Brevet FR3058472A1 — publié le 20180511

Procédé de commande d'un moteur thermique suralimenté équipé d'un mécanisme de déconnexion de cylindres La présente invention concerne de façon générale le domaine de la 5 commande des systèmes de suralimentation par turbocompresseur des moteurs thermiques équipés d'un mécanisme de déconnexion de cylindres permettant la déconnexion sélective des cylindres du moteur. Elle concerne plus particulièrement un procédé de commande d'un moteur thermique suralimenté, le moteur comprenant des cylindres de 10 combustion associés à un mécanisme de déconnexion de cylindres, et un turbocompresseur composé d'une turbine entraînée par les gaz d'échappement à la sortie des cylindres et d'un compresseur couplé en rotation à la turbine afin d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur, le procédé comprenant des étapes de : 15 - détermination d'une valeur de couple moteur avant la déconnexion d'une partie des cylindres, ladite valeur de couple moteur correspondant à une première consigne de pression de suralimentation à partir de laquelle est régulée la pression de suralimentation dans un collecteur d'admission relié aux cylindres ; 20 - déconnexion d'une partie des cylindres au moyen du mécanisme de déconnexion de cylindres, - régulation de la pression de suralimentation en agissant sur une commande du turbocompresseur, à partir d'une deuxième consigne de pression de suralimentation nécessaire pour atteindre ladite valeur de 25 couple moteur déterminée avant la déconnexion de ladite partie des cylindres. De façon connue en soi, le mécanisme de déconnexion de cylindres associé aux cylindres du moteur est destiné à réduire la consommation lors de certaines phases de fonctionnement, et notamment à charge partielle. Ce 30 mécanisme de déconnexion a pour objet, lorsque le moteur fonctionne dans des conditions prédéterminées, de déconnecter (c'est-à-dire de ne plus faire fonctionner) au moins un des cylindres du moteur et de faire fonctionner le moteur sur les seuls cylindres restants, c'est-à-dire de faire produire le couple 3058472 2 moteur par ces seuls cylindres. La déconnexion des cylindres est réalisée par la mise hors service des soupapes d'admission et d'échappement des gaz. Dans le cas d'un moteur suralimenté par turbocompresseur, la phase de déconnexion des cylindres entraîne un certain temps de réponse du turbo- compresseur avant que celui-ci n'atteigne sa vitesse de rotation nécessaire pour rétablir le même niveau de couple moteur qu'avec tous les cylindres avant déconnexion, ce qui entraîne une chute de couple, qui est préjudiciable à l'agrément du véhicule. Si les limites de fonctionnement du moteur ne sont pas atteintes (richesse inférieure à la richesse maximale admissible, avances à l'injection ou à l'allumage inférieures à l'avance maximale, etc.), cette chute de couple peut alors être compensée, par exemple en augmentant temporairement la richesse, mais au prix d'une consommation et d'émissions polluantes accrues. Par contre, si les limites de fonctionnement du moteur sont atteintes, le mécanisme de déconnexion de cylindres ne peut tout simplement pas être utilisé, sauf à ce que la chute de couple, dite aussi trou de couple, soit ressentie par le conducteur (sous forme d'à coups), ce qui n'est pas souhaitable. Autrement dit, en raison de l'inertie du système de suralimentation par turbocompresseur, la déconnexion des cylindres ne peut pas être opérée dans toutes les plages de fonctionnement du moteur, mais seulement dans celles qui permettent de compenser la chute de couple lié au temps de réponse du turbocompresseur pendant le suivi de la consigne de pression de suralimentation permettant de retrouver le niveau de couple moteur précédant la déconnexion, sachant qu'une telle compensation se traduit par des pics d'émission de polluants et de consommation, qui sont néfastes au respect des normes anti-pollution. Aussi, il existe un besoin pour optimiser l'utilisation du mécanisme de déconnexion des cylindres dans un moteur suralimenté par turbocompresseur et ce, sans dégradation de la consommation du moteur et sans émission de polluants supplémentaires. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que en ce qu'il comprend : 3058472 3 - la prévision d'un compresseur additionnel en série avec le compresseur du turbocompresseur, - l'activation du compresseur additionnel au moment de la déconnexion des cylindres, et 5 - la régulation de la pression de suralimentation à partir de la deuxième consigne de pression de suralimentation, en agissant simultanément sur une commande du compresseur additionnel. Avantageusement, on active le compresseur additionnel jusqu'à son régime de rotation maximal au moment de la déconnexion des cylindres. 10 Avantageusement, le compresseur additionnel est désactivé et court- circuité lorsque la pression de suralimentation atteint la deuxième consigne de pression de suralimentation. De préférence, la valeur de couple moteur avant la déconnexion d'une partie des cylindres est déterminée à partir d'une cartographie de la consigne 15 de pression de suralimentation dans un mode de fonctionnement du moteur avec tous les cylindres connectés, ladite cartographie étant établie en fonction du régime de rotation du moteur et du couple moteur. De préférence, la deuxième consigne de pression de suralimentation est déterminée à partir d'une cartographie de la consigne de pression de 20 suralimentation dans un mode de fonctionnement du moteur avec une partie des cylindres déconnectés, ladite cartographie étant établie en fonction du régime de rotation du moteur et du couple moteur. l'invention concerne également un moteur thermique suralimenté, le moteur comprenant des cylindres de combustion associés à un mécanisme de 25 déconnexion de cylindres, et un turbocompresseur composé d'une turbine entraînée par les gaz d'échappement à la sortie des cylindres et d'un compresseur couplé en rotation à la turbine afin d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur, le moteur comprenant en outre un compresseur additionnel en série avec le compresseur du turbocompresseur et 30 une unité de commande électronique adaptée à mettre en oeuvre le procédé tel que décrit ci-dessus. Avantageusement, le compresseur additionnel est un compresseur électrique. 3058472 4 L'invention concerne encore un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur tel que décrit ci-dessus. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, donnée à titre indicatif mais non limitatif, en 5 référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre de façon schématique un exemple d'architecture de moteur diesel, sur lequel le procédé de commande de l'invention peut être mise en oeuvre ; - la figure 2 est un organigramme décrivant le procédé de commande 10 selon l'invention. - les figures 3 et 4 illustrent un exemple de fonctionnement du système de suralimentation avec et sans mise en oeuvre du procédé de commande de l'invention. La figure 1 illustre un moteur thermique 1 suralimenté, de type à quatre 15 cylindres de combustion 10, 12, 14, 16 en ligne dans l'exemple illustré. Les cylindres du moteur sont associés à un mécanisme de déconnexion de cylindre qui peut être activé pour déconnecter au moins un cylindre sur quatre, par exemple deux cylindres. Les cylindres déconnectés voient leurs soupapes d'admission et d'échappement fermées et celles-ci ne sont donc plus 20 traversées par aucun flux de gaz. Quant aux cylindres non déconnectés demeurant actifs, ils doivent produire un couple plus important et donc requièrent un débit plus important de gaz à l'admission, ce qui nécessite d'augmenter la pression à l'admission. Le moteur 1 comporte un circuit d'admission de gaz d'admission 2 comprenant d'amont en aval (par rapport au 25 sens d'écoulement des gaz) : un filtre à air 20, un compresseur 21 de turbocompresseur, dit compresseur principal, qui aspire l'air ambiant à la pression atmosphérique et l'envoie sous pression à l'admission du moteur, un refroidisseur d'air suralimenté 22 ( ou R.A.S.), un volet d'admission 23, tel que par exemple un boîtier papillon dans le cas d'un moteur essence, et un 30 répartiteur d'admission ou collecteur d'admission 24 relié à une entrée d'admission des cylindres. Par ailleurs, le moteur 1 