Brevet FR2967491A1 — publié le 20120518

PROCEDE ET INSTALLATION DE CARACTERISATION DU POMPAGE DYNAMIQUE DU COMPRESSEUR D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention concerne un procédé de caractérisation du pompage dynamique du compresseur d'un moteur thermique. [0002] L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus. [0003] Dans cette invention, le moteur thermique peut être un moteur diesel ou un moteur essence. [0004] Le compresseur de suralimentation du moteur peut être un 10 turbocompresseur ou un compresseur entraîné mécaniquement par le moteur ou par un moteur électrique. [0005] Le phénomène physique du pompage du compresseur est initié par une variation de l'angle d'incidence de l'écoulement de l'air au niveau des aubes du compresseur. 15 [0006] Cette variation de l'écoulement, aboutit : au décollement de la couche limite, à une restriction de la section de passage entre deux aubes puis dans l'étage du compresseur, à une réduction, voire une inversion brutale des débits due au fait que 20 l'effort communiqué au fluide ne compense plus le gradient de pression, à une oscillation du débit d'air en amont et en aval du compresseur qui génère un bruit caractéristique du pompage. Les phénomènes ci-dessus ont pour effet : une dégradation acoustique nuisible à la qualité perçue par les 25 utilisateurs, un risque d'endommagement du compresseur, en particulier du palier de celui-ci. [0007] Le pompage du compresseur apparaît notamment lors des lâchés brusques de la pédale de l'accélérateur, lorsque le moteur fonctionne dans une certaine plage de régime et de pression de suralimentation. [0008] Les constructeurs des compresseurs sont capables de caractériser la 5 ligne de pompage statique de chaque compresseur. [0009] Chaque compresseur est destiné à être associé à des moteurs thermiques différents, de telle sorte que la ligne de pompage dynamique peut varier et être différente de la ligne de pompage statique du compresseur. [0010] Actuellement, il n'est pas possible de prédéterminer, ni de caractériser 10 la ligne de pompage dynamique d'un ensemble moteur thermique et compresseur. [0011] Il existe par conséquent un besoin de pouvoir caractériser un tel pompage dynamique pour pouvoir atténuer la dégradation acoustique et les risques d'endommagement évoqués plus haut. [0012] Le but de la présente invention est précisément de satisfaire ce besoin. 15 [0013] Ce but est atteint, selon l'invention, grâce à un procédé de caractérisation du pompage dynamique du compresseur d'un moteur thermique, dans lequel on fait fonctionner le moteur thermique équipé d'un tel compresseur sur un banc d'essais, caractérisé par les étapes : a) on simule un lâché de pédale d'accélérateur à partir d'un point de 20 fonctionnement caractérisé par un régime du moteur et une pression de suralimentation du compresseur prédéterminés, b) on module la vitesse de réduction du régime du moteur, c) on répète les étapes a) et b) plusieurs fois en modifiant le point de fonctionnement et la vitesse de réduction du régime du moteur, 25 d) on détermine à partir de ces essais une série de points caractéristiques du pompage dynamique du compresseur. [0014] Après avoir caractérisé le pompage dynamique grâce au procédé ci-dessus, on peut rechercher des solutions pour éviter le pompage et les effets nuisibles de celui-ci. Cependant, ces solutions ne font pas l'objet de la présente invention. [0015] Le mérite de la présente invention est en effet de pouvoir caractériser d'une manière précise et reproductible les points caractéristiques du pompage 5 dynamique sur n'importe quel ensemble moteur et compresseur. [0016] Le régime du moteur, à partir duquel on simule le lâché de pédale d'accélérateur, est de préférence compris entre 1250 et 2250 tours/min et la pression de suralimentation du compresseur est comprise entre 1,4 bar et la pression de pleine charge du compresseur. 