Brevet FR3057030A1 — publié le 20180406

PROCEDE DE PILOTAGE D'UNE BOUCLE D'AIR D'UN MOTEUR THERMIQUE LORS D'UNE COUPURE D'INJECTION [0001] La présente invention porte sur un procédé de pilotage d'une boucle d'air d'un moteur thermique lors d'une coupure d'injection. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les moteurs diesel, mais pourrait aussi être mise en oeuvre avec des moteurs à essence, ou des motorisations hybrides pour des phases de vie avec récupération de l'énergie du moteur thermique. [0002] Pendant la phase de vie correspondant à une décélération du moteur thermique, l'injection de carburant est coupée afin de diminuer la consommation et de minimiser la pollution, tout en évitant une montée en température de la ligne d'échappement. [0003] Du point de vue du conducteur, deux souhaits sont possibles dans cette situation de vie. Ainsi, le conducteur peut souhaiter laisser "filer" son moteur (appelé aussi "filage moteur") pour pouvoir parcourir le maximum de distance sans avoir à ré-appuyer sur l'accélérateur, et donc sans avoir à consommer de carburant. Alternativement, le conducteur peut souhaiter utiliser son frein moteur et écourter la distance parcourue par son véhicule. [0004] Toutefois, les solutions existantes pour faire du filage moteur consistent à désaccoupler le moteur thermique par rapport à la boîte de vitesses, c'est-à-dire à ouvrir la chaîne de traction, et nécessitent donc l'utilisation d'un dispositif de contrôle dédié pour gérer le couplage entre le moteur et la boîte de vitesses. [0005] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de pilotage d'une boucle d'air de moteur thermique, notamment de véhicule automobile, le moteur thermique comportant une vanne de commande d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement, une vanne de commande d'un turbocompresseur, et une vanne de commande d'un doseur d'air, aptes à être déplacées par des actionneurs, caractérisé en ce que, lors d'une coupure d'injection du moteur thermique, le procédé comporte : - une étape de discrimination entre une situation de frein moteur et une situation de filage moteur, et 3057030 2 - une étape de commande des actionneurs des différentes vannes de manière à maximiser des pertes par pompage dans le cas d'une situation de frein moteur ou à minimiser les pertes par pompage dans le cas d'une situation de filage moteur. [0006] L'invention présente ainsi, en situation de frein moteur, un intérêt sécuritaire pour 5 le conducteur en permettant de mieux freiner le moteur et de gagner ainsi en termes de distance de freinage. En situation de filage moteur, l'invention présente un intérêt économique pour le conducteur en lui permettant de parcourir plus de distance sans consommer de carburant. L'invention permet en outre de faire appel à des lois de commandes du calculateur du moteur sans avoir à utiliser un dispositif de contrôle 10 supplémentaire. [0007] Selon une mise en oeuvre, la situation de frein moteur est détectée lorsqu'une vitesse du véhicule automobile est supérieure à un seuil de vitesse fonction d'un rapport de vitesse engagé et lorsqu'une pente du véhicule automobile est supérieure à un seuil de pente calibrable. 15 [0008] Selon une mise en oeuvre, la situation de filage moteur est détectée lorsqu'une vitesse du véhicule automobile est inférieure au seuil de vitesse fonction du rapport de vitesse engagé permettant de détecter la situation de frein moteur ou que la pente du véhicule automobile est inférieure au seuil de pente calibrable de détection de la situation de frein moteur. 20 [0009] Selon une mise en oeuvre, la commande des actionneurs dans la situation de filage moteur est réalisée à partir de réglages prédéterminés obtenus sur banc moteur en faisant tourner le moteur thermique uniquement avec une génératrice d'un banc moteur et en forçant la coupure d'injection, un balayage des actionneurs de la boucle d'air étant effectué pour trouver un réglage optimum des actionneurs permettant de minimiser une 25 pression moyenne indiquée au niveau basse pression, le balayage étant effectué à la fois en banc moteur climatique et en banc moteur altimétrique. [0010] Selon une mise en oeuvre, la commande des actionneurs dans le cas d'une situation de filage moteur est réalisée au moyen d'une cartographie à deux dimensions pour chaque actionneur intégrant des réglages prédéterminés, chaque cartographie ayant en entrée une température d'air et une pression atmosphérique, et en sortie une position de l'actionneur correspondant de la boucle d'air. 3057030 3 [0011] Selon une mise en oeuvre, la commande des