Brevet FR3149348A1 — publié le 20241206

La présente invention concerne un procédé de pilotage d’une pompe à air disposée dans un circuit d’air secondaire s’étendant entre un piquage sur une ligne d’admission d’air et un piquage sur une ligne d’échappement d’un moteur thermique, le procédé comprenant les étapes de détermination d’une consigne initiale de débit (Dc) et de ratio de pression (Crp) entre l’amont et l’aval de la pompe à air , caractérisé en ce qu’il comprend une détermination d’une consigne corrigée de débit (Dc’) et de ratio de pression (Crp’), une détermination d’un signal de commande initial (Scp) de la pompe à air à partir de courbes caractéristiques (Ccp), une détermination d’un signal de commande corrigé (Scp’) à partir du signal de commande initial (Scp) de la pompe à air, le pilotage la pompe à air à l’aide du signal de commande corrigé (Scp’). Figure 6 Procédé de pilotage d’une pompe à air disposée dans un circuit d’air secondaire La présente invention concerne le domaine de la dépollution des moteurs à combustion interne. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un procédé de pilotage d’une pompe à air disposée dans un circuit d’air secondaire d’un moteur thermique. Dans les véhicules automobiles équipés d’un moteur à combustion interne, le traitement des gaz d’échappement est un enjeu majeur. L’objet de ce traitement est de réduire les émissions de divers polluants issus du fonctionnement du moteur à combustion interne. Il est connu, par exemple du document FR3122215A1 un moteur à combustion interne équipée d’une ligne d’échappement comportant un catalyseur, ce catalyseur intégrant un dispositif de chauffage électrique. Ce dispositif de chauffage vise à permettre d’atteindre rapidement la température de fonctionnement du catalyseur avant un démarrage du moteur à combustion interne. Il est également décrit un dispositif d’injection d’air secondaire dans la ligne l’échappement du moteur à combustion interne. Ce circuit d’injection d’air secondaire s’étend entre un piquage sur la ligne d’admission d’air du moteur et un piquage sur la ligne d’échappement de ce moteur. Ce circuit d’injection d’air secondaire comprend une pompe à air et des moyens de contrôle du débit d’air. Un débit d’air est habituellement injecté avant le démarrage du moteur à combustion interne du véhicule afin d’élever la température du catalyseur. Cependant, à l’envoi d’une consigne de commande de débit à la pompe à air, on peut constater un temps entre le moment de la commande et le moment où le débit d’air est vraiment établi dans le circuit. Ainsi, la réponse du système à une consigne du débit est donc généralement en retard en raison du comportement réel physique de la pompe, ce qui pénalise la durée de mise en action et donc in fine le démarrage du moteur à combustion interne. Il existe donc un besoin pour améliorer la réponse du système d’injection d’air lorsqu’une consigne de débit est émise. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un procédé de pilotage d’une pompe à air disposée dans un circuit d’air secondaire s’étendant entre un piquage sur une ligne d’admission d’air et un piquage sur une ligne d’échappement d’un moteur thermique, le procédé comprenant les étapes de : -détermination d’une consigne initiale de débit, -détermination d’une consigne initiale de ratio de pression entre la pression en amont et la pression en aval de la pompe à air, caractérisé en ce qu’il comprend en outre les étapes de : -détermination d’une consigne corrigée de débit à partir de la consigne initiale de débit, -détermination d’une consigne corrigée de ratio de pression entre la pression en amont et la pression en aval de la pompe à air à partir de la consigne initiale de ratio de pression, -détermination d’un signal de commande initial de la pompe à air à partir de courbes caractéristiques de cette pompe qui établissent ce signal de commande initial en fonction de la consigne corrigée de débit et de la consigne corrigée de ratio de pression, -détermination d’un signal de commande corrigé à partir du signal de commande initial de la pompe à air, -pilotage la pompe à air à l’aide du signal de commande corrigé. L’effet technique est de rendre la réponse de la pompe à air plus rapide et précise, le débit d’air demandé est disponible au plus tôt. L’invention est particulièrement utile sur les phases de démarrage de la pompe à air. Elle sert notamment à compenser le temps nécessaire de mise en route de la pompe. