Brevet FR2848610A1 — publié le 20040618

Procédé de commande d'un moteur suralimenté. L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur à allumage par compression, ou moteur Diesel, limitant la quantité de carburant à injecter. Le fonctionnement des installations de 5 dépollution d'un moteur à combustion interne nécessite de maîtriser la richesse des gaz d'échappement. En particulier, si la richesse est trop grande, c'est-àdire s'il reste des imbrlés dans les gaz d'échappement, un pot catalytique 10 traitant les imbrlés reçoit une grande quantité de produits à traiter, et le traitement de ces gaz provoque une libération importante de chaleur. Le pot catalytique se met donc à chauffer, et, si la quantité de ces imbrlés n'est pas maîtrisée, la température risque de monter au-delà des limites garantissant l'intégrité du pot catalytique. Par ailleurs, dans le cas o l'installation de dépollution comporte un filtre à particules, il est nécessaire de commander périodiquement une 20 régénération du filtre. Pour cela, divers moyens sont utilisés pour augmenter la température des gaz d'échappement afin que les suies accumulées dans le filtre se consument. On agit, par exemple, sur la quantité de gaz recyclés, sur la quantité de 25 carburant et le calage de l'injection. Si la température des gaz d'échappement montent de façon trop importante, elle risque de détériorer les installations en amont du filtre. Dans un moteur Diesel, le problème se pose en particulier à charge maximale. En effet, en charge intermédiaire ou faible, le carburant est toujours injecté dans un excès d'air et, de ce fait, la 5 combustion produit peu d'imbrlés. Par contre, à la charge maximale, il est nécessaire de déterminer une quantité maximale de carburant à injecter en fonction de la quantité d'air admis dans chaque cylindre du moteur, pour limiter la température et la richesse 10 des gaz d'échappement à un seuil acceptable pour les installations de dépollution. Pour un moteur atmosphérique, la quantité maximale de carburant peut être déterminée en fonction du point de fonctionnement du moteur, c'est15 àdire en fonction de la vitesse de rotation du vilebrequin, de la pression atmosphérique, de la température de l'air et du moteur. En effet, ces paramètres déterminent la quantité d'air admis. Cette fonction est généralement stockée sous la forme d'une 20 cartographie, d'une manière connue en soi. Dans le cas des moteurs suralimentés, en particulier par turbocompresseur, la quantité d'air admis dépend du point de fonctionnement du turbocompresseur. La solution précédente n'est pas 25 applicable car il faut prendre en compte le fonctionnement du turbocompresseur. Une solution est de mesurer directement le débit d'air. On connaît par le document FR 2 627 280 un moyen de mesure du débit d'air admis par le moteur, au moyen d'un capteur à 30 fil chaud inséré dans un conduit d'arrivée d'air. L'information du débit d'air ainsi que celle de la vitesse de rotation du moteur permet de déterminer une limite de quantité de carburant à injecter. Un exemple de réalisation est montré schématiquement sur les figures 1 et 2. Le moteur 1 représenté comporte un turbocompresseur 2 à géométrie 5 variable. D'une manière classique, l'air admis passe par un filtre à air 3, est comprimé par le compresseur 20, passe à travers un échangeur 4, se répartit dans un collecteur 5 avant d'entrer dans un cylindre 10 du moteur. Les gaz d'échappement sortent 10 du cylindre vers une turbine 21 du turbocompresseur qu'ils entraînent, puis sont dirigés vers un pot catalytique 6 de traitement des gaz d'échappement. Le compresseur 20 est entraîné par la turbine 21. Un actionneur 37 agit sur la turbine 21 pour faire 15 varier sa géométrie et ainsi faire varier le niveau de fonctionnement du turbocompresseur 2. Un débitmètre 9 est inséré dans un conduit entre le filtre à air 3 et le compresseur 20 pour déterminer la quantité d'air admis. De plus, un 20 capteur de pression 51 mesure la pression d'air dans le collecteur 5. La vitesse de rotation N, du vilebrequin, appelée également régime du moteur, est mesurée par un capteur non représenté. Le procédé de commande de ce moteur est montré sur la figure 2. Un objectif Qi de quantité de carburant à injecter est déterminé par une cartographie 30 en fonction de la demande de niveau de fonctionnement, traduit par la position de la pédale d'accélérateur a, et en fonction de la vitesse de rotation du moteur 30 N. L'objectif Qi est ensuite filtré par un filtre 31 pour déterminer la quantité de carburant à