Brevet FR3032008A1 — publié le 20160729

PROCEDE DE PILOTAGE D'UNE VANNE DE JONCTION D'UN CIRCUIT DE LIMITATION DE POMPAGE COMPRESSEUR Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de pilotage d'une vanne de circuit de limitation du pompage compresseur pour un moteur à ligne RGE dédiée. Un système RGE ou système de réintroduction des gaz à l'échappement correspondant à la locution anglo-américaine Exhaust Gaz Recirculation est connu de l'état de la technique. On a aussi proposé, dans les moteurs à plusieurs cylindres, de dédier un cylindre à la recirculation directe de ses gaz d'échappement, les gaz d'échappement de ce cylindre étant totalement réintroduits dans le collecteur d'admission du moteur sans passer par la ligne d'échappement, le moteur étant alors dénommé à cylindre dédié à une ligne RGE ou à ligne RGE dédiée ou encore connu sous la dénomination D-RGE. Le concept D-RGE permet de générer des gaz RGE dopés en hydrogène en faisant fonctionner un cylindre en mode riche, avantageusement une richesse de l'ordre de 1,5. Cet hydrogène permet d'améliorer la stabilité de la combustion et donc la tolérance au 20 système RGE. Le moteur D-RGE permet de réduire les pertes par pompage à l'admission du moteur pour les points de charge partielle et de repousser la limite à partir de laquelle apparaît un cliquetis pour les points de pleine charge. Il est avantageux d'avoir une machine de 25 suralimentation suffisamment performante pour rétablir le débit d'air nécessaire et ainsi conserver, voire augmenter, les performances du moteur. Les turbocompresseurs sont exposés à un risque de comportement spécifique du compresseur, à savoir le pompage du compresseur. Le pompage du compresseur est 30 initié par une variation de l'écoulement au niveau des aubes du compresseur et notamment de l'angle d'incidence de l'air. En termes d'écoulement, cette variation aboutit au décollement de la couche limite, à une restriction de la section de passage entre deux aubes, puis, dans l'étage du compresseur, 35 à une réduction voire une inversion brutale des débits, l'effort communiqué au fluide ne compensant plus le gradient de pression. On constate également une oscillation du débit d'air en amont et en aval ce qui génère un bruit caractéristique. 3032008 2 Ce risque est encore accru dans le cas d'un moteur à réintroduction de gaz d'échappement, et encore plus spécifiquement dans le cas d'une réintroduction des gaz provenant d'un cylindre dédié. 5 En effet, de par l'architecture d'un moteur D-RGE, les gaz d'échappement réintroduits sont délivrés à une fréquence beaucoup plus faible que sur un moteur classique. En effet, la bouffée de gaz d'échappement réintroduit est délivrée en seulement x pulsations, x étant le nombre de cylindres dédiés, sur y points morts hauts, y étant le nombre de 10 cylindres. Il en résulte un comportement spécifique en termes de débit à l'admission et notamment une réduction du débit de sortie du compresseur liée à l'apparition d'un débit discontinu des gaz réintroduits. Il s'ensuit une dégradation acoustique par l'apparition de bruits 15 audibles par le conducteur et un endommagement du système de palier du turbocompresseur pouvant conduire à un phénomène de départ sur l'huile si le système de palier n'est pas suffisamment renforcé. Le but de l'invention est d'éviter de tels dysfonctionnements d'un compresseur de suralimentation liés à la réintroduction de gaz d'échappement à l'admission avec un moteur présentant au moins un cylindre dédié à une ligne RGE. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de pilotage d'une vanne de jonction d'un circuit de limitation de pompage compresseur pour un moteur thermique, le moteur comprenant : plusieurs cylindres, une admission d'air aux cylindres, un compresseur de suralimentation en amont de l'admission d'air, une partie des cylindres étant dédiée exclusivement à une ligne de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission, le circuit de limitation de pompage étant destiné à véhiculer un flux d'air émis par le compresseur de suralimentation jusqu'à un piquage placé sur la ligne de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission, la vanne de jonction étant destinée à autoriser ou interdire le passage de l'air émis par le compresseur de suralimentation dans le circuit, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : déterminer le débit compresseur, 3032008 3 déterminer un ratio de pression aval/pression amont de limite de pompage du compresseur pour ce débit compresseur, déterminer taux de compression effectif du compresseur, commander la vanne de sorte à autoriser le passage de l'air émis par le 5 compresseur de suralimentation dans le circuit quand le taux de compression effectif est supérieur au ratio de pression aval/amont de limite de pompage. L'effet technique est détecter un risque d'apparition du pompage compresseur et de l'éviter en ouvrant la vanne de jonction, sans requérir la connaissance de la pression en 10 sortie du cylindre dédié, donc en s'affranchissant d'une modélisation précise ou d'un capteur dédié à l'échappement. Dans une variante, le ratio de pression aval/pression amont est déterminé par la limite de pompage du champ compresseur de référence du compresseur. 