FR2947866A1

FR2947866A1 - Procede de controle d'un debit d'air injecte dans un moteur, ensemble comprenant un calculateur mettant en œuvre ce procede et vehicule comportant un tel ensemble

Info

Publication number: FR2947866A1
Application number: FR0954788A
Authority: FR
Inventors: Frederic Gourves
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: Stellantis Auto Sas Fr
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-14
Anticipated expiration: 2029-07-09
Also published as: FR2947866B1

Abstract

Un procédé de contrôle d'un débit d'air injecté dans un moteur relié à un turbocompresseur, caractérisé en ce que le procédé comprend la mesure du taux de compression du turbocompresseur, la détermination du débit d'air minimal passant dans le turbocompresseur à partir du taux de compression mesuré, le calcul du débit d'air de consigne à partir du couple de consigne appliqué au moteur, et le contrôle du débit d'air injecté dans le moteur par correction du débit d'air de consigne, le débit d'air de consigne étant comparé avec le débit d'air minimal. L'invention se rapporte aussi à un ensemble comprenant un calculateur mettant en oeuvre le procédé décrit, ainsi qu'à un véhicule comprenant l'ensemble.

Description

PROCEDE DE CONTROLE D'UN DEBIT D'AIR INJECTE DANS UN MOTEUR, ENSEMBLE COMPRENANT UN CALCULATEUR METTANT EN OEUVRE CE PROCEDE ET VEHICULE COMPORTANT UN TEL ENSEMBLE [0001 La présente invention concerne un procédé de contrôle d'un débit d'air injecté dans un moteur relié à un turbocompresseur. L'invention se rapporte aussi à un ensemble comprenant un calculateur mettant en oeuvre le procédé décrit, ainsi qu'à un véhicule comprenant l'ensemble. [0002] Un moteur d'un véhicule automobile 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. [0003] Le turbocompresseur est défini par des champs compresseurs comme illustré par exemple sur la figure 1. Ces champs compresseurs sont des données fournies par les constructeurs de turbocompresseur. Une caractéristique importante des champs compresseurs est la ligne de pompage 10. Sur les faibles débits volumique, 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 bruyant. Ce phénomène est destructeur pour le compresseur et audible par le conducteur. [0004] Sur la figure 1, pour un certain taux de compression, le turbocompresseur fonctionne convenablement si le débit volumique appliqué au turbocompresseur est tel que le point de fonctionnement se situe à droite de la courbe ; en revanche si le débit volumique appliqué au turbocompresseur est tel que le point de fonctionnement se situe à gauche de la ligne de pompage 10, le turbocompresseur entre dans un fonctionnement en pompage. [000s] Dans un véhicule, la limite de pompage peut être dépassée lors de la chute rapide de la consigne de couple qui crée alors une chute importante du débit 5 volumique au niveau du compresseur. [0006] Une solution pour éviter de dépasser la limite de pompage est de créer un débit local autour du compresseur afin de réduire la chute de débit au niveau du compresseur. Un tel débit local est créé en utilisant une vanne appelée vanne de décharge (ou dump valve en anglais). La figure 2 montre une telle vanne 8 10 permettant de réinjecter un certain volume depuis la sortie du turbocompresseur 22 vers son entrée. [0007] Mais une telle solution implique un composant supplémentaire qu'est la dump valve, ce qui entraîne un surcoût. [0008] Le document FR-A-2 837 527 décrit un procédé de réglage de pression d'un 15 moteur suralimenté d'automobile, notamment afin de protéger des surcharges un compresseur placé sur un écoulement d'air vers le moteur. Le procédé comprend un calcul d'une consigne de pression. Il comprend ensuite une estimation d'une limite de pression au moyen d'une mesure de débit d'air traversant le compresseur et d'un taux de compression extrême autorisé pour ce débit d'air. La consigne de pression est 20 réduite à la limite de pression si ladite limite est inférieure à ladite consigne. [0009] Ce système permet d'éviter des consignes "dangereuses" pour le turbocompresseur en régime stabilisé. Néanmoins, ce document ne traite pas des problématiques liées aux phases transitoires de variations des débits d'air. [0010] Il existe donc un besoin pour un procédé évitant de dépasser la limite de 25 pompage pour le turbocompresseur y compris lors des régimes transitoires sans ajout de composants dans le véhicule. [0011] Pour cela, l'invention propose un procédé de contrôle d'un débit d'air injecté dans un moteur relié à un turbocompresseur, caractérisé en ce que le procédé comprend la mesure du taux de compression du turbocompresseur, la détermination du débit d'air minimal passant dans le