Brevet FR2893992A1 — publié le 20070601

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de détermination de la vitesse de rotation d'un compresseur, notamment d'un turbo-compresseur d'un moteur à combustion interne, selon lequel on saisit la pression dans une zone en aval du compresseur et on fournit un signal de pression correspondant. L'invention concerne également un moteur à combustion interne mettant en oeuvre ce procédé, notamment avec un programme d'ordinateur, un support de mémoire électrique, et une installation de commande et de régulation adaptés. Etat de la technique Les moteurs à combustion interne tels que les moteurs à essence et les moteurs diesel à pistons augmentent la puissance par la charge d'air dans la chambre de combustion du moteur à combustion in- terne en utilisant un compresseur, par exemple un turbocompresseur de gaz d'échappement. La pression à laquelle l'air est comprimé dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne est appelée pression d'alimentation et elle se mesure en général à proximité de la chambre de combustion à l'aide d'un capteur de pression. Le signal de pression est appliqué à une boucle de régulation commandant le turbo-compresseur de gaz d'échappement pour ainsi régler la pression d'alimentation souhaitée. En particulier les turbocompresseurs de gaz d'échappement ont une constante de temps accentuée de sorte qu'ils réagissent avec une inertie relative à des variations de signaux de commande, ce qui complique la régulation de la pression d'alimentation. C'est pourquoi il est avantageux de saisir une grandeur d'état directe du turbocompresseur de gaz d'échappement à réguler. La vitesse de rotation du compresseur de turbocompresseur de gaz d'échappement convient tout particulièrement bien. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé permettant une saisie économique et fiable de la vitesse de rotation d'un compresseur. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on détermine la vitesse de rotation du compresseur à partir d'une oscillation périodique d'au moins une composante du signal de pression. Dans le procédé selon l'invention on utilise les capteurs de pression nécessaires de toute façon pour déterminer la pression d'alimentation pour ici déterminer la vitesse de rotation du compresseur. Cela repose sur le fait que les compresseurs habituels ne fournissent l'air non pas de façon continue mais par vagues si l'on se rapporte à un emplacement déterminé en aval du compresseur. La raison est que par exemple dans le cas d'un compresseur axial, chaque fois qu'une aile ou pale du compresseur passe à une certaine position, la vitesse et ainsi la pression de l'air transféré changent. Cela se traduit au moins en certains endroits en aval du compresseur par des variations de pression périodiques dont la période est liée à la vitesse de rotation du compresseur. Cette relation est utilisée selon l'invention pour obtenir la vitesse de rotation du compresseur. En conclusion, on développe un procédé sans contact pour déterminer la vitesse de rotation du compresseur ; ce procédé fonctionne selon un principe de base physique très solide et ainsi avec une grande fiabilité. De plus, le procédé selon l'invention et le moteur à combustion interne selon l'invention ne réduisent pas le rendement du système d'admission du moteur à combustion interne, par exemple du turbocompresseur de gaz d'échappement car par comparaison aux moteurs à combustion interne usuels il ne faut aucun ensemble de capteur supplémentaire. La mesure sans contact est en outre sans usure et s'il y a usure, celle-ci est extrêmement faible. Enfin, les capteurs de pression utilisent des types de capteurs particulièrement simples et économiques dont les signaux se traitent facilement. Directement en aval du compresseur, on dispose des oscillations périodiques de pression importante pour le procédé de l'invention et qui sont également particulièrement déterminantes pour le signal de pression saisi, ce qui facilite l'exploitation et ainsi la détermination de la vitesse de rotation. Les coûts de montage sont d'autant plus ré-duits que le capteur de pression est intégré dans un composant de commande du compresseur, notamment dans la soupape d'air ambiant de poussée. Une telle soupape d'air ambiant sert de dérivation du compresseur que l'on ouvre lors de la fermeture du volet d'étranglement du moteur à combustion interne pour permettre une diminution rapide de la pression. Pour séparer les variations périodiques du signal de pression on peut utiliser un filtre passe-haut réalisable simplement sous forme