15 Dans une autre variante, le ratio de pression aval/pression amont est déterminé par une limite décalée par rapport à la limite de pompage du champ compresseur de référence de sorte que pour un débit compresseur donnée le ratio de pression aval/pression amont déterminé par la limite décalée soit inférieur à celui déterminé par la limite de pompage du 20 champ compresseur de référence. En variante, le procédé est activé que lorsque le débit compresseur franchit à la baisse un débit au-delà duquel le compresseur ne présente pas de risque de pompage. 25 En variante, le procédé comprend un seuil d'hystérésis sur la comparaison des ratios de pression. En variante, le procédé comprend une temporisation d'activation minimale de la vanne de jonction en autorisation ou en interdiction du passage de l'air. L'invention a aussi pour objet un calculateur caractérisé en ce qu'il comporte les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire et de commande requis à mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des variantes précédemment décrites. 30 35 L'invention a aussi pour objet un moteur thermique comprenant une admission d'air frais, un compresseur de suralimentation en amont de l'admission d'air frais, au moins un 3032008 4 cylindre dédié exclusivement à une ligne de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission, un circuit de limitation de pompage compresseur véhiculant un flux d'air comprimé émis par le compresseur de suralimentation jusqu'à un piquage placé sur la ligne de réintroduction de gaz 5 d'échappement à l'admission, ce circuit de limitation comprenant une vanne de jonction se trouvant à son entrée autorisant ou interdisant le passage de l'air comprimé émis par le compresseur de suralimentation dans le circuit, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur de l'invention pour le pilotage de la vanne de jonction conformément au procédé de pilotage selon l'une quelconque des variantes précédemment décrites. 10 L'invention a aussi encore pour objet un véhicule automobile équipé du moteur thermique de l'invention. 15 Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : 20 - La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur selon un mode de réalisation de l'invention. - La figure 2 est une représentation schématique d'un champ compresseur avec en abscisse le débit Qc traversant le compresseur et en ordonnée le ratio R de pression aval/pression amont du compresseur. 25 - La figure 3 est une représentation schématique d'un champ compresseur avec en abscisse le débit Qc traversant le compresseur et en ordonnée le ratio R de pression aval/pression amont du compresseur et sur lequel est indiquée une seconde limite calibrée destinée à prendre en compte la dispersion de fabrication des turbocompresseurs. 30 Description détaillée Le moteur thermique représenté à la figure 1 comporte un bloc-moteur muni de quatre cylindres 11, 12, 13, 14. Le moteur comporte en outre un répartiteur d'admission 20 35 débouchant dans chacun des cylindres 11, 12, 13 14 par une conduite d'admission respective 21, 22, 23, 24. Un collecteur d'échappement 30 collecte les gaz d'échappement émanant de chacun des cylindres 11, 12 et 13. 3032008 5 Le cylindre 14 est associé à une conduite 40 de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission ou ligne RGE. Ainsi, la ligne RGE 40 prélève les gaz d'échappement du cylindre 14 dit cylindre dédié et les dirige vers l'admission du moteur, notamment vers le 5 répartiteur d'admission 20. Le cylindre 14 est donc ici un cylindre dédié exclusivement à la production de gaz de combustion destinés à être réintroduit à l'admission, dit de type D-RGE. Un module de contrôle du moteur pilote une alimentation en air et en carburant du cylindre 14 de telle 10 sorte que le cylindre 14 puisse être le siège d'une combustion à mélange riche, c'est-à- dire en excès de carburant par rapport à l'air, ici selon une richesse d'environ 1,5. De par la richesse du mélange air-carburant, le cylindre 14 produit du gaz hydrogène H2. Le gaz H2 ainsi produit se retrouve dans les gaz d'échappement émis par le cylindre 14 lesquels sont ensuite, réintroduits