Brevet FR2853012A1 — publié le 20041001

i La présente invention concerne la mesure de la pression ambiante dans un moteur turbocompressé. Un moteur atmosphérique ou turbocompressé est sensible à la pression atmosphérique ambiante. En effet, en fonction de celle-ci, le remplissage des cylindres 5 du moteur ne se fait pas de la même manière. Dans un moteur atmosphérique la pression au niveau du collecteur d'admission est peu différente de la pression atmosphérique et on connaît assez bien les variations de la pression dans le collecteur par rapport à la pression atmosphérique en fonction notamment de la charge du moteur et de son régime. Dans un tel moteur, la connaissance de la pression dans le collecteur 10 d'admission permet donc de connaître la pression ambiante en prenant en compte quelques paramètres. Dans un moteur turbocompressé on retrouve, comme pour un moteur atmosphérique, un papillon régulant le débit d'air alimentant le moteur. En amont de ce papillon se trouve une chambre d'échange thermique appelée intercooler alimentée par 15 un compresseur du turbocompresseur et en aval du papillon se trouve le collecteur d'admission. La pression dans le moteur est donc fortement influencée par le compresseur du turbocompresseur. Il est donc habituel, pour pouvoir notamment estimer la surpression apportée par le turbocompresseur, de munir un moteur turbocompressé 20 d'une sonde de pression extérieure. Pour la régulation du moteur, on trouve également une sonde de pression au niveau de la chambre d'échange thermique et également une autre au niveau du collecteur d'admission. La pression de suralimentation du turbocompresseur, en amont de ces chambres, est fort variable et empêche a priori toute mesure de la pression ambiante dans la chambre d'échange thermique ou dans le 25 collecteur d'admission sauf les cas particuliers o cette pression de suralimentation est négligeable (ou connue). La présente invention a pour but de fournir, pour un moteur turbocompressé, un procédé permettant de déterminer la pression ambiante sans utiliser toutefois de capteur spécifique. A cet effet, elle propose un procédé de détermination de la pression ambiante dans un moteur turbocompressé présentant un papillon placé entre une chambre d'échange thermique et un collecteur d'admission, un compresseur étant prévu pour comprimer l'air dans la chambre d'échange thermique et le moteur étant équipé de moyens permettant d'indiquer la pression régnant dans la chambre d'échange thermique. 35 Selon l'invention, ce procédé comporte les étapes suivantes: - détection d'une ouverture du papillon, - mesure de la pression dans la chambre d'échange thermique, - détermination de la pression ambiante par mesure de la pression dans la chambre d'échange thermique à un instant prédéterminé défini par rapport à un point 5 remarquable de la courbe donnant la pression dans la chambre d'échange thermique en fonction du temps, la pression ambiante étant alors égale à la pression mesurée au niveau de la chambre d'échange thermique. Ce procédé de détermination de la pression ambiante repose sur la constatation que lorsque le papillon s'ouvre, la pression dans la chambre d'échange 10 thermique diminue tout d'abord, passe par une valeur minimale pour ensuite augmenter au-delà de sa valeur initiale. On a remarqué qu'alors cette pression descendait en dessous de la valeur de la pression ambiante pour ensuite remonter au-dessus de celleci. Ainsi la pression dans la chambre d'échange thermique, lors d'une ouverture du papillon, prend à deux instants distincts la valeur de la pression ambiante. Il suffit donc de 15 lire la pression dans la chambre d'échange thermique lorsqu'elle est égale à la pression ambiante pour connaître cette dernière. La variation de la pression dans la chambre d'échange thermique lors d'une telle ouverture étant toujours du même type, cette détermination pour un moteur donné est possible à partir de mesures de calibrage réalisées une fois pour toutes lors de la mise au point du moteur. Dans une forme de réalisation du procédé selon l'invention, il est prévu de mémoriser chaque détermination de la pression ambiante, et une nouvelle détermination n'est réalisée de préférence que dans le cas o la pression mesurée dans la chambre d'échange thermique devient inférieure à la valeur mémorisée de la pression ambiante précédemment