10 [0017] Les essais ont montré en effet que le pompage n'avait pas lieu à des régimes du moteur situés en dessous ou au-dessus des valeurs mentionnées ci-dessus et à des pressions de suralimentation inférieures à 1,4 bar. [0018] De préférence, lors des essais, le régime du moteur est modifié par pas de 250 tours/min et la pression de suralimentation du compresseur est modifiée 15 par pas de 200 mbar. [0019] De préférence également, la vitesse de réduction du régime du moteur est modifiée entre -50 et -1200 tours/min/s. [0020] Dans une version avantageuse du procédé selon l'invention, ladite série de points caractéristiques du pompage dynamique du compresseur est 20 enregistrée dans la cartographie de l'unité centrale de gestion du moteur sous la forme d'une ligne de pompage dynamique. [0021] Cette ligne de pompage dynamique enregistrée dans la cartographie permet : de valider la stabilité en pompage dynamique d'un ensemble moteur et 25 compresseur donné, de valider la tenue du compresseur à l'égard d'un fonctionnement transitoire en pompage, de valider l'efficacité d'une stratégie de contrôle du moteur visant à éviter le pompage dynamique. [0022] Selon un autre aspect, l'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprenant un banc d'essais pour faire fonctionner un moteur thermique équipé d'un compresseur et d'une pédale d'accélérateur pour modifier le régime et la pression de suralimentation dudit moteur thermique, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une génératrice électrique accouplée audit moteur pour moduler la vitesse de réduction du régime du moteur, des moyens pour modifier la pression de suralimentation du compresseur et des moyens pour détecter le pompage dynamique du compresseur. [0023] De préférence, cette installation comprend en outre, des moyens pour enregistrer dans la cartographie de l'unité centrale de gestion du moteur, les points caractéristiques du pompage dynamique sous la forme d'une ligne de pompage dynamique. [0024] D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore tout au long de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples, non limitatifs : la figure 1 est un schéma explicatif des sollicitations statique et dynamique générant le pompage d'un compresseur, la figure 2 est une cartographie montrant l'évolution de diverses courbes en fonction du débit corrigé Qcorr (assimilable au régime du moteur, pour un rendement volumétrique donné) et du taux de compression (assimilable à la pression de suralimentation, pour une pression amont compresseur donnée), la figure 3 est un schéma illustrant deux hypothèses de réduction du débit d'un compresseur, la figure 4 est un schéma montrant la modulation de la vitesse de réduction du régime du moteur après un lâché de la pédale d'accélérateur, la figure 5 est un schéma illustrant une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [0025] Avant de décrire le procédé de caractérisation du pompage dynamique du compresseur d'un moteur thermique, on va définir les paramètres influençant le pompage du compresseur. [0026] Le comportement d'un système comprenant un compresseur raccordé à des lignes d'arrivée et de départ d'air se caractérise par une sollicitation statique et une sollicitation dynamique telles que montrées sur la figure 1. [0027] La sollicitation statique est générée par la pression de suralimentation (ou rapport de compression) et par le régime du moteur (ou débit d'air traversant le compresseur). [0028] La sollicitation dynamique est générée par la chute de débit d'air du compresseur qui est liée à la chute du régime du moteur. [0029] La figure 1 explique le couplage existant entre le système comprenant le compresseur raccordé à des lignes d'arrivée et de départ d'air et les sollicitations statique et dynamique. [0030] Le schéma de cette figure 1 montre le phénomène de pompage du compresseur issu du couplage précité. [0031] La figure 2 montre la cartographie du compresseur comportant en ordonnées le rapport de compression Pic ou pression de suralimentation et en abscisses le débit d'air corrigé Qcorr en Kg/s. [0032] Sur cette cartographie, la référence 1 représente un point stabilisé de la sollicitation statique du compresseur, la référence 2 représente la sollicitation dynamique du compresseur, due à une chute brutale du débit d'air, la référence 3 montre la réponse du système compresseur et lignes d'air c'est-à-dire l'entretien et l'amortissement des oscillations de débit d'air et la référence 4 montre la ligne de pompage statique du compresseur. [0033] Par ailleurs, la référence 5 désigne la ligne de pompage dynamique qui est déterminée grâce au procédé selon l'invention que