turbocompresseur à partir du taux de compression mesuré, le calcul du débit d'air de consigne à partir du couple de consigne appliqué au moteur, et le contrôle du débit d'air injecté dans le moteur par correction du débit d'air de consigne, le débit d'air de consigne étant comparé avec le débit d'air minimal. [0012] Dans une variante, lorsque le débit d'air de consigne est inférieur au débit d'air minimal, le débit d'air injecté dans le moteur est le débit d'air minimal. [0013] Dans une variante, lorsque le débit d'air de consigne est supérieur au débit d'air minimal, le débit d'air injecté dans le moteur est le débit d'air de consigne. [0014] Dans une variante, la détermination du débit d'air minimal est réalisée à l'aide d'un abaque établissant le lien entre le taux de compression et le débit d'air dans le turbocompresseur. [0015] Dans une variante, la détermination du débit d'air minimal comprend une correction dépendant de la température et la pression en aval du turbocompresseur [0016] Dans une variante, lorsque le débit d'air de consigne est corrigé, le procédé comprend en outre l'activation d'une stratégie de dégradation du couple fourni par le moteur. [0017] Avantageusement, la stratégie de dégradation est choisie dans un groupe comprenant la dégradation de l'avance à l'allumage, la réalisation de la double injection, la combustion homogène pauvre et la combustion stratifiée. [0018] Dans une variante, lorsque le débit d'air de consigne est corrigé, le procédé comprend en outre l'activation d'une stratégie de prélèvement du couple fourni par le moteur. [0019] Avantageusement, le couple prélevé est transmis à un alternateur ou un compresseur de climatisation. [0020] La présente invention a également pour objet un ensemble comprenant : un moteur, un turbocompresseur de compression de l'air injecté dans le moteur, caractérisé en ce que l'ensemble comporte en outre un calculateur adapté à mettre en oeuvre le procédé décrit plus haut. [0021] Dans une variante, l'ensemble comprend en outre des capteurs de mesure de la pression en amont et en aval du turbocompresseur, le calculateur déterminant le taux de compression à l'aide des mesures de pression des capteurs de mesure. [0022] Enfin, la présente invention a également pour objet un véhicule comportant un ensemble tel que défini ci-dessus. [0023] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : • figure 1, un exemple de champ compresseur ; • figure 2, une représentation schématique d'une vanne de décharge ; • figure 3, une représentation schématique d'un ensemble moteur ; • figure 4, un schéma du calcul du débit d'air minimal dans le turbocompresseur figure 5, un schéma du calcul du débit d'air de consigne ; • figure 6, des graphiques illustrant l'évolution des différents paramètres pris en compte dans le procédé de contrôle du débit d'air. [0024] L'invention se rapporte à un procédé de contrôle d'un débit d'air injecté dans un moteur relié à un turbocompresseur. Le procédé comprend la mesure du taux de compression du turbocompresseur et la détermination du débit d'air minimal pouvant passer dans le turbocompresseur sans pompage à partir du taux de compression mesuré. Le procédé comporte en outre le calcul du débit d'air de consigne à partir du couple de consigne appliqué au moteur, et le contrôle du débit d'air injecté dans le moteur par correction du débit d'air de consigne, le débit d'air de consigne étant comparé avec le débit d'air minimal. [0025] Le procédé permet d'éviter le pompage du turbocompresseur de manière simple, y compris lors des régimes transitoires sans ajout de composants dans le véhicule. Egalement, le procédé permet de supprimer la dump valve ainsi que son système de pilotage. Il y a donc un intérêt économique important notamment dans le cas des petits moteurs essence turbocompressés. [0026] Le procédé peut être mis en oeuvre dans un ensemble moteur d'un véhicule tel qu'illustré sur la figure 3. Le véhicule comprend un moteur 12. Le moteur 12 peut être un moteur essence à injection directe ou indirecte. Le moteur comprend une ou plusieurs chambres 14 de combustion situées entre un collecteur 16 d'admission et un collecteur 18 d'échappement. Le collecteur 16 d'admission reçoit de l'air à introduire dans les chambres 14 de combustion. Du carburant est également injecté dans les chambres 14 de combustion généralement par une buse d'injection qui n'est pas représentée sur la figure 3. Le collecteur 18 d'échappement reçoit les émissions de gaz produites par la combustion et les dirige vers une ligne d'échappement 20. [0027] Le véhicule comprend en outre un turbocompresseur 22 de compression de l'air injecté dans le moteur. Le turbocompresseur