mesurée. Il est possible ici de mémoriser toutes les valeurs mesurées de 25 la pression ambiante mais on peut aussi prévoir de ne mémoriser que la dernière valeur mesurée. Pour une détermination plus fiable, il est préférable de vérifier au cours de la mesure de la pression dans la chambre d'échange thermique, que dans un délai prédéterminé après ouverture du papillon, la pression mesurée passe par une valeur 30 minimale. Différents points remarquables peuvent être choisis comme repères sur la courbe donnant la pression dans la chambre d'échange thermique pour déterminer la pression ambiante. Une forme de réalisation préférentielle de la présente invention choisit comme point remarquable le point de la courbe correspondant à la valeur minimale de la 35 pression mesurée juste après ouverture du papillon. La pression ambiante est ensuite déterminée, dans cette forme de réalisation préférentielle, par mesure de la pression dans la chambre d'échange thermique après un laps de temps prédéfini après détection de cette valeur minimale. Le laps de temps est ici défini avantageusement en fonction du régime du moteur. Le procédé selon l'invention tel que décrit ci-dessus prévoit la détermination 5 de la pression ambiante lors de l'ouverture du papillon. Ceci arrive normalement assez fréquemment lors d'un trajet parcouru en voiture. Ainsi par exemple, la détermination de la pression ambiante peut se faire à chaque changement de rapport. L'invention propose en complément de déterminer également la pression ambiante dans d'autres conditions pour pouvoir donner plus souvent une information concernant cette pression au dispositif 10 de gestion et de commande du moteur correspondant. Il est ainsi envisageable de déterminer également la pression ambiante avant le démarrage du moteur, cette pression ambiante étant alors égale à la pression régnant dans la chambre d'échange thermique. La pression ambiante peut également être mesurée lorsque le papillon est fermé, la différence de pression entre la pression mesurée dans la chambre d'échange 15 thermique et la pression ambiante étant alors connue en fonction du régime du moteur. Cette différence de pression varie d'un moteur à l'autre mais il est possible de l'étalonner pour un moteur. Enfin lorsqu'au cours d'un trajet le papillon ne s'ouvre pas et ne se ferme pas mais que le papillon reste pendant un long laps de temps sensiblement dans la même 20 position, la pression ambiante peut par exemple être calculée en boucle ouverte en étant diminuée d'une valeur donnée par intervalle de temps. On suppose alors en effet que le véhicule correspondant est en train de gravir une côte et donc la pression ambiante diminue au fur et à mesure que le véhicule prend de l'altitude. Des détails et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la 25 description qui suit, faite en référence au dessin schématique annexé sur lequel: La figure 1 représente schématiquement un système d'alimentation en air d'un moteur turbocompressé, et Les figures 2 à 4 sont des schémas représentant sur un même graphe, dans des situations différentes, les positions du papillon de la figure 1 et les pressions dans la 30 chambre d'échange thermique 16 et dans le collecteur d'admission de cette figure 1. La figure 1 représente très schématiquement un système d'alimentation en air d'un moteur turbocompressé. On reconnaît à droite sur cette figure, c'est-à-dire en aval du système d'alimentation représenté, un piston 2 pouvant se déplacer dans un cylindre 4. Une soupape 6 commande l'admission de l'air dans le cylindre 4. Une soupape 8 est 35 quant à elle prévue pour l'échappement des gaz brûlés hors du cylindre 4. Le moteur correspondant comporte par exemple plusieurs cylindres. Le système d'alimentation est commun à tous les cylindres ou bien à une série de cylindres. Le système d'alimentation en air représenté sur la figure 1 comporte, d'amont en aval, une entrée d'air 10, un débitmètre d'air massique 12, un compresseur 14 d'un 5 turbocompresseur, une chambre d'échange thermique 16 appelée intercooler 16, un papillon 18 permettant d'agir sur la section de débit d'air et un collecteur d'admission appelé également manifold 20. Les soupapes d'admission 6 sont en liaison directe avec le collecteur d'admission 20. Dans un moteur de l'art antérieur, avec une alimentation en air du type décrit 10 