actionneurs dans la situation de frein moteur est réalisée à partir de réglages prédéterminés obtenus sur banc moteur en faisant tourner le moteur thermique uniquement avec une génératrice du banc moteur et en forçant la coupure d'injection, un balayage des actionneurs de la boucle d'air étant 5 effectué pour trouver un réglage optimum des actionneurs permettant d'augmenter une pression moyenne indiquée au niveau basse pression en coupure d'injection pour freiner le moteur thermique. [0012] Selon une mise en oeuvre, en lieu et place de la pression moyenne indiquée au niveau basse pression, un balayage des actionneurs de la boucle d'air est effectué pour 10 trouver un réglage optimum des actionneurs permettant de maximiser un travail de pompage Wpompage approximé par la formule suivante: Wpompage (admission Pechapement )(Vmax Vmin ) Où Padmission, Pechappement, Vmax et Vmin représentent respectivement une pression d'admission, 15 une pression d'échappement, un volume maximal et un volume minimal d'une chambre de combustion. [0013] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage d'une boucle d'air d'un moteur thermique tel que précédemment défini. 20 [0014] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0015] La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture de moteur thermique mettant en oeuvre le procédé de pilotage de la boucle d'air en coupure 25 d'injection selon la présente invention; [0016] La figure 2 est une représentation schématique des blocs fonctionnels permettant de distinguer une situation de filage moteur par rapport à une situation de frein moteur dans le cadre de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; [0017] La figure 3 est une représentation schématique des cartographies permettant de 30 déterminer les positions des actionneurs de commande des vannes du doseur d'air, du système de recirculation des gaz d'échappement, et du turbocompresseur lors d'une situation de filage moteur; 3057030 4 [0018] La figure 4 est une représentation schématique illustrant le réglage de la position des actionneurs de commande des vannes du doseur d'air, du système de recirculation des gaz d'échappement, et du turbocompresseur lors d'une situation de frein moteur; [0019] La figure 5 est une représentation schématique des blocs fonctionnels illustrant 5 l'application des réglages de la boucle d'air respectivement dans une situation de filage moteur et de frein moteur; [0020] Les figures 6a et 6b représentent des courbes montrant notamment l'évolution du régime moteur avec et sans la mise en oeuvre du procédé de pilotage de la boucle d'air en coupure d'injection selon l'invention respectivement en situation de frein moteur et de 10 filage moteur. [0021] La figure 1 montre une architecture 1 comportant un moteur 5 suralimenté par un turbocompresseur 2 comprenant un compresseur 3 et une turbine 4. Le compresseur 3 permet de comprimer l'air d'admission de manière à optimiser le remplissage des cylindres du moteur 5. A cet effet, le compresseur 3 est disposé sur un conduit d'admission 8 en 15 amont du moteur 5. L'écoulement des gaz d'échappement entraîne en rotation la turbine 4 disposée sur un conduit d'échappement 9, laquelle entraîne alors en rotation le compresseur 3 par l'intermédiaire d'un arbre d'accouplement. Une vanne 15 de commande de turbocompresseur 2 située en amont de la turbine 4 permet de gérer le passage des gaz provenant des cylindres du moteur 5. 20 [0022] De manière à maintenir la densité de l'air acquise en sortie du compresseur 3, on utilise un échangeur de chaleur 10 dit RAS (pour Refroidisseur d'Air de Suralimentation) apte à refroidir l'air circulant dans le conduit d'admission 8. L'échangeur 10 est monté en aval du compresseur 3 et en amont d'une vanne de commande de doseur d'air ou de papillon 18. 25 [0023] Par ailleurs, un circuit de recirculation des gaz d'échappement 11 (dit "EGR" pour "Exhaust Gaz Recirculation" en anglais) comprend un conduit 13 établissant une mise en communication d'un collecteur d'échappement 20 avec le conduit d'admission 8, ainsi qu'un refroidisseur 14 des gaz d'échappement monté sur le conduit 13. Une vanne 12 de commande de l'EGR 11 permet, par le réglage de son degré d'ouverture, de gérer une 30 quantité de gaz d'échappement réinjecté à l'admission. 