Brevet FR2890695A1 — publié le 20070316

PROCEDE DE COMMANDE D'UN MOTEUR À COMBUSTION INTERNE. L'invention concerne les systèmes de suralimentation associés à des moteurs à combustion interne dans des véhicules automobiles. Les systèmes de suralimentation permettent d'augmenter la quantité d'air admis dans le moteur. Les systèmes de suralimentation comprennent un turbocompresseur formé d'une turbine et d'un compresseur couplé à la turbine. Une unité de commande électronique qui commande le fonctionnement général du moteur permet de commander le système de suralimentation. La turbine est disposée à la sortie du collecteur d'échappement et est entraînée par les gaz d'échappement. Le compresseur est disposé en amont du collecteur d'admission d'air du moteur et est apte à compresser l'air admis par le moteur. Le 15 compresseur est entraîné par la turbine. Dans le cas d'un système de suralimentation comprenant un turbocompresseur à géométrie fixe (TGF), la puissance fournie par les gaz d'échappement à la turbine peut être modulée au moyen d'une soupape de décharge apte à prélever une partie des gaz d'échappement en entrée de turbine. Dans le cas d'un système de suralimentation comprenant un turbocompresseur à géométrie variable (TGV), la puissance fournie par les gaz d'échappement à la turbine peut être modulée au moyen d'ailettes réglables en entrée de turbine. A cet effet, un actionneur commandé par l'unité de commande 25 électronique permet de piloter l'ouverture et la fermeture de la soupape ou des ailettes du turbocompresseur. Actuellement, les exigences en terme de brio des moteurs diesel conduisent à imposer des contraintes de temps de réponse très courts des systèmes de suralimentation. Il s'ensuit que l'unité de contrôle électronique est programmée pour piloter le turbocompresseur en des points de fonctionnement approchant les limites de fonctionnement du turbocompresseur. En particulier, dans certaines conditions, lorsque le conducteur du véhicule lève brutalement le pied de la pédale d'accélérateur, il se produit un phénomène de pompage qui se traduit par de fortes oscillations du débit d'air dans le collecteur d'admission du moteur. Ce phénomène de pompage est préjudiciable pour le fonctionnement du moteur et peut entraîner une détérioration du turbocompresseur. En outre, ce phénomène de pompage est désagréable pour le conducteur (apparition de bruits d'air, perte de puissance du moteur). Le document US 6 651 430 B1 décrit un procédé de commande d'un système de suralimentation dans lequel le turbocompresseur est apte à être commandé pour fonctionner sélectivement selon un mode de fonctionnement régulé ou selon un mode de fonctionnement commandé. Selon ce document, le système de suralimentation est commandé pour passer du mode de fonctionnement régulé au mode de fonctionnement commandé avec un retard prédéterminé, de sorte que la pression de suralimentation dans le collecteur d'admission d'air diminue pour atteindre un niveau où le phénomène de pompage ne survient pas. Ce procédé ne permet pas de faire chuter le plus rapidement possible la pression en sortie du compresseur ni de maintenir le débit d'air entrant à l'admission car il est limité par le régime moteur. En outre, l'efficacité de ce procédé dépend du réglage des paramètres de régulation du mode de fonctionnement régulé. Un problème résolu par l'invention est de proposer un procédé permettant d'éviter l'apparition d'un phénomène de pompage pendant une phase de levée de pied. Ce problème est résolu dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé de commande d'un moteur à combustion interne comprenant un système de suralimentation incluant un turbocompresseur, un dispositif de recirculation des gaz d'échappement et une unité de contrôle électronique apte à commander une configuration géométrique du turbocompresseur et de la vanne de recirculation des gaz d'échappement comprenant des étapes consistant à : - détecter une variation d'une commande d'accélération du moteur, - en fonction de la variation détectée, faire passer le système de suralimentation dans un mode de fonctionnement transitoire dans lequel le turbocompresseur est maintenu dans une configuration géométrique donnée pendant une