de programme. A partir des oscillations périodiques ainsi séparées encore appelées composantes alternatives du signal de pression, on peut déter-miner de manière simple la fréquence, par exemple par une transformation de Fourier. Par division de la fréquence par le nombre des pales du compresseur ou du volant du compresseur on obtient ainsi immédiate-ment la vitesse de rotation du compresseur. A partir du signal du capteur de pression on peut obtenir non seulement la vitesse de rotation du compresseur mais également la pression de charge qui constitue un paramètre de fonctionnement important pour la commande d'un moteur à combustion interne. La valeur de pression correspondante s'obtient simplement en faisant la moyenne du signal de pression, par exemple en utilisant un filtre passe-bas. Comme le capteur de pression est avantageusement installé à proximité du compresseur et qu'entre le compresseur et la chambre de combustion d'un moteur à combustion interne il y a habituellement encore différents composants, par exemple un radiateur d'air de suralimentation et un volet d'étranglement, la valeur moyenne du signal de pression ne correspond pas dans un tel cas à la pression d'alimentation intéressant la commande du moteur à combustion interne. Cela peut s'obtenir de manière simple toutefois en corrigeant la valeur moyenne selon le signal de pression. Les coefficients de correction utilisés à cet effet se détermi- nent dans des essais préalables, par exemple sur un banc d'essai suivant le type spécifique de moteur à combustion interne. La précision du procédé peut encore s'améliorer si on utilise au moins un coefficient de correction dépendant d'un paramètre de fonctionnement actuel du moteur à combustion interne, par exemple d'un débit massique d'air ou d'un débit volumique d'air. Selon l'invention le moteur à combustion interne comportant un compresseur équipant un canal d'alimentation en air qui fournit de l'air à une chambre de combustion, et un capteur de pression qui saisit un signal caractérisant la pression en aval du compresseur est caractérisé en ce qu' une installation de commande et/ou de régulation avec un capteur de pression installé directement en aval du compresseur, applique le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, notamment à l'aide d'un programme enregistré sur un support mémoire électronique. L'installation du capteur de pression à proximité immédiate du compresseur permet d'utiliser son signal de pression également pour surveiller le bon fonctionnement d'un filtre à air. Pour cela, on utilise la différence entre la pression déterminée et la pression fournie par un cap- teur de pression ambiante. Si la chute de pression dépasse une valeur dé-finie, il faut changer le filtre à air. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins 10 annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur de gaz d'échappement et d'un capteur de pression, - la figure 2 montre un ordinogramme d'un procédé d'exploitation du si-15 gnal fourni par le capteur de pression de la figure 1, - la figure 3 est une vue analogue à celle de la figure 1 mais correspondant à une variante de réalisation. Description de modes de réalisation La figure 1 montre un moteur à combustion interne portant 20 globalement la référence 10. Ce moteur à combustion interne entraîne un véhicule automobile non représenté. Le moteur à combustion interne 10 est un moteur à combustion interne à essence équipé d'une injection dans la conduite d'admission mais les informations de base données dans la description suivante s'appliquent tout aussi bien à des moteurs à corn- 25 bustion interne de type diesel ou à des moteurs à combustion interne à injection directe d'essence. Le moteur à combustion interne 10 comporte plusieurs cylindres dont un seul est représenté ici ; il comporte une chambre de combustion 12. L'air comburant arrive dans celui-ci à travers une soupape 30 d'admission 14 par l'intermédiaire d'un canal d'aspiration ou d'admission 16. Dans ce canal, directement en amont de la soupape d'admission 16 on injecte le carburant à l'aide d'un injecteur 18 ; cet injecteur est relié à un système d'alimentation en carburant 20. En aval de cet injecteur, le canal d'admission 16 comporte un volet d'étranglement 21. 