Brevet FR2655380A1 — publié le 19910607

La présente invention concerne un procédé de régulation de la pression dans le conduit d'aspiration en amont des soupapes d'admission dans un moteur à injection et compression d'air, qui est suralimenté par un turbo- compresseur à gaz d'échappement, jusqu'à une valeur de consigne prédéterminée au moyen d'un premier dispositif formant soupape, commandant le courant pondéral de gaz d'échappement sollicitant la turbine du turbocompresseur à gaz d'échappement et par l'intermédiaire duquel, pour aug- menter la pression dans le conduit d'admission en amont des soupapes d'admission, le courant pondéral de gaz d'échappement sollicitant la turbine est augmenté alors que, pour réduire la pression dans le conduit d'admission en amont des soupapes d'admission, ce courant pondéral de gaz d'échappement est réduit. Dans un moteur Diesel suralimenté et connu d'après le document "MTZ 49 ", ( 1988), pages 37-41, il est prévu de régler la pression dans le conduit d'aspiration en amont des soupapes d'admission ( pression de suralimen- tation) à une valeur de consigne prédéterminée par l'in- termédiaire d'un clapet disposé dans un conduit de dériva- tion contournant la turbine du turbocompresseur à gaz d'échappement. Dans un procédé connu d'après la demande de brevet allemand N 039 32 420 6 qui n'a pas été publiée mais qui est cependant plus ancienne, il est prévu, pour rédui- re l'émission de substances nocives, notamment l'émission d'oxydes d'azote N Ox et de particules, de commander un clapet d'étranglement disposé dans le conduit d'aspiration d'un moteur Diesel de telle sorte qu'une pression absolue prédéterminée soit établie dans ce conduit d'aspiration en aval du clapet d'étranglement. L'invention a pour objet de réaliser un procédé du type défini dans le premier paragraphe, à l'aide duquel on puisse réduire l'émission de substances nocives dans un moteur à injection à compression d'air et à surali- mentation, tout en éliminant cependant simultanément les difficultés importantes de conduite se posant lors de con- ditions instables de marche du moteur. Le problème est résolu, pour le procédé, confor- mément à l'inventionen ce que la pression dans le conduit d'aspiration en amont des soupapes d'admission est régla- ble à une valeur de consigne prédéterminée additionnel- lement par l'intermédiaire d'un second dispositif formant soupape disposé en aval du compresseur dans le conduit d'admission, la régulation de cette pression étant effec- tuée exclusivement par l'intermédiaire d'un des deux dispositifs formant soupapes. L'étranglement de l'écoulement d'air d'aspiration dans des moteurs à injection et compression d'air par l'intermédiaire d'un dispositif formant soupape qui est situé dans le conduit d'aspiration présente l'avantage que, par une réduction du courant pondéral d'air parvenant dans la chambre de combustion, il se produit seulement une dimi- nution du refroidissement de la chambre de combustion, de sorte qu'on est assuré d'un brûlage du carburant à un haut niveau de température et par conséquent d'une diminution d'émission de substances nocives En outre notamment dans le cas de moteurs à préchambres -, grâce à la réduction du courant pondéral d'air, on empêche que, dans les domaines de charges basses à moyennes o l'injection du carburant est effectuée seulement à une faible pression, le jet de carburant soit maintenu en retrait dans la zone de l'injec- teur de courant par le courant d'air pénétrant dans la préchambre Le jet de carburant injecté atteint ainsi faci- lement également dans le cas d'une pression d'injection de carburant assez faible une broche de dispersion dispo- sée dans une zone inférieure d'e l'espace de formation de mélange de la préchambre et sur laquelle le carburant peut se vaporiser Il est ainsi possibled'obtenir, précisément dans les domaines de charges basses et moyennes du moteur, une amélioration de formation du mélange et par conséquent également une diminution d'émission de substances nocives. Si maintenant l'étranglement de l'air d'admis- sion était appliqué à des moteurs suralimentés par turbo- compresseur à gaz d'échappement, il se produirait, avec un papillon d'étranglement disposé comme ci-dessus et après une variation de charge dans un sens positif ( par exemple du ralenti vers une charge partielle), seulement une très lente augmentation de la pression, influençant le rendement, dans le conduit d'aspiration en arrière du papillon d'étran- glement car l'air de combustion fourni par le compresseur serait, en fonction de la position du papillon d'étrangle- ment, retenu plus ou moins fortement en amont de celui-ci. Lors d'une ouverture du papillon d'étranglement, il se