Brevet FR3068090A1 — publié le 20181228

PROCEDE DE DETECTION D'UTILISATION EN ZONE DE POMPAGE D'UN COMPRESSEUR ELECTRIQUE ET COMPRESSEUR ELECTRIQUE ASSOCIE La présente invention concerne le domaine des compresseurs électriques, et plus particulièrement un procédé de détection d'utilisation d'un compresseur électrique en zone de pompage et le compresseur électrique associé. Dans le cadre de l'invention, un compresseur électrique est un dispositif, utilisé pour suralimenter un moteur à combustion essence, Diesel, gaz, éthanol, ou à pile à combustible, fonctionnant avec un moteur électrique. Plus précisément, le compresseur comporte une roue de compresseur entrainée par un moteur électrique. Le compresseur électrique est placé sur la ligne d'admission d'air d'un moteur à combustion. Le compresseur électrique joue le même rôle que le turbocompresseur, à savoir augmenter la pression d'admission des gaz dans le moteur. L'utilisation du compresseur électrique est envisagée pour différents besoins, allant de l'amélioration du temps de réponse global de la boucle d'air moteur à l'augmentation du couple maximal moteur voire de la puissance spécifique d'un moteur thermique, en passant par l'amélioration de la dépollution ou encore le réchauffement des gaz admis dans des conditions froides. Durant certaines phases d'utilisation du moteur à combustion, par exemple phases de levé de pied consécutives à une utilisation du compresseur ou demande de compression à faible débits d'air, le point de fonctionnement du compresseur se déplace en zone de pompage. Cette zone de pompage est caractérisée par de faibles débits d'air et un fort rapport de compression. Cette zone représente une région d'instabilité des débits. En effet, dans cette zone, les forts gradients de pression entre l'entrée de la roue du compresseur et l'entrée de la volute, associés à de faibles débits d'air, entraînent des décollements aérodynamiques sur les pales du compresseur impliquant des retours de débit inhibant la fonction compression. Ces retours de débit permettent ensuite le ré équilibrage des pressions qui assure à nouveau la fonction compression. On observe alors 2 un phénomène périodique de variation de pression et de débit au niveau du compresseur provoquant une instabilité du système. Notamment, l'utilisation du compresseur dans la zone de pompage entraine : une dégradation de la fonction principale du produit, 5 une puissance consommée instable sur le réseau électrique alimentant le compresseur, un sur-échauffement local de la partie mécanique du compresseur dépassant les limites admissibles, - des dommages irréversibles sur l'axe et les roulements du compresseur. 10 Il n'existe actuellement aucun moyen, ni consigne pour s'assurer que le compresseur n'est pas utilisé dans la zone de pompage La présente invention a donc pour objet de pallier un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur. Pour cela la présente invention propose un procédé de détection d'utilisation d'un 15 compresseur électrique dans une zone de pompage comprenant les étapes de : - mesurer une valeur d'un paramètre physique influencé par la variation de débit et de pression au niveau du compresseur, - comparer la valeur mesurée à une valeur seuil qui défini l'entrée de l'utilisation du compresseur en zone de pompage. 20 Selon un mode de réalisation de l'invention, la valeur mesurée est la valeur du couple de consigne. Selon un mode de réalisation de l'invention, la valeur mesurée est la valeur de la vitesse de rotation mesurée de la roue. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comporte une étape 25 permettant de ne plus utiliser le compresseur en zone de pompage. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé curatif consiste à demander une modification de la vitesse du compresseur. 3 Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé curatif consiste à arrêter la charge du compresseur. L'invention concerne également, un compresseur électrique comportant des moyens permettant de mettre en oeuvre le procédé de détection selon l'invention. 5 L'invention concerne également, l'utilisation du compresseur selon l'invention, dans un moteur thermique ou une pile à combustible. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles : 10 - la figure 1 est une représentation graphique des résultats des oscillations sur courant et débit d'air mesuré pour un compresseur utilisé en zone de pompage, - la figure 2 est une représentation graphique des résultats oscillations sur un couple consigne pour un compresseur utilisé en zone de pompage, - la figure 3 est une représentation schématique d'un procédé selon l'invention. 