est de ce fait relié au moteur et délivre de l'air comprimé au collecteur 16 d'admission. Le turbocompresseur 22 permet ainsi d'augmenter la densité de l'air admis au niveau de chacune des chambres de combustion. Cela permet la combustion de plus de carburant ce qui augmente la puissance du moteur. [0028] Le véhicule comporte en outre un calculateur adapté à mettre en oeuvre les étapes du procédé de contrôle d'un débit d'air injecté dans un moteur. [0029] Le procédé de contrôle comprend la mesure du taux de compression du turbocompresseur. Selon l'exemple de la figure 3, le véhicule comporte en outre des capteurs 24, 26 de mesure de la pression en amont et en aval du turbocompresseur. Le calculateur peut alors déterminer le taux de compression à l'aide des mesures de pression des capteurs de mesure. Le taux de compression est obtenu en établissant le rapport de la pression de l'air entre l'aval et l'amont du turbocompresseur 22. Une telle étape de mesure du procédé présente l'avantage de la facilité de la mise en oeuvre. De plus, les capteurs 24, 26 de mesure sont généralement utilisés dans les véhicules. L'étape de mesure est alors effectuée sans ajout de composant supplémentaire dans le véhicule. [0030] Le procédé comporte aussi une étape de détermination du débit d'air minimal passant dans le turbocompresseur 22 à partir du taux de compression mesuré. Ce débit d'air est le débit d'air minimal admissible permettant d'assurer que le débit d'air qui passe dans le turbocompresseur soit suffisant pour éviter le pompage du turbocompresseur. Ceci est représenté sur la figure 4 qui montre un schéma du calculateur. Le calculateur comprend un bloc 28 dans lequel sont entrées les mesures de la pression aval 30 et de la pression amont 32 du turbocompresseur. Le bloc 28 permet d'obtenir la valeur du taux (ou rapport) de compression 34. Selon une façon de procéder, la détermination du débit d'air minimal 35 en entrée du turbocompresseur est réalisée à l'aide d'un abaque 36 donnant le débit d'air. L'abaque 36 établissant le lien entre le taux de compression et le débit d'air dans le turbocompresseur est par exemple celui de la figure 1. [0031] Il est envisageable que la détermination du débit d'air minimal 35 puisse en outre comprendre une correction dépendant de la température et la pression en amont du turbocompresseur. Un bloc 38 permet, à partir de la pression amont 32 et de la température 40 prise en amont du turbocompresseur, d'établir qu'une correction doit être apportée à la valeur de débit d'air minimal. Un bloc 42 permet d'apporter la correction à la valeur de débit d'air minimal obtenue précédemment. Une telle correction permet de prendre en compte les conditions d'opération du turbocompresseur 22. [0032] Suivant les constructeurs de turbocompresseurs, les débits sont exprimés sous forme de débit-volumes ou de débits-masses. L'utilisation de valeurs réduites ou corrigées dans le bloc 38 permet de garder les champs compresseurs (tels que représentés sur la figure 1) fournis par les constructeurs invariants par rapport aux conditions d'entrée du fluide : Qreduit Q * Correction (P,T) avec Ti et P1 la température et la pression en amont du turbocompresseur et TO et PO la température et la pression normées auxquelles les champs compresseurs tels que représentés sur la figure 1 sont établis. [0033] Le procédé comprend en outre le calcul du débit d'air de consigne à partir du couple moteur de consigne. Ceci est représenté sur la figure 5 qui montre un schéma du calcul du débit d'air de consigne. Selon l'action du conducteur du véhicule sur la pédale d'accélération, le couple à fournir par le moteur varie. En conséquence, le débit d'air demandé varie aussi. Le couple 44 (ou consigne de couple) de consigne demandé par le conducteur est introduit dans le bloc 46 permettant de déterminer la consigne de débit d'air moteur 48 qu'il faut mélanger et injecter avec le carburant. Le turbocompresseur 22 permet d'injecter une plus grande quantité d'air si le débit d'air de consigne 48 est important. [0034] Le procédé comporte en outre une étape de contrôle du débit d'air injecté dans le moteur 52 par correction du débit d'air de consigne, le débit d'air de consigne 48 étant comparé avec le débit d'air minimal 35. Ceci permet de prendre en compte le débit d'air de consigne 48 et le débit d'air minimal 35 en entrée du turbocompresseur 22. Selon la figure 5, les débits 48 et 35 sont comparés dans le bloc 50 et la valeur la plus importante des deux débits est retenue en tant que débit d'air injecté dans le moteur 52. [0035] Lorsque le débit d'air de consigne 48 est inférieur au débit d'air minimal 35, le débit d'air injecté dans le