injecter Q. d'une manière détaillée ci-après. La quantité de carburant Q est ensuite injectée dans l'un des cylindres du moteur 1. La quantité de carburant à injecter Q est également entrée dans une cartographie 32, avec le 5 régime du moteur N, pour déterminer un objectif de pression Pi d'air dans le collecteur. Parallèlement, une cartographie 33 détermine une correction CoorP de l'objectif de pression Pi en fonction de la pression atmosphérique Patm, de la température de l'air Tair 10 dans le collecteur et d'une température d'eau du moteur Teau. La correction de pression CorrP est ajoutée par un additionneur 34 à l'objectif de pression Pi pour déterminer une consigne de pression Pc. La pression d'air P dans le collecteur 5 est 15 soustraite à la consigne de pression Pc par un soustracteur pour déterminer un écart de consigne Ep. L'écart de consigne est entré dans un régulateur 36 de type PID pour déterminer une commande d'un actionneur 37 qui agit sur la turbine 21. Par ailleurs, le débitmètre 9 donne une information sur le débit d'air Qair qui alimente le moteur. Cette information Qair est utilisée par une cartographie 38 pour déterminer, en fonction également du régime du moteur N une quantité maximale 25 Qmax de carburant à injecter. Cette quantité maximale Qmax est entrée dans le filtre 31. La sortie du filtre 31 est la valeur minimale des deux entrées Qi et Qmax. Ainsi, grâce à la cartographie 38 et au filtre 30 31, la quantité de carburant à injecter est limitée en fonction du point de fonctionnement réel du moteur, estimé par la mesure du débit d'air. La génération de gaz d'échappement trop chauds ou trop riches est évitée. Cependant, on constate que la dispersion de fabrication sur les débitmètres est importante, ce 5 qui se traduit par une incertitude importante sur la mesure Qair. Par exemple, pour les hauts régimes, on constate une incertitude de mesure de plus ou moins 10%. Ceci conduit à imposer une limite Qmax plus sévère, pour prendre en compte le cas le plus extrême 10 o la mesure Qair serait supérieure au débit d'air alimentant réellement le moteur 1. En conséquence, la puissance du moteur est limitée par rapport à sa capacité réelle. C'est donc un objectif de l'invention de 15 proposer un procédé de commande d'un moteur suralimenté à allumage par compression limitant sans excès la quantité de carburant à injecter évitant la production de gaz d'échappement trop chauds ou trop riches. Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un procédé de commande d'un moteur suralimenté à allumage par compression comportant un compresseur comprimant de l'air alimentant le moteur, procédé selon lequel: - on reçoit une demande de niveau de fonctionnement du moteur; - on détermine en conséquence un objectif de quantité de carburant à injecter Qi; - on limite l'objectif de quantité de carburant à 30 injecter Qi par une limite Qmax pour ne pas dépasser une richesse maximale et une température maximale des gaz d'échappement prédéterminées caractérisé en ce que: - on détermine un écart de pression de suralimentation autorisé EcP; - on y ajoute une mesure de la pression d'air d'alimentation P en aval du compresseur pour déterminer une pression maximale Pmax; - on en déduit la limite de carburant à injecter 10 Qmax. La quantité d'air admis par le moteur est directement liée à la pression délivrée par le turbocompresseur. La mesure de cette pression permet donc d'en déduire cette quantité d'air, et par la 15 suite, la limite maximale de carburant à injecter. L'inventeur a constaté qu'à haut régime, par exemple, l'incertitude sur la mesure de débit est de l'ordre de plus ou moins 1,6%. Ainsi, par rapport à la technique antérieure, il est possible de fournir une 20 limite de carburant à injecter beaucoup plus proche de la limite réelle et d'éviter de limiter excessivement la puissance du moteur notamment en transitoire. La consigne de carburant correspond à un point 25 de fonctionnement stabilisé du moteur. En particulier, on considère pour ce fonctionnement stabilisé que le turbocompresseur a atteint une vitesse de rotation stabilisée, et fournit donc une pression de suralimentation déterminée. Cependant, en 30 régime transitoire, il existe un écart entre la vitesse réelle du turbocompresseur et la vitesse stabilisée. Selon l'invention, une limite à cet écart est donnée, déterminant ainsi une température et une richesse limite des gaz d'échappement. Pour respecter 5 cet écart de pression, une limite Qmax à la quantité de carburant à injecter est déterminée. A cette limite