Brevet FR2843170A1 — publié le 20040206

La présente invention concerne un procédé de détermination d'une valeur de consigne de pression d'admission dans un moteur à combustion interne comportant un turbocompresseur à gaz d'échappement qui présente une tuyauterie de dérivation s'étendant parallèlement à la turbine dans le trajet de gaz d'échappement et comportant une soupape de décharge qui est réglée au moyen d'un actionneur à actionnement pneumatique. Dans les moteurs à combustion interne comportant un turbocompresseur à gaz d'échappement et une soupape de décharge, la pression d'admission fait l'objet d'une régulation du fait que la dérivation située dans le trajet d'échappement est ouverte ou fermée plus ou moins largement. En fonction de la position de la soupape de décharge, le débit massique de gaz d'échappement traversant la turbine, et donc la puissance de turbine, varient. La puissance de compresseur et donc la pression d'admission varient en fonction des variations de la puissance de turbine. L'invention concerne les moteurs à combustion interne dans lesquels 'actionneur de pression prévu pour la soupape de décharge est commandé pneumatiquement au moyen d'air provenant du compresseur. Du fait de cette commande de l'actionneur de pression, il peut se présenter un état dans lequel il n'existe pas de pression d'admission suffisante pour la commande de la soupape de décharge. Dans ce cas, la pression d'admission n'est plus suffisante pour ouvrir la soupape de décharge, de sorte que la puissance du compresseur ne peut pas être réduite. L'invention a pour but de fournir un procédé de commande de la pression d'admission, notamment la fourniture d'une valeur de consigne de pression d'admission, dans un moteur à combustion interne, qui permette d'une manière fiable une commande stable de la pression d'admission. Dans. ce but, l'invention a pour objet un procédé de détermination d'une valeur de consigne de pression d'admission dans un moteur à combustion interne comportant un turbocompresseur à gaz d'échappement qui présente une tuyauterie de dérivation s'étendant parallèlement à la turbine dans le trajet de gaz d'échappement et comportant une soupape de décharge qui est réglée au moyen d'un actionneur à actionnement pneumatique, hydraulique ou électrique, le procédé comportant les étapes suivantes: - la valeur de consigne pour la pression d'admission est limitée à une valeur minimale, la valeur minimale se compose de la somme de la pression environnante et d'une ou plusieurs constantes de pression; Le procédé selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques avantageuses suivantes: - une valeur de base dépendant de la vitesse de rotation est ajoutée, en tant que constante de pression, à la pression environnante; lorsque le papillon des gaz est désactivé et que la soupape de décharge est fermée, il est déterminé une constante de pression supplémentaire qui est ajoutée à la pression environnante et à la valeur de base; - la constante de pression supplémentaire est corrigée par adaptation en fonction de la pression d'admission mesurée; - la constante de pression de base supplémentaire provoque une augmentation de la valeur de consigne de pression d'admission si la pression d'admission mesurée est inférieure à la somme de la pression environnante et de la valeur de base; - en tant qu'actionneur pour la soupape de décharge, il est prévu une boîte à membrane qui est pilotée par surpression et dépression et qui est couplée mécaniquement à la soupape de décharge; - la boîte à membranes est soumise à une précontrainte élastique dans la position fermant la soupape de décharge. Dans le cas du procédé selon l'invention, la valeur de consigne pour la pression d'admission est limitée à une valeur minimale lorsque la soupape de décharge est désactivée. La valeur minimale se compose conformément à l'invention de la somme de la pression environnante et d'une ou plusieurs constantes de pression. Suivant le procédé conforme à l'invention, la commande du moteur à combustion interne est limitée du fait qu'une valeur de consigne minimale est fixée pour la pression d'admission. La valeur minimale dépend de la pression environnante, la valeur de consigne de la pression d'admission n'étant pas inférieure à la pression environnante. Les autres constantes de pression dont il est tenu compte pour déterminer la pression minimale dépendent de l'agencement matériel du turbocompresseur à gaz d'échappement, notamment de l'actionneur prévu pour la soupape de décharge. Le procédé conforme à l'invention maintient pour la pression d'admission une pression minimale qui fournit une certaine force de base pour le système. La force de base donne l'assurance que la soupape de décharge se trouve dans un état fermé d'une manière telle