d'exécution qui est apte à piloter en position la vanne de régulation 27. Cette cartographie mémorise, pour chaque valeur de chaque caractéristique déterminée, une valeur d'un écart de pressions optimal DeltaPo.
Plus précisément, cette cartographie fait ici correspondre à chaque couple de régime R et de charge PME une valeur d'un écart de pressions optimal DeltaPo. Cet écart de pressions optimal DeltaPo correspond à la différence de pressions idéale entre les deux plenums 25, 26, qui est telle que les mouvements tourbillonnaires dans les cylindres 11 présentent des amplitudes optimales pour le rendement du moteur. Le logiciel d'exécution est quant à lui prévu pour piloter le moteur électrique d'actionnement du volet papillon de la vanne de régulation 27, selon une consigne de pilotage élaborée en fonction des valeurs contenues dans la cartographie et dans la mémoire vive. Procédé Lorsque le moteur à combustion interne 1 fonctionne, l'air frais prélevé dans l'atmosphère par la ligne d'admission 20 est filtré par le filtre à air 21, comprimé par le compresseur 22, puis refroidi par le refroidisseur d'air 23, et enfin brûlé dans les cylindres 11. A sa sortie des cylindres 11, une partie des gaz brûlés, les gaz EGR, est prélevée par la ligne EGR 40, refroidie par l'échangeur thermique EGR 42, puis réinjectée dans le plenum de swirl 26 du répartiteur d'air 24. L'autre partie des gaz brûlés est détendue dans la turbine 32, puis traitée et filtrée par le catalyseur d'oxydation auxiliaire 33 et par le pot catalytique 34 avant d'être rejetée dans l'atmosphère. Simultanément, les moyens de pilotage 100 du moteur à combustion interne 1 pilotent la vanne de régulation 27 selon un procédé de pilotage prédéfini. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ce procédé de pilotage comporte une première étape d'acquisition de l'écart de pressions DeltaP entre les deux plenums 25, 26 du répartiteur d'air 24, une seconde étape d'acquisition d'une valeur d'au moins une caractéristique déterminée R, PME relative à un point de fonctionnement du moteur à combustion interne 1, et une troisième étape de pilotage de ladite vanne de régulation 27 en fonction dudit écart de pressions DeltaP et de chaque valeur acquise. Au cours de la première étape, les moyens d'acquisition relèvent les pressions P1 et P2 des gaz d'admission circulant respectivement dans le plenum de remplissage 25 et dans le plenum de swirl 26, puis calculent l'écart de pressions DeltaP entre ces deux pressions P1, P2 selon la formule : DeltaP = P2 ù P1. L'écart de pressions DeltaP ainsi calculé est alors mémorisé par la mémoire vive des moyens de pilotage. Bien sûr, en variante, cet écart de pressions pourrait être acquis différemment, par exemple par une mesure directe au moyen d'une sonde raccordée d'un côté au plenum de remplissage 25, et, de l'autre, au plenum de swirl 26.
Au cours de la deuxième étape, les moyens d'acquisition relèvent la valeur du régime R du moteur à combustion interne 1 et calculent la valeur de sa charge PME. Ces valeurs ainsi acquises sont alors mémorisées par la mémoire vive des moyens de pilotage. Bien sûr, en variante, les moyens d'acquisition pourraient relever les valeurs d'autres caractéristiques relatives au point de fonctionnement du moteur, telles que le débit de gaz frais circulant dans la ligne d'admission. Enfin, au cours de la troisième étape, le logiciel d'exécution recherche dans la cartographie l'écart de pressions optimal DeltaPo qui correspond aux valeurs acquises de la charge PME et du régime R.
Puis, ils comparent l'écart de pressions DeltaP acquis avec cet écart de pressions optimal DeltaPo. Si l'écart de pressions DeltaP acquis est supérieur à l'écart de pressions optimal DeltaPo, alors le logiciel d'exécution pilote la vanne de régulation 27 selon une consigne d'ouverture.
