Brevet FR2814775A1 — publié le 20020405

Etat de la technique La présente invention concerne un procédé de commande d'un moteur à combustion interne dont la tubulure des gaz d'échappement est équipée d'un composant supplémentaire, notamment d'une turbine d'un turbocompresseur, selon lequel pour un fort débit on enrichit le mélange et, sur la base d'au moins un capteur de signal de remplissage principal on fournit un signal de remplissage principal et sur la base d'au moins un capteur de signal de remplissage de remplacement on fournit un signal de remplissage de remplacement. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé. On connaît un procédé du type défini ci-dessus. Le procédé disponible sur le marché, repose sur l'expérience que par exemple un tur- bocompresseur monté dans une tubulure d'échappement risque d'être en- dommagé si la température des gaz d'échappement est très élevée. Or, de telles températures élevées des gaz d'échappement se produisent princi- palement pour un débit d'air très important, c'est-à-dire à régime élevé. Dans ces conditions, pour abaisser la température des gaz d'échappement, pour un débit très élevé, on enrichit le mélange. Le carbu- rant en excédent s'évapore et refroidit les gaz d'échappement sortant des chambres de combustion. Dans le procédé connu, on détermine le remplissage d'air nécessaire à un mélange optimum dans les chambres de combustion à l'aide d'un capteur de signal de remplissage principal. Pour pouvoir pour- suivre le fonctionnement même en cas de défaillance de ce capteur de si- gnal de remplissage principal, le procédé selon l'invention propose de déterminer un signal de remplissage de remplacement fourni par le cap- teur de signal de remplissage de remplacement. Si le signal de remplissage principal et le signal de remplissage de remplacement diffèrent de plus d'un certain coefficient d'erreur, le calcul du remplissage de la chambre de combustion sera fait sur la base du signal fourni par le capteur du signal de remplissage de remplacement. Lors de la mise en oeuvre du procédé connu, on a toutefois constaté que l'on ne pouvait pas toujours exclure un endommagement du turbocompresseur monté dans la conduite des gaz d'échappement, par des températures trop élevées des gaz d'échappement. La présente invention a ainsi pour but de développer un procédé du type défini ci-dessus de façon que la durée de vie du turbo- compresseur ou d'un autre composant accessoire installé dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne soit aussi élevée que possible. Ce problème est résolu par un procédé du type ci-dessus caractérisé en ce que si le signal de remplissage principal se distingue d'au moins un coefficient d'erreur du signal de remplissage de remplace- ment, le signal de remplissage principal sera reconnu comme erroné et le signal de remplissage de remplacement sera utilisé à la place du signal de remplissage principal pour être transformé en un signal de commande d'au moins l'une des grandeurs alimentation en air, alimentation en car- burant ou instant de l'allumage, le coefficient de protection étant d'amplitude moindre que le coefficient d'erreur. La solution selon l'invention repose sur la considération suivante: si le capteur de signal de remplissage principal fournit un signal trop petit, on prend comme remplissage de la chambre de combustion du moteur à combustion interne un remplissage inférieur au remplissage ef- fectif. De façon correspondante, la quantité de carburant à injecter sera réduite. Lorsqu'un tel moteur à combustion interne tourne avec un débit élevé et si pour protéger le turbocompresseur, on enrichit le mélange, cela se fait sur la base d'un mélange effectivement pauvre. Pour un capteur de signal de remplissage principal qui fournit un signal de remplissage prin- cipal inférieur au remplissage effectif, à débit élevé, on n'enrichira pas toujours le mélange, c'est-à-dire qu'on ne le fera pas toujours fonctionner avec un excédent de carburant, mais on passera seulement d'un mélange trop pauvre à un mélange légèrement plus riche. Le procédé selon l'invention intervient à ce niveau: pour ga- rantir qu'à un débit élevé, le mélange soit effectivement enrichi (pour que le moteur à combustion interne fonctionne effectivement à un débit riche avec un excédent de carburant) en