durée prédéterminée caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape consistant à : - en fonction de la variation détectée, faire passer le système de 10 recirculation des gaz d'échappement dans un mode de fonctionnement transitoire (EGR_AS_SP). Par l'expression configuration géométrique , on entend dans le cadre de la présente invention une position de la vanne de recirculation des gaz ou une position de la soupape à décharge (dans le cas d'un turbocompresseur à géométrie fixe) ou encore une position des ailettes (dans le cas d'un turbocompresseur à géométrie variable). Avec le procédé de l'invention, il est possible, dans le mode de fonctionnement transitoire, de commander la soupape à décharge ou la position des ailettes et la vanne de recirculation des gaz d'échappement pour vidanger de manière rapide l'air dans le collecteur d'admission. Dans ce cas la vanne de recirculation n'est plus utilisée pour recycler les gaz d'échappement mais renvoie de l'air frais directement dans le circuit d'échappement. L'efficacité du procédé de l'invention est indépendante du réglage des paramètres de régulation du mode de fonctionnement régulé. En effet, lors d'une levée de pied, les systèmes de suralimentation et de recirculation des gaz d'échappement passent chacun dans un mode de fonctionnement non régulé. C'est pourquoi, il n'est pas nécessaire d'adapter les paramètres de régulation pour accentuer l'ouverture des ailettes ou de la vanne de recirculation en vue d'améliorer l'efficacité de la vidange de l'air dans le collecteur d'admission. Le procédé pourra en outre présenter les caractéristiques suivantes: durant le mode de fonctionnement transitoire, la position de la vanne de recirculation des gaz d'échappement est maintenue dans une configuration géométrique donnée pendant une durée prédéterminée ou est commandée en fonction d'un point de fonctionnement du moteur (1). - l'étape de détection d'une variation d'une commande d'accélération du moteur comprend une étape consistant à comparer un débit de carburant injecté dans le moteur à un premier seuil et à déterminer si le débit de carburant injecté est inférieur au premier seuil, - le premier seuil dépend du régime du moteur, - la durée prédéterminée dépend du régime moteur, - la durée prédéterminée dépend du taux de compression d'air par le turbocompresseur, - le procédé comprend l'étape consistant à, en fonction de la variation d'une commande d'accélération du moteur détectée, faire passer le système de suralimentation d'un premier mode de fonctionnement, à un deuxième mode de fonctionnement commandé dans lequel la configuration géométrique du turbocompresseur est commandée en fonction d'un point de fonctionnement du moteur, - l'étape de détection d'une variation d'une commande d'accélération du moteur comprend une étape consistant à comparer un débit de carburant injecté dans le moteur à un deuxième seuil et à déterminer si le débit de carburant injecté est supérieur au deuxième seuil, - le deuxième seuil est supérieur au premier seuil et dépend du régime moteur. L'invention concerne également une unité de contrôle électronique destinée à commander le fonctionnement du moteur, programmée pour mettre en oeuvre le procédé qui précède. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit être lue en regard des figures annexées, parmi lesquelles: - la figure 1 représente de manière schématique un bloc de 5 motorisation incluant un système de suralimentation et un système de recirculation des gaz d'échappement, - la figure 2 est un schéma de principe du fonctionnement d'une unité de contrôle électronique apte à mettre en oeuvre un procédé de commande conforme à l'invention, - la figure 3 représente de manière schématique différentes phases de commande du système de suralimentation et du système de recirculation des gaz lors d'une détection de levée de pied, - la figure 4 représente de manière schématique un diagramme de champ compresseur, - la figure 5 est un diagramme représentatif de l'évolution de paramètres de fonctionnement du système de suralimentation lors d'une détection de levée de pied. Sur la figure 1, le bloc de motorisation représenté comprend un moteur à combustion interne de type diesel 1 