Brevet FR3111946A1 — publié le 20211231

Procédé de pilotage d'un moteur de véhicule automobile équipé d'un turbocompresseur (20) comprenant une turbine (21) et un compresseur (22), la turbine (21) présentant un ratio de détente prédéterminé, le procédé de pilotage comprenant les étapes consistant à : - estimer une pression aval turbine (P4) en sortie de turbine (21), - calculer une pression amont turbine (P3) en entrée de turbine (21), en multipliant la pression aval turbine (P4) par le ratio de détente prédéterminé, - piloter le fonctionnement du turbocompresseur (20) en fonction de la pression amont turbine (P3) calculée. Fig. 2 PROCEDE DE PILOTAGE D’UN MOTEUR DE VEHICULE EQUIPE D’UN TURBOCOMPRESSEUR Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale le pilotage d’un moteur thermique (autrement appelé moteur à combustion interne) d’un véhicule automobile, dans le cas où ce moteur est équipé d’un turbocompresseur. État de la technique Il est connu dans l’art antérieur des dispositifs et des procédés de pilotage d’un moteur équipé d’un turbocompresseur (c'est-à-dire une turbine placée dans le trajet des gaz d’échappement accouplée à un compresseur placé dans le trajet des gaz d’admission), comme le décrit par exemple le document US2015204257A1. En contrepartie, le système présenté dans ce document est complexe, et il requiert par exemple des capteurs de pression pour mesurer une pression d’échappement en amont de la turbine, ce qui rend le système complexe. En effet, une telle mise en œuvre requiert un capteur résistant à de hautes températures, ce qui augmente les coûts et peut réduire la fiabilité du système global. Par ailleurs, il est connu d’estimer la pression en amont de la turbine en prédisant un débit de gaz d’échappement (sur la base par exemple d’une vitesse de rotation du moteur de véhicule, d’une position ou une levée d’ouverture des soupapes, d’une quantité de carburant consommée…), mais cette méthode peut conduire à des écarts avec la réalité, notamment en régime transitoire, et même en régime établi, si bien que le fonctionnement du turbocompresseur et son pilotage peuvent être imprécis. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l’art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un procédé de pilotage d’un moteur de véhicule équipé d’un turbocompresseur qui ne nécessite pas de nombreux capteurs, et qui permet toutefois de prédire de manière fiable la pression qui règne en amont de la turbine pour piloter de manière adéquate le fonctionnement du turbocompresseur et donc du moteur du véhicule. Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un procédé de pilotage d'un moteur de véhicule automobile équipé d'un turbocompresseur comprenant une turbine et un compresseur, la turbine présentant un ratio de détente prédéterminé, le procédé de pilotage comprenant les étapes consistant à : - estimer une pression aval turbine en sortie de turbine, - calculer une pression amont turbine en entrée de turbine, en multipliant la pression aval turbine par le ratio de détente prédéterminé, - piloter le fonctionnement du turbocompresseur en fonction de la pression amont turbine calculée. Le précédé selon la mise en œuvre ci-dessus permet de calculer la pression en amont de la turbine de manière simple, c'est-à-dire en multipliant la pression en aval de la turbine par un ratio de détente (un taux de détente défini par le quotient de la pression en amont de la turbine par la pression en aval de la turbine : PiT = P3/P4), qui est par essence lié à la structure de la turbine et donc connu. La pression en aval de la turbine étant plus facile à estimer de manière fiable, le fonctionnement du turbocompresseur et son pilotage sont plus précis. De plus, il n’y a pas besoin de rajouter un capteur de pression en amont de la turbine, ce qui limite la complexité et les coûts. Avantageusement, le moteur de véhicule comprend une vanne de décharge de la turbine, et l'étape consistant à piloter le fonctionnement du turbocompresseur comprend une étape consistant à piloter une ouverture/fermeture de la vanne de décharge de la turbine. Autrement dit, la pression amont turbine est calculée pour permettre ensuite de piloter une ouverture et/ou