3057030 5 [0024] Pour assurer leur déplacement, les vannes 12, 15, 18, sont associées chacune à un actionneur 27, 28 et 29 correspondant apte à être commandé par une unité de contrôle 22 pouvant prendre la forme du calculateur moteur. L'unité de contrôle comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de 5 pilotage de la boucle d'air du moteur thermique selon l'invention. [0025] Le procédé vise à distinguer les conditions en coupure d'injection C_inj en moteur tournant pour lesquelles la volonté du conducteur est d'utiliser le frein moteur et pour lesquelles la volonté du conducteur est de laisser filer son moteur. Pour la distinction de ces deux cas de vie, on pourra se reporter au schéma de la figure 2. Sur cette figure, le 10 module 100 détecte la condition vraie de la coupure d'injection C inj v. [0026] La détection de la situation "frein moteur" se fait en coupure d'injection C_inj en moteur tournant si la vitesse V du véhicule est supérieure à un seuil de vitesse Se fonction du rapport de vitesse engagé R eng, et si la pente P du véhicule est supérieure à un seuil de pente fixe calibrable Se cal. Cette situation correspond par exemple à un véhicule 15 descendant une pente de 10% à une vitesse de 80 km/h en rapport de vitesse de seconde. [0027] A cet effet, le module 101 compare la vitesse V du véhicule avec le seuil de vitesse Se. Le module 102 compare la pente du véhicule P avec le seuil de pente fixe calibrable Se cal. Ce seuil Se est déterminé au moyen du module 103 à partir du rapport 20 de vitesse engagé R-eng de boîte de vitesses. Les sorties des modules 101 et 102 alimentent une porte ET 104. Dans le cas où les deux conditions sont vérifiées (vitesse V supérieure à Se et pente P supérieure à Se cal), le module 105 génère une valeur binaire correspondant à la condition vraie de la situation "frein moteur" C Fr v. [0028] La condition "filage moteur" C Fi est, en coupure d'injection C_inj en moteur 25 tournant, l'opposée de la condition "frein moteur". Cette situation correspond à un moteur en coupure d'injection C_inj en moteur tournant avec une vitesse V du véhicule au-dessous du seuil Se fonction du rapport de vitesse engagé R_eng permettant de détecter la condition "frein moteur" ou avec une pente P inférieure au seuil de pente Se cal de détection de la condition "frein moteur". 30 [0029] Le procédé vise également à déterminer des réglages de la boucle d'air en "frein moteur" et en "filage moteur". A cet effet, en banc moteur, en faisant tourner le moteur uniquement avec la génératrice du banc moteur, en forçant la coupure d'injection C inj, on 3057030 6 effectue des balayages des trois actionneurs 27, 28, 29 de la boucle d'air pour trouver un réglage optimum permettant de minimiser la pression moyenne indiquée (ou PMI) au niveau basse pression. Cet optimum trouvé dépend de la température d'air Tair et de la pression de l'air ambiant Patmo. Sa recherche est donc effectuée à la fois en banc moteur 5 climatique, et en banc moteur altimétrique. [0030] Du point de vue de la loi de commande et comme cela est illustré sur la figure 3, cela se traduit par l'introduction de trois cartographies à deux dimensions 106, 107, 108 ayant en entrée la température d'air Tair et la pression atmosphérique Patmo, et en sortie la position Pos d Fi, Pos EGR Fi, Pos tur Fi des actionneurs 27, 28, 29 de la boucle 10 d'air pour le doseur d'air, la vanne de l'EGR, et la vanne du turbocompresseur, en coupure d'injection C_inj en "filage moteur". [0031] De même, comme cela est représenté sur la figure 4, on cherche sur banc moteur un réglage des positions Pos d Fr, Pos EGR Fr, Pos tur Fr des actionneurs 27, 28, 29 de la boucle d'air permettant d'augmenter la pression moyenne indiquée (PMI) au niveau 15 basse pression en coupure d'injection C_inj permettant de freiner le moteur. Ce réglage augmentant les pertes par pompages n'est pas dépendant de la température d'air Tair et de la pression atmosphérique Patmo, et correspond à un réglage unique. [0032] En lieu et place de la pression moyenne indiquée (PMI) au niveau basse pression, on pourra également se référer à la différence entre la pression d'admission et la 20 pression d'échappement. En effet, le travail de pompage W - pompage peut être approximé par la relation suivante : Wpompage (admission Pechapement )(Vmax Vmin ) Où Padmission, Pechappement, Vmax et Vmin représentent respectivement la pression d'admission, la 25 pression d'échappement, le volume maximal, et le volume minimal de la chambre de combustion. On cherchera donc à maximiser le travail par pompage. [0033] Des mises au point pourront donc être effectuées en instrumentant uniquement le moyen d'essai avec des capteurs de pression au niveau du collecteur d'admission et au niveau du collecteur d'échappement. 30 [0034] Comme cela est illustré sur la figure 5, on applique les réglages de la boucle d'air précédemment déterminés en "frein moteur" et en "filage moteur". 