15 La présente invention concerne un procédé permettant de détecter une utilisation d'un compresseur électrique en zone de pompage, et par conséquent d'empêcher cette utilisation en zone de pompage, et le compresseur associé. Dans le cadre de l'invention, la zone de pompage est celle telle que définie plus 20 haut. Cette zone est donc une zone caractérisée par de faibles débits d'air et un fort rapport de compression, et dans laquelle on observe un phénomène périodique de variation de pression et de débit au niveau du compresseur provoquant une instabilité du système. Dans le cadre de l'invention, on entend par compresseur électrique, un compresseur d'air, volumétrique ou non et par exemple centrifuge ou radial, entraîné par 25 un moteur électrique, dans le but de suralimenter un moteur thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur asynchrone à courant continue ou alternatif. 4 Le compresseur électrique comporte une roue entrainée en rotation par son moteur électrique via un arbre et des moyens d'entrainement comportant par exemple des roulements. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à 5 reluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Reluctance Motor selon la terminologie anglaise). Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le moteur électrique est un moteur à aimant permanent. Le procédé (100) selon l'invention, illustré figure 3, consiste à déterminer si 10 l'utilisation du compresseur se fait en zone de pompage en vérifiant au moins une valeur d'un paramètre physique prédéfini qui varie en fonction de la charge du compresseur électrique. Plus précisément, le procédé (100) consiste à mesurer (101) une valeur d'un paramètre physique influencé par la variation de débit et de pression au niveau du 15 compresseur. Ce procédé permet de déterminer si la ligne, c'est-à-dire le début, de la zone de pompage a été atteinte ou dépassée en analysant une valeur physique accessible par le compresseur. Lorsque le compresseur est utilisé en zone de pompage, des oscillations de cette 20 valeur physique apparaissent. Le procédé de détection de l'utilisation du compresseur en zone de pompage effectue donc une analyse fréquentielle des caractéristiques de cette valeur physique à vitesse constante ou à variation lente afin de déterminer si la limite de pompage est atteinte. Selon une variante de l'invention, le paramètre physique est la valeur de la 25 consigne de couple. Par exemple, la valeur de la consigne de couple par le contrôleur implémenté dans la boucle de régulation de la vitesse représente directement le couple réel appliqué par le 5 moteur. Lorsque la vitesse réelle a convergé vers la vitesse consigne, ce couple demandé représente la charge appliquée au compresseur. Selon une variante de l'invention, le paramètre physique est la vitesse de rotation mesurée de la roue. 5 Selon une variante de l'invention, le paramètre physique est la valeur du couple demandé et la vitesse de rotation mesurée de la roue. Ainsi le procédé (100) selon l'invention consiste à mesurer une valeur d'un paramètre physique qui varie en fonction de la charge du compresseur électrique et est associé à l'utilisation du compresseur en début de zone de pompage. 10 La valeur mesurée est ensuite comparée (102) à une valeur seuil de la consigne de couple et/ou de la vitesse qui défini l'entrée de l'utilisation du compresseur en zone de pompage. Si la valeur mesurée est supérieure à la valeur seuil, Il est ainsi possible de dire que l'utilisation se fait en zone de pompage. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé de détection de l'utilisation du compresseur en zone de pompage est associée à au moins un procédé (103) curatif ou tout autre procédé permettant de ne plus utiliser le compresseur en zone de pompage et d'éviter sa détérioration prématurée voire sa destruction. Ce procédé (103) curatif est mise en oeuvre à partir du moment où la valeur 20 mesurée dépasse la valeur seuil. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé curatif consiste à arrêter la charge du compresseur. Selon un mode de réalisation, le procédé curatif consiste à réduire la vitesse du compresseur. 