éventuellement une fermeture de la vanne de décharge de la turbine. Une vanne de décharge de la turbine est aussi appelée « waste gate » en langue anglaise. Avantageusement, la vanne de décharge de la turbine est du type à commande pneumatique, et l'étape consistant à piloter une ouverture/fermeture de la vanne de décharge de la turbine comprend : - le calcul d’une pression de consigne poumon à appliquer sur une membrane de la vanne de décharge de la turbine pour ouvrir la vanne de décharge de la turbine, - la régulation de la pression appliquée sur la membrane de la vanne de décharge de la turbine pour appliquer la pression de consigne poumon. C’est la pression appliquée sur la membrane de la vanne de décharge de la turbine qui déplace un piston qui obture normalement le circuit de décharge. La pression appliquée sur la membrane peut être ajustée à l’aide d’un solénoïde par exemple, et permet de déplacer d’une certaine course le piston, afin d'ouvrir la vanne de décharge d'une certaine valeur. Avantageusement, la vanne de décharge de la turbine est du type à commande électrique, et l'étape consistant à piloter une ouverture/fermeture de la vanne de décharge de la turbine comprend : - le calcul d’une ouverture à appliquer à la vanne de décharge de la turbine, - la commande d’un actionneur électrique pour appliquer l’ouverture calculée à la vanne de décharge de la turbine. L’actionneur électrique comprend typiquement un moteur pas à pas, et un mécanisme de liaison avec un piston qui en se déplaçant d’une certaine course permet d'ouvrir la vanne de décharge d'une certaine valeur jusqu’à la pleine ouverture. Avantageusement, la pression amont turbine calculée permet de calculer la taille de l’orifice de fuite à imposer au circuit de décharge pour ajuster le débit traversant la turbine, et donc la rotation de la turbine qui entraîne le compresseur. Cela permet de garantir une pression et/ou un débit de suralimentation précis et sécurisé. Avantageusement, le calcul de la pression amont turbine est réalisé de manière continue indépendamment du mode de pilotage du turbo et reste cohérent quelles que soient les situations de vie rencontrées. Ainsi lorsque le turbo est piloté ouvert, la pression amont turbine calculée sera quasiment égale à la pression aval turbine par le fait que l’on demandera une consigne de taux de détente proche de 1. En d'autres termes, le calcul de la pression amont turbine utilise : - un ratio de détente prédéterminé qui est le taux de détente physique de la turbine, lorsque la vanne de décharge est fermée - un ratio de détente prédéterminé calculé en pondérant le taux de détente physique de la turbine avec un taux d'ouverture de la vanne de décharge lorsque cette dernière est ouverte au moins partiellement, et qui va tendre vers 1 lorsque la vanne de décharge est complètement ouverte. Avantageusement, le véhicule comprend un capteur de pression atmosphérique, et l’étape consistant à estimer la pression aval turbine en sortie de turbine comprend une étape consistant à mesurer une pression atmosphérique. Un tel capteur de pression atmosphérique est typiquement déjà prévu dans un moteur de véhicule à turbocompresseur, pour calculer / ajuster par exemple une pression de suralimentation. L’utilisation de ce capteur préexistant aux fins de calculer la pression aval turbine n’augmente pas les coûts. Avantageusement, le véhicule comprend une ligne d’échappement, et l’étape consistant à estimer la pression aval turbine en sortie de turbine comprend une étape préliminaire consistant à estimer les pertes de charge d’au moins une partie de la ligne d’échappement, et de préférence les pertes de charge de la partie de la ligne d’échappement comprise entre la turbine et la sortie d’échappement. L’étape préliminaire d’estimation des pertes de charge est typiquement effectuée par simulation et les pertes de charge sont affectées au type de ligne d’échappement. On peut cependant affiner l’estimation en prenant en compte les données fournisseurs sur les composants équipant réellement le véhicule, et/ou on peut prévoir une étape d’étalonnage pour recaler la simulation, et/ou on peut aussi faire varier la valeur de la perte de charge dans le temps pour tenir