l'on décrira plus loin. [0034] La figure 3 montre la réduction de débit d'air du compresseur. [0035] A un instant t donné, en régime stabilisé, le débit d'air du compresseur est égal au débit d'air du moteur c'est-à-dire Qcomp=Qmot. [0036] A un instant t+dt, le débit du compresseur est brutalement réduit. [0037] Dans l'hypothèse A, la chute du débit du compresseur n'est pas liée à la réduction du débit du moteur. [0038] Dans l'hypothèse B, la réduction du débit du compresseur est liée à la réduction du débit du moteur c'est-à-dire à une chute du régime de ce moteur. [0039] La cartographie montrée sur la figure 2 représente, par la référence 2, la sollicitation dynamique du compresseur correspondant aux hypothèses A ou B ci- dessus. [0040] On va maintenant décrire le procédé de caractérisation du pompage dynamique du compresseur d'un moteur thermique. [0041] Dans ce procédé, on fait fonctionner le moteur thermique 7 équipé d'un tel compresseur 8 sur un banc d'essais 6, comme montré sur la figure 5. [0042] Conformément à l'invention, ce procédé comprend les étapes suivantes : a) on simule un lâché de pédale d'accélérateur à partir d'un point de fonctionnement caractérisé par un régime du moteur 7 et une pression de suralimentation du compresseur 8 prédéterminés, b) on module la vitesse de réduction du régime du moteur 7, c) on répète les étapes a) et b) plusieurs fois en modifiant le point de fonctionnement et la vitesse de réduction du régime du moteur 7, d) on détermine à partir de ces essais une série de points caractéristiques du pompage dynamique du compresseur 8. [0043] Ce procédé est illustré par le schéma de la figure 4 qui montre l'évolution en fonction du temps t du régime N du moteur. [0044] Au temps t1, on simule un lâché de pédale d'accélérateur, ce qui entraîne une réduction du régime du moteur. [0045] La vitesse de réduction du régime du moteur est modulée. [0046] Au bout d'un temps variable en fonction de la pente de la chute du régime du moteur, ce régime du moteur est au ralenti puis remonte pour atteindre le régime initial. [0047] Au départ, le régime N du moteur 7 est compris entre 1250 et 2250 tours/min et la pression de suralimentation du compresseur 8 est comprise entre 1,4 bar et la pression de pleine charge du compresseur 8. [0048] Ces plages peuvent varier suivant la nature de l'ensemble moteur et compresseur. [0049] Après chaque lâché de pédale d'accélérateur, le régime du moteur 7 est modifié par exemple par pas de 250 tours/min et la pression de suralimentation du compresseur 8 est modifiée par exemple par pas de 200 mbar. [0050] Par ailleurs, la vitesse de réduction du régime du moteur 7 est modifiée par exemple entre -50 et -1200 tours/min/s. [0051] Ces essais permettent d'obtenir une matrice de points de fonctionnement. [0052] Le tableau ci-après montre, à titre d'exemple, la matrice de points de 20 fonctionnement obtenu avec un moteur diesel turbocompressé de 2 litres de cylindrée. Régime moteur Pression de Chute de 1250 1500 1750 2000 2250 régime moteur rpm rpm rpm rpm rpm suralimentation -50 1 9 25 45 65 -400 2 10 26 46 66 1.4 -600 3 11 27 47 67 -1200 4 12 28 48 68 -50 5 13 29 49 69 -400 6 14 30 50 70 1.6 -600 7 15 31 51 71 -1200 8 16 32 52 72 -50 17 33 53 73 -400 18 34 54 74 1.8 -600 19 35 55 75 -1200 20 36 56 76 -50 21 37 57 77 -400 22 38 58 78 2 -600 23 39 59 79 -1200 24 40 60 80 -50 41 61 81 -400 42 62 82 2.2 -600 43 63 83 - 1200 44 64 84 -50 85 -400 86 2.4 -600 87 - 1200 88 [0053] Les points caractéristiques du pompage dynamique du compresseur sont enregistrés dans la cartographie de l'unité centrale de gestion 10 du moteur sous la forme d'une ligne de pompage dynamique 5. [0054] Cette ligne de pompage dynamique est montrée sur la cartographie du champ compresseur représentée sur la figure 2. [0055] Les mesures spécifiques aux essais doivent être enregistrées avec un enregistreur dont la fréquence d'acquisition est réglée sur 100 Hz mini (en raison du caractère transitoire et des temps caractéristiques du pompage compresseur en dynamique) en sachant que la fréquence maxi des différentes voies de mesure est, généralement, de : 20 Hz pour les températures, les pressions et le débit d'air. 100 Hz pour les voies système remontées par le contrôle moteur. 