Brevet FR2945317A1 — publié le 20101112

La présente invention concerne un procédé de gestion de l'alimentation en air d'un moteur à combustion interne. Elle est particulièrement adaptée au contrôle de la suralimentation en air d'un moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur, comme un moteur diesel de véhicule automobile. Elle concerne aussi un groupe motopropulseur mettant en oeuvre un tel procédé et un véhicule automobile équipé d'un tel groupe motopropulseur. Les véhicules automobiles, et en particulier les véhicules automobiles de type Diesel, sont très souvent équipés d'un turbocompresseur de suralimentation du moteur en air, comprenant une turbine, placée à la sortie du collecteur d'échappement du moteur, entraînée en rotation par les gaz d'échappement, et entraînant un compresseur destiné à augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur. Dans une telle solution, une consigne de pression de suralimentation est en général calculée à partir du régime du moteur et du débit de carburant injecté, afin de réguler la pression régnant dans le collecteur d'admission en commandant un organe de réglage, qui peut être constitué par une soupape de décharge. Les moteurs ainsi suralimentés atteignent des performances améliorées. La tendance de l'état de la technique est l'augmentation de la pression de suralimentation de ces moteurs, ce qui sollicite de plus en plus les turbocompresseurs, qui sont de plus en plus soumis à un risque de détérioration. En effet, une élévation de pression trop importante en amont de la turbine du turbocompresseur risque d'engendrer des dysfonctionnements au sein de ce dernier. Les régulations existantes ne garantissent pas suffisamment le maintien de la pression de suralimentation sous la valeur de la consigne et des dépassements entraînent la détérioration du turbocompresseur ainsi qu'un comportement imparfait du moteur. Notamment, lors d'accélérations d'un véhicule et la montée en régime de son moteur, le comportement du véhicule est particulièrement sensible au suivi de la pression de consigne du collecteur d'admission et aux dépassements de cette consigne. L'objet général de l'invention est de fournir une solution de gestion de l'alimentation en air vers le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne, qui ne comprend pas les inconvénients de l'état de la technique. 10 Plus précisément, un premier objet de l'invention est de fournir une solution de gestion de l'alimentation en air vers le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne permettant de limiter les dépassements de la pression en amont de la turbine du turbocompresseur d'un seuil prédéfini, de manière à éviter toute détérioration de ce dernier. 15 Un second objet de l'invention est de fournir une solution de gestion de l'alimentation en air vers le collecteur d'admission d'un moteur à combustion interne permettant le suivi précis d'une pression de suralimentation au niveau du collecteur d'admission. 20 A cet effet, l'invention propose un procédé de gestion d'un groupe motopropulseur, caractérisé en ce qu'il comprend une régulation de la suralimentation en air du groupe motopropulseur basée sur une combinaison de la pression (Pcol) dans le collecteur d'admission de l'air 25 dans le moteur et de la pression (Pavt) en amont d'une turbine d'un turbocompresseur du groupe motopropulseur. La régulation peut reposer sur une pression de consigne (Pcons) fonction linéaire des deux pressions de consigne de respectivement la pression dans 30 le collecteur (Pcol_cons) et la pression (Pavt_cons) en amont de la turbine,5 exprimée par deux gains (ci, R) selon la formule : Pcons = a Pavt_cons + R Pcol_cons Les deux gains (a, 13) peuvent être des constantes, prédéfinies 5 automatiquement ou manuellement. Ils peuvent répondre aux conditions suivantes : 0.10 Ainsi, le premier gain (ci) peut être une fonction de la différence de pression 15 (APcol) entre la consigne et la valeur mesurée au niveau du collecteur (LPcol = Pcol_cons - Pcol_mes), le second gain (6) étant une constante, la pression de consigne sur laquelle repose la régulation s'exprimant ainsi : Pcons = a(APcol) Pavt_cons + [3 Pcol_cons 20 Le premier gain (a) peut s'exprimer par la fonction suivante : a(APcol) = ILPcolI gaina où gaina est une constante Le premier gain (ci) et/ou le second gain ((3) peuvent s'exprimer en fonction d'une cartographie de valeurs établies en fonction de la différence de 25 pression (APcol) entre la consigne et la valeur mesurée au niveau du collecteur (APcol = Pcol_cons - Pcol mes). La régulation peut être basée sur un régulateur du type LQG, utilisant en entrée la différence entre la pression de consigne (Pcons) et la pression 30 mesurée (Pmes), définies par les équations suivantes : Pcons = a Pavt_cons + R Pcol_cons 4 Pmes = a Pavt_mes + (3 Pcol_mes La régulation peut comprendre la commande des ailettes de la turbine d'un turbocompresseur du groupe motopropulseur. L'invention porte aussi sur un support informatique, caractérisé en ce qu'il comprend un logiciel mettant en oeuvre le procédé de gestion d'un groupe motopropulseur tel que décrit précédemment. 10 L'invention porte aussi sur un groupe motopropulseur comprenant un moteur, une voie d'alimentation en air du moteur, sur laquelle est disposé un compresseur, et se terminant par un collecteur d'admission de l'air,* et une voie d'échappement sur laquelle est disposée une turbine de sorte à être entraînée par les gaz d'échappement, cette turbine entraînant le 15 compresseur, caractérisé en ce qu'il comprend unè unité centrale qui met en oeuvre le procédé de gestion tel que décrit précédemment. Enfin, l'invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur tel que décrit ci-dessus. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes d'exécution particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 illustre schématiquement un groupe motopropulseur d'un véhicule automobile mettant en oeuvre un procédé de gestion de l'admission d'air selon l'invention. 30 La figure 2 représente le principe de régulation mis en oeuvre selon un premier mode d'exécution de l'invention. 20 25 Les figures 3a et 3b représentent respectivement les courbes de la pression dans le collecteur d'un groupe motopropulseur selon un scenario choisi pour respectivement un groupe motopropulseur de l'état de la technique et un groupe motopropulseur selon le premier mode d'exécution de l'invention. La figure 4 représente le principe de régulation mis en oeuvre selon un second mode d'exécution de l'invention. La figure 5 représente une réalisation d'un bloc mettant en oeuvre un gain adaptatif selon le second mode d'exécution de l'invention. Le concept de l'invention consiste à piloter un organe de commande comme les ailettes de la turbine du turbocompresseur sur la base de la régulation d'une combinaison de la pression dans le collecteur Pcol et de la pression en amont de la turbine Pavt. La figure 1 représente de manière schématique un groupe motopropulseur comprenant un moteur 1 à combustion interne d'un véhicule automobile, une admission d'air 2 permettant de conduire l'air d'alimentation du moteur par une voie d'admission 3 jusqu'au collecteur d'admission 4, après un passage par un filtre à air 6, un compresseur 7, un échangeur thermique optionnel 8, et une électrovanne de recirculation 9 pour un circuit de recirculation des gaz d'échappement EGR (Exhaust Gaz Recirculation) haute pression. En sortie du moteur 1, les gaz d'échappement non recirculés sont évacués par une voie d'échappement 10 vers une turbine 11 puis vers un ou plusieurs dispositifs de post-traitement 12 avant d'atteindre la sortie 13 vers l'atmosphère. De plus, le groupe motopropulseur est géré par une unité centrale 15: qui reçoit notamment des mesures de la pression Pcol et Pavt, régnant respectivement dans le collecteur d'admission 4 et en amont de la turbine 11 du turbocompresseur, délivrées par des capteurs (non représentés) de mesure appropriés. L'unité centrale 15 met en oeuvre un procédé de régulation de la pression de suralimentation en air du groupe motopropulseur, décrit ci-après, sur la base de moyens logiciel et/ou matériel (software et/ou hardware). Ainsi, cette unité centrale peut comprendre tout support informatique comprenant un logiciel mettant en oeuvre ce procédé qui va maintenant être décrit. Un premier mode d'exécution repose sur une régulation du groupe motopropulseur par un régulateur de type LQG (Linea Quadratic Gaussian), sur la base d'une consigne en pression Pcons obtenue par une combinaison de la pression de consigne dans le collecteur d'admission 4 Pcol_cons et de la pression de consigne Pavt_cons en amont de la turbine 11 du turbocompresseur. Ainsi, la pression de consigne peut s'exprimer par : Pcons = a Pavt_cons + (3 Pcol_cons Où ci et (3 sont des gains, prédéfinis soit par un opérateur, qui peut avoir accès à leur modification par l'intermédiaire d'une interface homme machine, soit selon une gestion automatique mise en oeuvre par l'unité centrale. Selon un mode d'exécution, les valeurs des gains sont fixées à : =, 0.25 et f3 = 0.75 Ces valeurs présentent l'avantage d'apporter un poids plus important pour le suivi de la pression dans le collecteur Pcol_cons, tout en évitant tout dépassement de la pression de consigne Pavt_cons en amont de la turbine. L'invention ne se limite naturellement pas aux valeurs précédentes et toute autre solution dans laquelle la pression de consigne dans le collecteur est privilégiée, supérieure à celle en amont de la turbine ((3 > a) serait intéressante. Selon un mode d'exécution préférentiel, les gains pourront être déterminés selon les critères suivants : 0.10 25 La figure 4 illustre un second mode d'exécution de l'invention dans lequel les gains a et g ne sont plus tous les deux fixes. Selon ce mode d'exécution choisi, a est une fonction de la différence APcol entre la pression de consigne dans le collecteur Pcol_cons et la pression mesurée dans le collecteur Pcol_mes, alors que g reste une constante. 3o Ainsi, APcol = Pcol_cons - Pcol_mes Le gain adaptatif a est calculé au sein d'un bloc alpha adaptatif 16 dont une exécution possible est détaillée en figure 5. La valeur de la consigne Pcons prise en compte pour la régulation peut ainsi s'écrire : Pcons = a(APcol) Pavt_cons + 3 Pcol_cons Avec, selon le mode d'exécution choisi : a(APcol) = IAPcolI gaina où gaina est une constante choisie égale à 5 et[3=0.5 Ce second mode d'exécution ne se limite naturellement pas à ces valeurs et fonction. Ainsi, selon une variante d'exécution, un ou les deux paramètres a et (3 pourraiént être variables, adaptatifs, en fonction d'une cartographie préétablie fonction de APcol et/ou de APavt. Ce second mode d'exécution présente l'avantage de permettre un suivi très fin de la pression du collecteur, notamment dans les situations où elle-se trouve au plus proche de la pression de consigne dans le collecteur. Dans une situation différente où la pression dans le collecteur est relativement éloignée de la pression de consigne, la régulation de la pression en amont de la turbine devient privilégiée, selon une manière très dynamique grâce au paramètre adaptatif, ce qui induit indirectement la convergence rapide de la pression dans le collecteur vers sa valeur de consigne puisque ces deux valeurs sont régulées ensemble dans un même schéma de régulation. L'invention a été décrite dans le cadre d'une régulation permettant d'agir sur un organe de commande comme les ailettes de la turbine du turbocompresseur. Toutefois, le concept de l'invention peut être mis en oeuvre avec tout autre organe de commande. De même, un régulateur de 9 type LQG a été choisi mais tout autre régulateur pourrait être implémenté sans sortir du cadre de l'invention. Revendications: 1. Procédé de gestion d'un groupe motopropulseur, caractérisé en ce qu'il comprend une régulation de la suralimentation en air du groupe motopropulseur basée sur une combinaison de la pression (Pcol) dans le collecteur d'admission (4) de l'air dans le moteur (1) et de la pression (Pavt) en amont d'une turbine (11) d'un turbocompresseur du groupe motopropulseur. 2. Procédé de gestion d'un groupe motopropulseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la régulation repose sur une pression de consigne (Pcons) fonction linéaire des deux pressions de consigne de respectivement la pression dans le collecteur (Pcol_cons) et la pression (Pavt_cons) en amont de la turbine, exprimée par deux gains (ci, (3) selon la formule : Pcons = a Pavt_cons + R Pcol_cons 3. Procédé de gestion d'un groupe motopropulseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux gains (a, R) sont des constantes, prédéfinies automatiquement ou manuellement. 4. Procédé de gestion d'un groupe motopropulseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux gains (ci, ;3) répondent aux conditions suivantes : 0.10 5. Procédé de gestion d'un groupe motopropulseur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un des deux gains (a, (3) est variable. 6. Procédé de gestion d'un groupe motopropulseur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le premier gain (ci) est une fonction de la différence de pression (APcol) entre la consigne et la valeur mesurée au niveau du collecteur (APcol = Pcol_cons - Pcol_mes), le second gain (g) étant une constante, laI1 pression de consigne sur laquelle repose la régulation s'exprimant ainsi : Pcons = a(APcol) Pavt_cons + 13 Pcol_cons 7. Procédé de gestion d'un groupe motopropulseur selon la s revendication précédente, caractérisé en ce que le premier gain (a) s'exprime par la fonction suivante : a(APcol) = IAPcoll gaina où gaina est une constante 8. Procédé de gestion d'un groupe motopropulseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le premier gain (a) et/ou le so second gain (R) s'expriment en fonction d'une cartographie de valeurs établies en fonction de la différence de pression (�Pool) entre la consigne et la valeur mesurée au niveau du collecteur (APcol = Pcol_cons - Pcol_mes). 9. Procédé de gestion d'un groupe motopropulseur selon l'une des 15 revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la régulation est basée sur un régulateur du type LQG, utilisant en entrée la différence entre la pression de consigne (Pcons) et la pression mesurée (Pmes), définies par les équations suivantes : Pcons = a Pavt cons + R Pcol_cons 20 Pmes = a Pavt mes + R Pcol_mes 10. Procédé de gestion d'un groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la régulation comprend la commande des ailettes de la turbine (11) d'un turbocompresseur du groupe motopropulseur. 25 11. Support informatique lisible par un ordinateur, caractérisé en ce qu'il comprend un logiciel comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de gestion d'un groupe motopropulseur selon l'une des revendications précédentes. 12. Groupe motopropulseur comprenant un moteur (1), une voie 30 d'alimentation en air (2, 3) du moteur (1), sur laquelle est disposé un compresseur (7), et se terminant par un collecteur d'admission (4) de l'air, et une voie d'échappement (10) sur laquelle est disposée une turbine (11) de sorte à être entraînée par les gaz d'échappement,cette turbine (11) entraînant le compresseur (7), caractérisé en ce qu'il comprend une unité centrale (15) qui met en oeuvre le procédé de gestion selon l'une des revendications 1 à 10. 13. Véhicule automobile comprenant un groupe motopropulseur selon la 5 revendication précédente. 10