compte de l’utilisation du véhicule et d’un taux de vieillissement de la ligne d’échappement ou de son état (ajuster la valeur de la perte de charge avant / après une régénération d’un filtre à particule par exemple). Avantageusement, l’étape consistant à estimer la pression aval turbine en sortie de turbine consiste à additionner la pression atmosphérique mesurée aux pertes de charge estimées. On peut aussi prendre en compte le débit de gaz d’échappement, la vitesse de rotation du moteur de véhicule, l’ouverture des soupapes… Un second aspect de l'invention est un véhicule automobile comprenant un moteur équipé d'un turbocompresseur dont le pilotage est effectué selon le procédé de pilotage selon le premier aspect de l'invention. Description des figures D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : représente une vue générale d’un véhicule comprenant un moteur équipé d’un turbocompresseur ; représente une vue schématique du moteur de véhicule de la figure 1, du turbocompresseur et de l’environnement d’admission - échappement. Description détaillée de mode(s) de réalisation La figure 1 représente un véhicule équipé d’un moteur 100, un moteur thermique ou à combustion interne. On peut prévoir un moteur diesel, ou un moteur essence à allumage commandé. Le moteur 100 est équipé d’un turbocompresseur 20 connecté notamment à un collecteur d’échappement 10, et à une ligne d’échappement 30, typiquement composée d’un catalyseur 31, d’un filtre à particules 32 et d’un silencieux 33. Dans le cas représenté, le moteur de véhicule 100 est la seule source motrice du véhicule, mais on peut prévoir un véhicule hybride avec une machine électrique pour compléter ou remplacer temporairement la force motrice fournie par le moteur de véhicule 100. Dans le détail, et comme le montre la figure 2 avec une vue schématique du moteur de véhicule 100 de la figure 1, le turbocompresseur 20 comprend une turbine 21 et un compresseur 22. La turbine 21 est connectée en amont à un collecteur d’échappement 10 du moteur de véhicule 100 et en aval à une ligne d’échappement 30. De manière connue, une vanne de décharge 23 de la turbine 21 est prévue pour ouvrir ou fermer un circuit parallèle de gaz d’échappement à la turbine 21. Généralement, la vanne de décharge 23 de la turbine 21 est directement intégrée dans le turbocompresseur 20, mais elle peut être prévue distincte, par exemple au niveau du collecteur d’échappement 10. En position fermée de la vanne de décharge 23 de la turbine 21, tous les gaz d'échappement passent par la turbine 21, en position ouverte de la vanne de décharge 23 de la turbine 21, une partie seulement des gaz d'échappement passent par la turbine 21, cela dépend de la surface d'ouverture (et de la course du piston de la vanne de décharge 23) La ligne d’échappement 30 comprend typiquement un catalyseur 31 pour traiter des gaz d’échappement, un filtre à particule 32 (de manière optionnelle) et un silencieux 33, qui donne sur une sortie d’échappement 34 à la pression atmosphérique. De manière connue, la ligne d’échappement 30 peut comprendre des capteurs tels qu’une ou plusieurs sondes oxygène, une ou plusieurs sondes de température. Le compresseur 22 est pour sa part accouplé à la turbine 21 pour être entraîné en rotation, et le compresseur 22 est connecté en amont à une prise d’air à la pression atmosphérique (avec typiquement un filtre à air) et en aval à un collecteur d’admission 15, pour suralimenter le moteur de véhicule 100. L’invention propose de piloter le moteur de véhicule et en particulier le turbocompresseur de manière précise et fiable, que ce soit en régime transitoire ou en régime établi. Le pilotage peut être effectué par une unité de commande électronique (appelée ECU) qui est connectée aux différents organes et capteurs du véhicule. On peut prévoir plusieurs unités de commande électroniques. A cet effet, il est prévu de calculer une pression amont turbine P3 selon la méthode décrite ci-après afin de piloter le fonctionnement du turbocompresseur 20 et en particulier le fonctionnement de la vanne de décharge 23 de la turbine 21. En effet, la vanne de décharge 23 de la turbine 21 permet de décharger ou de limiter le débit des gaz d’échappement