dispose également d'un circuit d'échappement 3 relié à une sortie d'échappement des cylindres du moteur, comportant d'amont 3058472 5 en aval (par rapport au sens d'écoulement des gaz) : un collecteur d'échappement 30, une turbine 31 de turbocompresseur, un ou plusieurs systèmes de post-traitement des gaz d'échappement 32, et une sortie d'échappement 37 munie d'un volet d'échappement 38. Par exemple, le 5 système de post-traitement des gaz d'échappement 32 comprend un catalyseur 320 et un filtre à particules 321 situé juste après le catalyseur. Il peut également comprendre un piège à oxydes d'azote (NOx). La turbine 31 de turbocompresseur est couplée en rotation au compresseur principal 21 par l'intermédiaire d'un arbre de transmission, et 10 permet d'entraîner le compresseur principal 21 en rotation lorsque la turbine 31 de turbocompresseur est entraînée en rotation par les gaz d'échappement sortant du collecteur d'échappement 30. La turbine 31 est par exemple à géométrie variable. Elle comporte des ailettes mobiles à orientation variable 310 au niveau de l'entrée de la turbine, 15 permettant de modifier la géométrie de la turbine de façon à influer sur l'écoulement des gaz d'échappement sur la turbine 31. Un actionneur (non représenté) est utilisé pour commander l'orientation des ailettes 310 de la turbine. Les ailettes 310 peuvent être commandées dans différents états de fermeture de façon à modifier (diminuer ou augmenter) la section de passage 20 des gaz d'échappement vers la turbine 31 et ainsi moduler la puissance fournie par les gaz d'échappement à la turbine 31. Les signaux de commande de cet actionneur sont fournis par une unité de commande électronique du moteur, par exemple un calculateur (non représenté), de façon à asservir la pression de suralimentation régnant dans le 25 collecteur d'admission. La valeur de la consigne de la pression dans le collecteur est calculée par l'unité de commande électronique. La valeur réelle de la pression Pcol est mesurée au moyen d'un capteur de pression placé dans le collecteur d'admission 24. Ici, le moteur 1 comporte également un circuit 33 de recirculation des gaz 30 d'échappement à haute pression, depuis le circuit d'échappement 3 vers le circuit d'admission 2. Ce circuit de recirculation est communément appelée circuit EGR-HP, conformément à l'acronyme anglo-saxon de « Exhaust Gaz Recirculation - High Pressure ». Il comprend une entrée qui prend naissance 3058472 6 dans le circuit d'échappement 3, entre le collecteur d'échappement 30 et la turbine 31, et une sortie qui débouche dans le circuit d'admission 2, entre le volet d'admission 23 et le collecteur d'admission 24. Ce circuit EGR-HP 33 permet de prélever une partie des gaz circulant 5 dans le circuit d'échappement 3 et de les réinjecter dans les cylindres du moteur afin de réduire les émissions polluantes du moteur, plus particulièrement les émissions d'oxydes d'azote. Ce circuit EGR-HP 33 comporte une vanne EGR-HP 34 pour régler le débit de gaz EGR débouchant dans le répartiteur d'admission 24. 10 En complément, ce circuit EGR-HP 33 est ici complété par un circuit 35 de recirculation des gaz d'échappement à basse pression, communément appelé circuit EGR-LP conformément à l'acronyme anglo-saxon de « Exhaust Gaz Recirculation - Low Pressure ». Ce circuit EGR-LP prend naissance dans le circuit d'échappement 3, à la sortie du système de post-traitement 32, et 15 débouche dans le circuit d'admission 2, entre le filtre à air 20 et le compresseur principal 21. Ce circuit EGR-LP 35 comporte une vanne EGR-LP 36 pour régler le débit de gaz EGR débouchant dans le circuit d'admission 2. Conformément à l'invention, le moteur thermique comprend également un compresseur additionnel 25, disposé dans le circuit d'admission 2 en série 20 avec le compresseur principal 21. Selon l'exemple de la figure 1, le compresseur additionnel 25 est disposé en aval du compresseur principal 21. En variante, il pourrait être disposé en amont du compresseur principal 21 dans le circuit d'admission. Le compresseur additionnel 25 placé en aval du compresseur principal 25 21, est ici de préférence un compresseur