de quantité de carburant Qmax correspond une pression de suralimentation en fonctionnement stabilisé telle que ladite pression correspond à la 10 pression maximale Pmax, c'est-à-dire à la pression réelle augmentée de l'écart de pression autorisé EcP. Selon un mode de réalisation particulier, le compresseur est un turbocompresseur à géométrie variable, un objectif de pression Pi étant déterminé 15 en fonction de la quantité de carburant à injecter Q. Dans le cas d'une turbine à géométrie variable, la demande de niveau de fonctionnement se traduit par un couple de consignes, d'une part de carburant et d'autre part de pression de suralimentation. Dans un 20 mode particulier, ce couple est déterminé d'abord par la consigne de carburant, pour en déduire ensuite l'objectif de pression. On constate que la détermination de l'objectif de pression est avantageusement la fonction inverse de la 25 détermination de la quantité maximale de carburant à injecter Qmax en fonction de la pression maximale Pmax. Grâce à l'invention, la température avant la turbine est limitée, ce qui la préserve d'une détérioration par surchauffe. De préférence, on détermine une correction de pression en fonction de la pression atmosphérique, de la température d'air admis, cette correction étant soustraite à la pression maximale avant d'en déduire la limite de carburant à injecter Qmax. Les conditions de fonctionnement du moteur sont ainsi prises en compte. Dans le cas de la turbine à géométrie variable, la correction de pression est également ajoutée à l'objectif de pression d'alimentation. L'invention a aussi pour objet un moteur suralimenté à allumage par compression comportant un 10 compresseur comprimant de l'air pour alimenter le moteur, le moteur comportant: - des moyens d'entrée d'une demande d'un niveau de fonctionnement du moteur; - des moyens de détermination d'un objectif de 15 quantité de carburant à injecter Qi en fonction de la demande de niveau de fonctionnement; - des moyens de limitation de l'objectif de quantité de carburant à injecter Qi par une limite Qmax pour ne pas dépasser une richesse maximale et une 20 température maximale des gaz d'échappement prédéterminées; caractérisé en ce qu'il comporte en outre - des moyens de détermination d'un écart de pression de suralimentation autorisé EcP; - un capteur de mesure de la pression d'air d'alimentation P en aval du compresseur; un additionneur additionnant l'écart de pression autorisé EcP et la pression de suralimentation P pour déterminer une pression maximale Pmax; - des moyens de détermination de la limite de carburant à injecter Qmax en fonction de la pression maximale Pmax. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi 10 lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur suralimenté à allumage par compression conforme à l'invention; - la figure 2 est un schéma de commande du moteur de 15 la figure 1 selon l'art antérieur; - la figure 3 est un schéma de commande du moteur de la figure 1 selon l'invention. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre sur un moteur similaire à celui qui est représenté 20 sur la figure 1. Aussi, sa description, déjà exposée plus haut, ne sera pas reprise. Le procédé selon l'invention sera exposé en se référant à la figure 1 et au schéma de la figure 3. Il est rappelé que le moteur 1 représenté sur 25 la figure 1 comporte un turbocompresseur 2 à géométrie variable. En se référant à la figure 3, un objectif Qi de quantité de carburant à injecter est déterminé par une cartographie 30 en fonction de la demande de niveau de fonctionnement, traduit par la position de la pédale d'accélérateur a, et en fonction de la vitesse de rotation du moteur N. L'objectif Qi est ensuite filtré par un filtre 31 pour déterminer la 5 quantité de carburant à injecter Q. d'une manière détaillée ci-après. La quantité de carburant Q est ensuite injectée dans l'un des cylindres du moteur 1. La quantité de carburant à injecter Q est également entrée dans une cartographie 32, avec le 10 régime du moteur N, pour déterminer un objectif de pression Pi d'air dans le collecteur. Parallèlement, une cartographie 33 détermine une correction CoorP de l'objectif de pression Pi en fonction de la pression atmosphérique Patm, de la température de l'air Tair 15 dans le collecteur et d'une température d'eau du moteur Teau. La correction de pression CorrP est ajoutée par un additionneur 34 à l'objectif de pression Pi pour déterminer une consigne de pression Pc. La pression d'air P dans le collecteur 5 est 20 soustraite à la