principe on ne fait rien d'autre que de définir une valeur maximale à partir du signal de remplissage de rempla- cement et un signal de remplissage principal; le signal de remplissage de remplacement est utilisé pour calculer le remplissage de la chambre de combustion du moteur à combustion interne, dès que le signal de rem- plissage de remplacement dépasse d'un coefficient de protection le signal de remplissage principal (la désignation " coefficient de protection " a été choisie, car il s'agit d'un coefficient qui finalement sert à protéger le com- posant supplémentaire installé dans la conduite des gaz d'échappement). La valeur du coefficient de protection dépend simplement de la nécessité pour un enrichissement constant, dans la plage de la charge élevée, d'assurer dans tous les cas un véritable enrichissement. En pratique, le coefficient de protection sera réellement très petit, de sorte que déjà pour de faibles déviations, on commutera sur le signal de remplissage de rem- placement. Le procédé selon l'invention garantit ainsi très largement que pour un débit élevé, on aura effectivement un enrichissement du mé- lange, ce qui réduit la température des gaz d'échappement du moteur à combustion interne et protège le composant auxiliaire installé dans la conduite des gaz d'échappement contre un endommagement par une tem- pérature trop élevée. L'utilisation d'un signal de remplissage de remplacement se fait également de manière parfaitement intentionnelle si le signal de rem- plissage principal n'est pas encore défectueux dans le sens proprement dit. En effet, on considère que le signal de remplissage principal est dé- fectueux, habituellement seulement à partir d'une déviation relativement importante par rapport au signal de remplissage de remplacement, car cette différence se calcule à partir de la somme des tolérances supplé- mentaires du capteur de signal de remplissage principal et du capteur de signal de remplissage de remplacement. Toutefois selon l'invention, on a estimé qu'il s'agissait d'un mélange trop pauvre qui rendait impossible l'enrichissement nécessaire à un fort débit, lorsqu'on arrivait déjà à des déviations entre le signal de remplissage de remplacement et le signal de remplissage principal, beau- coup plus petites que la somme des tolérances évoquées ci-dessus. Selon un exemple quantitatif particulièrement intéressant, le coefficient d'erreur se situe dans une plage de +/-25 % et/ou le coeffi- cient de protection dans une plage de + 5 %. Le capteur de signal de remplissage principal comprend de préférence un débitmètre massique d'air à fil chaud. Un tel débitmètre comporte un élément chauffant placé dans le flux d'air à mesurer qui le refroidit ainsi. Habituellement, l'élément chauffé est une partie d'un montage en pont électrique qui est maintenu à une surtempérature cons- tante par le passage du courant électrique, par rapport à la température de l'air aspiré. Le courant nécessaire au chauffage est une mesure simple à travailler pour le procédé de l'invention, à donner la masse d'air aspiré par le moteur à combustion interne. Selon un développement de l'invention, le signal de remplis- sage de remplacement est fourni par un capteur de position d'un volet d'étranglement et le cas échéant par un capteur de vitesse de rotation et le cas échéant par un capteur de pression installé dans la tubulure d'admission. Les capteurs correspondants existent de toute façon dans de nombreux moteurs à combustion interne et permettent d'une manière re- lativement simple et précise de déterminer le remplissage (charge) du mo- teur à combustion interne. Enfin, l'invention concerne également une installation de io commande et/ou de régulation pour la mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne dont la tubulure d'échappement comporte un compo- sant supplémentaire, notamment une turbine d'un turbocompresseur, comprenant des moyens qui, à débit élevé, génèrent un signal de com- mande pour modifier le mélange dans le sens des mélanges riches, des moyens pour déterminer un signal de remplissage principal et des moyens pour déterminer un signal de remplissage de remplacement, caractérisée en ce que l'installation convertit le signal de remplissage de remplacement en un signal de commande d'au moins une des grandeurs alimentation en