plus haut, il est habituel de prévoir un capteur mesurant la pression ambiante, placé par exemple au niveau de l'entrée d'air 10. La valeur mesurée de la pression ambiante AMP est utilisée par un dispositif de commande et de gestion du moteur. En effet, cette valeur de pression ambiante influe d'un côté sur l'admission d'air et d'un autre côté sur l'échappement des gaz brûlés. Du côté de l'admission d'air, lorsque la pression extérieure 15 est moins élevée, par exemple en altitude, le remplissage des cylindres est moins bon. Du côté de l'échappement, la pression extérieure influe également sur la contre pression régnant au niveau des soupapes d'échappement 8. Ainsi, cette valeur de la pression ambiante est importante pour connaître parfaitement le flux d'air s'écoulant dans le système d'alimentation en air du moteur. Dans le cas d'un moteur turbocompressé, c'est20 à-dire dans le cadre de la présente invention, la connaissance de cette pression ambiante est également importante pour la gestion du turbocompresseur et notamment de la soupape de décharge (non représentée) équipant généralement un tel turbocompresseur et servant à réguler le régime de rotation dudit turbocompresseur et, par voie de conséquence, la surpression générée par ledit turbocompresseur. Dans le système d'alimentation en air du moteur turbocompressé représenté ci-dessus, la chambre d'échange thermique 16 collecte l'air sortant du compressur 14 du turbocompresseur. Comme indiqué plus haut, cette chambre d'échange thermique 16 est placée en amont du papillon 18. De façon classique, pour le contrôle du moteur, on utilise un capteur de pression mesurant la pression régnant dans la chambre d'échange 30 thermique 16. Cette pression est parfois également appelée BOP pour Boost Over Pressure ou surchage du compresseur. Conformément à la présente invention, plusieurs stratégies peuvent être mises en oeuvre pour déterminer la pression ambiante AMP sans nécessiter de capteur spécifique disposé par exemple à l'entrée d'air 10. Ces stratégies, comme montré ci35 après, permettent de déterminer la pression ambiante uniquement à l'aide du capteur de pression régnant dans la chambre d'échange thermique 16. Une première stratégie, déjà connue de l'art antérieur, consiste à mesurer la pression dans la chambre d'échange thermique 16 lorsque le moteur est arrêté, ou éventuellement pendant le démarrage. Dans ces conditions, il est clair que la pression dans tout le système d'alimentation en air du moteur est égale à la pression ambiante 5 AMP régnant à l'extérieur du moteur. Il est donc facile au démarrage du véhicule de connaître la pression ambiante AMP. En fonction de cette pression on détermine alors pour la phase de démarrage la quantité de carburant à injecter dans le moteur. Une fois le moteur démarré, le conducteur souhaite généralement partir et appuie donc sur l'accélérateur. Ceci provoque une ouverture du papillon 18. Cette 10 situation est schématisée sur la figure 2. La première courbe 22 sur cette figure représente l'angle d'ouverture du papillon 18. On suppose ici que ce papillon passe de la position fermée à la position ouverte. On suppose sur la figure 2 qu'avant l'ouverture du papillon 18, un régime permanent s'était établi dans le système d'alimentation en air. Une courbe 24 représente la pression MAPUP dans la chambre d'échange thermique 16 15 tandis qu'une courbe 26 symbolise la pression MAP dans le collecteur d'admission 20. Lorsque le papillon 18 est fermé, la valeur de la pression régnant dans la chambre d'échange thermique 16 est légèrement supérieure à la pression ambiante AMP. En effet, lorsque le papillon 18 est fermé, le moteur est sensiblement au ralenti et la surpression créée par le turbocompresseur est relativement faible. Au niveau du collecteur 20 d'admission 20 la pression MAP est plus faible. En effet d'un côté l'air du collecteur d'admission 20 est aspiré par le mouvement des pistons 2 dans les cylindres 4 et de l'autre côté l'entrée du collecteur d'admission 20 est fermée par le papillon 18. Une dépression s'établit donc dans le collecteur d'admission 20. Lorsque le papillon 18 s'ouvre, la pression dans le collecteur d'admission 20 augmente immédiatement suite à 25 un appel d'air au niveau de la chambre d'échange thermique 16 dû à la dépression. Comme le montre alors la courbe 24, la pression MAPUP