Brevet FR2882574A1 — publié le 20060901

La présente invention se rapporte à un procédé de contrôle de l'admission de l'air d'un moteur à combustion interne suralimenté, notamment de type à essence et à allumage commandé. Elle concerne plus particulièrement un procédé de contrôle de l'admission de l'air du moteur en vue de compenser les variations de densité de l'air, comme celles provenant des variations altimétriques ou des variations de températures de cet air. Comme cela est connu, la puissance délivrée par un moteur à combustion interne est tributaire de la quantité d'air introduite dans la chambre de combustion de ce moteur, quantité d'air qui est elle-même proportionnelle à la densité de cet air. En cas de besoin d'une forte puissance à délivrer, l'air d'admission peut être comprimé avant son introduction dans le cylindre du moteur pour obtenir une suralimentation en air de ce cylindre. Cette compression peut être réalisée par tous moyens, comme un turbocompresseur ou un compresseur entraîné par le vilebrequin notamment. Ainsi, l'ampleur de la pression de l'air sortant de l'étage de compression est directement liée à la pression de l'air admise à l'entrée de cet étage de compression, qui est généralement celle considérée au niveau de la mer. La quantité de cet air suralimenté est aussi tributaire de la densité de l'air qui est introduit dans l'étage de compression. Dans le cas d'un turbocompresseur, celui-ci comprend habituellement un étage d'entraînement qui comporte une turbine entraînée en rotation par les gaz d'échappement issus du moteur. Cette rotation de la turbine est transmise directement par un arbre d'entraînement au compresseur de l'étage de compression. Ainsi en cas de demande de puissance, la pression de l'air suralimenté issu du compresseur est augmentée pour accroître la quantité de cet air admis dans la chambre de combustion du cylindre. Cependant, de tels moteurs suralimentés sont prévus pour équiper des véhicules automobiles qui, durant leur parcours, sont amenés à des variations de densité de l'air, comme celles produites lors de variations altimétriques ou de variations de températures ambiantes. De telles variations entraînent des dysfonctionnements de ces moteurs. A titre d'exemple, en cas d'augmentation d'altitude de ce véhicule, la densité de l'air ambiant diminue et la pression admise à l'entrée de l'étage de compression est plus basse que celle existant au niveau de la mer. Par conséquent la pression de l'air en sortie de compresseur est plus basse que celle obtenue habituellement et la quantité d'air comprimé introduite dans le cylindre est moindre. Ceci a pour inconvénient de modifier le taux de remplissage en air d'admission dans la chambre de combustion du cylindre de ce moteur et ainsi d'abaisser la puissance générée par ce moteur. Pour pouvoir résoudre ce problème et comme cela est mieux décrit dans la demande EP 0 675 275, il est connu un moteur à combustion interne suralimenté comprenant un turbocompresseur muni d'un conduit de courtcircuit contrôlé par une vanne (ou waste gate ) gérant le débit des gaz d'échappement balayant la turbine du turbocompresseur et une unité de gestion qui permet de contrôler la pression de l'air comprimé à la sortie de l'étage de compression. Ainsi, l'unité de gestion comprend une table contenant la pression de l'air comprimé mesurée à la sortie de l'étage de compression à la pression atmosphérique et à des vitesses déterminées. Par comparaison entre la mesure de cette pression et la mesure de la pression de l'air comprimé à l'altitude à laquelle se trouve le moteur, l'unité détermine l'existence d'un écart et commande l'augmentation de la vitesse de rotation du turbocompresseur en agissant directement sur l'ouverture de la vanne. Par cette action sur la vanne, la vitesse de rotation de la turbine, et conséquemment de l'étage de compression, est augmentée. Cette augmentation de vitesse a pour effet d'augmenter la pression de l'air à la sortie de l'étage de compression et ainsi d'admettre un air comprimé à pression plus élevée dans la chambre de combustion, ce qui permet de maintenir la densité de l'air introduit dans le cylindre et ainsi de compenser la perte de puissance du moteur. Cependant un tel dispositif présente des inconvénients non négligeables dans le sens qu'il nécessite de faire fonctionner le turbocompresseur à des vitesses très élevées, ce qui nuit à sa durabilité. De plus, l'action sur la vanne est d'un domaine très limité qui ne peut compenser toutes les variations de densités dues notamment à des changernents d'altitude. La présente invention se propose de remédier aux inconvénients ci-dessus mentionnés grâce à un procédé de contrôle de l'admission de l'air du moteur qui permet de compenser toutes les variations de densités et cela en n'utilisant que les éléments habituellement présents sur ce moteur. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de contrôle de l'admission d'air d'un moteur à combustion interne suralimenté comprenant au moins un cylindre comportant au moins un moyen d'admission avec une soupape d'admission et un dispositif de suralimentation comprenant au moins un étage de compression alimentant le moyen d'admission en air suralimenté, caractérisé en ce qu'il consiste à : -déterminer la densité de l'air en entrée de l'étage de compression du dispositif de suralimentation, - en cas de densité d'air inférieure à une densité seuil, augmenter la quantité d'air admise dans le cylindre sans action sur le dispositif de suralimentation. Le procédé peut consister à retarder la fermeture de la soupape d'admission par rapport au cycle conventionnel pour augmenter la quantité d'air admise dans le cylindre. Il peut consister à retarder la fermeture de la soupape d'admission d'un angle d'environ 30 par rapport au point mort bas du piston. Ce procédé peut consister à utiliser des moyens permettant de faire varier le phasage des lois de levée des soupapes d'admission. De manière avantageuse, il peut consister à utiliser des moyens de variations du type VVA ou VVT. Le procédé de contrôle de l'admission d'air peut consister à déterminer la densité de l'air en entrée de l'étage de compression par calcul à partir de la pression de l'air en amont de cet étage. Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle est annexée: - la figure unique qui est un schéma montrant un moteur à combustion interne suralimenté selon l'invention. Cette figure unique montre un moteur à combustion interne suralimenté, par exemple à injection directe de carburant de type essence et plus 20 particulièrement à allumage commandé. Ce moteur comporte au moins un cylindre 10 qui comprend au moins un moyen d'admission 12 avec une soupape d'admission 14 et une tubulure d'admission 16, au moins un moyen d'échappement 18 avec une soupape d'échappement 20 et une tubulure d'échappement 22. Les soupapes d'admission 14 sont commandées en ouverture et en fermeture par des moyens 24 permettant de faire varier le phasage des lois de levée de ces soupapes, comme ceux connus sous le sigle VVA (Variable Valve Actuation) ou VVT (Variable Valve Timing). Les soupapes d'échappement sont commandées en ouverture et en fermeture soit par des moyens conventionnels, tel qu'un arbre à came 26, soit par des moyens de type VVT ou VVA. Ces moyens de commande peuvent être utilisés pour commander les soupapes d'admission et d'échappement indépendamment les unes des autres ou de manière associée. Préférentiellement, des moyens de commande de type VVT sont utilisés pour les soupapes d'admission et un arbre à came est utilisé pour les soupapes d'échappement. Les tubulures des moyens d'admission 12 sont raccordées à un collecteur d'admission 28 alors que les tubulures des moyens d'échappement 18 aboutissent à un collecteur d'échappement 30. Le collecteur d'admission est relié par une conduite 32 à la sortie d'un étage de compression 34 d'un turbocompresseur 36 qui admet de l'air extérieur par une conduite 38. Le collecteur d'échappement 30 est raccordé par une conduite 40 à l'entrée de l'étage d'entraînement 42 de ce turbocompresseur. Cet étage d'entraînement est raccordé à une conduite 44 pour l'évacuation des gaz d'échappement après leur traversée de la turbine. Un conduit de court circuit 46 prend naissance en amont de l'étage d'entraînement 42 sur la conduite 40 et contourne cet étage pour aboutir sur la conduite d'évacuation 44. Une vanne 48 de contrôle du débit de gaz d'échappement (ou "waste gate") est placée avantageusement à l'intersection entre le conduit de court circuit 46 et le conduit 40. Une unité de contrôle du moteur 50, tel qu'un calculateur moteur, contrôle le fonctionnement du moteur. Cette unité contient des cartographies ou des tables de données permettant d'évaluer, en fonction des conditions de fonctionnement du moteur, comme le régime du moteur, sa charge, la vitesse du turbocompresseur, les pressions d'admission et d'échappement au niveau des cylindres 10, la puissance que doit générer ce moteur pour répondre à la demande du conducteur du véhicule. En outre, ce calculateur reçoit des informations de la part de différents capteurs prévus sur le moteur ainsi que de son environnement et notamment des informations sur la pression et/ ou la température de l'air en amont et/ou en aval de l'étage de compression du turbocompresseur. Comme illustré sur la figure, la pression ambiante est mesurée en amont de cet étage de compression grâce à un capteur de pression 52 placé dans la conduite d'aclmission 38 et relié par une ligne 54 à l'unité 50. Cette unité commande également la vanne 48 par une ligne 56 et, en ouverture