connecté d'une part à un circuit d'admission 2 destiné à alimenter le moteur 1 en air frais prélevé à l'extérieur du véhicule et d'autre part à un circuit d'échappement 3 destiné à évacuer les gaz d'échappement produits par le moteur. Le circuit d'admission 2 comprend un filtre à air 4, un débitmètre 5 apte à mesurer le débit d'air frais admis dans le circuit d'admission 2, un compresseur 6 destiné à augmenter la pression de l'air frais admis et un échangeur 7 destiné à refroidir l'air en sortie du compresseur 6. Le circuit d'échappement 3 comprend une turbine à géométrie variable entraînée 8 par les gaz d'échappement en sortie du moteur, une électrovanne 9 reliée à une pompe à vide 10 apte à modifier la position des ailettes de la turbine 8, un filtre à particule 11. Le bloc de motorisation représenté comprend également un circuit de recirculation des gaz d'échappement (EGR) 12 destiné à injecter une partie des gaz d'échappement dans le circuit d'admission 2 du moteur 1. Le circuit de recirculation des gaz d'échappement 12 comprend une vanne 13 dont l'ouverture peut être commandée pour modifier la quantité de gaz d'échappement injectée dans le collecteur d'admission et un capteur de position 21 de ladite vanne. Le bloc de motorisation comprend également une unité de contrôle électronique (UCE) 14 qui gère l'ensemble du fonctionnement du bloc motorisé. L'unité de contrôle électronique 14 est en particulier programmée pour commander l'électrovanne 9 pour piloter la position des ailettes de la turbine à géométrie variable 8, et pour commander la position de la vanne 13 de recirculation des gaz d'échappement. L'unité de contrôle électronique 14 reçoit des données relatives au débit d'air frais (Qa f) admis en provenance du débitmètre 5, des données de pression (P2) en provenance d'un capteur de pression 15 disposé dans le collecteur d'admission du moteur, en amont de la vanne 13 du circuit de recirculation des gaz d'échappement et des données relatives à la position de la vanne de recirculation des gaz d'échappement en provenance du capteur de position 21. La figure 2 illustre le principe du fonctionnement de l'unité de 20 contrôle électronique. La figure 2 représente un circuit de détermination de mode de fonctionnement. Le circuit représenté comprend un détecteur de levée de pied 16, une temporisation 17, un premier commutateur 18, un deuxième commutateur 19 et un troisième commutateur 22 L'unité de contrôle électronique est apte à commander le système de suralimentation selon trois modes de fonctionnement possibles. Selon un premier mode de fonctionnement du système de suralimentation, appelé mode de fonctionnement régulé ou asservi , l'unité de contrôle électronique transmet un signal de commande à l'électrovanne pour régler la position des ailettes de la turbine, le signal de commande étant dépendant d'une erreur entre la pression P2 d'air mesurée par le capteur de pression dans le collecteur d'admission et d'une valeur de pression de consigne P. Le premier mode de fonctionnement est un mode de fonctionnement en boucle fermée (noté BF sur la figure 2). Selon un deuxième mode de fonctionnement du système de suralimentation, appelé mode de fonctionnement commandé , l'unité de contrôle électronique transmet un signal de commande à l'électrovanne pour régler la position des ailettes de la turbine, le signal de commande étant dépendant du point de fonctionnement du moteur (régime moteur Nmot, couple moteur Cmot)É Le deuxième mode de fonctionnement est un mode de fonctionnement en boucle ouverte (noté BO1 sur la figure 2). Selon un troisième mode de fonctionnement du système de suralimentation, appelé mode de fonctionnement transitoire , l'unité de contrôle électronique transmet une signal de commande à l'électrovanne pour positionner des ailettes de la turbine en une position fixe prédéterminée. Le troisième mode de fonctionnement est un mode de fonctionnement en boucle ouverte (noté B02 sur la figure 2). L'unité de contrôle électronique est en outre apte à commander le système de récirculation des gaz d'échappement selon deux modes de fonctionnement. Selon le premier mode de fonctionnement du système de recirculation, la position de la vanne de recirculation des gaz