qu'en amont de la roue de turbine, il s'accumule une pression suffisamment grande pour que la puissance de turbine qui s'établit alors soit suffisamment grande pour provoquer dans le compresseur une montée de pression qui est utilisée principalement pour la suralimentation du moteur à combustion, mais joue là encore également le rôle de pression de commande pour l'actionneur. L'invention peut également être utilisée pour déterminer la pression d'admission de base s'établissant, laquelle s'établit même lorsque la soupape de décharge est actionnée au moyen par exemple d'un organe de réglage électrique ou hydraulique de soupape de décharge ou d'un organe de réglage de pression ouvert en l'absence de pression. Même dans ces cas, il s'établit en général une montée de pression au moyen de la soupape de décharge qui entraîne une pression d'admission (pression d'admission de base) indésirable. Cette montée de pression se traduit par l'effet d'étranglement également de la soupape de décharge ouverte. Dans une réalisation préférée du procédé conforme à l'invention, une valeur de base dépendant de la vitesse de rotation est ajoutée à la pression environnante. La valeur de base dépendant de la vitesse de rotation est de préférence fournie par une courbe caractéristique enregistrée pour un système de référence. De préférence, lorsque le papillon des gaz est ouvert et que la soupape de décharge est fermée, il est déterminé une constante de pression supplémentaire qui est ajoutée à la valeur de la pression environnante et à la valeur de base. La constante de pression supplémentaire donne l'assurance que la valeur de consigne n'est pas abaissée à un point tel qu'aucune commande ne peut plus avoir lieu. Dans une mise en oeuvre préférée du procédé conforme à l'invention, la constante de pression supplémentaire est corrigée par adaptation en fonction de la pression d'admission mesurée. La correction adaptative de la constante de pression supplémentaire donne l'assurance que la différence entre la valeur réelle de pression d'admission et la valeur de consigne de pression d'admission ne diverge pas avec le temps du fait d'une limitation. De préférence, en tant qu'actionneur pour la soupape de décharge, il est prévu une boîte à membrane qui est pilotée par surpression et dépression et qui est couplée mécaniquement à la soupape de décharge. Une telle boîte à membrane peut être soumise à l'action d'une pression sur les différentes faces, de sorte que le déplacement de la membrane est transformé en position de la soupape de décharge. De préférence, la boîte à membranes est soumise à une précontrainte dans la position fermant la soupape de décharge. Un exemple de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention est exposé ci-après en détail par référence aux dessins dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne comportant un turbocompresseur à gaz d'échappement, - la figure 2 est une vue schématique d'une soupape de décharge comportant une boîte à membrane de pression, - la figure 3 est un schéma-bloc du procédé conforme à l'invention, - la figure 4 est une vue schématique d'une valve de commutation. La figure 1 représente un moteur à combustion interne 10 en vue schématique. Au début du trajet d'admission, l'air entrant est filtré (filtre à air 12) et peut être mesuré au moyen d'un capteur de débit massique d'air 14. En aval, il est prévu dans le trajet d'admission un compresseur de turbocompresseur 16 qui est suivi d'un refroidissement d'air d'admission 18 et, d'une manière facultative, d'un second capteur de débit massique d'air 20. Un conduit de retour 24 est prévu en parallèle au compresseur 16. Le débit dans le conduit de retour 24 est modifié au moyen d'un papillon de courant de retour qui peut également être réalisé sous forme d'une valve de courant de retour. En aval du second capteur de débit massique d'air 20, il est prévu un papillon des gaz 22 qui commande le débit massique entrant dans le moteur à combustion interne 10. Egalement le second capteur de débit massique d'air 20 est uniquement facultatif. Au moyen d'une conduite de retour de gaz d'échappement 26, une certaine proportion de gaz d'échappement peut être mélangée au débit d'air comprimé se trouvant dans le moteur. Cette proportion de gaz d'échappement dépend de la position d'un papillon de recyclage de gaz d'échappement 28. Une turbine à gaz d'échappement 32 est prévue dans le trajet de gaz d'échappement ou trajet d'échappement 30. Il est évident que la turbine à gaz d'échappement 32 est couplée mécaniquement au compresseur 16, la puissance prélevée sur les gaz d'échappement étant transformée, avec des pertes mécaniques, en une puissance du compresseur 16. Une entrée d'air secondaire 34 supplémentaire peut être prévue en amont de la turbine 