50 Hz pour le reste des voies de mesure. [0056] Il est donc nécessaire pour affiner les remontées de données en fonctionnement transitoire de réaliser une acquisition en parallèle par l'intermédiaire des mêmes capteurs que ceux présents sur véhicule et de vérifier que la fréquence d'acquisition est maximale. [0057] La figure 5 illustre schématiquement l'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [0058] Cette installation comprend un banc d'essais 6 pour faire fonctionner un moteur thermique 7 équipé d'un compresseur 8 et d'une pédale d'accélérateur (non représentée) pour modifier le régime du moteur thermique 7. [0059] Cette installation comprend en outre une génératrice électrique 9 accouplée au moteur 7 pour moduler la vitesse de réduction du régime du moteur, après un lâché de pédale d'accélérateur. [0060] En outre, des moyens sont prévus pour modifier la pression de suralimentation du compresseur 8. [0061] Par ailleurs, des moyens sont prévus pour détecter le pompage dynamique du compresseur 8. [0062] L'installation comprend en outre des moyens pour enregistrer dans la cartographie de l'unité centrale de gestion 10 du moteur 7, les points caractéristiques du pompage dynamique sous la forme d'une ligne de pompage dynamique 5, représentée sur la figure 2. [0063] Etant donné que cette ligne de pompage dynamique est enregistrée dans la cartographie de l'unité centrale de gestion du moteur, cette ligne permet : - de valider la stabilité, c'est-à-dire la reproductibilité du pompage dynamique d'un ensemble moteur et compresseur donné, de valider la tenue du compresseur à l'égard d'un fonctionnement transitoire en pompage et, de valider l'efficacité d'une stratégie de contrôle du moteur visant à éviter le pompage dynamique. [0064] L'invention apporte ainsi une solution efficace au problème évoqué dans l'introduction de la présente description. REVENDICATIONS1. Procédé de caractérisation du pompage dynamique du compresseur (8) d'un moteur thermique (7), dans lequel on fait fonctionner le moteur thermique (7) équipé d'un tel compresseur (8) sur un banc d'essais (6), caractérisé par les étapes suivantes : a) on simule un lâché de pédale d'accélérateur à partir d'un point de fonctionnement caractérisé par un régime du moteur (7) et une pression de suralimentation du compresseur (8) prédéterminés, b) on module la vitesse de réduction du régime du moteur (7), c) on répète les étapes a) et b) plusieurs fois en modifiant le point de fonctionnement et la vitesse de réduction du régime du moteur (7), d) on détermine à partir de ces essais une série de points caractéristiques du pompage dynamique du compresseur (8). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le régime du moteur (7) est compris entre 1250 et 2250 tours/min et la pression de suralimentation du compresseur (8) est comprise entre 1,4 bar et la pression de pleine charge du compresseur (8). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le régime du moteur (7) est modifié par pas de 250 tours/min et la pression de suralimentation du compresseur (8) est modifiée par pas de 200 mbar. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vitesse de réduction du régime du moteur (7) est modifiée entre -50 et -1200 tours/min/s. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite série de points caractéristiques du pompage dynamique du compresseur est enregistrée dans la cartographie de l'unité centrale de gestion (10) du moteur sous la forme d'une ligne de pompage dynamique (5). 6. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant un banc d'essais (6) pour faire fonctionner un moteur thermique (7) équipé d'un compresseur (8) et d'une pédale d'accélérateur pour modifier le régime et la pression de suralimentation dudit moteur thermique (7), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une génératrice électrique (9) accouplée audit moteur (7) pour moduler la vitesse de réduction du régime du moteur, des moyens pour modifier la pression de suralimentation du compresseur (8) et des moyens pour détecter le pompage dynamique du compresseur. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens pour enregistrer dans la cartographie de l'unité centrale de gestion (10) du moteur (7), les points caractéristiques du pompage dynamique sous la forme d'une ligne de pompage dynamique (5).