35 Le mélange air-carburant contenu dans la chambre de combustion 12 est allumé par une bougie 22 reliée à un système d'allumage 24. Ces gaz de combustion chauds sont expulsés de la chambre de combustion 12 à travers une soupape d'admission 26 dans une conduite de gaz d'échappement 28. Cette conduite est équipée d'une turbine 30 que la soupape de dérivation 32 permet de contourner. Le canal d'admission 16 est équipé d'un compresseur 34 relié mécaniquement à la turbine 30. La turbine 30 et le compresseur 34 forment en combinaison un turbocompresseur de gaz d'échappement 36. Pour comprimer l'air, le compresseur 34 est équipé d'un ensemble de pales de compression ou d'ailettes de compression non représentées à la figure 1. L'air aspiré chauffé par le compresseur est refroidi par un radiateur d'air d'alimentation 38 installé dans le canal d'aspiration 16, entre le compresseur 34 et un volet d'étranglement 21. Le fonctionnement du moteur à combustion interne 10 est commandé et régulé par une installation de commande et de régulation 40 encore appelée installation de gestion du moteur. En particulier, le volet d'étranglement 21, l'injecteur 18, le système d'allumage 24 et la soupape de dérivation 32 sont commandés par l'installation de commande et de régulation 40. Pour cela, cette installation reçoit des signaux de différents capteurs, ainsi d'un capteur à film chaud 42 qui saisit la masse d'air passant dans le canal d'admission 16 en amont du compresseur 34 et par un capteur de pression 44 qui saisit la pression effective dans le canal d'admission 16, directement en aval du compresseur 34. Le compresseur 34 comprime l'air comburant alimentant la chambre de combustion 12, ce qui permet d'augmenter la puissance du moteur à combustion interne 10. La pression de la charge d'air (pression d'alimentation) comprimée dans la chambre de combustion 12 est fournie d'une manière représentée, par le capteur de pression 44 pour être réglée dans une boucle de régulation fermée par l'installation de régulation et de commande 40. A cet effet, on modifie la puissance de la turbine 30 et ainsi également celle du compresseur 34 en ouvrant plus ou moins la soupape de dérivation 32. Une régulation possible, rapide et précise de la pression d'alimentation, consiste non pas à se mettre sur le fondement de la pression d'alimentation fournie par le capteur 42 mais également sur la base de la vitesse de rotation actuelle du compresseur 34. La pression d'alimentation pL et la vitesse de rotation nATL sont déterminées à partir d'un signal fourni par le capteur de pression 44, c'est-à-dire un signal Up à l'aide d'un procédé qui sera maintenant décrit en référence à la figure 2. Tout d'abord, on soumet le signal de sortie Up du capteur de pression 44, 46 à une conversion A/D (conversion alpha/numérique). En 48 on sépare alors les variations ou oscillations périodiques (composante alternative) Un du signal Up. Ces variations périodiques Un sont engendrées par les ondes de pression du compresseur 34 occasionnées par les différentes ailes de compresseur ou les pales du compresseur 34. Pour saisir ces variations périodiques par le capteur de pression 44, il est nécessaire d'installer celui-ci comme cela est représenté à la figure 1, à proximité du compresseur 34. De plus, le capteur de pression 44 doit avoir une dynamique correspondante. Les oscillations périodiques séparées par le filtre passe-haut 48 sont alors soumises 150 à une transformation de Fourier permettant de déterminer la fréquence F des oscillations périodiques. Cette fréquence F est le produit de la vitesse de rotation nATL et du nombre ns de pales du compresseur ou d'ailettes du compresseur. Ainsi, en 52, on divise la fréquence obtenue F par le nombre ns d'aubes de compresseur, ce qui se tra- duit finalement à une rotation nATL du compresseur qui reste faible. Comme déjà indiqué ci-dessus, on utilise le signal Up du capteur de pression 44 également pour déterminer la pression de charge pL qui règne directement en aval de la soupape d'admission 14 ou de la chambre de combustion 12. Pour cela, en 54, on soumet le signal Up à un filtrage passe-bas, ce qui conduit à une valeur moyenne Up_m du signal de pression Up. Cette valeur moyenne Up_m correspond à la pression entre le compresseur 34 et le radiateur de charge 38. Pour en déduire la pression directement en amont de la soupape d'admission 14, on soumet la valeur Up-m à une correction en 56 en ce qu'il reçoit par multiplication ou par ad- dition avec au moins un coefficient de correction, la présence de K. Le coefficient de correction K se détermine pendant le développement des paramètres de l'installation de commande et de régulation 40, par exemple sur un banc d'essai de moteur en mesurant la pression en amont et en aval du radiateur d'air de charge pour différents états de fonctionnement du moteur à combustion interne 10. Le coefficient de cor-rection K peut à son