à l'admission d'au moins un cylindre du moteur, ici à l'admission 15 de l'ensemble des cylindres 11 à 14. Le moteur dit moteur D-RGE, selon le présent exemple de réalisation ne comporte qu'un seul cylindre produisant de l'hydrogène selon le principe D-RGE. En variante le moteur peut en comporter plusieurs. Dans l'architecture du système D-RGE proposée ici, la conduite de réintroduction de gaz 20 d'échappement, aussi appelée ligne RGE 40, comporte en outre un catalyseur de production d'hydrogène 50 et un refroidisseur de gaz d'échappement 60. Le catalyseur de production d'hydrogène 50 est ici un catalyseur de type WGS pour « Water Gas Shift » en anglais également appelé catalyseur à déplacement du gaz à l'eau. 25 Le présent moteur comporte en outre un compresseur 70 de turbocompresseur lequel est entraîné par les gaz d'échappement émanant des cylindres 11, 12 et 13 et met en pression un flux d'air frais lequel arrive à l'admission du moteur une fois comprimé. Le compresseur 70 est relié en amont à un filtre à air 72. Le compresseur 70 fournit l'air frais sous pression via une conduite 71 à un mélangeur 80 dont le rôle est de mélanger l'air 30 sous pression et les gaz d'échappement de la conduite de réintroduction 40. Un refroidisseur 81 d'air de suralimentation est disposé en aval du mélangeur 80 de sorte que le mélange circule dans le refroidisseur d'air de suralimentation et débouche une fois refroidi dans une vanne 82 de dosage d'air qui contrôle la quantité d'air admise puis dans le répartiteur d'admission 20. 35 Le moteur comporte en outre ici une conduite de jonction 100 servant de circuit de limitation de pompage compresseur. Ce circuit de limitation 100 de pompage s'étend 3032008 6 depuis un piquage 101 réalisé sur une conduite de sortie 71 du turbocompresseur 70 et s'étend jusqu'à un piquage 102 réalisée sur la conduite 40 en amont du mélangeur 80 et plus précisément en amont du catalyseur de production d'hydrogène 50. Le circuit de limitation 100 de pompage véhicule l'air frais sous pression émanant du 5 turbocompresseur 70 pour introduire cet air frais sous pression dans la conduite 40. En plaçant un tel circuit de limitation 100 de pompage lequel débouche sur la conduite 40 de réintroduction de gaz d'échappement en amont du mélangeur 80, le turbocompresseur 70 se trouve protégé contre les surpressions brutales dues aux bouffées de gaz 10 d'échappement du cylindre dédié 14 et qui sont habituellement véhiculées par le mélangeur 80 depuis le cylindre dédié vers le turbocompresseur 70. Le débit de sortie du turbocompresseur 70 ne diminue pas et le turbocompresseur n'entre pas en zone de pompage. Le turbocompresseur 70 se trouve alors protégé dans son fonctionnement et sa durabilité. 15 Une vanne de jonction 103 équipe le circuit de limitation 100 de pompage en aval du compresseur 70 et en amont du piquage de réintroduction RGE, ici au niveau de son piquage 101 sur la conduite de sortie 71 du turbocompresseur, donc en entrée du circuit de limitation 100. 20 Le moteur comporte encore un calculateur comprenant les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stocké dans une mémoire et de commande requis à mise en oeuvre du procédé de l'invention détaillé ci-après. 25 La vanne de jonction 103, avantageusement rapide, est ici commandée par le calculateur moteur. La vanne rapide 103 ferme le circuit de limitation 100 lors des phases d'échappement des cylindres non dédiés 11, 12 et 13, et ouvre le circuit de limitation 100 lorsque le procédé 30 de l'invention exposé plus loin est mis en oeuvre lors de la phase d'échappement du cylindre dédié 14. De cette façon, l'air frais comprimé est dirigé vers les cylindres sans emprunter le circuit de limitation 100 en l'absence de bouffée émise par le cylindre dédié 14 et l'air frais 35 comprimé atteint l'admission via le circuit de limitation 100 et la ligne RGE 40 au moment où apparait la bouffée de gaz d'échappement du cylindre dédié 14. Il n'est donc fait usage ici du circuit de limitation 100 qu'à l'instant où la bouffée d'échappement du cylindre dédié 3032008 7 14 apparait dans le cycle moteur, le fonctionnement du moteur restant traditionnel au cours du cycle en dehors de la présence de cette bouffée. Selon la présente invention, le pilotage de vanne de jonction 103 comprend les étapes 5 dans lesquelles : - On détermine le débit Qc d'air traversant le compresseur 70. Le débit Qc du compresseur est obtenu à partir du débit d'air Qa traversant la vanne 82 de dosage d'air, corrigé en fonction de la température et de la pression admission Padm. En effet, le débit 10 d'air Qa traversant la vanne de dosage d'air 82 est l'image du débit Qc traversant le compresseur lorsque le cylindre dédié 14 ne débite pas. La pression d'admission Padm peut être déterminée au moyen d'un capteur approprié disposé dans le collecteur 20 d'admission. 