moteur est le débit d'air minimal 35. Cela permet d'éviter que le débit d'air injecté dans le moteur 52 qui transite par le turbocompresseur 22 puisse être inférieur au débit d'air minimal 35 du turbocompresseur. De ce fait, dans toutes les situations, le phénomène de pompage est évité pour le turbocompresseur. [0036] Lorsque le débit d'air de consigne 48 est supérieur au débit d'air minimal 35, le débit d'air injecté dans le moteur 52 peut également être le débit d'air de consigne 48. Cela permet de répondre convenablement à la demande en couple du conducteur. [0037] La figure 6 montre divers graphes schématisant les étapes décrites précédemment. Le graphe A montre l'évolution dans le temps d'une consigne de couple 44 (ou couple de consigne demandé par le conducteur). Sur ce graphe, le conducteur demande subitement un couple plus important en appuyant sur l'accélérateur, puis la demande de couple chute si le conducteur relâche l'accélérateur. Le graphe B montre l'évolution dans le temps du taux de compression, en réponse à la demande du conducteur selon le graphe A. On voit que le taux de compression augmente lorsque la consigne de couple augmente ; ceci traduit une demande en air plus importante. Toutefois, l'augmentation du taux de compression n'est pas aussi rapide que peut l'être l'augmentation de la consigne de couple. Ceci est dû à l'inertie du turbocompresseur. Une fois que la consigne de couple chute, le taux de compression diminue. Le taux de compression diminue moins rapidement pour la même raison. [0038] Le graphe C compare la variation du débit d'air de consigne 48 en réponse à la variation de la consigne de couple avec la variation de la consigne de débit d'air minimal 35 du turbocompresseur 22. La consigne de débit d'air moteur corrigée 52 correspond à la consigne de débit d'air moteur 48 tant que cette dernière est supérieure à la consigne de débit d'air minimal 35. Toutefois, lorsque le conducteur relâche l'accélérateur, la consigne 48 devient inférieure à la consigne 5 ; pour éviter le pompage du turbocompresseur 22, le débit d'air injecté dans le moteur 52 correspond à la consigne de débit d'air minimal 35. [0039] Lorsque le débit d'air de consigne est corrigé, le procédé peut en outre comprendre l'activation d'une stratégie de dégradation du couple fourni par le moteur. En effet, et comme cela est visible sur le graphe C, le débit d'air injecté dans le moteur 52 correspondant à la consigne de débit d'air minimal 35, le mélange injecté dans le moteur est plus riche en air que nécessaire. Si la consigne de débit d'air n'est pas respectée, la consigne de couple ne le sera pas non plus. La consigne de couple risque alors d'être plus élevée que nécessaire. En conséquence, selon le graphe D, lorsque le calcul de débit d'air est saturé par la consigne de débit minimal au niveau du compresseur, il est possible d'activer des stratégies de dégradation ou de prélèvement de couple. [0040] La stratégie de dégradation peut être choisie dans un groupe comprenant la dégradation de l'avance à l'allumage, la réalisation de la double injection, la combustion homogène pauvre et la combustion stratifiée . Cette stratégie vise directement à baisser le couple fourni par le moteur pour respecter la consigne de couple demandée par le conducteur. La dégradation de l'avance à l'allumage correspond au déclenchement de l'allumage au-delà du point mort haut. La double injection correspond à l'injection non seulement à l'admission mais aussi au moment de l'allumage, ce qui permet de retarder encore l'allumage au-delà du point mort haut et donc dégrader le couple obtenu. La combustion stratifiée correspond à des zones de mélange hétérogène, ce qui dégrade la combustion et le couple obtenu. [0041] Alternativement (ou cumulativement), l'activation de la stratégie de prélèvement du couple fourni par le moteur vise à diminuer le couple fourni effectivement par le moteur, pour respecter la consigne de couple demandée par le conducteur. A titre d'exemple, une partie du couple moteur est prélevé et transmis à un alternateur ou à un compresseur de climatisation. [0042] Ainsi, le procédé décrit permet d'éviter que le turbocompresseur rentre dans la zone de pompage lors des chutes rapides de demande de couple par le conducteur. Pour cela le procédé comporte : - une saturation de la consigne de débit volumique en fonction des conditions de pression et des caractéristiques du compresseur, - une activation des stratégies de dégradation ou prélèvement de couple afin de garantir un couple fourni par le moteur conforme à la consigne du conducteur Cette solution permet de diminuer le coût de la boucle d'air d'un moteur Essence turbocompressé.