régnant dans la chambre d'échange thermique 16 diminue lors de l'ouverture du papillon 18 car en effet la chambre d'échange thermique 16 est mis en liaison avec le collecteur d'admission 20 en dépression, induisant donc une chute de pression. Cette pression augmente ensuite à 30 nouveau et en régime permanent la valeur de la pression régnant dans la chambre d'échange thermique 16 égale celle de la pression dans le collecteur d'admission 20 puisque les chambres correspondantes sont en libre communication, le papillon 18 étant ouvert et ne faisant pas obstacle à la libre circulation de l'air de la chambre d'échange thermique 16 vers le collecteur d'admission 20. Classiquement, l'ouverture du papillon 18 35 crée un plus grand débit d'air dans le moteur et donc également un plus grand débit de gaz brûlés au niveau de l'échappement. Le turbocompresseur est entraîné et le compresseur 14 vient comprimer l'air entrant par l'entrée d'air 10. Ainsi les pressions régnant dans le collecteur d'admission 20 et dans la chambre d'échange thermique 16 deviennent supérieures à la pression ambiante AMP. On remarque donc que lors de l'ouverture du papillon 18, la pression 5 MAPUP régnant dans la chambre d'échange thermique 16 prend deux fois la valeur de la pression ambiante AMP. Cette constatation originale est utilisée dans la présente invention. Puisque le capteur de pression de la chambre d'échange thermique 16 peut mesurer également dans ces conditions particulières la pression ambiante AMP, il apparaît donc inutile de prévoir un capteur spécifique pour mesurer cette pression 10 ambiante AMP. Le problème qui se pose alors est de déterminer les points d'intersection de la courbe 24 avec la courbe donnant la pression ambiante AMP. Pour la détermination de la valeur de la pression ambiante AMP l'invention propose dans un mode de réalisation de déterminer l'instant auquel la valeur de la pression régnant dans la chambre d'échange thermique 16 est minimale. La pression 15 régnant dans la chambre d'échange thermique 16 prend ensuite la valeur de la pression ambiante AMP après un certain intervalle de temps At. La valeur de At est fonction essentiellement du régime N du moteur. Pour déterminer alors la pression ambiante AMP, on prend la valeur de la pression MAP UP régnant dans la chambre d'échange thermique 16 à un instant décalé d'un délai At = f(N) après avoir constaté le minimum de 20 la valeur de la pression régnant dans la chambre d'échange thermique 16 (cf. figure 3). Cette méthode de calcul peut être intégrée à un algorithme et programmée dans le dispositif de gestion et de contrôle du moteur. On prévoit ici de mémoriser le résultat de chaque détermination de la pression ambiante AMP effectuée. On ne conserve pas forcément en mémoire toutes les mesures effectuées mais au moins la 25 dernière d'entre elle. Cette valeur de la pression ambiante AMP est alors appelée AMP, 1. Lorsque le dispositif de gestion et de contrôle du moteur détecte une ouverture du papillon 18, la pression MAPUP régnant dans la chambre d'échange thermique 16 est surveillée. On vérifie alors notamment que cette valeur devient inférieure à la valeur AMPn- mémorisée. On détermine ensuite l'instant auquel la valeur de la pression 30 MAPUP régnant dans la chambre d'échange thermique 16 devient minimale. On considère par la suite que la valeur de la pression ambiante nouvellement mesurée, AMPn, est la valeur de la pression régnant dans la chambre d'échange thermique 16 à l'instant to+At, o to est l'instant auquel la valeur de la pression régnant dans la chambre d'échange thermique 16 est minimale. La valeur de At est fournie par le dispositif de 35 commande et de gestion en fonction du régime moteur. Cette valeur est de l'ordre de quelques millisecondes à quelques dizaines de millisecondes. Lors de la première ouverture du papillon, c'est-à-dire lors de la détermination de la pression ambiante AMP", on prend comme valeur AMPO la valeur de la pression ambiante effectuée avant ou lors du démarrage du moteur comme évoqué plus haut. Il est également possible de déterminer la valeur de la pression ambiante 5 AMP à partir de la valeur de la pression MAPUP régnant dans la chambre d'échange thermique 16 mesurée dans d'autres conditions. On peut ainsi par exemple mesurer la valeur de la pression ambiante AMP lorsque le papillon 18 est fermé. Après