Brevet FR2512497A1 — publié le 19830311

Réglage de la charge d'un moteur à combustion interne suralimenté avec un turbocompresseur à gaz d'échappement. L'invention concerne le réglage de la charge d'un moteur à combustion interne suralimenté avec un turbocompresseur à gaz d'échappement, en particulier pour des automobiles équi- pées de servomoteurs électriques pour la commande du papillon des gaz et celle d'une soupape bipasse évacuant les gaz direc- tement dans le tuyau d'échappement en évitant de les faire passer dans la turbine d'entraînement du turbocompresseur. Avec les moteurs équipés de turbocompresseur de surali- mentation fonctionnant avec les gaz d'échappement, lorsque le moteur travaille avec ouverture réduite du papillon des gaz (charge partielle), le travail négatif du mouvement des gaz se trouve augrmenté du fait que la turbine à gaz d'échappement insérée dans le tuyau d'échappement détermine une augmentation de la pression des gaz à l'échappement L'énergie transférée à travers la turbine et le compresseur sous forme de surpres- sion, depuis les gaz d'échappement à l'air d'alimentation, n'est pas nécessaire neutralisée par conséquent par laminage par le papillon des gaz L'accroissement du travail nécessaire pour le mouvement des gaz, du fait de la pression plus grande à l'échappement, détériore le rendement du moteur et augmente par conséquent la consommation de carburant. L'objet de la présente invention consiste à améliorer le réglage du moteur dans son ensemble, afin d'améliorer le comportement de celui-ci en cours de fonctionnement et, surtout de réduire la consommation de carburant, ceci en réalisant une coordination judicieuse du fonctionnement des servomoteurs commandant le papillon des gaz et la soupape bipasse. Ce résultat est obtenu, selon la présente invention, par le fait que dans la partie inférieure du domaine de fonction- nement à charge partielle du moteur (jusqu'à environ 50 pour cent de la pleine charge), on maintient la soupape bipasse dans une position constante, presque à pleine ouverture, la turbine et le compresseur du turbocompresseur tournant alors à une vitesse basse constante, le réglage de la charge se faisant alors en faisant varier l'ouverture du papillon des gaz de O à 100 pour cent, tandis que dans la partie supérieure du domaine de variation de la charge le papillon des gaz reste ouvert à fond tandis que le réglage de la charge se fait en fermant plus ou moins la soupape bipasse et en faisant varier ainsi l'alimentation de la turbine du turbocompresseur Ceci permet d'alimenter la turbine du turbocompresseur, même à faible charge partielle, avec la quantité de gaz d'échappement convenable pour que ladite turbine avec le compresseur tour- nant à la même vitesse qu'elle, tournent ensemble à la vitesse de base inférieure Le moteur réagit plus rapidement aux actions sur la pédale d'accélération, car en cas d'appel brusque de puissance le turbocompresseur atteint plus rapide- ment la vitesse de consigne demandée, c'est-à-dire qu'il four- nit plus rapidement la pression de suralimentation nécessaire. -15 On obtient en même temps une transition plus douce au passage en régime suralimenté et on évite un comportement saccadé du véhicule. Selon une extension de l'invention on prévoit pour com- mander les servomoteursqui actionnent le papillon des gaz et la soupape bipasse la mise en oeuvre de moyens électroniques, ce qui permet d'ajuster exactement le réglage de la charge en fonction des valeurs effectives, à l'instant considéré, des grandeurs qui sont déterminantes pour la formation du mélange et pour la combustion, la vitesse de rotation du moteur ainsi que la pression et la température de l'air d'alimentation, ces grandeurs caractéristiques étant liées à la position de la pé- dale de l'accélérateur, dont l'acquisition se fait avec des moyens électroniques Selon une variante de la présente inven- tion, ce ne sont pas ces grandeurs caractéristiques elles- mêmes que l'on fait agir sur les servomoteurs des organes de réglage de la puissance, c'est-à-dire le papillon des gaz et la soupape bipasse, mais des grandeurs de réglage représenta- tives élaborées à partir de ces grandeurs caractéristiques au moyen de convertisseurs élaborateurs de fonction non linéaires. En choisissant convenablement les relations fonctionnelles res- -pectives entre les grandeurs caractéristiques d'entrée desdits convertisseurs et leurs grandeurs de sortie utilisées pour le réglage, on peut réaliser une adaptation optimale du réglage de la charge du moteur aux conditions