32. Il est prévu, dans le trajet d'échappement 30 et parallèlement à la turbine 32, une conduite de dérivation 36 par laquelle une certaine proportion des gaz d'échappement ou du mélange de gaz d'échappement et d'air secondaire va passer en contournant la turbine 32. La quantité de gaz ou de mélange passant en dérivation est déterminée au moyen d'une soupape de décharge 38. Si la soupape de décharge 38 est fermée, cela entraîne un débit de gaz d'échappement maximal traversant la turbine 32, ce qui entraîne alors une compression maximale de l'air frais dans le trajet d'admission. De ce fait, la pression d'admission augmente. Si, en revanche, la soupape de décharge 38 est ouverte au maximum, il passe autant de gaz d'échappement que cela est possible par le conduit de dérivation 36, de sorte que la puissance de turbine prélevée par la turbine 32 chute. Avec celle-ci, la puissance délivrée par le compresseur 16 et donc la pression d'admission chutent. La figure 2 représente schématiquement l'actionnement de la soupape de décharge 38. La soupape de décharge 38 comprend un volet de soupape de décharge 40 qui couvre une ouverture d'entrée 42. A cet effet, le volet 40 est monté autour d'un axe de basculement 44. Pour des raisons relevant de la technique des écoulements, la distance variable du volet d'étranglement 40 vis-à-vis de l'ouverture 42 offre une surface de passage réduite, de sorte qu'une proportion de grandeur différente des gaz d'échappement passe par la conduite de dérivation 36. Le volet de soupape de décharge 40 est couplé mécaniquement à une boîte à membrane 46. La boîte à membrane 46 comprend deux chambres 48 et 50 séparées l'une de l'autre, qui sont soumises à l'action d'une pression par les conduites 52 et 54. Dans la chambre 48, il est en outre prévu un ressort 56 qui est appliqué en appui sur une membrane 58 séparant les chambres 48 et 50. Du côté faisant face à la chambre , la membrane 58 est couplée par l'intermédiaire d'une tige de compression au volet de soupape de décharge 40. Lors d'un actionnement de la tige de compression , le bras de maintien du volet de soupape de décharge 40 bascule autour de l'axe de basculement 44. Dans la position non soumise à l'action de la pression, la membrane 58 est soumise par le ressort 56 à une précontrainte, de sorte qu'il ne s'exerce sur le volet d'étranglement 40 que la force de ressort et la force des gaz d'échappement passant par l'ouverture 42. La position de soupape de décharge s'obtient au moyen de l'équilibre de forces résultant de la force de ressort 56 et de la force de pression de gaz d'échappement. Si maintenant les deux chambres sont soumises à l'action d'une différence de pression, la force de pression exercée sur le volet 40 augmente ou diminue, ce qui entraîne une position modifiée du volet d'étranglement. Les chambres de la boîte à membrane sont par exemple soumises à l'action d'une pression au moyen de soupapes commandées par impulsions qui sont commandées par une modulation en largeur d'impulsion. Les soupapes commandées par impulsions peuvent dans ce cas être agencées de manière à commuter dans un sens et dans l'autre entre une valeur de pression élevée, par exemple la pression d'admission, et une valeur de pression faible, par exemple la pression environnante. Dans une variante de réalisation, il est également pensable de commuter dans un sens et dans l'autre entre une valeur de pression faible, par exemple plus faible que la pression environnante, et la pression environnante ou une valeur de pression plus élevée. Ainsi, grâce à la modulation en largeur d'impulsion, chaque chambre peut être soumise à une valeur de pression pratiquement quelconque entre la valeur de pression faible et la valeur de pression élevée. La figure 3 représente le déroulement du procédé conforme à l'invention. Une valeur d'une pression d'admission de base 64 est ajoutée à une valeur mesurée de la pression environnante 62. La valeur de base est déterminée à l'endroit d'un système de référence et dépend de la vitesse de rotation 66. La somme de la pression environnante et de la valeur de base donne la valeur minimale 68 pour la pression d'admission. Une constante de pression supplémentaire 70 est ajoutée à la somme des valeurs 62 et 64. La constante de pression supplémentaire 70 est déterminée d'une manière itérative, d'une façon telle que, dans le n-ième pas représenté du procédé, c'est la constante de pression supplémentaire provenant du (n 1)-ième pas d'itération qui est ajouté. La valeur de pression d'admission minimale 68 donne l'assurance que, lors de l'utilisation des soupapes commandées par impulsions, il se présente toujours une différence de pression suffisante entre la pression d'admission et la pression environnante pour que le volet de soupape