air, alimentation en carburant et/ou instant d'allumage s'il est supérieur d'un coefficient de protection au signal de remplissage principal, le coeffi- cient de protection étant choisi pour que la variation du mélange corres- ponde à un enrichissement. Pour protéger dans tous les cas les composants supplé- mentaires installés dans la tubulure ou conduite des gaz d'échappement, pour un débit élevé, contre les températures élevées, il est proposé selon l'invention que des moyens qui, si le signal de remplissage principal diffère d'au moins un coefficient d'erreur par rapport au signal de remplissage de remplacement, considèrent le signal de remplissage principal comme si- gnal défectueux et convertissent le signal de remplissage de remplacement à la place du signal de remplissage principal en un signal de commande au moins pour la grandeur alimentation en air, l'alimentation en carbu- rant ou l'instant d'allumage, le coefficient de protection étant d'amplitude plus petite que le coefficient d'erreur. La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins an- nexés, dans lesquels: - la figure 1 montre un schéma par blocs d'un moteur à combustion in- terne, - la figure 2 montre un ordinogramme d'un procédé de mise en oeuvre du moteur à combustion interne de la figure 1. Selon la figure 1, un moteur à combustion interne porte globalement la référence 10. Le moteur comprend un bloc moteur 12 cor- s respondant principalement au bloc moteur proprement dit et aux cham- bres de combustion. L'air nécessaire au fonctionnement est fourni au bloc moteur par une tubulure d'admission 14 et les gaz d'échappement en sont évacués par une tubulure d'échappement 16. La tubulure d'échappement 16 est équipée d'une turbine 18 reliée mécaniquement à un compresseur 20 lui-même installé dans la tu- bulure d'admission 14. Un volet d'étranglement 22 est prévu entre le com- presseur 20 et le bloc moteur 12. Ce volet permet de régler l'alimentation en air du bloc moteur 12. Le volet d'étranglement 22 est commandé par un actionneur 24. Les injecteurs 26 qui alimentent en carburant les chambres de combustion du bloc moteur 12 sont directement reliés au bloc moteur 12. Les bougies d'allumage du bloc moteur 12 non représentées, sont ali- mentées par un système d'allumage 28. Le moteur à combustion interne 10 comprend en outre un appareil de commande et de régulation 30 dont la sortie est reliée à l'actionneur 24, au système d'allumage 28 et aux injecteurs 26. En entrée, l'appareil de commande et de régulation 30 reçoit les signaux de plusieurs capteurs: ces capteurs comprennent un capteur de pression 32 installé dans la tubulure d'admission 14 entre le volet d'étranglement 22 et le bloc moteur 12, fournissant des signaux commandant la pression d'alimentation (charge) à l'appareil de commande et de régulation 30. En variante, le capteur de pression 32 peut également être installé entre le compresseur 20 et le volet d'étranglement 22. L'appareil de commande et de régulation 30 reçoit des signaux d'un générateur de position 34 du vo- let d'étranglement 22. La conduite d'admission 14 en amont du compres- seur 20 comporte un débitmètre massique d'air à fil chaud 36 qui fournit par l'intermédiaire d'un montage en pont non représenté, un signal de charge correspondant au remplissage des chambres de combustion du bloc moteur 12 pour l'appareil de commande et de régulation 30. L'appareil de commande et de régulation 30 est relié à un générateur de vitesse de rotation 38 qui détecte la vitesse de rotation du vilebrequin 40 et fournit des signaux correspondants. Le moteur à combustion interne 10 est commandé selon un procédé enregistré sous la forme d'un programme d'ordinateur dans une mémoire flash (non représentée) de l'appareil de commande et de régula- tion 30. Le procédé fonctionne de la manière suivante (voir figure 2). Le procédé commence par un bloc de départ 42. A droite de la figure 2, dans un bloc 44, à partir du signal fourni par le débitmètre massique d'air à fil chaud 36 et le capteur de vitesse de rotation 38, on forme un signal de remplissage principal (bloc 44); le débit massique d'air mesuré par le débitmètre 36 est divisé par la vitesse de rotation et une constante pour donner le signal de remplissage principal (signal de charge principale). Le débitmètre massique d'air à