consigne de pression Pc par un soustracteur pour déterminer un écart de consigne Ep. L'écart de consigne est entré dans un régulateur 36 de type PID pour déterminer une commande d'un actionneur 37 qui agit sur la turbine 21. Selon l'invention, une cartographie détermine un écart de pression autorisé EcP en fonction d'une part du régime du moteur N et d'autre part de la quantité de carburant à injecter Q. La correction de pression CorrP, déterminée par la cartographie 33, 30 est soustraite à l'écart de pression EcP par un soustracteur 41 pour déterminer un écart corrigé de pression EcPcorr. Un additionneur 42 prend en entrée ledit écart corrigé de pression ainsi que la pression de suralimentation P mesurée, pour en faire la somme et déterminer ainsi une pression maximale Pmax. Cette information Pmax est utilisée par une cartographie 43 pour déterminer, en fonction également du régime du moteur N, une quantité maximale Qmax de carburant à injecter. Cette quantité maximale Qmax est entrée dans le filtre 31. La sortie 10 du filtre 31 est la valeur minimale des deux entrées Qi et Qmax. Ainsi, grâce à l'invention, la quantité de carburant à injecter est limitée en fonction du point de fonctionnement réel du moteur, estimé par la 15 mesure de la pression de suralimentation. La génération de gaz d'échappement trop chauds ou trop riches est évitée. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit uniquement à 20 titre d'exemple. Le procédé de commande selon l'invention pourra aussi être mis en oeuvre sur un moteur suralimenté par un turbocompresseur à géométrie fixe, ou par un autre type de compresseur. De plus, l'invention est compatible avec le recyclage 25 des gaz d'échappement. En effet, le recyclage des gaz d'échappement intervient essentiellement à faible charge du moteur et ne modifie pas le procédé selon l'invention, qui intervient à forte charge. REVENDI CATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur suralimenté (1) à allumage par compression comportant un compresseur (20) comprimant de l'air alimentant le moteur (1), procédé selon lequel: - on reçoit une demande de niveau de fonctionnement du moteur (a) ; - on détermine en conséquence un objectif de quantité de carburant à injecter Qi; - on limite l'objectif de quantité de carburant à 10 injecter Qi par une limite Qmax pour ne pas dépasser une richesse maximale et une température maximale des gaz d'échappements prédéterminées; caractérisé en ce que: - on détermine un écart de pression de 15 suralimentation autorisé EcP; - on y ajoute une mesure de la pression d'air d'alimentation P en aval du compresseur (20) pour déterminer une pression maximale Pmax; - on en déduit la limite de carburant à injecter 20 Qmax. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le compresseur est un turbocompresseur (2) à géométrie variable, un objectif de pression (Pi) étant déterminé en fonction 25 de la quantité de carburant à injecter (Q). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine une correction de pression (CorrP) en fonction de la pression atmosphérique (Patm), de la température d'air admis 5 (Tair), cette correction étant soustraite à la pression maximale (Pmax) avant d'en déduire la limite de carburant à injecter (Qmax). 4. Procédé selon les revendications 2 et 3 prises en combinaison, caractérisé en ce que la 10 correction de pression (CorrP) est également ajoutée à l'objectif de pression d'alimentation (Pi). 5. Moteur suralimenté à allumage par compression comportant un compresseur (20) comprimant de l'air pour alimenter le moteur (1), le moteur 15 comportant: - des moyens d'entrée d'une demande d'un niveau de fonctionnement du moteur (a) ; - des moyens de détermination (30) d'un objectif de quantité de carburant à injecter Qi en fonction de 20 la demande de niveau de fonctionnement; - des moyens de limitation (31) de l'objectif de quantité de carburant à injecter Qi par une limite Qmax pour ne pas dépasser une richesse maximale et une température maximale des gaz d'échappement 25 prédéterminées; caractérisé en ce qu'il comporte en outre - des moyens de détermination (40) d'un écart de pression de suralimentation autorisé EcP; - un capteur de mesure (51) de la pression d'air d'alimentation (P) en aval du compresseur (20) ; - un additionneur (42) additionnant l'écart de pression autorisé (EcP) et la pression de 5 suralimentation (P) pour déterminer une pression maximale (Pmax) ; - des moyens de détermination (43) de la limite de carburant à injecter (Qmax) en fonction de la pression maximale (Pmax)