de décharge puisse être commandé. Pour déterminer la constante de pression supplémentaire, la somme formée à partir de la pression environnante et de la valeur de base est diminuée de la pression d'admission actuelle 72. A partir de l'écart de régulation ainsi formé, la constante de pression supplémentaire 74 est formée pour le n-ième pas en fonction de la vitesse de rotation 66. A cet effet, les constantes de pression sont déposées dans une table caractéristique 76. La constante de pression supplémentaire 74 est déterminée uniquement dans le cas o à la fois le volet d'étranglement est ouvert et une commande des soupapes commandées par impulsions se présente. Cette condition est établie au moyen du quotient de pression 78 sur le volet d'étranglement. La condition correspondant au volet d'étranglement ouvert s'obtient dans ce cas du fait que le quotient de pression sur le volet d'étranglement est supérieur à une constante préfixée. Bien entendu, au moyen d'un changement approprié de définition du quotient de pression, cette condition peut également être formulée sous forme d'une comparaison correspondant à la question de savoir si le rapport de pression est plus petit. La commande des soupapes commandées par impulsions est déterminée par le fait que leur signal de commande 82 est comparé à une constante 84. C'est uniquement dans le cas o le volet d'étranglement est ouvert et o l'actionneur prévu pour la soupape de décharge est commandé au moyen des valves de réglage que la constante de pression supplémentaire 74 est calculée. A cet effet, les deux conditions sont appliquées à un commutateur 88 au moyen d'une combinaison logique 86. Si un signal est présent sur l'entrée centrale du commutateur 88, la différence de régulation est alors transmise à la table caractéristique 76 et, dans le cas contraire, la détermination de la constante de pression supplémentaire est omise. La figure 4 représente à titre d'exemple une soupape commandée par impulsions 90 qui peut être utilisée pour soumettre les chambres 48 et 50 à des pressions différentes. La soupape commandée par impulsions 90 fonctionnant suivant le principe d'une soupape de commutation à deux entrées et une sortie est reliée par sa ligne de sortie 92 à la conduite d'entrée 94 dans la position représentée à la figure 4. Dans la seconde position, c'est la conduite d'entrée 96 qui est reliée à la conduite de sortie 92. Si maintenant les deux conduites d'entrée 94 et 96 sont soumises à l'action de pressions différentes, toute valeur intermédiaire peut être produite sur la conduite de sortie 92 au moyen d'une commutation appropriée dans un sens et dans l'autre entre la première position et la seconde position. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination d'une valeur de consigne de pression d'admission (68) dans un moteur à combustion interne (10) comportant un turbocompresseur à gaz d'échappement qui présente une tuyauterie de dérivation (36) s'étendant parallèlement à la turbine dans le trajet de gaz d'échappement et comportant une soupape de décharge (38) qui est réglée au moyen d'un actionneur à actionnement pneumatique, hydraulique ou électrique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - la valeur de consigne pour la pression d'admission est limitée à une valeur minimale, - la valeur minimale (68) se compose de la somme de la pression environnante (66) et d'une ou plusieurs constantes de pression (64, 74). 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une valeur de base (64) dépendant de la vitesse de rotation est ajoutée, en tant que constante de pression, à la pression environnante (62). 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, lorsque le papillon des gaz est désactivé et que la soupape de décharge est fermée, il est déterminé une constante de pression supplémentaire (74) qui est ajoutée à la pression environnante et à la valeur de base. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la constante de pression supplémentaire (74) est corrigée par adaptation en fonction de la pression d'admission mesurée (72). 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la constante de pression de base supplémentaire (74) provoque une augmentation de la valeur de consigne de pression d'admission si la pression d'admission mesurée (72) est inférieure à la somme de la pression environnante et de la valeur de base. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'en tant qu'actionneur pour la soupape de décharge, il est prévu une boîte à membrane (46) qui est pilotée par surpression et dépression et qui est couplée mécaniquement à la soupape de décharge. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la boîte à membranes est soumise à une précontrainte élastique dans la position fermant la soupape de décharge.