15 - On détermine le ratio R1 de pression aval/pression amont pour lequel le compresseur 70 est en limite de pompage pour le débit compresseur Qc ainsi déterminé. Le ratio de pression aval/pression amont de limite de pompage du compresseur 70 est obtenu à partir du champ compresseur, comme illustré sur la figure 2, qui défini en fonction du débit du compresseur 70 la limite Lp de pompage du compresseur (mis en évidence en trait 20 plein épais). Cette limite Lp de ratio de pression aval/pression amont de limite de pompage peut être mémorisée dans le calculateur sous la forme d'une cartographie établissant le ratio de pression aval/pression amont de limite de pompage en fonction du débit Qc traversant le compresseur. 25 - On détermine le taux de compression R2 effectif du compresseur 70. La pression Pav en aval du compresseur 70 est calculée à partir de la pression d'admission Padm et des pertes de charge du refroidisseur 81. L'amont et l'aval sont ici déterminés relativement au sens d'écoulement de l'air d'admission. La pression, Pam, en amont du compresseur 70 peut être calculée à partir de la pression extérieure, Pext, et des pertes de charge du filtre 30 à air 72. Le taux de compression, R2, effectif est alors le ratio Pav/Pam. - On commande la vanne de jonction 103 de sorte à autoriser le passage de l'air émis par le compresseur de suralimentation 70 dans le circuit 100 quand le taux de compression R2 effectif est supérieur au ratio R1 de pression aval/amont de limite de pompage. 35 En raison des dispersions de fabrication des turbocompresseurs, la limite de pompage Lp de référence peut varier d'un turbocompresseur à un autre. Comme illustrée sur la figure 3032008 8 3, afin de prendre en compte cette dispersion de fabrication, on peut prévoir une limite calibrée, Lp', décalée par rapport par rapport à la limite (Lp) de pompage du champ compresseur de référence. Ainsi, pour un débit compresseur Qc donné, le ratio de pression aval/pression amont déterminé par la limite décalée Lp' est inférieur à celui 5 déterminé par la limite Lp de pompage du champ compresseur de référence. Le champ compresseur de référence est par exemple donné par le fournisseur de turbocompresseur. Selon une variante de réalisation, afin de limiter l'activation de la stratégie au juste 10 nécessaire, la vanne 103 équipant la conduite de jonction 100 n'est actionnée en ouverture que lorsque le compresseur 70 devient sensible aux bouffées de gaz d'échappement du cylindre dédié 14, c'est-à-dire lorsque le débit compresseur franchit à la baisse un débit (Qmax sur la figure 2) au-delà duquel le compresseur 70 ne présente pas de risque de pompage. 15 En fonctionnement, trois situations de vie peuvent se présenter : Cas 1 : Le cylindre dédié 14 ne débite pas à l'admission : Le débit Qc traversant le compresseur 70 équivaut au débit Qa traversant la vanne de dosage 82, il n'y a pas de 20 pompage et la vanne 83 du circuit de limitation est fermée, autrement dit elle interdit le passage de l'air émis par le compresseur de suralimentation 70 dans le circuit 100. Cas 2 : Le cylindre dédié 14 débite à l'admission : le débit Qc traversant le compresseur 70 est inférieur au débit Qa traversant la vanne de dosage 82 mais le taux de 25 compression effectif, R2, est inférieur au ratio R1 de pression aval/pression amont pour lequel le compresseur 70 est en limite de pompage pour le débit compresseur Qc. Il n'y a alors pas de pompage et la vanne 83 du circuit de limitation reste fermée, autrement dit elle interdit le passage de l'air émis par le compresseur de suralimentation 70 dans le circuit 100. 30 Cas 3 : Le cylindre dédié 14 débite à l'admission : le débit Qc traversant le compresseur 70 est inférieur au débit Qa traversant la vanne de dosage 82 mais le taux de compression effectif, R2, est supérieur au ratio R1 de pression aval/pression amont pour lequel le compresseur 70 est en limite de pompage pour le débit compresseur Qc. Il y a 35 alors un risque de pompage et la vanne 83 du circuit de limitation s'ouvre, autrement dit elle autorise le passage de l'air émis par le compresseur de suralimentation 70 dans le circuit 100. 