fermeture du papillon 18, et écoulement d'un délai permettant à la pression à l'intérieur de la chambre d'échange thermique 16 de se stabiliser, on observe que: 10 AMP=MAPUP+AP Il est connu que la valeur de AP varie notamment en fonction du régime moteur. A titre d'exemple et uniquement dans le but de donner un ordre de grandeur, on peut avoir AP -4 mbar au ralenti et AP -14 mbar aux environs de 6000 tr/mn. L'équation précédente donnant la valeur de la pression ambiante AMP en 15 fonction de la valeur de la pression MAPUP régnant dans la chambre d'échange thermique 16 lorsque le papillon 18 est fermé est vérifiée à faible régime car, dans ce cas, la pression des gaz d'échappement est faible et le turbocompresseur ne peut donc pas engendrer une forte surpression dans la chambre d'échange thermique 16. De même, à régime élevé, le papillon 18 étant toujours fermé, la relation reste vérifiée car 20 une soupape de recirculation est alors ouverte pour éviter tout risque de surpression en amont du papillon 18. On comprend donc pourquoi il faut attendre un certain délai après la fermeture du papillon pour appliquer l'équation donnée plus haut. En effet il faut notamment prévoir le cas o la soupape de recirculation s'ouvre et donc laisser le temps à celle-ci de s'ouvrir. La figure 4 illustre la fermeture du papillon 18. Une courbe 22' illustre l'angle d'ouverture du papillon 18 et les courbes 24' et 26' représentent respectivement les valeurs de la pression MAPUP régnant dans la chambre d'échange thermique 16 et de la pression MAP dans le collecteur d'admission 20. On remarque que la pression MAPUP régnant dans la chambre d'échange thermique 16 passe par une valeur 30 maximale juste après la fermeture du papillon 18. Cela s'explique notamment par le fait que lorsque l'on ferme le papillon 18, l'air qui auparavant circulait librement de la chambre d'échange thermique 16 vers le collecteur d'admission 20, est tout à coup bloqué par le papillon 18. Cet air s'accumule donc dans la chambre d'échange thermique 16 créant dans celuici une surpression. La valeur de la pression MAP dans le collecteur 35 d'admission 20 diminue logiquement puisque l'on vient fermer l'alimentation en air du collecteur d'admission 20 et que le mouvement des pistons 2 dans les cylindres 4 continue à aspirer de l'air hors de ce collecteur d'admission 20. Une dernière stratégie peut être mise en oeuvre pour fournir une valeur de la pression ambiante AMP au dispositif de contrôle et de gestion du moteur. Cette 5 quatrième stratégie est mise en oeuvre lorsque les trois précédentes ne peuvent l'être, c'est-à-dire dans le cas o le papillon 18 reste constamment dans une position intermédiaire et que le conducteur ne bouge pas son pied de l'accélérateur. Ce cas correspond typiquement à l'ascension d'une côte régulière. Ceci arrive très rarement. En effet en montagne la pente n'est pas toujours régulière et ceci occasionne des 10 changements de rapport. Même si ce cas n'est pas fréquent, il peut être prévu ici. La régulation se fait alors en boucle ouverte. On estime ici que le véhicule gravit une côte de déclivité sensiblement constante. On peut alors estimer la variation d'altitude du véhicule en fonction par exemple de sa vitesse. A titre d'exemple, on peut prévoir une variation de la pression ambiante de l'ordre de 1 mbar par minute. Ceci correspond à une variation 15 d'altitude de 10 mètres toutes les minutes. C'est le cas lorsqu'on gravit une côte à 10% à une vitesse de 60 km/h. Cette mesure en boucle ouverte est alors réalisée jusqu'à ce que le papillon 18 s'ouvre ou se ferme à nouveau. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention décrit ci-dessus à titre d'exemple non limitatif permet, grâce aux quatre stratégies décrites, de pouvoir 20 économiser sur un véhicule la présence d'un capteur de pression ambiante. Cette économie est non négligeable car elle représente environ 5 à 10% du coût des capteurs utilisés pour contrôler le flux d'air dans le système d'alimentation en air d'un moteur turbocompressé. En cas d'utilisation malgré tout d'un capteur de pression pour mesurer la 25 pression ambiante, le procédé selon l'invention peut alors être utilisé pour contrôler les capteurs donnant la pression de l'air ambiant et la pression à l'intérieur de la chambre d'échange thermique 16. La présente invention est particulièrement