fil chaud 36 est le capteur de signal de remplissage principal. Le signal de remplissage principal porte la référence rlhfm. En parallèle à ce signal, dans un bloc 46, partant des si- gnaux du capteur de pression d'alimentation 32, du capteur de position 34 du volet d'étranglement 22 et du générateur de vitesse de rotation 38 du vilebrequin 40, on développe un signal de remplissage de remplace- ment rlwdk. A partir du signal de remplissage de remplacement rlwdk reposant en première ligne sur le volet d'étranglement et d'un coefficient d'erreur F1 enregistré dans une mémoire de valeur fixe 50, un bloc 48 forme une valeur limite inférieure G 1l selon la formule G 11 = rlwdk - Fl x rlwdk De plus dans le bloc 48, on forme une valeur limite supé- rieure G12 selon la formule G12 = rlwdk + F1 x rlwdk Dans le bloc de comparaison 52, on vérifie si le signal de remplissage principal rlhfm du bloc 44 est inférieur à la valeur limite infé- rieure G1 1 obtenue dans le bloc 48 ou supérieur à la valeur limite G12 obtenue dans le même bloc. Le coefficient d'erreur F1 enregistré dans la mémoire fixe 50 est choisi pour qu'un dépassement vers le bas ou vers le haut respective- ment des valeurs limites G 11, G 12 soit considéré dans chaque cas comme un signal de remplissage principal entaché d'erreur rlhfm. Usuellement, le coefficient d'erreur F1 représente environ +/- 25 %. Cette valeur résulte de la somme des tolérances autorisées du débitmètre massique d'air à fil chaud 36 (+/- 7 %), du système formé du volet d'étranglement 22 et du capteur de position (erreur +/- 15 %) et celui du capteur de pression 32 (environ +/- 3 %). Si la réponse dans le bloc 52 est oui, le bloc 54 prend comme signal de remplissage rl utilisé pour doser la quantité de carbu- rant, le signal de remplissage de remplacement rlwdk. Ce moyen permet ainsi de commuter sur le signal de remplissage de remplacement rlwdk en cas de signal de remplissage principal rlhfm défectueux. Si la réponse dans le bloc 52 est négative, le bloc 56, sur la base d'un coefficient de protection F2 enregistré dans une mémoire fixe 58, forme une valeur limite G2 selon la formule G2 = rlhfm + F2 x rlhfm. Dans un bloc de comparaison 60, on vérifie alors si le signal de remplis- io sage de remplacement rlwdk qui a été formé dans le bloc 46 est supérieur à la valeur limite G2. La valeur du coefficient de protection F2 est dimen- sionnée selon les critères suivants: Pour le moteur à combustion interne 10 représenté à la fi- gure 1, en fonctionnement, il peut s'agir d'une vitesse de rotation très éle- vée et aussi un débit important à des températures relativement élevées des gaz d'échappement évacués du bloc moteur 12 par la conduite ou tu- bulure des gaz d'échappement 16. Ces températures élevées peuvent pro- voquer une surchauffe de la turbine 12 et ainsi l'endommager. Pour éviter cela, l'appareil de commande et de régulation 30 du moteur 10 génère un signal pour les injecteurs 26 pour enrichir le mélange. Cela signifie que le rapport de mélange entre l'air et le carburant passera d'un état normal à un état plus riche, c'est-à-dire qu'intentionnellement on injectera plus de carburant. Comme le degré d'enrichissement par l'appareil de régula- tion et de commande 30 est constant, si le signal de remplissage principal rlhfm fournit une valeur plus petite que celle qui répond à la réalité, alors le signal d'injection correspondant sera plus petit, de sorte que le cas échéant, il n'y aura pas d'enrichissement souhaité et on passera seule- ment d'un mélange pauvre à un mélange légèrement moins pauvre. Le coefficient de protection F2 est choisi pour que la valeur limite G2 soit sensiblement plus grande qu'un signal de remplissage à partir duquel il ne pourrait plus y avoir l'enrichissement souhaité pour un fort débit. Dans ces conditions, le coefficient de protection F2 peut être beaucoup plus pe- tit que le coefficient d'erreur Fl. Il se situe de manière caractéristique dans une plage d'environ 5 %, ce qui correspond à un moteur à combus- tion interne 10 commandé pour avoir un coefficient de mélange Lambda = 0,9 et de façon erronée un coefficient Lambda = 1. Si le signal de remplissage de remplacement rlwdk est ef- fectivement plus grand que la valeur limite G2, cette situation est consta- tée dans un bloc de comparaison 60 et le