d'échappement est calculée en fonction de la stratégie de régulation implantée dans l'unité de contrôle électronique. Le premier mode de fonctionnement est un mode de fonctionnement en boucle fermée (noté EGR_SP sur la figure 2). Selon un autre mode de fonctionnement du système de recirculation des gaz, l'unité de contrôle électronique transmet un signal de commande constant à la vanne 13 de recirculation des gaz pour lui donner une position fixe prédéterminée quelque soit le point de fonctionnement du moteur. Le deuxième mode de fonctionnement est un mode de fonctionnement en boucle ouverte (noté BO_AS_SP sur la figure 2). Le premier commutateur 18 est apte à faire passer l'unité de contrôle électronique du premier mode de fonctionnement BF au deuxième mode de fonctionnement BOl et le deuxième commutateur 19 est apte à faire passer l'unité de commande électronique du mode de fonctionnement en sortie du premier commutateur 18 au troisième mode de fonctionnement B02. Le troisième commutateur 22 est apte à faire passer l'unité de contrôle électronique du premier mode de fonctionnement EGR_SP au deuxième mode de fonctionnement BOAS SP. L'unité de contrôle électronique est programmée pour faire passer le système de suralimentation et le système de recirculation des gaz d'un mode de fonctionnement à un autre de la manière suivante. Initialement, l'unité de contrôle électronique commande le système de suralimentation en mode de fonctionnement régulé BF et le système de 15 recirculation des gaz en mode régulé EGR_SP. Selon une première étape, l'unité de contrôle électronique détecte une variation d'une commande d'accélération du moteur. A cet effet, l'unité de contrôle électronique compare le débit brut de carburant injecté dans le moteur (qini) à un premier seuil bas (L) et à un deuxième seuil haut (H), le premier et le deuxième seuils dépendant du régime moteur (Nmot). Le détecteur de levée de pied 16 est représenté par une fonction à hystérésis recevant en entrée la variable de débit gin/ et générant en sortie un signal A prenant la valeur 0 ou 1. Si diminue et devient inférieur au premier seuil L, alors le signal A prend la valeur 0. Si qi 1 augmente et devient supérieur au deuxième seuil H, alors le signal A prend la valeur 1. Si l'unité de contrôle électronique détecte une levée de pied, l'unité de contrôle électronique réalise une deuxième étape. Selon cette deuxième étape, l'unité de contrôle électronique déclenche la temporisation 17 et passe en mode de fonctionnement transitoire B02 pour le système de suralimentation et en mode de fonctionnement BO_AS_SP pour le système de recirculation pendant une durée T prédéterminée. La temporisation 17 reçoit en entrée le signal A et génère en sortie un signal B. Lorsque le signal A s'annule, le signal B prend la valeur 1 puis décroît et s'annule au bout d'une durée T prédéterminée. La temporisation 17 est calibrable et la durée T dépend du régime moteur (Nmot) et du taux de compression d'air (P,) par le turbocompresseur au moment du levé de pied. Le taux de compression d'air Pic est égal au rapport P2 / Pl, P2 étant la pression dans le collecteur d'admission du moteur et Pl étant la pression de l'air frais prélevé à l'extérieur du véhicule. Lorsque le signal B vaut 1, le commutateur bascule du mode de fonctionnement de sortie du premier commutateur 18 au troisième mode de fonctionnement B02 et le troisième commutateur 22 bascule du mode de fonctionnement EGR_SP au mode de fonctionnement BO AS SP. Dans le mode de fonctionnement transitoire B02, les ailettes de la turbine et la vanne de recirculation sont maintenues en une position fixe prédéterminée. Les ailettes et la vanne de recirculation sont par exemple maintenues dans une position d'ouverture maximale de manière à vidanger efficacement le collecteur d'admission du moteur. Ainsi le rapport de compression (Pic) décroît rapidement et le turbocompresseur fonctionne hors de la zone de pompage. D'autre part, lorsque le signal A prend la valeur 0, le premier commutateur 18 bascule du premier mode de fonctionnement BF au deuxième mode de fonctionnement BOI. Lorsque la durée T s'est écoulée, l'unité de contrôle électronique 30 réalise une troisième étape. Selon une troisième