produirait alors brusquement une pression relativement grande en amont des soupapes d'admission, ce qui aurait pour conséquence, du fait de l'adaptation correspondante de la quantité de carburant injecté, une brutale accéléra- tion incontrôlée, qui obligerait alors le conducteur à produire immédiatement une réduction de la charge. En outre, la compression de l'air de combustion sur un papillon d'étranglement partiellement fermé provoque une augmentation de la consommation de carburant, notamment pour de grandes vitesses ou de grands débits du compres- seur. Ainsi, l'étranglement du courant d'air d'aspira- tion, qui est avantageux pour le comportement de gaz d'échappement, pose des problèmes de conduite en cas de marche instable et il crée des inconvénients en ce qui concerne la consommation de carburant On remédie mainte- nant, à ces inconvénients conformément à l'invention par le fait que la pression dans le conduit d'aspiration en amont des soupapes d'admission, c'est-à-dire en aval du papillon d'étranglement, est réglée soit par l'intermédiai- re du dispositif formant soupape qui est prévu dans le conduit d'aspiration, soit par l'intermédiaire du disposi- tif formant soupape qui est prévu en amont de la turbine. Selon une autre particularité avantageuse du procédé conforme à l'invention: pour augmenter la pression dans le conduit d'aspiration en amont des soupapes d'admission dans le cas o le second dispositif formant soupape se trouve dans sa position d'ouverture maximale, la pression dans le conduit d'aspira- tion en amont des soupapes d'admission est réglée à la valeur de consigne par l'intermédiaire du premier disposi- tif formant soupape et, dans le cas o le second dispositif formant soupape ne se trouve pas encore dans sa position d'ouverture maximale, la pression dans le conduit d'aspira- tion en amont des soupapes d'admission est encore réglée par une ouverture correspondante de ce second dispositif formant soupape à la valeur de consigne jusqu'à ce que le second dispositif formant soupape arrive dans sa position d'ouverture maximale, et pour réduire la pression dans le conduit d'aspiration en amont des soupapes d'admission dans le cas o le premier dispositif formant soupape se trouve dans sa position d'ouverture maximale, la pression dans le conduit d'aspi- ration en amont des soupapes d'admission est réglée à la valeur de consigne prédéterminée par l'intermédiaire du second dispositif formant soupape situé dans le conduit d'aspiration et, dans le cas o le premier dispositif formant soupape ne se trouve pas encore dans sa position d'ouverture maximale, la pression dans le conduit d'aspi- ration en amont des soupapes d'admission est encore réglée par une ouverture correspondante du premier disposi- tif formant soupape à la valeur de consigne jusqu'à ce que le premier dispositif formant soupape arrive dans sa posi- tion d'ouverture maximale. Selon encore une autre particularité du procédé conforme à l'invention, la pression optimale dans le con- duit d'aspiration en amont des soupapes d'admission est réglable pour chaque point de fonctionnement du moteur et, à cet égard, en déterminant une valeur de pression absolue comme valeur de consigne pour la pression dans le conduit d'aspiration en amont des soupapes d'admission, on tient compte de l'influence d'altitudes différentes o le véhi- cule se déplace. Pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, il est prévu un appareillage o la turbine du turbocompresseur à gaz d'échappement est disposée dans le conduit de gaz d'échappement et le compresseur du turbo- compresseur à gaz d'échappement est disposé dans le conduit d'aspiration du moteur à combustion, l'appareillage étant caractérisé en ce que le second dispositif formant soupape est un clapet d'étranglement disposé en aval du compres- seur dans le conduit d'aspiration et qui peut être actionné par l'intermédiaire d'un second mécanisme de manoeuvre et en ce que le premier dispositif formant soupape est disposé dans un conduit de bypass dérivé en amont de la turbine et peut être actionné par l'intermédiaire d'un premier méca- nisme de manoeuvre, les deux mécanismes de manoeuvre pou- vant être commandés par une unité électronique de commande, qui reçoit au moins un signal représentant une valeur de mesure correspondant à la charge actuelle et un signal représentant une valeur de mesure correspondant à la vites- se de rotation actuelle du moteur. Selon une autre caractéristique de l'appareillage le champ caractéristique servant à la détermination de la valeur de consigne en fonction de la charge et de la vites- se de rotation est mémorisé dans une mémoire morte de l'unité électronique de commande. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mis en évidence dans la suite de la descrip- tion, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 donne une représentation de principe d'un exem- ple de réalisation d'un appareillage pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention et la figure 2 est un organigramme mettant en évidence le mode de fonctionnement de l'unité électronique de commande dési- gnée par 10 sur la figure 1. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un moteur Diesel suralimenté au moyen d'un turbocompresseur à gaz d'échappement 2, le moteur comportant un conduit d'aspira- tion 3, dans lequel est disposé le compresseur 4 du turbo- compresseur 2, ainsi qu'un conduit de gaz d'échappement , dans lequel est disposée la turbine 6 du turbocompres- seur 2 En amont de la turbine 6, il est prévu un conduit de dérivation 7 partant du conduit de gaz d'échappement 5, contournant la turbine 6 et qui débouche en aval de la turbine 6 à nouveau dans le conduit de gaz d'échappement 5. Dans ce conduit de dérivation 7, il est prévu un premier dispositif formant soupape Vl, agencé comme un clapet et qui peut être actionné, au moyen d'un premier mécanisme de manoeuvre 8, graduellement entre une position ouvrant complètement la section de passage d'écoulement dans le conduit de dérivation 7 et une position fermant complètement le conduit de dérivation 7. En aval du compresseur 4, il est prévu dans le conduit d'aspiration 3 un second dispositif formant soupa- pe V 2, agencé comme un clapet d'étranglement et qui peut être actionné par l'intermédiaire d'un second mécanisme de manoeuvre 9, également graduellement -, entre une position ouvrant complètement la section de passage d'écou- lement dans le conduit d'aspiration 3 et une position ( position de fermeture) réduisant la section de passage dans le conduit d'aspiration 3 jusqu'à une section minima- le. Les deux mécanismes de manoeuvre 8 et 9 sont commandés par une unité électronique de commande 10, qui reçoit par l'intermédiaire du conducteur 11 de valeurs de mesure un signal représentant la vitesse de rotation actuelle N du moteur, par l'intermédiaire du conducteur 12 de valeurs de mesure un signal représentant la charge actuelle x RS du moteur ( déviation de la tige de régula- tion sur la pompe d'injection), et par l'intermédiaire du capteur 13 et du conducteur 14 de valeurs de mesure un signal représentant la pression actuelle P 2 dans le conduit d'aspiration en amont des soupapes d'admission -:et qui sera appelée dans la suite seulement la pression P 2 Un des deux clapets Vl et V 2 est toujours complètement ouvert; ainsi dans les domaines de charges basses à moyennes du moteur, le clapet Vl est complètement ouvert, et la régula- tion de la pression P 2 est alors effectuée par l'inter- médiaire du clapet d'étranglement V 2 tandis que, dans les domaines de charges comprises entre les valeurs moyen- nes et la pleine charge, le clapet d'étranglement V 2 est complètement ouvert et la régulation de pression s'effectue alors par l'intermédiaire du clapet Vl. Le mode de fonctionnement de l'unité électronique de commande 10 va être expliqué à l'aide d'un organigramme représenté sur la figure 2. Après le démarrage du moteur 1, dans l'étape d'entrée 16, les valeurs actuelles de la vitesse de rota- tion N du moteur et de la charge de moteur x RS sontlues. En fonction de ces paramètres actuels de marche, il se produit dans l'étape suivante 17, à partir d'un champ caractéristique 18 enregistré dans une mémoire morte (ROM), une détermination d'une valeur de consigne P 2 'soll le la pression p 2 correspondant à ce point de fonctionnement du moteur et la pression actuelle P 21 saisie par l'intermé- diaire du capteur 13, doit être réglée à cette valeur de consigne dans l'étape d'entrée suivante 19 en conformité avec les conditions suivantes ( p 2 so 1 est une valeur de consigne de pression absolue) Dans l'étape de traitement suivante 20, la différence a 2 est déterminée à partir de la valeur de consigne p 2, sol et de la valeur actuelle de pression P 2 Si cette différence est égale à 0 ( étape de dérivation 32), il se produit un retour au point 31 en vue d'une nouvelle introduction des paramètres de fonction- nement dans l'étape 16 Si la différence A p 2 est supérieu- re à 0 ( étape de dérivation 21), c'est-à-dire lorsque la valeur de consigne prédéterminée P 21 soll est supérieure à la valeur réelle mesurée P 21 le moteur 1 se trouve alors dans une phase dans laquelle une augmentation de la pres- sion P 2 est demandée, par exemple pendant une phase d'accé- lération Dans ce cas, la commande passe à l'étape de dérivation 22 dans laquelle il est contrôlé si le clapet d'étranglement V 2 situé dans le