signal de remplissage rl sera fixé égal au signal de remplissage de remplacement basé sur le volet d'étranglement rlwdk. Si la réponse dans le bloc 60 est négative, le calcul de remplissage utilise un signal de remplissage rl égal au signal de rem- plissage principal rlhfm (bloc 62) fourni par le débitmètre massique d'air à filtre chaud 36. Le programme d'ordinateur représenté à la figure 2 se ter- mine par le bloc 64. REVENDICATIONS ) Procédé de commande d'un moteur à combustion interne (10) dont la tubulure des gaz d'échappement (16) est équipée d'un composant supplé- mentaire, notamment d'une turbine (18) d'un turbocompresseur (20), se- lon lequel pour un fort débit on enrichit le mélange et, sur la base d'au moins un capteur de signal de remplissage principal (36) on fournit un signal de remplissage principal (rlhfm) et sur la base d'au moins un cap- teur de signal de remplissage de remplacement (34) on fournit un signal de remplissage de remplacement (rlwdk), caractérisé en ce que le signal de remplissage de remplacement (rlwdk) est converti en un signal de commande pour au moins une des grandeurs alimentation en air, ali- mentation en carburant et/ou instant d'allumage si ce signal est supé- rieur d'au moins un coefficient de protection (F2) au signal de remplissage principal (rlhfm), le coefficient de protection (F2) étant choisi pour qu'à un débit important, le changement du mélange se fasse dans le sens de l'enrichissement. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que si le signal de remplissage principal (rlhfm) se distingue d'au moins un coefficient d'erreur (F1) du signal de remplissage de remplacement (rlwdk), le signal de remplissage principal (rlhfm) sera reconnu comme erroné et le signal de remplissage de remplacement sera utilisé à la place du signal de remplissage principal (rlhfm) pour être transformé en un signal de com- mande d'au moins l'une des grandeurs alimentation en air, alimentation en carburant ou instant de l'allumage, le coefficient de protection (F2) étant d'amplitude moindre que le coefficient d'erreur. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient d'erreur (F1) se situe dans une plage de +/-25 % et/ou le coefficient de protection (F2) dans une plage de + 5 %. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de remplissage principal (rlhfm) est fourni par un débitmètre massique d'air à fil chaud (36). ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de remplissage de remplacement (rlwdk) est fourni par un cap- teur de position (34) d'un volet d'étranglement (22) et le cas échéant par un capteur de vitesse de rotation (38) et le cas échéant par un capteur de pression (32) dans la tubulure d'admission (14). 6 ) Installation de commande et/ou de régulation pour la mise en oeuvre d'un moteur à combustion interne (10) dont la tubulure d'échappement (16) comporte un composant supplémentaire, notamment une turbine (18) d'un turbocompresseur (20), comprenant des moyens qui, à débit élevé, génèrent un signal de commande pour modifier le mélange dans le sens des mélanges riches, et des moyens pour déterminer un signal de remplis- sage principal (rlhfm) et des moyens pour déterminer un signal de rem- plissage de remplacement (rlwdk), caractérisée en ce que l'installation convertit le signal de remplissage de remplacement (rlwdk) en un signal de commande d'au moins une des grandeurs alimentation en air, alimentation en carburant et/ou instant d'allumage s'il est supérieur d'un coefficient de protection (F2) au signal de remplissage principal (rlhfm), le coefficient de protection (F2) étant choisi pour que la variation du mélange corresponde à un enrichissement. 7 ) Installation selon la revendication 6, caractérisée par des moyens qui, si le signal de remplissage principal (rlhfm) diffère d'au moins un coefficient d'erreur (F1) par rapport au signal de remplissage de remplacement (rlwdk), considèrent le signal de remplissage principal (rlhfm) comme signal défectueux et convertissent le signal de remplissage de remplacement à la place du signal de remplissage principal (rlhfm) en un signal de commande au moins pour la grandeur alimentation en air, l'alimentation en carburant ou l'instant d'allumage, le coefficient de pro- tection (F2) étant d'amplitude plus petite que le coefficient d'erreur (F1).