étape, l'unité de contrôle électronique passe en mode de fonctionnement commandé BOl. Le deuxième commutateur bascule du troisième mode de fonctionnement B02 au deuxième mode de fonctionnement BOl et le 5 troisième commutateur retrouve sa position initiale EGR_SP. La figure 3 représente de manière schématique différentes phases de commande du système de suralimentation lors d'une détection de levée de pied. Comme on peut le voir sur la figure 3, le système de suralimentation 10 est initialement en mode de fonctionnement régulé (BF). Le signal A vaut 1 (Phase 1). Lors d'une détection de levée de pied, le signal A s'annule. La temporisation est déclenchée et le signal B devient non nul. Le système de suralimentation passe en mode de fonctionnement transitoire (B02) et le système de recirculation des gaz d'échappement passe en mode de fonctionnement transitoire (BO_AS_SP). Le système de suralimentation et le système de recirculation sont maintenus en mode de fonctionnement transitoire pendant une durée T (Phase 2). Lorsque la durée T s'est écoulée, le signal B s'annule et le système de suralimentation passe en mode de fonctionnement commandé (BOl) (Phase 3) tandis que le système de recirculation repasse en mode de fonctionnement normal (EGR_SP) . La figure 4 représente de manière schématique un diagramme de 25 champ compresseur. Sur ce diagramme, les courbes 20 sont des courbes iso-régime turbo et les courbes 30 sont des courbes iso-rendement. La zone (1) est une zone de pompage et la zone (2) est une zone de sur-vitesse. Le diagramme a pour abscisse le débit d'air frais (Qqf) admis dans le collecteur du moteur et pour ordonnée le taux de compression (P2 / Pl) généré par le turbocompresseur. Le point M représente un point de fonctionnement du moteur avant une levée de pied. Le point N représente un point de fonctionnement du moteur immédiatement après une levée de pied, dans le cas des systèmes de 5 suralimentation de l'art antérieur. Le point N' représente un point de fonctionnement du moteur immédiatement après une levée de pied, dans le cas d'un système de suralimentation commandé selon le procédé de l'invention. Comme on le voit sur la figure 4, dans l'art antérieur, l'action de refermer les ailettes lors d'une levée de pied maintient le taux de compression alors que le débit d'air dans le collecteur chute, de sorte que le point de fonctionnement du système de suralimentation passe en zone de pompage (point N). Le procédé de commande de l'invention a pour effet que le taux de compression (P2/P1) diminue suffisamment rapidement pour que le système de suralimentation ne passe pas dans la zone de pompage (1). La figure 5 est un diagramme représentatif de l'évolution de paramètres de fonctionnement du système de suralimentation lors d'une détection de levée de pied. Le diagramme représente l'évolution des paramètres suivants: -pression P2 de suralimentation mesurée dans le collecteur d'admission du moteur (en hectopascal), - débit Qaf d'air frais admis dans le moteur, -signal s de commande de l'électrovanne pilotant l'ouverture et la 25 fermeture des ailettes du turbocompresseur. - consigne Csural de pression de pression de suralimentation -position P,. ,;Gk de la vanne de recirculation des gaz (en pourcentage d'ouverture) signal A de détection de levée d'une levée de pied. - signal B de commande de commutation en mode de fonctionnement transitoire anti-pompage. L'évolution des paramètres a été enregistrée pour une levée de pied intervenant lorsque le moteur se trouve en fonctionnement à pleine charge à un régime de 1650 tours par minute. La levée de pied est détectée lorsque le signal A s'annule. Sur le 5 front descendant du signal A, le mode de fonctionnement transitoire antipompage est activé. Lorsque le signal B passe à la valeur 1 indiquant le déclenchement de la temporisation, les ailettes du turbocompresseur sont maintenues en position d'ouverture maximale. Le signal de commande de l'électrovanne pilotant l'ouverture et la fermeture des ailettes du turbocompresseur est à 0 pendant la phase transitoire. La vanne de recirculation des gaz d'échappement est également maintenue dans une position d'ouverture maximale. On constate que le débit d'air frais admis et la pression de 15 suralimentation chutent rapidement. En outre, le débit d'air est stable et ne présente pas d'oscillations, ce qui indique qu'aucun phénomène de pompage ne survient. Une variante de la stratégie de pilotage du système de recirculation des gaz pourra avoir un dispositif de détection de levée de pied spécifique, avec sa propre durée d'activation et une ouverture de la vanne de recirculation de gaz d'échappement dépendante du point de fonctionnement du moteur (régime moteur, pression de suralimentation, pression en amont de la turbine). En outre, l'étape de détection d'une variation d'une commande 25 d'accélération du moteur pourra être réalisée directement à partir de la position de la pédale d'accélération. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur (1) à combustion interne comprenant un système de suralimentation incluant un turbocompresseur (6, 8), un dispositif de recirculation des gaz d'échappement et une unité de contrôle électronique (14) apte à commander plusieurs configurations géométriques du turbocompresseur (6, 8) et de la vanne de recirculation des gaz, comprenant les étapes consistant à : - détecter une variation d'une commande d'accélération du moteur (1), - en fonction de la variation détectée, faire passer le système de suralimentation dans un mode de fonctionnement transitoire (B02) dans lequel le turbocompresseur (6, 8) est maintenu dans une configuration géométrique donnée pendant une durée prédéterminée (T), caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une étape consistant à : - en fonction de la variation détectée, faire passer le système de recirculation des gaz d'échappement dans un mode de fonctionnement transitoire (EGR_AS_SP). 2. Procédé de commande selon la revendication 1 caractérisé en ce que durant le mode de fonctionnement transitoire la vanne de recirculation est maintenue dans une configuration géométrique donnée pendant une durée prédéterminée. 3. Procédé de commande selon la revendication 1 caractérisé en ce que durant le mode de fonctionnement transitoire la configuration géométrique de la vanne de recirculation des gaz d'échappement est commandée en fonction d'un point de fonctionnement du moteur (1). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape de détection d'une variation d'une commande d'accélération du moteur (1) comprend une étape consistant à comparer un débit de carburant injecté (ginj) dans le moteur (1) à un premier seuil (L) et à déterminer si le débit de carburant injecté (gin_j) est inférieur au premier seuil (L). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le premier seuil (L) dépend du régime du moteur (Nmot). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la durée prédéterminée (T) dépend du régime moteur (Nmot)É 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la durée prédéterminée (T) dépend du taux de compression (Pic) d'air par le turbocompresseur (6, 8). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant l'étape consistant à, en fonction de la variation d'une commande d'accélération du moteur (1) détectée, faire passer le système de suralimentation d'un premier mode de fonctionnement régulé (BF) dans lequel la configuration géométrique du turbocompresseur (6, 8) est commandée en fonction d'une comparaison entre un paramètre de pression mesurée (P2) d'air admis par le moteur (1) et un paramètre de pression de consigne (P), à un deuxième mode de fonctionnement commandé (BO1) dans lequel la configuration géométrique du turbocompresseur (6, 8) est commandée en fonction d'un point de fonctionnement (Nmot, Cmot) du moteur (1). 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel l'étape de détection d'une variation d'une commande d'accélération du moteur (1) 20 comprend une étape consistant à comparer un débit de carburant injecté (ginj) dans le moteur (1) à un deuxième seuil (H) et à déterminer si le débit de carburant injecté (ginj) est supérieur au deuxième seuil (H). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le deuxième seuil (H) dépend du régime moteur (Nmot). 11. Unité de contrôle électronique (14), caractérisée en ce qu'elle est programmée pour mettre en ceuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 10.