tour déprendre de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 10, par exemple du débit massique d'air dm/dt, du capteur HFM 42. La figue 3 montre une variante de réalisation d'un moteur à combustion interne 10. Les éléments et zones qui se réfèrent à des fonctions équivalentes d'éléments et de zones de la figure 1 ne seront pas une nouvelle fois décrits de manière détaillée. Le moteur à combustion interne 10 représenté à la figure 3 comporte un capteur de pression 44 non installé directement dans le canal d'aspiration ou d'admission 16 en aval du compresseur 34 mais est intégré avec celui-ci à une vanne d'air de poussée 58 dans un ensemble 60. La vanne d'air ambiant de poussée 58 s'ouvre lorsque le volet d'étranglement 21 se ferme pour permettre une montée en pression rapide dans le canal d'admission 16. La figure 3 montre, en aval du capteur HFM 42 dans son canal d'aspiration 16, en outre un filtre à air 62 et en amont de ceux-ci on a de nouveau un capteur de pression ambiante 64. Selon la figure 2, son signal Uä est fourni avec le signal de moyenne Up_m donné par le troisième capteur de pression 44 pour être injecté dans un bloc de comparaison 66. Si maintenant on constate que la différence entre les deux signaux ou les valeurs de pression que l'on en déduit, dépasse un seuil, alors en 68 on prend des mesures. Cela peut par exemple consister à enregistrer dans une mémoire de défaut pour être signalé lors d'une intervention d'entretien pour indiquer que le filtre à air 62 est consommé ou est bourré et doit être échangé. 15 20 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de détermination de la vitesse de rotation (nATL) d'un compres- seur (34), notamment d'un turbocompresseur (36) d'un moteur à combus- tion interne (10), selon lequel on saisit la pression dans une zone en aval du compresseur (34) et on fournit un signal de pression correspondant (Up) caractérisé en ce qu' on obtient la vitesse de rotation (nATL) du compresseur (34) à partir d'une oscillation périodique (Un) d'au moins une composante du signal de pression (Up). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on saisit la pression directement en aval du compresseur (34). 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on sépare (48) les oscillations périodiques (Un) par un filtrage passe-haut par rapport au signal de pression (Up). 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on détermine (50) une fréquence (F) des oscillations périodiques (Un) par une analyse de fréquence, notamment une transformation de Fourier. 25 5 ) Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu' on obtient (52) la vitesse de rotation (nATL) du compresseur (34) par division de la fréquence (F) par le nombre (ns) d'ailettes ou de pales du corn-30 presseur (34). 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on forme une valeur moyenne (Up_m) du signal de pression (Up) par un fil-35 trage passe-bas (54). 7 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on corrige (56) la valeur moyenne (Up_m) pour qu'elle corresponde au moins sensiblement à la pression (PL) à un endroit déterminé, de préférence en aval d'un radiateur d'air d'alimentation (38), ou à un signal correspondant. 8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' on utilise au moins un coefficient de correction (K) qui dépend d'une grandeur de fonctionnement actuelle du moteur à combustion interne (10), notamment d'un débit massique d'air (dm/dt) ou d'un débit volumique d'air. 9 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' à partir du signal de pression (Up) et d'un signal (Uu) fourni par un capteur de pression ambiante (64), on détermine (66) une différence de pression à partir de laquelle on détermine un état de fonctionnement d'un filtre à air (62). 10 ) Moteur à combustion interne (10) comportant un compresseur (34) équipant un canal d'alimentation en air (16) qui fournit de l'air à une chambre de combustion (12), et un capteur de pression (44) qui saisit un signal (Up) caractérisant la pression en aval du compresseur (34), caractérisé en ce qu' une installation de commande et/ ou de régulation (40) avec un capteur de pression (44) installé directement en aval du compresseur (34), applique le procédé selon l'une des revendications 1 à 9, notamment à l'aide d'un pro-gramme enregistré sur un support mémoire électronique. 11 ) Moteur à combustion interne (10) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le capteur de pression (44) forme un module (60) avec un composant de commande du compresseur (34), notamment une soupape d'air ambiant de poussée (58).35