conduit d'aspiration 3 est déjà complètement ouvert Si cela n'est pas encore le cas, le clapet d'étranglement V 2 est un peu plus ouvert, dans l'étape de sortie 23, par une activation correspondante du mécanisme de manoeuvre 9 assurant son actionnement. Il en résulte une montée de la pression P 2 La commande dérive à nouveau vers le point de sortie 31 et, après une nouvelle exécution des étapes 16, 17, 19 et 20, il est contrôlé dans l'étape 32 si, sous l'effet de cette ouvertu- re partielle du clapet d'étranglement V 2, la valeur de consigne prédéterminée p 21 soll est déjà atteinte Lors d'une réponse négative, il est contrôlé dans l'étape 21 si la pression p 2 est encore toujours trop petite ou bien si la valeur de consigne P 20 so 11 est déjà dépassée Dans le premier cas, le clapet d'étranglement V 2, pour autant qu'il ne soit pas déjà complètement ouvert ( étape 22), est ouvert encore un peu plus dans l'étape de sortie 23 Dans l'autre cas ( pression P 2 déjà trop grande), la commande dérive vers l'étape 26 o se produit une interrogation pour définir si le clapet Vl est déjà complètement ouvert Lors d'une réponse affirmative, le clapet d'étranglement V 2 est à nouveau actionné légèrement dans le sens de fermetu- re dans l'étape 28. Tant que le clapet d'étranglement V 2 n'est pas complètement ouvert ( étape 22), il se produit encore une régulation de la pression p 2 par l'intermédiaire du clapet d'étranglement V 2. Si la valeur de consigne P 2 so 11 n'est également pas atteinte par ouverture complète du clapet d'étrangle- ment, il se produit ensuite, dans le cas o le clapet d'étranglement V 2 est complètement ouvert, une dérivation vers l'étape 24, au moyen de laquelle finalement le clapet Vl prévu dans le conduit de dérivation 7 est légèrement déplacé dans le sens de fermeture en vue d'augmenter encore -la pression p 2. Dans l'étape de dérivation 30, il se produit encore une interrogation pour définir si le contacteur servant à arrêter le moteur 1 ( contacteur d'allumage est ouvert ou fermé Si ce contacteur n'est pas encore ouvert, c'est-à-dire s'il n'est pas souhaité d'arrêter le moteur 1, il se produit un brusque retour au point de sommation 31 en vue d'un nouveau captage des valeurs réel- les de la charge x RS et de la vitesse de rotation N du moteur. Maintenant le clapet d'étranglement V 2 se trouve dans la position d'ouverture maximale et la régulation de la pression P 2 est assurée par l'intermédiaire du clapet Vl Cela se produit de telle sorte que, après le retour au point 31 et après une nouvelle exécution des étapes 16, 17, 19 et 20, il est contrôlé à nouveau dans l'étape 32 si la pression P 2 a maintenant atteint la valeur de consi- gne prédéterminée P 2 soll après la fermeture partielle du conduit de dérivation 7 Lors d'une réponse négative ( étape 21,A P 2 > 0), le clapet Vl est actionné encore plus dans le sens de fermeture dans l'étape 24 ( le clapet d'étranglement V 2 est complètement ouvert). Si la valeur de consigne p 2,soll est déjà dépas- sée ( 'p 240), il se produit alors dans l'étape 27 ( une interrogation faite dans l'étape 26 a déjà déterminé que le clapet Vl n'est pas encore complètement ouvert) à nouveau une légère ouverture du clapet Vl pour réduire la pression p 2 La régulation de la pression p 2 est alors assurée par l'intermédiaire du clapet Vl. D'une manière analogue, lors d'une demande de diminution de la pression P 2 ( par exemple lors d'une réduction de charge exercée par l'intermédiaire de la pédale d'accélérateur), initialement la pression p 2 est réglée par l'intermédiaire du clapet Vl ( étape 27 ou étape 24) jusqu'à ce que, même lorsque le clapet Vl est complètement ouvert, la pression P 2 est encore toujours trop grande (y P 240) C'est seulement lorsqu'une réponse affirmative est donnée à l'interrogation faite dans l'étape 26 que le clapet d'étranglement V 2 est actionné dans le sens de fermeture, dans l'étape 28, pour diminuer encore la pression P 2 La régulation de la pression p 2 est alors à nouveau effectuée par l'intermédiaire du clapet d'étranglement V 2 ( étape 28 ou étape 23). Dans une autre mise en oeuvre de l'invention, il est également envisageable de déterminer la valeur de consigne P 2 soll non exclusivement en fonction de la charge x RS et de la vitesse de rotation N du moteur mais addition- nellement encore en fonction d'autres paramètres 32 de fonctionnement du moteur 1, comme par exemple la températu- re du fluide de refroidissement, la température de l'air admis, etc ( cf figure 1 et étape d'entrée 16 sur la figure 2). il REVENDICATIONS 1 Procédé de régulation de la pression dans le conduit d'aspiration en amont des soupapes d'admission dans un moteur à injection et compression