25 Ainsi, le procédé selon l'invention permet d'une part d'identifier si le compresseur est utilisé dans des conditions non souhaitées et potentiellement destructrices pour le composant, et d'autre part de mettre en place des stratégies complémentaires 6 permettant de protéger le compresseur et d'éviter sa détérioration prématurée voire sa destruction. L'ensemble des mesures se fait par des moyens tels que des capteurs reliés à l'électronique du compresseur électrique, permettant ainsi ensuite une analyse et des 5 comparaisons à la valeur seuil. Le compresseur électrique utilisé dans le cadre de l'invention comporte ainsi des moyens de mesure de la valeur du paramètre physique et des moyens d'analyse de cette valeur. Le compresseur comporte également des moyens de stockage de la valeur seuil, 10 permettant par comparaison avec la valeur mesurée de déterminer si l'utilisation du compresseur se fait dans la zone de pompage. Selon un mode de réalisation de l'invention, le compresseur comporte des moyens de mise en oeuvre de la stratégie curative. Par exemple, le compresseur comporte des moyens permettant de commander une modification de la vitesse du compresseur ou 15 l'arrêt de la charge du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de commande sont intégrés à l'électronique du compresseur. Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens de commande sont des moyens de l'unité de contrôle du véhicule. 20 Une étude sur banc de test aéraulique a été effectuée avec un compresseur électrique afin de caractériser le phénomène de pompage et d'évaluer l'impact d'une utilisation dans cette zone de pompage sur les différentes variables et grandeurs physiques du compresseur. Le banc consiste en un compresseur intégré dans une ligne d'air dont les extrémités sont placées aux conditions de la cellule de tests. Un restricteur 25 placé dans la ligne d'air en aval du compresseur permet de réguler le débit d'air et ainsi positionner l'utilisation du compresseur en zone de pompage. 7 De plus, des variations de vitesse de la roue du compresseur et des variations de la distance du restricteur au compresseur ont été effectuées afin d'identifier l'impact de ces conditions sur le comportement de l'utilisation du compresseur en zone de pompage. Les résultats des tests, illustrés figures 1 et 2, ont permis de mettre en évidence les 5 éléments suivants : - l'utilisation du compresseur en zone de pompage entraîne des oscillations sur le régime de la roue, la pression et le débit traversant le compresseur. - l'utilisation du compresseur en zone de pompage implique des oscillations sur le couple consigne pour réguler le régime, dont l'amplitude et la fréquence dépendent 10 de paramètres identifiés et compris (régime, distance du restricteur) Ces résultats illustrent l'efficacité d'un procédé de détection de l'utilisation du compresseur en zone de pompage basé sur l'analyse du couple consigne du compresseur notamment en termes d'amplitude et de fréquence permet la réalisation. De plus, cette stratégie permet de prendre en compte le régime mesuré ainsi que 15 l'architecture de la boucle d'air du moteur à combustion interne pour une calibration adéquate. La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes 20 de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, REVENDICATIONS1. Procédé (100) de détection d'utilisation d'un compresseur électrique dans une zone de pompage comprenant les étapes de : - mesurer une valeur d'un paramètre physique influencé par la variation de débit et de pression au niveau du compresseur, - comparer la valeur mesurée à une valeur seuil qui défini l'entrée de l'utilisation du compresseur en zone de pompage. 2. Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel la valeur mesurée est la valeur du couple de consigne. 3. Procédé (100) selon la revendication 1, dans lequel la valeur mesurée est la valeur de la vitesse de rotation mesurée de la roue. 4. Procédé (100) selon une des revendications 1 à 3, associée à au moins un procédé (103) curatif permettant de ne plus utiliser le compresseur en zone de pompage et d'éviter sa détérioration prématurée voire sa destruction.. 5. Procédé (100) selon la revendication 4, dans lequel le procédé curatif consiste à demander une modification de la vitesse du compresseur. 6. Procédé (100) selon la revendication 4, le procédé curatif consiste à arrêter la charge du compresseur. 7. Compresseur électrique comportant des moyens permettant de mettre en oeuvre le procédé de détection selon une des revendications 1 à 6. 8. Utilisation du compresseur selon la revendication 7, dans un moteur thermique ou une pile à combustible.25