Brevet FR2816362A1 — publié le 20020510

L'invention concerne un procédé pour limiter la pression de suralimentation d'un moteur à combustion interne chargé par un turbocompresseur à gaz d'échappement, selon lequel une unité formant régulateur exécute une comparaison valeur réelle/valeur de consigne d'une grandeur réglée avec une valeur limite prédéterminée et produit ou limite des signaux de réglage pour un dispositif de servocommande d'un organe de réglage qui agit sur la grandeur réglée, et selon lequel la valeur limite est prélevée d'une mémoire de champ de caractéristiques en fonction de l'état de fonctionnement respectivement présent du moteur à combustion internes. Comme cela est connu, un turbocompresseur à gaz d'échappement est constitué essentiellement par une turbine entraînée par le courant des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, et par le compresseur entraîné par la turbine et qui réalise une précompression de l'air frais pour le moteur à combustion interne, en fonction de la vitesse de rotation du compresseur de suralimentation. La pression dynamique du courant de gaz d'échappement en amont de la turbine est convertie parle turbocompresseur en une pression de suralimentation en fonction du rapport de démultiplication de pression entre la turbine et le compresseur. Une pression de suralimentation plus élevée conduit à un débit d'air plus important du moteur à combustion interne, si l'on augmente la puissance qu'il délivre. La pression de suralimentation ne peut cependant pas être augmentée à volonté en vue d'accroître la puissance du moteur à combustion interne. Une gamme admissible de fonctionnement du compresseur de suralimentation est limitée par la limite imposée à la pompe et par la vitesse de rotation maximale admissible du turbocompresseur à gaz d'échappement. D'après le document DE 198 08 232 C2 on connaît un procédé pour régler la pression de suralimentation, selon lequel une unité de régulation exécute une comparaison valeur réelle/valeur de consigne de la pression de suralimentation avec une valeur de consigne prédéterminée, et règle la valeur réelle de la pression de suralimentation, au moyen d'une commande correspondante d'une géométrie, réglable d'une manière variable, de la turbine de suralimentation. Dans le procédé connu, la valeur de consigne de la pression de suralimentation est prélevée d'une mémoire de champ de caractéristiques en fonction de l'état de fonctionnement respectivement présent du moteur à combustion interne. Le champ de données pour la pression de suralimentation admissible est déterminé par avance et est mémorisé dans la mémoire de champ de caractéristiques pour le prélèvement éventuel par l'unité formant régulateur. Dans le procédé connu, les valeurs de consigne de la pression de suralimentation appliquée sont déterminées avec un écart de sécurité plus important par rapport à la limite de la pompe du compresseur ou la vitesse de rotation limite du turbocompresseur à gaz d'échappement, de manière à empêcher un dépassement des limites. Un rapprochement indésirable vers les valeurs limites du turbocompresseur à gaz d'échappement peut être obtenu pour une multiplicité de conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne, par exemple dans le cas de la pression ambiante modifiée du moteur à combustion interne, de températures différentes de l'air ou dans le cas d'une adjonction du filtre à air ou dans le cas d'un colmatage du filtre à air avec des particules au bout d'une durée de fonctionnement assez longue. Pour empêcher que le turbocompresseur dépasse ces valeurs limites sur la base d'un filtre à air obstrué, dans le conduit d'aspiration du moteur à combustion interne, et ne soit endommagé, jusqu'alors il fallait prendre des dispositions du point de vue construction. Ainsi par exemple le document DE 195 04 344 propose l'utilisation d'un bypass pour le filtre à air, qui doit être ouvert en fonction de la pression d'admission en aval du filtre à air. La présente invention a pour but d'indiquer un procédé pour limiter la pression de suralimentation de consigne du type indiqué plus haut, au moyen duquel le moteur à combustion interne peut fonctionner avec la pression de suralimentation maximale possible et un dépassement des limites du turbocompresseur est évité. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un procédé du type indiqué précédemment caractérisé en ce que pour la lecture de la valeur limite à partir de la mémoire de champ de caractéristiques, des valeurs de mesure de la température et de la pression sont utilisées dans la direction d'écoulement en amont et en aval d'un compresseur du turbocompresseur à gaz d'échappement. Il s'est avéré que ces valeurs de température et de pression sont déterminantes pour se rapprocher de la limite relative à la pompe ou de la limite de la vitesse de rotation du turbocompresseur à gaz d'échappement utilisé. Grâce à la détection conséquente de cette grandeur importante du point de vue physique, on peut prédéterminer la valeur maximale possible de la grandeur réglée avec un écart de sécurité plus faible qu'auparavant. Avantageusement, les valeurs de mesure de la température et les valeurs de mesure de la pression sont mises respectivement en rapport entre elles et la valeur limite de la grandeur réglée est déterminée sur la base des grandeurs de rapports ainsi formées, à partir de la mémoire de champ de caractéristiques. De façon