et en fermeture, les soupapes d'admission 14 par une ligne 58 en faisant varier, si nécessaire, le phasage des lois de levée. Généralement pour les moyennes et fortes charges, le turbocompresseur est utilisé pour faire admettre un air comprimé avec une pression déterminée dans les cylindres 10, ce qui permet d'obtenir une quantité prédéfinie d'air dans ces cylindres. Dans ces conditions, la vanne 48 est commandée par l'unité 50 de manière à ce qu'elle atteigne une position déterminée permettant le passage d'un débit déterminé de gaz d'échappement au travers de l'étage d'entraînement. Ceci permet d'entraîner à une vitesse souhaitée la turbine de cet étage et de comprimer, par le compresseur de l'étage de compression, l'air arrivant par la conduite 38. Ainsi, on obtient un rapport de compression Ps/Pe entre la pression à la sortie (Ps) du turbocompresseur et l'entrée (Pe) de ce turbocompresseur. En cas de modification de la densité de l'air ambiant, comme celle produite par l'augmentation d'altitude du véhicule qui porte ce moteur, la pression (Pe) à l'entrée du turbocompresseur, et qui est celle de l'air mesuré dans le conduit d'admission 38 dans l'exemple décrit, est inférieure à la pression atmosphérique. Dans cette configuration, la pression de l'air (Ps) à la sortie chute et la quantité d'air admise dans les cylindres chute également. Ceci a pour effet de réduire la puissance générée par le moteur. Pour remédier à cette chute, l'unité 50 détermine la densité de l'air admis à l'entrée de l'étage de compression et la compare avec la valeur seuil de la densité qu'il contient dans ses tables pour faire fonctionner correctement le moteur. Puis une quantité d'air à admettre dans le cylindre est calculé en fonction de l'écart entre ces deux densités pour faire disparaître ou pour le moins minimiser cet écart de densités. Pour cela, il est prévu d'augmenter la quantité d'air admise dans le cylindre et cela sans augmenter la vitesse de rotation de l'étage d'entraînement du moteur. Il est donc utilisé le moyen de variation de la commande de la fermeture de la soupape d'admission 14 de type VVT pour retarder cet instant de fermeture par rapport au cycle conventionnel. Plus précisément, la fermeture de la soupape d'admission se produira à un angle de vilebrequin d'environ 30 après le point mort bas (PMB) admission. Grâce à cela, la quantité d'air introduite dans le cylindre est plus importante et la combustion peut se produire avec une quantité d'air qui est sensiblement équivalente à celle qui aurait pu être produite par l'augmentation de vitesse du turbocompresseur. Avantageusement, la densité de l'air admise en entrée de l'étage de compression sera déterminée par tous moyens et préférentiellement par calcul à partir de la pression mesurée par le capteur 52 et/ou la température de cet air en amont de cet étage de compression. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisations décrites ci-dessus mais englobe toutes variantes et tous équivalents. 8 REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle de l'admission d'air d'un moteur à combustion interne suralimenté comprenant au moins un cylindre (10) comportant au moins un moyen d'admission (12) avec une soupape d'admission (14) et un dispositif de suralimentation (36) comprenant au moins un étage de compression (34) alimentant le moyen d'admission (12) en air suralimenté, caractérisé en ce qu'il consiste à : - déterminer la densité de l'air en entrée de l'étage de compression (34) du dispositif de suralimentation, en cas de densité d'air inférieure à une densité seuil, augmenter la quantité d'air admise dans le cylindre sans action sur le dispositif de suralimentation (36). 2) Procédé de contrôle de l'admission d'air d'un moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à retarder la fermeture de la soupape d'admission (14) par rapport au cycle conventionnel pour augmenter la quantité d'air admise dans le cylindre. 3) Procédé de contrôle de l'admission d'air d'un moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à retarder la fermeture de la soupape d'admission d'un angle d'environ 30 par rapport au point mort bas du piston. 4) Procédé de contrôle de l'admission d'air d'un moteur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des moyens (24) permettant de faire varier le phasage des lois de levée des soupapes d'admission. 5) Procédé de contrôle de l'admission d'air d'un moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des moyens de variations du type à actionnement variable de soupape ou à durée variable de soupape. 6) Procédé de contrôle de l'admission d'air d'un moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à determiner la densité de l'air en entrée de l'étage de compression (34) par calcul à partir de la pression de l'air en amont de cet étage.