de fonctionnement de celui-ci De plus, à partir de la vitesse des déplacements de la pédale de l'accélérateur on peut élaborer un signal qui, par l'intermédiaire du servomoteur de la soupape bipasse pro- voque la fermeture de celle-ci et fait monter le turbocompres- seur à la vitesse maximale aussitôt, ou peu avant, que le papillon des gaz arrive à la pleine ouverture Si le turbocompre- a atteint la valeur de consigne de la vitesse de rotation, ou de la pression de l'air d'alimentation, on ramène l'alimentation de la turbine au régime convenable en ouvrant partiellement la soupape bipasse On peut obtenir ainsi, le cas échéant, une accélération maximale du véhicule. On a représenté dans le dessin et on va expliquer ci- dessous un schéma du réglage de la charge selon la présente invention. Les figures montrent respectivement: Figure 1 Schéma fonctionnel du réglage de la charge Figures 2, 3 et 4 Montage électroniques des convertisseurs de fonctions. Le signal d'un capteur électrique 1, représentatif de la position Y de la pédale de l'accélérateur et obtenu au moyen d'un capteur à potentiomètre est appliqué au moyen d'un premier conducteur 2 à un convertisseur de fonction angulaire 3 qui, selon une loi prédéterminée impose entre la position angulaire y de la pédale d'accélérateur et la position angulaireo 2 du papillon des gaz urerelation telle, qu'à partir de la position angulaire 0 l'ouverture du papillon des gaz croît proportion- nellement à la racine carrée du déplacement angulaire de la pédale de l'accélérateur, jusqu'à la position O 2 max de pleine ouverture qui est atteinte lorsque la pédale de l'accélérateur est à peu près à moitié enfoncée L'angle calculateur 4, en même temps qu'un signal de commande N 2 éla- boré à partir de la vitesse de rotation du moteur Le signal de commande représentatif de la vitesse de rotation N 2 est constitué par le signal de sortie d'un convertisseur de fonc- tion vitesse 5, qui transforme le signal de vitesse N 1 du moteur, obtenu au moyen d'un capteur tachymétrique 6, en un- signal de vitesse représentatif N 2, selon une fonction mathématique croissante, comportant un point d'inflexion Le signal de sortie du circuit calculateur 4 est appliqué à un servomoteur électrique 7 commandant le papillon des gaz, qui déplace celui-ci d'un angle 0. Par un autre conducteur 8, parallèle au conducteur 2 pré- cité, la position Y de la pédale de l'accélérateur est appli- quée à l'entrée d'un convertisseur de fonction 9, qui selon une loi prédéterminée délivre en sortie un signal de commande 2 pour la position de la soupape bipasse du turbocompresseur à gaz d'échappement Pour la position?= O de la pédale de l'accélérateur on a 2 = ( 2 max, la soupape bipasse est com- plètement ouverte, le turbocompresseur à gaz d'échappement n'est pas en service A partir de la position approximative- ment à moitié enfoncée de la pédale de l'accélérateur, S Oau- gmentant, le signal de commande P 2 décroît selon une hyperbole ou selon une courbe exponentielle, c'est-à-dire qu'à partir de ce moment-là on augmente progressivement l'alimentation de la turbine La position effective ( de la soupape bipasse dépend en outre des signaux de commande 02 et 2 représentatifs res- pectivement de la pression et de la température de l'air d'ali- mentation, qui sont appliqués à l'entrée d'un circuit calcula- teur 10 ensemble avec le signal de commande 92 Ce circuit calculateur combine tous ses signaux d'entrée par addition ou par multiplication Avec le signal de sortie du circuit calcu- lateur 10 on commande un servomoteur de positionnement 11 qui commande la soupape bipasse et que l'on déplace d'un angle de réglage Le signal de commande de pression /2 est élaboré dans un élaborateur de fonction 12, dont le signal d'entrée Pl provient d'un capteur de pression 13 raccordé à la tubulure d'air d'alimentation Le signal de commande de la pression /2 suit une fonction continûment décroissante lorsque Pl croit, c'est-à- dire qu'au fur et à mesure que la pression de l'air d'alimentation augmente on réduit le déplacement dans le sens de la fermeture de la soupape bipasse et, par conséquent, le degré de suralimentation du moteur à combustion interne Par contre, la température de l'air d'alimentation n'agit sur les déplacements de réglage de la soupape bipasse que selon une loi toute différente Le signal de commande température 2 ' obtenu à la sortie d'un convertisseur de fonction 14, est tout d'abord approximativement constant pour une température croissante de l'air d'alimentation, mesurée à l'aide