avantageuse dans un moteur équipé d'un papillon à commande électrique. En effet, dans un tel moteur, il est 30 nécessaire d'avoir un capteur permettant de mesurer la pression dans la chambre d'échange thermique 16. La présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite cidessus à titre d'exemple non limitatif. Elle concerne au contraire toutes les variantes de réalisation à la portée de l'homme du métier. Ainsi par exemple d'autres stratégies pourraient être mises en oeuvre pour déterminer la pression de la valeur ambiante. La présente invention concerne essentiellement la détermination de cette pression ambiante lors d'une ouverture du papillon des gaz. Dans la stratégie décrite en relation avec une telle ouverture, la détermination de la pression ambiante peut être réalisée de façon différente. On peut par exemple choisir sur la courbe donnant la pression régnant dans la chambre d'échange 5 thermique 16 un autre point remarquable comme point de départ. On choisit par exemple le point à partir duquel la pression dans la chambre d'échange thermique 16 décroît. On peut également choisir le point pour lequel, après avoir atteint sa valeur minimale, ladite pression reprend la valeur qu'elle avait avant l'ouverture du papillon. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de la pression ambiante dans un moteur turbocompressé présentant un papillon (18) placé entre une chambre d'échange thermique (16) et un collecteur d'admission (20), un compresseur (14) étant prévu pour comprimer l'air dans la chambre d'échange thermique (16) et le moteur étant équipé de 5 moyens permettant d'indiquer la pression régnant dans la chambre d'échange thermique (16), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - détection d'une ouverture du papillon (18), - mesure de la pression (MAP UP) dans la chambre d'échange thermique 10 (16), - détermination de la pression ambiante (AMP) par mesure de la pression (MAP UP) dans la chambre d'échange thermique (16) à un instant prédéterminé défini par rapport à un point remarquable de la courbe (24, 24') donnant la pression (MAPUP) dans la chambre d'échange thermique (16) en fonction du temps, la pression ambiante 15 (AMP) étant alors égale à la pression mesurée au niveau de la chambre d'échange thermique (16). 2. Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu de mémoriser chaque détermination de la pression ambiante, et en ce qu'une nouvelle détermination n'est réalisée que dans le cas o la pression (MAP UP) mesurée 20 dans la chambre d'échange thermique (16) devient inférieure à la valeur mémorisée de la pression ambiante précédemment mesurée (AMP,-4). 3. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au cours de la mesure de la pression (MAPUP) dans la chambre d'échange thermique (16), une vérification est faite, dans un délai prédéterminé après 25 ouverture du papillon (18), pour s'assurer que la pression régnant dans la chambre d'échange thermique MAP_UP mesurée passe par une valeur minimale. 4. Procédé de détermination selon la revendication 3, caractérisé en ce que la mesure de la pression (MAPUP) dans la chambre d'échange thermique (16) pour déterminer la pression ambiante (AMP) est réalisée après un laps de temps At prédéfini 30 après détection de la valeur minimale de la pression (MAP UP) dans la chambre d'échange thermique (16). 5. Procédé de détermination selon la revendication 4, caractérisé en ce que le laps de temps At est défini en fonction du régime du moteur. 6. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé 35 en ce que la mesure de la pression ambiante (AMP) est réalisée avant le démarrage du il moteur, cette pression ambiante (AMP) étant alors égale à la pression (MAPUP) régnant dans la chambre d'échange thermique. 7. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la pression ambiante (AMP) est également mesurée lorsque le papillon (18) 5 est fermé, la différence de pression entre la pression (MAPUP) mesurée dans la chambre d'échange thermique (16) et la pression ambiante (AMP) étant alors connue en fonction du régime du moteur. 8. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lorsque le papillon (18) reste pendant un long laps de temps sensiblement 10 dans la même position, la pression ambiante (AMP) est calculée en boucle ouverte en étant diminuée d'une valeur donnée par intervalle de temps.