électrique entraîné en rotation au moyen d'un moteur électrique (non représenté). En variante, il pourrait également s'agir d'un compresseur mécanique. Contrairement au turbocompresseur, le fonctionnement du compresseur additionnel est indépendant des gaz d'échappement et permet de fournir de l'air en grande 30 quantité à l'admission quel que soit le niveau de charge du moteur et notamment à faible charge et à bas régimes. Ce compresseur additionnel présente une entrée 26 et une sortie 27, ladite entrée 26 étant reliée dans le circuit d'admission d'air 2 en aval du 3058472 7 compresseur principal 21, soit à la sortie de ce dernier, selon l'exemple de la figure 1, et ladite sortie 27 débouchant en amont du refroidisseur à air 22. Le compresseur additionnel 25 peut être associé un conduit de dérivation 28 du circuit d'admission s'étendant entre l'entrée 26 et la sortie 27 du 5 compresseur additionnel 25 et dans lequel est disposée une vanne de dérivation 29. Ainsi, lorsque le compresseur additionnel 25 est désactivé, en commandant l'ouverture de la vanne de dérivation 29, on court-circuite le compresseur additionnel 25. Par contre, lorsque le compresseur additionnel 25 est activé, la vanne de dérivation 29 est fermée et l'air ayant fait l'objet d'une 10 première compression dans le compresseur principal 21, subit d'une seconde compression dans le compresseur additionnel 25. L'unité de commande électronique met en oeuvre le procédé de commande, qui va maintenant être décrit en référence à la figure 2, utilisé pour régler la pression de suralimentation lors d'une phase de déconnexion des 15 cylindres, par exemple lorsque le moteur passe d'un fonctionnement à quatre cylindres vers un fonctionnement à deux cylindres. Dans une étape EO, on détermine tout d'abord la valeur du couple moteur demandé avant la déconnexion des cylindres. Cette valeur de couple moteur correspond à une valeur de consigne de pression suralimentation Psural(4) à 20 partir de laquelle la pression de suralimentation est régulée dans le mode de fonctionnement du moteur à quatre cylindres, soit avec tous les cylindres activés. La valeur de la consigne de la pression de suralimentation peut être cartographiée en fonction du régime de rotation du moteur et du couple moteur. 25 Cette cartographie de la consigne de pression de suralimentation dans le mode de fonctionnement du moteur à quatre cylindres, soit avec tous les cylindres connectés, est stockée dans l'unité de commande électronique et est utilisée en tant que paramètre P1 de caractérisation du moteur. Connaissant le régime moteur et la pression de suralimentation, on détermine la valeur du couple 30 demandé avant la déconnexion des cylindres. Dans une étape E1, l'unité de commande électronique du moteur commande la déconnexion de deux cylindres via le mécanisme de déconnexion des cylindres, moyennant quoi le moteur passe du mode de 3058472 8 fonctionnement à quatre cylindres à un mode de fonctionnement à deux cylindres. Au moment de la déconnexion des deux cylindres, l'unité de commande électronique du moteur commande, dans une étape E3, l'activation du 5 compresseur électrique 25, qui est donc mis en fonctionnement. On régule alors la pression de suralimentation en agissant simultanément sur la commande du turbocompresseur et sur la commande du compresseur additionnel de manière à permettre de supprimer le temps de réponse pour atteindre une valeur de consigne de pression de suralimentation Psural(2) 10 nécessaire pour réaliser le même couple moteur dans le mode de fonctionnement à deux cylindres que celui qui est réalisé dans le mode de fonctionnement à quatre cylindres, comme déterminé à l'étape EO. La consigne de pression de suralimentation Psural(2) à atteindre dans le mode de fonctionnement à deux cylindres peut également être cartographiée 15 en fonction du régime de rotation du moteur et du couple moteur. Cette cartographie de la consigne de pression de suralimentation dans le mode de fonctionnement du moteur à deux cylindres, soit avec deux cylindres déconnectés, est stockée dans l'unité de commande électronique et est utilisé en tant que paramètre P2 de caractérisation du moteur. Connaissant le régime 20 moteur et le couple moteur demandé avant la déconnexion des cylindres, comme déterminé à l'étape EO, on détermine la valeur de la consigne de pression de suralimentation Psural(2) à atteindre pour réaliser ce couple dans le mode à deux cylindres et on régule la pression de suralimentation à partir de cette consigne de pression par la commande simultanément du 25 turbocompresseur et du compresseur additionnel. Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de fonctionnement du système de suralimentation avec et sans mise en oeuvre du procédé de commande de l'invention. La figure 3 illustre plus précisément l'évolution du régime du turbocompresseur en fonction du temps lors d'une phase de déconnexion des 30 cylindres et la figure 4 illustre l'évolution de la pression de suralimentation en fonction du temps au cours de cette même phase. Comme illustré à la figure 3, sans le procédé de commande de l'invention, lors du passage d'un mode de fonctionnement du moteur de quatre à deux 3058472 9 cylindres après la déconnexion de deux cylindres, le régime du turbocompresseur qui est de 40 000 tr/min dans le mode de fonctionnement à quatre cylindres selon l'exemple, va mettre environ 2,5 secondes pour atteindre le régime de 100000 tr/min, nécessaire pour atteindre la consigne de 5 pression permettant de réaliser le même niveau de couple avec deux cylindres au lieu de quatre cylindres avant la déconnexion. Comme illustré à la figure 4, il en résulte un temps de réponse lors du suivi de la consigne de pression de suralimentation Psural(2), qui va également mettre 2.5 secondes avant d'atteindre la valeur de 1,8 bar io nécessaire selon l'exemple pour réaliser le même couple qu'avec quatre cylindres. Ce temps de réponse est dû à l'inertie du turbocompresseur qui ne permet pas de réagir instantanément. Ce temps de réponse va se traduire soit par un creux de couple néfaste pour l'agrément de conduite, soit par la nécessité d'augmenter la richesse du moteur pour compenser ce creux de 15 couple. Avec le procédé de commande de l'invention, quand le moteur passe d'un fonctionnement à quatre cylindres vers un fonctionnement à deux cylindres, le compresseur électrique est activé. Le compresseur électrique, a un temps de réponse très court, ce qui lui permet de compenser l'inertie du 20 turbocompresseur et de quasiment éliminer le temps de réponse du système de suralimentation pour atteindre la valeur de consigne de pression de suralimentation Psural(2) nécessaire pour réaliser le même couple avec deux cylindres qu'avec quatre cylindres. De ce fait, la pression de suralimentation augmente quasiment instantanément vers la valeur de 1 ,813ar nécessaire pour 25 réaliser le même couple qu'avec quatre cylindres. La quasi absence de temps de réponse du système de suralimentation permet ainsi d'éviter une chute brutale de couple, qui pourra être totalement compensé par l'activation du compresseur électrique sans dégradation de la consommation du moteur et sans émission de polluants supplémentaires. 30 Avant la déconnexion des deux cylindres pour le passage du mode de fonctionnement à quatre cylindres vers le mode de fonctionnement à deux cylindres, le compresseur additionnel est en veille, avec un régime de rotation proche de 0 tr/min, par exemple fixé autour de 10 000 tr/min. Au moment de la 3058472 10 déconnexion des deux cylindres, le compresseur additionnel est activé et sa commande consiste à activer le compresseur additionnel jusqu'à son régime de rotation maximal, par exemple aux environs de 70 000 tr/min. Dans une étape E4, une fois ce régime atteint par le compresseur 5 additionnel, et une fois la consigne de pression Psural(2) atteinte pour réaliser le couple moteur demandé avant la déconnexion, le compresseur additionnel est désactivé et court-circuité. La pression de suralimentation est alors assurée par le turbocompresseur, de même que la régulation de cette pression autour de la consigne de pression Psural(2). 