3032008 9 Afin de permettre une limitation du bagotement et donc une stabilisation de l'ouverture et de la fermeture de la vanne de jonction 103 le procédé peut prévoir un seuil d'hystérésis sur la comparaison des ratios de pression R1 et R2. Une temporisation d'activation minimale de la de la vanne de jonction 103 en ouverture ou en fermeture, autrement dit en en autorisation ou en interdiction du passage de l'air dans le conduit 100, peut aussi être prévue pour compléter le système afin de limiter le bagotement d'éviter les fermetures / réouverture trop fréquente de la vanne 103. Dans le présent mode de réalisation, afin d'augmenter encore la protection du turbocompresseur 70 la conduite de jonction 100 est en outre équipée d'un clapet antiretour 104. Celui est placé au niveau du piquage 102 de la conduite de jonction 100 sur la conduite de réintroduction de gaz d'échappement 40. 15 Le procédé de l'invention décrit permet donc notamment d'éviter une dégradation acoustique par l'apparition de sons ressemblant à des aboiements dans le cas d'un système EGR et d'éviter un endommagement du turbocompresseur 70. Le procédé de l'invention permet aussi d'éviter l'ajout d'un capteur de pression échappement en sortie du 20 moteur. 5 10 REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'une vanne de jonction (103) d'un circuit de limitation (100) de pompage compresseur pour un moteur thermique, le moteur comprenant : plusieurs cylindres, une admission d'air aux cylindres, un compresseur de suralimentation (70) en amont de l'admission d'air, une partie des cylindres étant dédiée exclusivement à une ligne (40) de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission, le circuit de limitation (100) de pompage étant destiné à véhiculer un flux d'air émis par le compresseur de suralimentation (70) jusqu'à un piquage (102) placé sur la ligne de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission (40), la vanne de jonction (103) étant destinée à autoriser ou interdire le passage de l'air émis par le compresseur de suralimentation (70) dans le circuit (100), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : déterminer le débit compresseur (Qc), déterminer un ratio (R1) de pression aval/pression amont de limite de pompage du compresseur (70) pour ce débit compresseur (Qc), déterminer taux (R2) de compression effectif du compresseur (70), commander la vanne (103) de sorte à autoriser le passage de l'air émis par le compresseur de suralimentation (70) dans le circuit (100) quand le taux de compression effectif est supérieur au ratio de pression aval/amont de limite de pompage. 2. Procédé de pilotage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ratio (R1) de pression aval/pression amont est déterminé par la limite (Lp) de pompage du champ compresseur de référence du compresseur (70). 3. Procédé de pilotage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ratio (R1) de pression aval/pression amont est déterminé par une limite (Lp') décalée par rapport à la limite (Lp) de pompage du champ compresseur de référence de sorte que pour un débit compresseur donnée le ratio de pression aval/pression amont déterminé par la limite décalée soit inférieur à celui déterminé par la limite (Lp) de pompage du champ compresseur de référence. 4. Procédé de pilotage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est activé que lorsque le débit compresseur (Qc) franchit à la baisse un débit (Qmax) au-delà duquel le compresseur (70) ne présente pas de risque de pompage. 3032008 11 5. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un seuil d'hystérésis sur la comparaison des ratios de pression (R1, R2). 6. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une temporisation d'activation minimale de la vanne de jonction (103) en 5 autorisation ou en interdiction du passage de l'air. 7. Calculateur caractérisé en ce qu'il comporte les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire et de commande requis à mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Moteur thermique comprenant une admission d'air frais, un compresseur de 10 suralimentation (70) en amont de l'admission d'air frais, au moins un cylindre (14) dédié exclusivement à une ligne de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission (40) de réintroduction de gaz d'échappement à l'admission, un circuit de limitation (100) de pompage compresseur véhiculant un flux d'air comprimé émis par le compresseur de suralimentation (70) jusqu'à un piquage (102) placé sur la ligne de réintroduction de gaz 15 d'échappement à l'admission (40), ce circuit de limitation (100) comprenant une vanne de jonction (103) se trouvant à son entrée autorisant ou interdisant le passage de l'air comprimé émis par le compresseur de suralimentation (70) dans le circuit (100), caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur selon la revendication 7 pour le pilotage de la vanne de jonction (103) conformément au procédé de pilotage selon l'une 20 quelconque des revendications 1 à 6. 9. Véhicule automobile équipé du moteur thermique selon la revendication 8.