traversant la turbine 21, afin de garantir une pression de suralimentation adéquate, sans surpressions. Pour cela, en fonction de la pression amont turbine P3, il faut prévoir s’il faut ouvrir la vanne de décharge 23 de la turbine 21, et si oui, avec quelle ouverture. Dans le détail, la pression amont turbine P3 est la pression des gaz d’échappement dans la partie du collecteur d’échappement 10, dans la zone avant la turbine 21. Une pression aval turbine P4 règne quant à elle dans les gaz d’échappement juste après la turbine 21, au niveau de la jonction avec la ligne d’échappement 30. Le procédé de pilotage tient compte du fait que la turbine 21 présente par construction un ratio de détente prédéterminé PiT, et il est possible de calculer la pression amont turbine P3 en multipliant la pression aval turbine P4 avec le ratio de détente prédéterminé PiT. Cette méthode est fiable, car il est possible d’estimer la pression aval turbine P4 de manière fiable et robuste. En effet, la ligne d’échappement 30 est de géométrie et de dimensions constantes et connues, si bien qu’il est possible de retrouver la valeur de la pression aval turbine P4 en additionnant la pression atmosphérique Patm avec la perte de charge de la ligne d’échappement 30. Cette perte de charge de la ligne d’échappement 30 est possible à calculer, typiquement par simulation. En effet cette estimation est possible car un même modèle de véhicule sera toujours équipé de la même ligne d’échappement 30 si bien que la valeur de la perte de charge peut être chargée dans l’unité de commande électronique. On peut prévoir d’affiner la valeur de la perte de charge en fonction des composants qui la composent, avec par exemple une prise en compte des données fournisseurs ou des outillages de production qui peuvent introduire une certaine variabilité. Si le véhicule est équipé d’un filtre à particules, on peut aussi prévoir de modifier la valeur de la perte de charge en fonction de l’état du filtre à particule, typiquement avant / après une régénération. Par ailleurs, la pression atmosphérique Patm est typiquement déjà mesurée pour les besoins du contrôle moteur du véhicule, si bien que le véhicule comprend déjà un capteur dédié à cette fonction, et l’information est disponible. La pression aval turbine P4 peut donc être estimée de manière fiable et robuste, ce qui permet de calculer aisément la pression amont turbine P3, en multipliant la pression aval turbine P4 par le ratio de détente connu de la turbine 21. Le calcul de la pression amont turbine P3 permet de calculer précisément le débit de gaz d’échappement qui passe au travers de la turbine 21, ce qui permet de déterminer si une quantité de ces gaz d’échappement doit être déchargée ou non. Si c’est le cas, le calcul précis de la pression amont turbine P3 permet alors de calculer une surface d’ouverture du circuit parallèle de gaz d’échappement, pilotée par la vanne de décharge 23 de la turbine 21. On peut par exemple utiliser un modèle de Barré Saint Venant, en prenant aussi en compte la température des gaz d’échappement, la pression aval turbine P4…. En fonction des caractéristiques de la vanne de décharge 23 de la turbine 21 (course piston de la vanne de décharge 23 de la turbine 21 / surface d’ouverture), il est possible de déterminer la course ou la levée de la vanne de décharge 23 de la turbine 21 en fonction de la surface d’ouverture précédemment estimée. La vanne de décharge 23 de la turbine 21 peut être une vanne pneumatique, avec une membrane sous pression commandant la course du piston de la vanne de décharge 23 de la turbine 21. Dans ce cas, une fois la course ou la levée de la vanne de décharge 23 de la turbine 21 déterminée, on peut déterminer une pression de consigne poumon à appliquer sur la membrane de la vanne de décharge 23 de la turbine 21 pour ouvrir la vanne de décharge 23 de la turbine 21. Il reste alors à réguler, typiquement avec un solénoïde, la pression appliquée sur la membrane de la vanne de décharge 23 de la turbine 21 pour appliquer la pression de consigne poumon. Alternativement, la vanne de décharge 23 de la turbine 21 peut être une vanne électrique avec un actionneur (un moteur pas à pas) relié au piston. En