3057030 7 [0035] En condition de coupure d'injection C_inj en moteur tournant et avec la condition "frein moteur" vraie C Fr v, c'est-à-dire en condition "filage moteur" fausse, on applique les positions Pos d Fr, Pos EGR Fr, Pos tur Fr des actionneurs 27, 28, 29 de la boucle d'air selon le réglage permettant d'augmenter les pertes par pompages, et permettant ainsi 5 de freiner le moteur. [0036] En condition de coupure d'injection C_inj en moteur tournant et avec la condition "frein moteur" fausse, c'est-à-dire en condition "filage moteur" vraie C Fi, on applique les positions Pos d Fi, Pos EGR Fi, Pos tur Fi des actionneurs 27, 28, 29 de la boucle d'air selon le réglage permettant de minimiser les pertes par pompages, et permettant ainsi de 10 laisser filer le moteur. [0037] A cet effet, la porte ET 109 reçoit en entrée la condition vraie de coupure d'injection C inj v issue du module 110 et la condition de "frein moteur" C Fr à vérifier. La sortie de la porte 109 est connectée en entrée du module 111 qui assure l'application des réglages de position des actionneurs 27, 28, 29 respectivement pour le cas d'une situation 15 de "filage moteur" et pour le cas d'une situation de "frein moteur". [0038] En condition autre que coupure d'injection C_inj en moteur tournant, les positions Pos d, Pos EGR, Pos tur des actionneurs 27, 28, 29 de la boucle d'air suivent les lois de commandes usuelles du contrôle moteur. [0039] La mise en oeuvre du procédé selon l'invention en situation de vie "frein moteur" 20 peut être illustrée par les diagrammes temporels de la figure 6a. Ainsi, entre les instants tO et t1, le conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur (la valeur de Acc est non nulle) et le carburant est injecté dans la chambre de combustion du moteur thermique (la valeur de l'autorisation d'injection Aut_inj est non nulle). Les actionneurs 27, 28, 29 de la boucle d'air suivent alors les lois de commande usuelles du contrôle moteur. 25 [0040] Entre les instants t1 et t2, le conducteur relâche la pédale d'accélérateur de sorte que Acc passe à la valeur 0. Cela provoque à l'instant t2 la coupure de l'injection C_inj de carburant dans la chambre de combustion du moteur thermique (Aut_inj est alors égal à 0). [0041] La situation de vie "frein moteur" étant détectée, les actionneurs 27, 28, 29 des 30 vannes du doseur d'air, de l'EGR, et du turbocompresseur de la boucle d'air sont positionnés de manière à augmenter les pertes par pompage. En particulier, les 3057030 8 actionneurs 27, 28, 29 sont positionnés de manière à augmenter la fermeture F_dos de la vanne du doseur d'air, diminuer l'ouverture 0 EGR de la vanne d'EGR, et augmenter la fermeture F_tur de la vanne du turbocompresseur. [0042] On remarque que le régime moteur Rmot observable lors de la mise en oeuvre du 5 procédé (cf. courbe R1) chute de manière plus importante que le régime moteur Rmot observable pour un pilotage classique (cf. courbe R2). [0043] A l'instant t3, le conducteur ré-appuie sur la pédale d'accélérateur Acc, ce qui conduit à l'instant t4 à la réinjection du carburant R_inj dans la chambre de combustion du moteur thermique. 10 [0044] De même, la mise en oeuvre du procédé selon l'invention en situation de vie "filage moteur" peut être illustrée par les diagrammes temporels de la figure 6b. Ainsi, entre les instants tO et t1, le conducteur appuie sur la pédale d'accélérateur (la valeur de Acc est non nulle) et le carburant est injecté dans la chambre de combustion du moteur thermique (la valeur de l'autorisation d'injection Aut_inj est non nulle). Les actionneurs 27, 15 28, 29 de la boucle d'air suivent alors les lois de commande usuelles du contrôle moteur. [0045] Entre les instants tl et t2, le conducteur relâche la pédale d'accélérateur de sorte que Acc passe à la valeur 0. Cela provoque à l'instant t2 la coupure de l'injection C inj de carburant dans la chambre de combustion du moteur thermique (Aut_inj est alors égal à 0). 