En revanche, si l'écart de pressions DeltaP acquis est inférieur à l'écart de pressions optimal DeltaPo, alors le logiciel d'exécution pilote la vanne de régulation 27 selon une consigne de fermeture. Enfin, si l'écart de pressions DeltaP acquis est égal à l'écart de pressions optimal DeltaPo, aucune consigne d'ouverture ou de fermeture n'est transmise à la vanne de régulation 27, de manière qu'elle conserve sa position. Préférentiellement, le logiciel d'exécution pilote l'ouverture et la fermeture de la vanne de régulation 27 d'un pas (ou angle de pivotement) invariable. Ainsi, si l'écart de pressions DeltaP acquis est différent de l'écart de pressions optimal DeltaPo, le moteur d'actionnement commande le pivotement du volet papillon de la vanne de régulation 27 d'un angle fixe et invariable, par exemple égal à 1 degré. De cette manière, tant que l'écart de pressions DeltaP acquis ne 8 s'égalise pas avec l'écart de pressions optimal DeltaPo, le volet papillon va s'ouvrir ou se fermer progressivement, par paliers de 1 degré. En variante, le logiciel d'exécution peut piloter l'ouverture et la fermeture de la vanne de régulation 27 d'un pas variable. Ce pas est alors plus précisément calculé par le logiciel d'exécution en fonction de la différence entre ledit écart de pressions DeltaP acquis et ledit écart de pressions optimal DeltaPo. Ainsi, si l'écart de pressions DeltaP acquis est différent de l'écart de pressions optimal DeltaPo, le moteur d'actionnement commande le pivotement du volet papillon de la vanne de régulation 27 d'un angle tel que l'écart de pressions DeltaP acquis s'égalise directement avec l'écart de pressions optimal DeltaPo. De cette manière, l'admission en air frais et en carburant des cylindres se fait de manière à engendrer dans les cylindres des mouvements tourbillonnaires d'amplitudes optimales, de sorte que le moteur présente un rendement optimisé.
La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Procédé de pilotage d'une vanne de régulation (27) du débit de gaz d'admission entrant dans l'un de deux plenums (25, 26) d'un répartiteur d'air (24) 5 d'un moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à : a) acquérir un écart de pressions (DeltaP) entre les deux plenums (25, 26) du répartiteur d'air (24), b) acquérir une valeur d'au moins une caractéristique déterminée (R, 10 PME) relative à un point de fonctionnement du moteur à combustion interne (1), c) piloter ladite vanne de régulation (27) en fonction dudit écart de pressions (DeltaP) acquis et de chaque valeur acquise.
2. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel à l'étape c), on détermine en fonction de chaque valeur acquise à l'étape b) un écart 15 de pressions optimal (DeltaPo), on compare ledit écart de pressions (DeltaP) acquis à l'étape a) avec cet écart de pressions optimal (DeltaPo), et on en déduit une consigne d'ouverture ou de fermeture de ladite vanne de régulation (27).
3. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel à l'étape c), on pilote l'ouverture ou la fermeture de ladite vanne de 20 régulation (27) d'un pas invariable.
4. Procédé de pilotage selon la revendication 2, dans lequel à l'étape c), on pilote l'ouverture ou la fermeture de ladite vanne de régulation (27) d'un pas variable déduit de la différence entre ledit écart de pressions (DeltaP) acquis à l'étape a) et ledit écart de pressions optimal (DeltaP0). 25
5. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel à l'étape b), on acquiert la valeur du régime (R) du moteur à combustion interne (1).
6. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel à l'étape b), on acquiert la valeur de la charge (PME) du moteur à 30 combustion interne (1).
7. Moteur à combustion interne (1) comportant au moins deux cylindres (11) et un répartiteur d'air (24) qui comprend, d'une part, un plenum de remplissage (25) débouchant en sortie dans chaque cylindre (11) et dont l'entrée (25A) est munie d'une vanne de régulation (27), et, d'autre part, un plenum de 35 swirl (26) débouchant en sortie dans chaque cylindre (11), caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de pression (101, 102) dans chaque plenum (25, 26) et des moyens électroniques de pilotage (100) de ladite vanne de régulation (27) qui sontaptes à : - calculer un écart de pressions (DeltaP) entre les pressions (P1, P2) relevées par lesdits capteurs de pression (101, 102), - acquérir une valeur d'au moins une caractéristique déterminée (R, PME) relative à un point de fonctionnement du moteur à combustion interne (1), et - piloter ladite vanne de régulation (27) en fonction dudit écart de pressions (DeltaP) calculé et de chaque valeur acquise.
8. Moteur à combustion interne (1) selon la revendication précédente, dans lequel les moyens électroniques de pilotage (100), d'une part, comportent une cartographie de la plage de fonctionnement du moteur à combustion interne qui fait correspondre, à chaque valeur de chaque caractéristique déterminée (R, PME), une valeur d'un écart de pressions optimal (DeltaPo), et, d'autre part, sont aptes à piloter ladite vanne de régulation (27) en fonction de la différence entre ledit écart de pressions (DeltaP) calculé et un écart de pressions optimal (DeltaPo) déduit de chaque valeur acquise.
9. Moteur à combustion interne (1) selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel ladite vanne de régulation (27) est une vanne papillon réglable en position angulaire.
10. Moteur à combustion interne (1) selon l'une des trois revendications précédentes, comportant une ligne d'admission (20) d'air frais débouchant dans ledit répartiteur d'air (24), une ligne d'échappement (30) de gaz brûlés prenant naissance dans lesdits cylindres (11) et une ligne de recirculation (40) des gaz brûlés qui prend naissance dans cette ligne d'échappement (30) et qui débouche dans le plenum de swirl (26) du répartiteur d'air (24). 10
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