d'air, qui est surali- menté par un turbocompresseur à gaz d'échappement, jusqu'à une valeur de consigne prédéterminée au moyen d'un premier dispositif formant soupape, commandant le courant pondéral de gaz d'échappement sollicitant la turbine du turbocom- presseur à gaz d'échappement et par l'intermédiaire duquel, pour augmenter la pression dans le conduit d'admission en amont des soupapes d'admission, le courant pondéral de gaz d'échappement sollicitant la turbine est augmenté alors que, pour réduire la pression dans le conduit d'admission en amont des soupapes d'admission, ce courant pondéral de gaz d'échappement est réduit, procédé caractérisé en ce que la pression (P 2) dans le conduit d'aspiration ( 3) en amont des soupapes d'admission est réglable à unevaleur de consigne prédéterminée (P 2,soll) additionnellement par l'intermédiaire d'un second dispositif formant soupape (V 2) disposé en aval du compresseur ( 4) dans le conduit d'admission ( 3), la régulation de cette pression (P 2) étant effectuée exclusivement par l'intermédiaire d'un des deux dispositifs formant soupapes (Vl) ou (V 2). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que: pour augmenter la pression (P 2) dans le conduit d'aspi- ration ( 3) en amont des soupapes d'admission,dans le cas o le second dispositif formant soupape (V 2) se trouve dans sa position d'ouverture maximale, la pression (P 2) dans le conduit d'aspiration ( 3) en amont des soupapes d'admission est réglée à la valeur de consigne (P 2 soll) par l'intermédiaire du premier dispositif formant soupape (Vl) et, dans le cas o le second dispositif formant soupape (V 2) ne se trouve pas encore dans sa position d'ouverture maximale, la pression (P 2) dans le conduit d'aspiration ( 3) en amont des soupapes d'admission est encore réglée par une ouverture correspondante de ce second dispositif formant soupape (V 2) à la valeur de consigne (P 2,soll) jusqu'à ce que le second dispositif formant soupape (V 2) arrive dans sa position d'ouverture maximale et pour réduire la pression (P 2) dans le conduit d'aspira- tion ( 3) en amont des soupapes d'admission dans le cas o le premier dispositif formant soupape (Vl) se trouve dans sa position d'ouverture maximale, la pression (P 2) dans le conduit d'aspiration en amont des soupapes d'admission est réglée à la valeur de consigne prédéterminée (P 2 soll) par l'intermédiaire du second dispositif formant soupape (V 2) situé dans le conduit d'aspiration ( 3) et, dans le cas o le premier dispositif formant soupape (Vl) ne se trouve pas encore dans sa position d'ouverture max male, la pression (P 2) dans le conduit d'aspiration ( 3) en amont des soupapes d'admission est encore réglée par une ouverture correspon- dante du premier dispositif formant soupape (Vl) à la valeur de consigne (P 2 soll) jusqu'à ce que le premier dispositif formant soupape (VI) arrive dans sa position d'ouverture maximale. 3 Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de consigne (P 2 soll) est déterminée à partir d'un champ caractéristique ( 18) fonc- tion au moins de la charge du moteur à combustion et de sa vitesse de rotation. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur de consigne (P 2 soll) intervient dans le champ caractéristique comme une valeur de pression absolue. Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon une des revendications 1 à 4, o la turbine du turbocompresseur à gaz d'échappement est disposée dans le conduit de gaz d'échappement et le compresseur du turbo- compresseur à gaz d'échappement est disposé dans le conduit d'aspiration du moteur à combustion, caractérisé en ce que le second dispositif formant soupape (V 2) est un clapet d'étranglement disposé en aval du compresseur ( 4) dans le conduit d'aspiration ( 3) et qui peut être actionné par l'intermédiaire d'un second mécanisme de manoeuvre ( 9), et en ce que le premier dispositif formant soupape (Vl) est disposé dans un conduit de dérivation ( 7) dérivé en amont de la turbine ( 6) et peut être actionné par l'intermédiai- re d'un premier mécanisme de manoeuvre ( 8), les deux méca- nismes de manoeuvre ( 8 et 9) pouvant être commandés par une unité électronique de commande ( 10), qui reçoit au moins un signal représentant une valeur de mesure corres- pondant à la charge actuelle (XRS) et un signal représen- tant une valeur de mesure correspondant à la vitesse de rotation actuelle (n) du moteur. 6 Appareillage selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le champ caractéristique ( 18) servant à la détermination de la valeur de consigne (P 2,soll) en fonc- tion de la charge et de la vitesse de rotation est mémori- sé dans une mémoire morte de l'unité électronique de com- mande ( 10).