appropriée, les grandeurs de rapports sont formées à partir des quotients des valeurs de mesure respectives. De cette manière, dans le cas d'un fonctionnement du moteur avec la pression maximale de suralimentation au voisinage de la vitesse de rotation du turbocompresseur ou au voisinage de la limite de la pompe du turbocompresseur, on est certain que l'influence de températures différentes de l'air, qu'une charge possible du filtre à air par des particules, et d'autres grandeurs influant sur le comportement de fonctionnement et l'écart par rapport aux limites du turbocompresseur est détectée et prise en compte. Avantageusement, on utilise la pression et la température de l'air d'aspiration dans une canalisation d'air aboutissant au compresseur. La mesure s'effectue dans la direction d'écoulement en aval d'un filtre à air monté dans la canalisation d'air pur. Lors de la mesure effective au niveau d'une section transversale maximale de la canalisation d'air, le pourcentage dynamique de la valeur de mesure de pression est faible au point d'être négligeable. La perte de pression entre le point de mesure et l'entrée dans le compresseur influe à peine sur la détermination de la pression maximale de suralimentation et s'avère être approximativement fonction du débit volumique, lors de la détermination des valeurs maximales de pression de suralimentation elles-mêmes. Pour la lecture de la valeur limite de la grandeur réglée à partir de la mémoire de champ de caractéristiques, on détermine une valeur d'adresse, qui, de façon appropriée, est déterminée à partir des grandeurs de rapports des valeurs de mesure de pression et des valeurs de mesure de température et d'une valeur de mesure, pondérée par le degré d'alimentation de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne. Lors de la lecture de la mémoire de champ de caractéristiques sur la base de l'adresse de la valeur d'adresse, on prend en compte avantageusement la valeur de mesure de la pression en amont du compresseur, c'est-à-dire la pression d'aspiration en aval du filtre à air. Dans un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention, la grandeur réglée forme la pression de suralimentation, la pression maximale admissible de suralimentation étant représentée, dans le cas de la limitation selon l'invention, en fonction de la valeur de pression mesurée en amont du compresseur et en fonction de la valeur d'adresse. La valeur d'adresse dépend de la vitesse de rotation et est évaluée automatiquement avec le débit volumique respectivement présent de l'air de suralimentation pour le moteur à combustion interne. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente une vue schématique d'un moteur à combustion interne suralimenté par un turbocompresseur à gaz d'échappement; et - la figure 2 représente un schéma servant à déterminer la pression maximale admissible de suralimentation. La figure 1 représente un moteur à combustion interne 1, qui est chargé par un turbocompresseur à gaz d'échappement 5. Une turbine 6 du turbocompresseur à gaz d'échappement 5 est disposée dans le conduit de sortie 4 du moteur à combustion interne 1 et est entraînée par la totalité des gaz d'échappement 13 de l'ensemble des cylindres 2 du moteur à combustion interne 1. La turbine 6 entraîne en rotation, à l'aide d'une liaison rigide au moyen d'un arbre 8 du turbocompresseur, un compresseur 7, qui est disposé dans le conduit d'admission 3 du moteur à combustion interne 1. Le compresseur 7 aspire de l'air frais par l'intermédiaire d'une canalisation d'entrée 14 et envoie l'air de suralimentation comprimé aux cylindres 2 du moteur à combustion interne 1. Un dispositif 9 de refroidissement de l'air de suralimentation est disposé entre le compresseur 5 et les cylindres 2. La pression de suralimentation est réglée par une unité formant régulateur 10, qui exécute une comparaison valeur réelle/valeur de consigne de la pression de suralimentation présente avec une valeur de consigne prédéterminée. La valeur réelle de la pression de suralimentation est mesurée par un capteur de mesure 15 dans le conduit d'entrée 13 du moteur à combustion interne 1. L'unité formant régulateur 10 commande un organe de réglage agissant sous la pression de suralimentation et qui, dans le présent exemple de réalisation, est une géométrie 18, réglable de façon variable, de la turbine 6 du turbocompresseur à gaz d'échappement 5. Contrairement à cela, la réalisation de l'invention est également possible avec une turbine dite "waste-gate", c'est-à-dire turbine réglée de limitation de la suralimentation. En fonction du résultat de la comparaison valeur réelle/valeur de consigne de la pression de suralimentation, l'unité formant régulateur 10 produit des signaux de commande 19 pour une servocommande 17 de la géométrie 18, réglable de façon variable de la turbine pour régler la pression de suralimentation sur la valeur de consigne prédéterminée. La valeur de consigne de la pression de suralimentation est limitée par la pression de suralimentation maximale admissible, dans laquelle la limite de la pompe et la limite de la vitesse de rotation du turbocompresseur à gaz d'échappement 5 ne sont encore pas atteintes. La valeur limite de la pression de suralimentation est prélevée d'une mémoire 11 d'un champ de caractéristiques, dans laquelle les zones de données sont mémorisées avec des valeurs optimales; qui ont été déterminées auparavant lors d'essais effectués