fonction des caractéristiques de la vanne de décharge 23 de la turbine 21 (course piston de la vanne de décharge 23 de la turbine 21 / surface d’ouverture), il est possible de commander le moteur pas à pas pour atteindre la course requise et l’ouverture calculées. L’information de pression amont turbine P3 calculée comme ci-dessous est précise en régime stabilisé, en régime transitoire, et cohérente avec la consigne de pression de suralimentation souhaitée, et n’est plus dépendante du débit de gaz d’échappement. Ainsi, on supprime le couplage qu’il pouvait y avoir entre le calcul de la pression amont turbine P3 et le débit des gaz d’échappement qui peut être peu fiable. D’autre part, cela résout un problème de saturation qui pouvait survenir en raison du régulateur placé en amont qui agit sur la consigne de pression de suralimentation, et indirectement sur la pression amont turbine P3. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l’invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention. Procédé de pilotage d'un moteur de véhicule automobile équipé d'un turbocompresseur (20) comprenant une turbine (21) et un compresseur (22), la turbine (21) présentant un ratio de détente prédéterminé (PiT), le procédé de pilotage comprenant les étapes consistant à : - estimer une pression aval turbine (P4) en sortie de turbine (21), - calculer une pression amont turbine (P3) en entrée de turbine (21), en multipliant la pression aval turbine (P4) par le ratio de détente prédéterminé (PiT), - piloter le fonctionnement du turbocompresseur (20) en fonction de la pression amont turbine (P3) calculée. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, le moteur de véhicule comprenant une vanne de décharge (23) de la turbine (21), dans lequel l'étape consistant à piloter le fonctionnement du turbocompresseur (20) comprend une étape consistant à piloter une ouverture/fermeture de la vanne de décharge (23) de la turbine (21). Procédé de pilotage selon la revendication précédente, la vanne de décharge (23) de la turbine (21) étant du type à commande pneumatique, dans lequel l'étape consistant à piloter une ouverture/fermeture de la vanne de décharge (23) de la turbine (21) comprend : - le calcul d’une pression de consigne poumon à appliquer sur une membrane de la vanne de décharge (23) de la turbine (21) pour ouvrir la vanne de décharge (23) de la turbine (21), - la régulation de la pression appliquée sur la membrane de la vanne de décharge (23) de la turbine (21) pour appliquer la pression de consigne poumon. Procédé de pilotage selon la revendication 2, la vanne de décharge (23) de la turbine (21) étant du type à commande électrique, dans lequel l'étape consistant à piloter une ouverture/fermeture de la vanne de décharge (23) de la turbine (21) comprend : - le calcul d’une d’ouverture à appliquer à la vanne de décharge (23) de la turbine (21), - la commande d’un actionneur électrique pour appliquer l’ouverture calculée à la vanne de décharge (23) de la turbine (21). Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes, le véhicule comprenant un capteur de pression atmosphérique, dans lequel l’étape consistant à estimer la pression aval turbine (P4) en sortie de turbine (21) comprend une étape consistant à mesurer une pression atmosphérique. Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes, le véhicule comprenant une ligne d'échappement (30), dans lequel l’étape consistant à estimer la pression aval turbine (P4) en sortie de turbine (21) comprend une étape préliminaire consistant à estimer une perte de charge d’au moins une partie de la ligne d'échappement (30), et de préférence une perte de charge de la partie de la ligne d'échappement (30) comprise entre la turbine (21) et une sortie d’échappement (34). Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans sa dépendance à la revendication 5, dans lequel l’étape consistant à estimer la pression aval turbine (P4) en sortie de turbine (21) consiste à additionner la pression atmosphérique mesurée à la perte de charge estimée. Véhicule automobile comprenant un moteur (100) équipé d'un turbocompresseur (20) dont le pilotage est effectué selon le procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes.