Brevet FR2966516A1 — publié le 20120427

METHODE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DU FONCTIONNEMENT D'UN CIRCUIT D'ADMISSION D'AIR EQUIPANT UN MOTEUR A COMBUSTION SURALIMENTE POUR VEHICULE AUTOMOBILE [0001] L'invention est du domaine des véhicules automobiles et plus particulièrement relève des modalités d'admission d'air pour un moteur à combustion suralimenté équipant un véhicule automobile. Elle a pour objet une méthode et un dispositif de contrôle du fonctionnement d'un circuit d'admission d'air équipant un tel moteur, en particulier un moteur diesel équipé d'un turbocompresseur en relation avec un compresseur électrique pour acheminer de l'air sous pression dans une chambre de combustion que comprend ce moteur. [0002] Parmi les véhicules automobiles, on connait ceux dont le groupe motopropulseur (GMP) comprend un moteur à combustion comportant plusieurs cylindres à piston. Chaque cylindre comporte une chambre à combustion qui est alimentée en air formant comburant à partir d'un circuit d'admission d'air. Dans le cas particulier des moteurs diesel, une phase d'admission d'air dans la chambre de combustion est suivie d'une phase de compression de l'air admis, puis d'une phase de détente par injection du carburant auto-inflammable et d'une phase d'échappement pour évacuer les gaz brulés au cours de la phase de détente. Lors d'un cycle de fonctionnement du moteur, la phase d'admission et la phase d'échappement sont susceptibles de coexister, et il est nécessaire d'éviter que les gaz de combustion ne soit refoulés vers la zone d'admission. Pour contrôler les pressions d'admission et d'échappement, les moteurs à combustion sont couramment équipés d'un turbocompresseur, de sorte que dans la chambre de combustion, la pression en zone d'admission d'air soit le cas échéant supérieure à la pression en zone d'échappement des gaz brulés. [0003] Un compresseur génère un flux d'air qui est acheminé vers le turbocompresseur et vers la zone d'admission en air de la chambre de combustion. Il est avantageux d'exploiter un compresseur à énergie électrique, pour faciliter son activation à partir d'un calculateur de commande. L'air exploité comme comburant est successivement comprimé par le compresseur puis par le turbocompresseur avant son admission dans la chambre de combustion. L'air en sortie des compresseurs tend à se dilater, et un refroidisseur d'air (CAC : Charge Air Cooler en anglais) est placé sur le circuit d'admission d'air pour refroidir le flux d'air préalablement à son admission dans la chambre de combustion. Le remplissage en air frais de la chambre de combustion permet d'améliorer le fonctionnement du moteur thermique dans la plupart des conditions de roulage du véhicule. [0004] Les gaz évacués hors de la chambre de combustion après leur brûlage en phase de détente sont polluants. Pour réduire l'émission de gaz polluants par le véhicule, les moteurs à combustion sont couramment équipés d'un système de recirculation des gaz d'échappement (EGR : Exhaust Gaz Recirculation en anglais). Une partie des gaz d'échappement est prélevée et est acheminée vers l'admission d'air dans la chambre de combustion, en étant mélangée au flux d'air en provenance du turbocompresseur. L'admission des gaz d'échappement vers la chambre de combustion est régulée par l'intermédiaire d'une vanne EGR, dont la mise en oeuvre est placée sous la dépendance d'un calculateur de commande pour régler le débit des gaz d'échappement qui sont acheminés vers la chambre de combustion par l'intermédiaire du turbocompresseur. [0005] Le contrôle du fonctionnement du circuit d'admission d'air est réalisé au moyen d'un calculateur électronique d'injection (ECU : Electronic Control Unit en anglais) qui commande la mise en oeuvre des différents actionneurs utiles au fonctionnement du moteur à combustion. De tels actionneurs sont par exemple affectés aux injecteurs équipant le moteur, à une électrovanne de contrôle du débit d'air, voire au tarage d'un limiteur de pression. L'ECU exploite des informations fournies par divers moyens de calcul et de mesure pour manoeuvrer les actionneurs. L'ECU est couramment intégré à un calculateur de contrôle du fonctionnement du moteur, et exploite des informations issues de différents capteurs de contrôle pour manoeuvrer les actionneurs. Par exemple, l'ECU prend en compte la position de la pédale d'accélération, la pression dans le collecteur d'air admis dans la chambre de compression, la température et le débit de l'air à l'admission dans la zone dédiée de la chambre d'admission, le régime du moteur, voire encore la position angulaire d'un arbre à came équipant le moteur, ainsi qu'éventuellement l'accélération mesurée sur le bloc cylindre du moteur. [0006] Les concepteurs de véhicules automobiles portent leurs efforts sur des solutions pour réduire la pollution dégagée par les GMP dont ils sont équipés. Plus particulièrement en ce qui concerne les GMP mettant en oeuvre un moteur thermique diesel, il est opportun de réduire la puissance nominale du moteur en exploitant au mieux les performances qu'un tel moteur est susceptible de procurer. Les réponses transitoires de régimes du moteur doivent être performantes sans exploiter des boîtes de changement de rapports de vitesse qui sont trop étroit. Une telle approche repose sur des aménagements du circuit d'admission d'air et des modalités de fonctionnement de l'ECU. [0007] Pour connaître un environnement technologique proche de la présente invention, on pourra se reporter aux documents FR2931888 (RENAULT SAS), 15 DE10215779 (BOSCH Gmbh) et US6474323 (SERVOJECT PRODUCTS intl.). [0008] Le but de la présente invention est de proposer une méthode et un dispositif de contrôle du fonctionnement d'un circuit d'admission d'air équipant un moteur à combustion suralimenté pour véhicule automobile. Il est plus particulièrement visé par la présente invention de proposer de tels méthode et 20 dispositif qui permettent de procurer, notamment pour un moteur de puissance modérée, des réponses transitoires de régime performantes à partir d'une régulation spécifique des organes que comprend Iecircuit d'admission d'air. [0009] La méthode de la présente invention est une méthode de contrôle du fonctionnement d'un circuit d'admission d'air équipant un moteur à combustion 25 suralimenté pour véhicule automobile. Cette méthode met en oeuvre un calculateur électronique d'injection (ECU) qui exploite des informations fournies par des moyens de détection, pour activer divers organes que comprend le circuit d'admission d'un flux d'air vers au moins une chambre de combustion que comprend le dit moteur. Les dits moyens de détection comprennent au moins un organe de commande par le conducteur du véhicule d'un régime requis du moteur, tel qu'une pédale d'accélération ou autre organe de commande analogue, et des moyens de mesure de la pression d'air à l'intérieur du circuit d'admission en au moins une zone localisée prédéterminée. Les dits organes du circuit d'admission comprennent au moins un turbocompresseur qui est en communication aéraulique amont à travers un canal d'admission avec au moins une chambre de combustion que comprend le moteur, et un compresseur électrique qui est en communication aéraulique amont avec le turbocompresseur à travers un canal de liaison. Les notions amont et aval sont définies au regard du sens de circulation du flux d'air à l'intérieur du circuit d'admission d'air vers la chambre de combustion. Le circuit d'admission d'air est encore susceptible de comprendre au moins un refroidisseur d'air implanté sur le canal d'admission en interposition entre le turbocompresseur et la chambre de combustion, et un système de recirculation des gaz d'échappement (EGR) comprenant une vanne EGR d'admission d'une partie prélevée des gaz d'échappement évacués par le moteur vers la chambre de combustion à travers un canal EGR de recirculation des gaz et le turbocompresseur. [0010] Selon la présente invention, la pression d'air admise dans la chambre de combustion à travers le canal d'admission est commandée par l'ECU à partir d'une régulation étagée respectivement de la pression de suralimentation d'air fournie par le compresseur électrique vers le turbocompresseur et du taux de compression d'air fourni par le turbocompresseur. [0011] Plus spécifiquement et pour un débit d'air d'admission de consigne requis vers la chambre de combustion, ladite commande étagée de régulation générée par l'ECU est déterminée à partir d'une évaluation de la pression d'air à l'intérieur du canal de liaison prise entre les deux étages de compressions d'air respectivement générées par le compresseur électrique et par le turbocompresseur. [0012] Les réponses transitoires du moteur à combustion entre deux requêtes de variation de régime de fonctionnement sont obtenues fiables et rapides, ce qui permet de favoriser l'utilisation de moteurs de moindres puissances en évitant d'avoir à exploiter des changements de rapports de vitesse sur des plages étroites de variation de vitesse. En l'absence d'apport de gaz en provenance de l'EGR vers le turbocompresseur et finalement vers la chambre de combustion, la régulation du couple fourni par le moteur à combustion est obtenue à partir d'un actionneur. L'exploitation du compresseur électrique procure un paramètre supplémentaire pour contrôler le débit d'air admis vers la chambre de combustion. La synchronisation du fonctionnement étagé de l'ensemble des moyens de compression d'air que comprend le circuit d'admission d'air, et notamment du compresseur électrique et du turbocompresseur, est en outre régulée à partir de l'évaluation de la pression d'air à l'intérieur du canal de liaison. L'exploitation du circuit d'admission d'air apportant le flux d'air vers la chambre de combustion est optimisée pour une consommation électrique réduite au mieux. Les capteurs que comprennent les moyens de détection équipant le circuit d'admission d'air sont susceptibles d'être en nombre restreint, et l'énergie électrique consommée par le compresseur électrique est au mieux exploitée pour une obtention satisfaisante des dites réponses transitoires du moteur à combustion fiables et rapides. Les stratégies de contrôle et de commande intégrées à l'ECU sont simplifiées. [0013] Selon une variante de réalisation, ladite évaluation d'air à l'intérieur du canal de liaison est obtenue à partir d'une mesure de la pression d'air dans le canal de liaison prise entre le compresseur électrique et le turbocompresseur. [0014] Selon une autre variante de réalisation, ladite évaluation d'air à l'intérieur du canal de liaison est générée par un calculateur d'évaluation, à partir d'informations relatives aux débits d'air et aux régimes de fonctionnement respectivement du compresseur électrique et du turbocompresseur. [0015] Plus particulièrement, la méthode de la présente invention comprend les opérations suivantes : *) détecter une information de consigne requise de débit d'air devant être admis dans la chambre de combustion, *) déduire à partir de ladite information de consigne de débit d'air le taux de compression d'air correspondant de consigne que doit générer l'étage de compression d'air associant le compresseur électrique et le turbocompresseur, *) commander conjointement à partir de l'ECU les activations respectives du 5 compresseur électrique et du turbocompresseur, voire encore de la vanne EGR, pour obtenir le dit taux de compression d'air de consigne. [0016] Le dit taux de compression d'air de consigne est avantageusement obtenu à partir d'une activation du compresseur électrique générant une pression de suralimentation de consigne qui est évaluée par des moyens d'évaluation, et à partir 10 d'une activation du turbocompresseur générant le dit taux de compression de consigne à partir de l'information fournie par les dits moyens d'évaluation. [0017] L'information de consigne de débit d'air requise est déterminée à partir d'une information relative à la position et/ou par analogie à la variation de position du dit organe de commande par le conducteur d'un régime requis du moteur. 15 [0018] Un exemple de réalisation de la présente invention va être décrit en relation avec la figure unique de la planche annexée, qui représente un circuit d'admission d'air équipant un moteur à combustion suralimenté pour véhicule automobile. [0019] Sur la figure unique, un circuit d'admission d'un flux d'air équipe un 20 moteur à combustion 1 suralimenté pour l'admission de ce flux d'air 2 vers au moins une chambre à combustion 3 que comprend ce moteur 1. Ce circuit d'admission d'un flux d'air comprend divers organes qui sont munis d'actionneurs mis en ceuvre par un dispositif de contrôle du fonctionnement du circuit d'admission d'air. Ce dispositif de contrôle comprend notamment un calculateur électronique d'injection (ECU) 4, qui 25 exploite des informations fournies par des moyens de détection pour activer divers organes que comprend le circuit d'admission d'un flux d'air. [0020] Le circuit d'admission d'un flux d'air comprend au moins : *) un turbocompresseur 5, qui est en communication aéraulique amont à travers un canal d'admission 6 avec au moins une dite chambre de combustion 3 que comprend le moteur 1, *) un compresseur électrique 7, qui est en communication aéraulique amont avec le turbocompresseur 5 à travers un canal de liaison 8, *) un refroidisseur d'air 9, qui est implanté sur le canal d'admission 6 en interposition entre le turbocompresseur 5 et la chambre de combustion 3, *) un système de recirculation des gaz d'échappement (EGR) 10, qui comprend une vanne EGR 11 d'admission d'une partie prélevée des gaz d'échappement évacués par le moteur 1 vers la chambre de combustion 3 à travers un canal EGR 12 de recirculation des gaz et le turbocompresseur 5. [0021] Les moyens de détection comprennent un organe de commande 13 par le conducteur d'un régime requis du moteur 1, tel qu'une pédale d'accélération ou autre organe de commande analogue manoeuvrable par le conducteur pour faire varier le régime du moteur 1. A partir de la manoeuvre de cet organe de commande 13 sont notamment déterminés les caractéristiques du flux d'air 2 devant être admis à l'intérieur de la chambre de combustion 3. L'ECU 4 est encore susceptible d'être en relation avec d'autres moyens de détection, tels que des capteurs de température et/ou de pression et/ou de débit d'air 14,15 placés localement dans des zones spécifiques du circuit d'admission d'air. [0022] Le dispositif comprend encore au moins des moyens d'évaluation 16 de la pression d'air à l'intérieur du canal de liaison 8. La dite pression d'air est notamment prise entre les deux étages de compressions d'air respectivement générées par le compresseur électrique 7 et par le turbocompresseur 5. Les dits moyens d'évaluation 16 fournissent à l'ECU une information de consigne de commande de la mise en oeuvre respective du compresseur électrique 7 et du turbocompresseur 5, à partir d'une information de consigne d'un débit d'air requis au moyen du dit organe de commande 13 et de ladite pression d'air évaluée à l'intérieur du canal de liaison 8. [0023] De préférence, un calculateur de consigne 17 est indifféremment en relation ou intégré à l'ECU 4. Ce calculateur de consigne 17 fournit notamment à l'ECU une information relative au taux de compression d'air de consigne que doivent conjointement générer les étages de compression d'air respectivement constitués par le compresseur électrique 7 et par le turbocompresseur 5. [0024] Sur l'exemple de réalisation illustré, les moyens d'évaluation 16 comprennent des moyens de mesure 18 de la pression d'air dans le canal de liaison 8 prise entre le compresseur électrique 7 et le turbocompresseur 5. Indifféremment et selon une autre variante, les dits moyens d'évaluation 16 sont susceptibles de comprendre un calculateur d'évaluation de la pression d'air à l'intérieur du canal de liaison 8, un tel calculateur d'évaluation étant susceptible d'être indifféremment en relation ou intégré à l'ECU 4. L'évaluation de la pression d'air à l'intérieur du canal de liaison 8 fournie par le calculateur d'évaluation est notamment obtenue par calcul à partir d'informations relatives aux débits d'air et aux régimes de fonctionnement respectivement du compresseur électrique 7 et du turbocompresseur 5. [0025] Dans une variante, la régulation du turbocompresseur 5 est basée sur l'évaluation de la pression en amont du compresseur électrique 7 monté en aval du turbo. Si cette pression en amont n'est pas disponible, on pourra se baser sur une mesure de pression en aval, et une estimation de la pression en amont par l'ECU 4 en fonction de la pression mesurée et des conditions de fonctionnement du compresseur électrique. . REVENDICATIONS1.- Méthode de contrôle du fonctionnement d'un circuit d'admission d'air équipant un moteur à combustion (1) suralimenté pour véhicule automobile, cette méthode mettant en oeuvre un calculateur électronique d'injection (ECU) (4) exploitant des informations fournies par des moyens de détection pour activer divers organes que comprend le circuit d'admission d'un flux d'air, les dits moyens de détection comprenant au moins un organe de commande (13) par le conducteur du véhicule d'un régime requis du moteur (1) et des moyens de mesure de la pression d'air à l'intérieur du circuit d'admission en au moins une zone localisée prédéterminée, les dits organes du circuit d'admission comprenant au moins : *) un turbocompresseur (5) en communication aéraulique amont à travers un canal d'admission (6) avec au moins une chambre de combustion (3) que comprend le moteur (1), *) un compresseur électrique (7) en communication aéraulique amont avec le turbocompresseur (5) à travers un canal de liaison (8), caractérisée en ce que la pression d'air admise dans la chambre de combustion (3) à travers le canal d'admission (6) est commandée par l'ECU (4) à partir d'une régulation étagée respectivement de la pression de suralimentation d'air fournie par le compresseur électrique (7) vers le turbocompresseur (5) et du taux de compression d'air fourni par le turbocompresseur (5). 2.- Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que pour un débit d'air d'admission de consigne requis vers la chambre de combustion (3), ladite commande étagée de régulation générée par l'ECU (4) est déterminée à partir d'une évaluation de la pression d'air à l'intérieur du canal de liaison (8) prise entre les deux étages de compressions d'air respectivement générées par le compresseur électrique (7) et par le turbocompresseur (5). 3.- Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite évaluation d'air à l'intérieur du canal de liaison (8) est obtenue à partir d'une mesure de lapression d'air dans le canal de liaison prise entre le compresseur électrique (7) et le turbocompresseur (5). 4.- Méthode selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite évaluation d'air à l'intérieur du canal de liaison (8) est générée par un calculateur d'évaluation à partir d'informations relatives aux débits d'air et aux régimes de fonctionnement respectivement du compresseur électrique (7) et du turbocompresseur (5). 5.- Méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend les opérations suivantes : *) détecter une information de consigne requise de débit d'air devant être admis dans la chambre de combustion (3), *) déduire à partir de ladite information de consigne de débit d'air le taux de compression d'air correspondant de consigne que doit générer l'étage de compression d'air associant le compresseur électrique (7) et le turbocompresseur (5), *) commander conjointement à partir de l'ECU (4) les activations respectives du compresseur électrique (7) et du turbocompresseur (5) pour obtenir le dit taux de compression d'air de consigne. 6.- Méthode selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dit taux de compression d'air de consigne est obtenu : *) à partir d'une activation du compresseur électrique (7) générant une pression de suralimentation de consigne qui est évaluée par des moyens d'évaluation (16), et *) à partir d'une activation du turbocompresseur (7) générant le dit taux de compression de consigne à partir de l'information fournie par les dits moyens d'évaluation (16). 7.- Méthode selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que ladite information de consigne de débit d'air requise est déterminée à partird'une information relative à la position et/ou à la variation de position du dit organe de commande (13) par le conducteur d'un régime requis du moteur (1). 8.- Méthode de contrôle selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le compresseur électrique étant monté en aval du turbocompresseur (5), la régulation du turbocompresseur (5) est basée sur l'évaluation de la pression en amont du compresseur électrique (7). 9.- Méthode de contrôle selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite pression en amont du compresseur électrique est estimée par l'ECU (4) à partir de la pression mesurée en aval du et des conditions de fonctionnement du compresseur électrique. 10.- Dispositif de mise en ceuvre d'une méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un calculateur électronique d'injection (ECU) (4) exploitant des informations fournies par des moyens de détection pour activer divers organes que comprend le circuit d'admission d'un flux d'air, dont au moins : *) un turbocompresseur (5) en communication aéraulique amont à travers un canal d'admission (6) avec au moins une chambre de combustion (3) que comprend le moteur (1), *) un compresseur électrique (7) en communication aéraulique amont avec le turbocompresseur (5) à travers un canal de liaison (8), *) un refroidisseur d'air (9) implanté sur le canal d'admission (6) en interposition entre le turbocompresseur (5) et la chambre de combustion (3), *) un système de recirculation des gaz d'échappement (EGR) (10) comprenant une vanne EGR (11) d'admission d'une partie prélevée des gaz d'échappement évacués par le moteur (1) vers la chambre de combustion (3) à travers un canal EGR (12) de recirculation des gaz et le turbocompresseur (5), caractérisé en ce qu'il comprend : *) un organe de commande (13) par le conducteur d'un régime requis du moteur (1),*) des moyens d'évaluation (16) de la pression d'air à l'intérieur du canal de liaison (8) prise entre les deux étages de compressions d'air respectivement générées par le compresseur électrique (7) et par le turbocompresseur (5), les dits moyens d'évaluation (16) fournissant à l'ECU (4) une information de consigne de commande de la mise en oeuvre respective du compresseur électrique (7) et du turbocompresseur (5) à partir d'une information de consigne d'un débit d'air requis au moyen du dit organe de commande (13) et de ladite pression d'air évaluée à l'intérieur du canal de liaison (8). 11.- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur de consigne (17) indifféremment en relation ou intégré à l'ECU (4), qui fournit à l'ECU (4) une information relative au taux de compression d'air de consigne que doivent conjointement générer les étages de compression d'air respectivement constitués par le compresseur électrique (7) et par le turbocompresseur (5). 12.- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens d'évaluation (16) comprennent indifféremment : *) des moyens de mesure (18) de la pression d'air dans le canal de liaison (8) prise entre le compresseur électrique (7) et le turbocompresseur (5), ou *) un calculateur d'évaluation de la pression d'air à l'intérieur du canal de liaison (8) à partir d'informations relatives aux débits d'air et aux régimes de fonctionnement respectivement du compresseur électrique (7) et du turbocompresseur (7).25