10 Grâce au procédé de commande de l'invention, la chute de couple inhérente à l'inertie du turbocompresseur au moment de la déconnexion d'une partie des cylindres du moteur, peut être compensé par la mise en action du compresseur additionnel, de sorte qu'il n'y a quasiment plus de limitation par la richesse maximale admissible. Lorsque le procédé de commande est mis en 15 oeuvre, la richesse dans les cylindres ne varie quasiment pas au moment de la déconnexion des cylindres. Le procédé de l'invention permet donc d'étendre l'utilisation du mécanisme de déconnexion des cylindres à des niveaux de régime et de charge plus élevés, ce qui permet d'obtenir des gains de consommation plus importants. 20 REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un moteur thermique suralimenté (1), le moteur comprenant des cylindres de combustion (10, 12, 14, 16) associés à un mécanisme de déconnexion de cylindres, et un turbocompresseur composé d'une turbine (31) entraînée par les gaz d'échappement en sortie des cylindres et d'un compresseur (21) couplé en rotation à la turbine afin d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur, le procédé comprenant des étapes de : détermination (E0) d'une valeur de couple moteur avant la déconnexion d'une partie des cylindres, ladite valeur de couple moteur correspondant à une première consigne de pression de suralimentation (psural(4)) à partir de laquelle est régulée la pression de suralimentation dans un collecteur d'admission relié aux cylindres ; déconnexion (El ) d'une partie des cylindres au moyen du mécanisme de déconnexion de cylindres, régulation de la pression de suralimentation en agissant sur une commande du turbocompresseur, à partir d'une deuxième consigne de pression de suralimentation (Psural(2)) nécessaire pour atteindre ladite valeur de couple moteur déterminée avant la déconnexion de ladite partie des cylindres, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend : la prévision d'un compresseur additionnel (25) en série avec le compresseur du turbocompresseur, l'activation (E2) du compresseur additionnel au moment de la déconnexion des cylindres, et la régulation (E3) de la pression de suralimentation à partir de la deuxième consigne de pression de suralimentation (Psural(2)), en agissant simultanément sur une commande du compresseur additionnel. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on active le compresseur additionnel (25) jusqu'à son régime de rotation maximal au moment de la déconnexion des cylindres. 3058472 12 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le compresseur additionnel est désactivé et court-circuité lorsque la pression de suralimentation atteint la deuxième consigne de pression de suralimentation (Psural(2)). 5 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur de couple moteur avant la déconnexion d'une partie des cylindres est déterminée à partir d'une cartographie de la consigne de pression de suralimentation dans un mode de fonctionnement du moteur avec tous les cylindres connectés, ladite cartographie étant établie en fonction 10 du régime de rotation du moteur et du couple moteur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième consigne de pression de suralimentation (Psural(2)) est déterminée à partir d'une cartographie de la consigne de pression de suralimentation dans un mode de fonctionnement du moteur avec 15 une partie des cylindres déconnectés, ladite cartographie étant établie en fonction du régime de rotation du moteur et du couple moteur. 6. Moteur thermique suralimenté (1), le moteur comprenant des cylindres de combustion (10, 12, 14, 16) associés à un mécanisme de déconnexion de cylindres, et un turbocompresseur composé d'une turbine (31) 20 entraînée par les gaz d'échappement à la sortie des cylindres et d'un compresseur (21) couplé en rotation à la turbine afin d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur, le moteur comprenant en outre un compresseur additionnel (25) en série avec le compresseur du turbocompresseur et une unité de commande électronique adaptée à mettre en 25 oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le compresseur additionnel est un compresseur électrique. 8. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur selon la revendication 6 ou 7. 30