20 [0046] La situation de vie "filage moteur" étant détectée, les actionneurs 27, 28, 29 des vannes du doseur d'air, de l'EGR, et du turbocompresseur de la boucle d'air sont positionnés de manière à minimiser les pertes par pompage. En particulier, les actionneurs 27, 28, 29 sont positionnés de manière à augmenter la fermeture F_dos de la vanne du doseur d'air, augmenter l'ouverture 0 EGR de la vanne d'EGR, et augmenter la fermeture 25 F_tur de la vanne du turbocompresseur. [0047] On remarque que le régime moteur Rmot observable lors de la mise en oeuvre du procédé (cf. courbe R1) chute moins lentement que le régime moteur Rmot observable pour un pilotage classique (cf. courbe R2). [0048] A l'instant t3, le conducteur ré-appuie sur la pédale d'accélérateur Acc, ce qui 30 conduit à l'instant t4 à la réinjection du carburant R_inj dans la chambre de combustion du moteur thermique. REVENDICATIONS: 1. Procédé de pilotage d'une boucle d'air de moteur thermique, notamment de véhicule automobile, ledit moteur thermique comportant une vanne de commande d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement (12), une vanne de commande d'un turbocompresseur (15), et une vanne de commande d'un doseur d'air (18), aptes à être déplacées par des actionneurs (27, 28, 29), caractérisé en ce que, lors d'une coupure d'injection (C inj) dudit moteur thermique, ledit procédé comporte : - une étape de discrimination entre une situation de frein moteur et une situation de filage moteur, et - une étape de commande desdits actionneurs (27, 28, 29) des différentes vannes (12, 15, 18) de manière à maximiser des pertes par pompage dans le cas d'une situation de frein moteur ou à minimiser les pertes par pompage dans le cas d'une situation de filage moteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite situation de frein moteur est détectée lorsqu'une vitesse (V) dudit véhicule automobile est supérieure à un seuil de vitesse (Se) fonction d'un rapport de vitesse engagé (R eng) et lorsqu'une pente (P) dudit véhicule automobile est supérieure à un seuil de pente calibrable (Se cal). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite situation de filage moteur est détectée lorsqu'une vitesse (V) dudit véhicule automobile est inférieure audit seuil de vitesse (Se) fonction dudit rapport de vitesse engagé (R eng) permettant de détecter ladite situation de frein moteur ou que ladite pente (P) dudit véhicule automobile est inférieure audit seuil de pente calibrable (Se cal) de détection de ladite situation de frein moteur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite commande desdits actionneurs (27, 28, 29) dans ladite situation de filage moteur est réalisée à partir de réglages prédéterminés obtenus sur banc moteur en faisant tourner ledit moteur thermique uniquement avec une génératrice dudit banc moteur et en forçant ladite coupure d'injection (C inj), un balayage desdits actionneurs (27, 28, 29) de ladite boucle d'air étant effectué pour trouver un réglage optimum desdits actionneurs (27, 28, 29) permettant de minimiser une pression moyenne indiquée au 3057030 10 niveau basse pression, ledit balayage étant effectué à la fois en banc moteur climatique et en banc moteur altimétrique. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite commande desdits actionneurs (27, 28, 29) dans le cas d'une situation de filage moteur est réalisée au 5 moyen d'une cartographie à deux dimensions (106, 107, 108) pour chaque actionneur (27, 28, 29) intégrant des réglages prédéterminés, chaque cartographie (106, 107, 108) ayant en entrée une température d'air (Tair) et une pression atmosphérique (Patmo), et en sortie une position (Pos d Fi, Pos EGR Fi, Pos tur Fi) de l'actionneur (27, 28, 29) correspondant de ladite boucle d'air. 10 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite commande desdits actionneurs (27, 28, 29) dans ladite situation de frein moteur est réalisée à partir de réglages prédéterminés obtenus sur banc moteur en faisant tourner ledit moteur thermique uniquement avec une génératrice dudit banc moteur et en forçant ladite coupure d'injection (C inj), un balayage desdits actionneurs (27, 28, 15 29) de ladite boucle d'air étant effectué pour trouver un réglage optimum desdits actionneurs (27, 28, 29) permettant d'augmenter une pression moyenne indiquée au niveau basse pression en coupure d'injection (C inj) pour freiner ledit moteur thermique. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, en lieu et place de ladite 20 pression moyenne indiquée au niveau basse pression, un balayage desdits actionneurs (27, 28, 29) de ladite boucle d'air est effectué pour trouver un réglage optimum desdits actionneurs (27, 28, 29) permettant de maximiser un travail de pompage Wpompage approximé par la formule suivante: Wpompage (admission Pechapement XVmax - ) 25 où Padmission, Pechappement, Vmax et Vmin représentent respectivement une pression d'admission, une pression d'échappement, un volume maximal et un volume minimal d'une chambre de combustion. 8. Calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de pilotage d'une boucle d'air d'un moteur 30 thermique tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.