Claims

REVENDICATIONS1. Un procédé de contrôle d'un débit d'air injecté dans un moteur relié à un turbocompresseur, caractérisé en ce que le procédé comprend la mesure du taux de compression du turbocompresseur, la détermination du débit d'air minimal passant dans le turbocompresseur à partir du taux de compression mesuré, le calcul du débit d'air de consigne à partir du couple de consigne appliqué au moteur, et le contrôle du débit d'air injecté dans le moteur par correction du débit d'air de consigne, le débit d'air de consigne étant comparé avec le débit d'air minimal.
2. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque le débit d'air de consigne est inférieur au débit d'air minimal, le débit d'air injecté dans le moteur est le débit d'air minimal.
3. Le procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lorsque le débit d'air de consigne est supérieur au débit d'air minimal, le débit d'air injecté dans le moteur est le débit d'air de consigne.
4. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la détermination du débit d'air minimal est réalisée à l'aide d'un abaque établissant le lien entre le taux de compression et le débit d'air dans le turbocompresseur.
5. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la détermination du débit d'air minimal comprend une correction dépendant de la température et la pression en aval du turbocompresseur
6. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lorsque le débit d'air de consigne est corrigé, le procédé comprend en outre l'activation d'une stratégie de dégradation du couple fourni par le moteur.
7. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lorsque le débit d'air de consigne est corrigé, le procédé comprend en outre l'activation d'une stratégie de prélèvement du couple fourni par le moteur.
8. Un ensemble comprenant un moteur (12) et un turbocompresseur (22) de compression de l'air injecté dans le moteur, caractérisé en ce que l'ensemble comporte en outre un calculateur adapté à mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
9. L'ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des capteurs (22, 24) de mesure de la pression en amont et en aval du turbocompresseur, le calculateur déterminant le taux de compression à l'aide des mesures de pression des capteurs de mesure.
10. Un véhicule comprenant un ensemble selon la revendication 8 ou la revendication 9.