au banc d'essais. Pour la lecture de la valeur limite à partir de la mémoire 11 du champ de caractéristiques, l'unité formant régulateur 10 utilise conformément à l'invention, non seulement la vitesse de rotation n du moteur à combustion interne 1, mais également des valeurs de mesure des températures T1, T2 et des pressions P1, P2 présentes respectivement en amont et en aval du compresseur 7 dans la direction d'écoulement. Pour déterminer la pression P2 et la température T2 de l'air de suralimentation, il est prévu, dans le conduit d'entrée 3 du moteur à combustion interne 1, un capteur de mesure 15 qui est situé dans la direction d'écoulement, en arrière du dispositif 9 de refroidissement de l'air de suralimentation, qui est relié, de manière à réaliser une transmission de signaux, à l'unité formant régulateur 10. Un autre capteur de mesure 16 qui mesure la pression P1 et la température T1 de l'air frais aspiré 12 et l'introduit dans l'unité formant régulateur 10, est disposé dans la canalisation d'entrée 14 aboutissant au compresseur 7. L'évaluation des grandeurs d'entrée dans l'unité formant régulateur 10 par la limitation de la valeur de consigne réglée de la pression de suralimentation va être expliquée ci-après en référence à la figure 2. Dans la mémoire de champ de caractéristiques est mémorisé une zone de données, dans laquelle la valeur de consigne devant être lue de la pression maximale de suralimentation P2max rapportée à une valeur d'adresse A, et celle de la pression en amont du compresseur sont mises en rapport l'une à l'autre. Pour déterminer la valeur, l'unité formant régulateur dispose d'un champ de caractéristiques 20 rapporté à la pression, d'un champ de caractéristiques 20 rapporté à la température et d'une courbe caractéristique 2 de la vitesse de rotation, dont les grandeurs de sortie forment conjointement la valeur d'adresse A. Des grandeurs de sortie du champ 20 de caractéristiques de pression et du champ 21 de caractéristiques de température sont des grandeurs sous forme de rapports P2/P1, T1/T2, qui sont formés par le quotient des valeurs de mesure respectives. A partir de la pression en amont du compresseur et de la pression de suralimentation P2, une grandeur sous forme de rapport P2/P1 est lue à partir du champ 20 de caractéristiques de pression et est combinée à la grandeur sous forme de rapport T1/T2, qui correspond aux valeurs de température mesurées T2 et T1. L'influence de la vitesse de rotation n sur la pression maximale admissible de suralimentation est lue au moyen d'une valeur de champ de caractéristiques à partir de la courbe caractéristique 22, dont la valeur correspond à la consommation d'air nécessaire du moteur à combustion interne. Le triplet de valeurs de la consommation d'air conformément à la courbe caractéristique 22 de la vitesse de rotation, en rapport à la grandeur formée du rapport de pressions P2/P1 et à la grandeur formée du rapport de températures T1/T2 est réuni à la valeur d'adresse A au moyen de circuits combinatoires 23. REVENDICATIONS 1. Procédé pour limiter la pression de suralimentation d'un moteur à combustion interne (1) chargé par un turbocompresseur à gaz d'échappement (5), selon lequel une unité formant régulateur (10) exécute une comparaison valeur réelle/valeur de consigne d'une grandeur réglée (P2) avec une valeur limite prédéterminée (P2max) et produit ou limite des signaux de réglage (19) pour un dispositif de servocommande (17) d'un organe de réglage (18) qui agit sur la grandeur réglée (P2), et selon lequel la valeur limite (P2max) est prélevée d'une mémoire (11) de champ de caractéristiques en fonction de l'état de fonctionnement respectivement présent du moteur à combustion interne (1), caractérisé en ce que pour la lecture de la valeur limite (P2max) à partir de la mémoire (11) de champ de caractéristiques, des valeurs de mesure de la température (T1, T2) et de la pression (P1, P2) sont utilisées dans la direction d'écoulement en amont et en aval d'un compresseur (7) du turbocompresseur à gaz d'échappement (5). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs de mesure (T1, T2) de la température et les valeurs de mesure (P1, P2) de la pression sont mises respectivement en rapport entre elles et la valeur limite (P2max) de la grandeur réglée est déterminée sur la base des grandeurs de rapports (P2/P1, T1/T2) ainsi formées, à partir de la mémoire de champ de caractéristiques. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les grandeurs de rapports (P2/P1, T1/T2) sont formées à partir des quotients des valeurs de mesure respectives (P1, P2, T1, T2). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise la pression (Pl) et la température (T1) de l'air d'admission (12) dans une canalisation d'air (14) aboutissant au compresseur (7). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'une valeur d'adresse (A) servant à lire la valeur limite (P2max) de la grandeur réglée est déterminée à partir de la mémoire (11) de champ de caractéristiques, au moyen des grandeurs de rapport (P2/P1, T1/T2) des valeurs de mesure de pression (P1, P2 et des valeurs de mesure de température (T1, T2) et d'une valeur de mesure (n) de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne (1). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la mémoire (11) de champ de caractéristiques est lue sur la base de la valeur d'adresse (A) et de la valeur de mesure (P1) en amont du compresseur (7).