d'un capteur thermique La température Pl continuant à monter ú 2 augmente brusquement et provoque une fermeture fortement accé- lérée de la soupape bipasse Si la température ú de l'air d'alimentation continue à croître, le signal F 2 reste à sa nouvelle valeur constante. En choisissant convenablement les relations fonctionnelles, déterminées par les convertisseurs de fonctions entre les grandeurs caractéristiques du moteur qui sont mesurées et les grandeurs de commande ou de réglage qui leur correspondent, il est possible d'optimaliser avec un maximun de précision la régulation de la charge du moteur à combustion interne. On a reproduit dans les figures 2, 3 et 4 des montages connus de convertisseurs de fonctions, extraits de l'ouvrage "HalbleiterSchaltungstechnik", troisième édition, page 274, les amplificateurs opérationnels pour tensions d'entrée néga- tives n'entrant pas en ligne de compte dans le cas d'applica- tion considéré Pour chacun des convertisseurs de fonction 3, 9, 5, 12 et 14 on utilise un montage composé de sous-ensembles selon les figures 2, 3 et 4 et selon la forme des caractéris- tiques désirées on a plusieurs sous-ensembles selon la figure 2 tandis que le sous-ensemble selon la figure 3 n'est né- cessaire que pour les convertisseurs de fonctions 9, 12 et 14. Le courant de sortie de la borne 17 du sous-ensemble de la figure 2 est fonction de la tension d'entrée appliquée sur la borne 16 et de la position des potentiomètres 18 et 19 Avec le potentiomètre 18 on fixe une valeur minimale pour la tension d'entrée, jusqu'à laquelle le courant de sortie sur la borne 17 reste égal à zéro Pour des valeurs plus élevées de la ten- sion d'entrée le courant de sortie croit proportionnellement à la variation de la tension d'entrée, le coefficient de pro- portionnalité pouvant être réglé au moyen du potentiomètre 19. Avec le sous-ensemble selon la figure 3 fournit en cou- rant constant, indépendant de la tension d'entrée et que l'on peut ajuster à l'aide du potentiomètre 20 On raccorde les courants de sortie des sous-ensemblesselon les figures 2 et 3 à la borne 21 du sous-ensemble de la figure 4; les deux courants sont alors additionnés et transformés en une tension de sortie proportionnelle, sur la borne 22 Avec ces conver- tisseurs de fonctions on peut élaborer des caractéristiques dont on peut choisir la forme à volonté, composés par exem- pie d'une partie constante et de plusieurs segments avec des pentes ascendantes ou descendantes variables. Z 512497 R E V E N D I CA T I O N S 1 Réglage de la charge d'un moteur combustion interne suralimenté au moyen d'un turbocompresseur à gaz d'échappement en particulier pour les automobiles avec des servomoteurs électriques pour la commande du papillon des gaz et d'une soupape bipasse évacuant les gaz directement dans le tuyau d'échappement en évitant de les faire passer dans la turbine d'entraînement du turbocompresseur, caractérisé par le fait que dans la partie inférieure du domaine de fonctionnement à charge partielle du moteur à combustion interne (jusqu'à environ 50 pour cent de la pleine charge), la soupape bipasse reste dans une position constante, correspondant presque à la pleine ouverture, grâce à quoi la turbine et le compresseur du turbocompresseur tournent à une vitesse constante et que pour régler la charge on fait varier l'ouverture du papillon des gaz de O à 100 pour cent, tandis que dans la partie su- périeure du domaine de variation de la charge le papillon des gaz est ouvert' à fond et le réglage de la charge s'effectue en fermant plus ou moins la soupape bipasse et en faisant varier ainsi l'alimentation de la turbine du turbocompresseur. 2 Réglage de la charge selon la revendication 1, ca- ractérisé par le fait que le papillon des gaz peut être com- mandé par la position de la pédale de l'accélérateur et de la vitesse de rotation du moteur, et que la soupape bipasse est commandée par la position de la pédale de l'accélérateur ainsi que par la pression et la température de l'air à l'admission, les influences respectives des différentes grandeurs de comman- de étant combinées par addition ou par multiplication. 3 Réglage de la charge selon la revendication 2, ca- ractérisé par le fait que les grandeurs de commande sont éla- borées en tant que grandeurs de sortie de convertisseur éla- borateurs de fonctions non linéaires ( 6, 13, 15), à partir de grandeurs mesurées, caractéristiques du fonctionnement du moteur, à savoir, la vitesse de rotation du moteur ainsi que la pression et la température de l'air d'alimentation.