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : Dans un mode de réalisation, l’étape de détermination de la consigne corrigée de débit comprend une étape d’augmentation temporaire de la valeur de la consigne initiale de débit à partir du démarrage de cette consigne initiale. Dans un mode de réalisation, cette augmentation temporaire de la valeur consigne initiale de débit est maintenue pendant une durée de maintien déterminée. Dans un mode de réalisation, cette étape d’augmentation temporaire de la valeur de la consigne initiale de débit est suivie d’une étape de retour progressif à la valeur de la consigne initiale de débit. Dans un mode de réalisation, l’étape de détermination de la consigne corrigée de débit comprend une étape de détermination du débit d’air dans le circuit d’air secondaire et une étape de détermination d’une valeur de correction de la consigne initiale de débit basée sur l’écart entre la valeur de la consigne initiale de débit et le débit d’air déterminé. Dans un mode de réalisation, l’étape de détermination de la consigne corrigée de ratio de pression comprend : -une étape de détermination du ratio de pression effectif entre la pression en amont et la pression en aval de la pompe à air, -une étape d’application d’un ratio de pression fixe déterminé pendant une durée déterminée suivi d’une étape de convergence vers le ratio de pression effectif. Dans un mode de réalisation, l’étape de détermination de la consigne corrigée de ratio de pression débit comprend : -une étape de détermination du ratio de pression effectif entre la pression en amont et la pression en aval de la pompe à air, -une étape de détermination d’une valeur de correction de la consigne initiale de ratio de pression basée sur l’écart entre la valeur de la consigne initiale de ratio de pression et le ratio de pression effectif. L’invention a aussi pour objet un ensemble de motorisation comprenant un moteur thermique relié à une ligne d’admission et à une ligne d’échappement, un circuit d’air secondaire s’étendant entre un piquage sur la ligne d’admission d’air et un piquage sur la ligne d’échappement, caractérisé en ce que l’ensemble comprend un calculateur comportant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre d’un procédé selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites. L’invention a aussi pour objet un véhicule comprenant un tel ensemble de motorisation. 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 : : cette figure représente schématiquement un moteur thermique équipée d’une ligne d’échappement comportant un catalyseur chauffé électriquement et une ligne d’injection d’air secondaire comprenant une pompe à air pilotée selon l’invention. : cette figure représente un procédé de pilotage de pilotage de la pompe à air par utilisation de sa courbe caractéristique selon l’art antérieur. : cette figure illustre un exemple d’obtention de la consigne corrigée de débit selon l’invention. : cette figure illustre un exemple d’obtention de la consigne corrigée de ratio de pression selon l’invention. : cette figure illustre un autre exemple d’obtention de la consigne corrigée de ratio de pression selon l’invention. : cette figure représente le procédé de pilotage de pilotage de la pompe à air par utilisation de sa courbe caractéristique selon l’invention. La illustre schématiquement un ensemble de motorisation 1. Cet ensemble 1 comprend un moteur 2 thermique à combustion interne à allumage commandé ou à allumage par compression. Ce moteur 2 thermique comprend un bloc moteur avec au moins un cylindre, par exemple ici quatre cylindres, pour la combustion. Un tel moteur 2 thermique peut équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile pour permettre un déplacement de celui-ci. Le moteur 2 thermique est relié, via par exemple un collecteur d’admission, à une ligne 3 d’admission d’air destinée à diriger vers le moteur 2 thermique l’air nécessaire à son fonctionnement. Le moteur 2 thermique est encore relié, via par exemple un collecteur d’échappement, à une ligne 4 d’échappement pour l’évacuation des gaz de combustion produits pendant le fonctionnement du moteur. Dans ce mode de réalisation, la ligne d’admission 3 d’air est équipée d’un filtre à air 3a pour la filtration de l’air admis dans le moteur 2 thermique. L’ensemble de motorisation 1 est équipé d’un turbocompresseur, avec un compresseur 3b disposé dans la ligne d’admission d’air 3 et une turbine 4a disposée dans la ligne d’échappement 4 pour la détente des gaz d’échappement et l’entrainement du compresseur 3b. La turbine 4a et le compresseur 3b sont reliés par un arbre d’entrainement (non représenté). La ligne d’admission 3 d’air est encore équipée d’une vanne 3c de dosage de la quantité d’air admise. Cette vanne est classiquement désignée boitier papillon. Dans cette ligne d’admission 3, l’air filtré par le filtre à air 3a passe ensuite par le compresseur 3b puis par le boitier papillon 3c pour ensuite être admis dans le moteur thermique 2. Dans ce mode de réalisation, la ligne d’échappement 4 est équipée, en plus de la turbine 4a, d’un catalyseur 4b. Ce catalyseur comprend un élément chauffant 4c. Pour un meilleur pilotage de la puissance de chauffage, l’élément chauffant 4c peut être une grille de chauffage électrique. La ligne d’échappement 4 peut être équipée d’un autre organe de dépollution 4d, tel qu’un autre catalyseur ou un filtre à particules. Afin de pouvoir injecter de l’air dans la ligne 4 d’échappement, il est prévu un circuit d’air secondaire 5 d’air s’étendant entre un piquage sur la ligne 3 d’admission d’air et un piquage sur la ligne 4 d’échappement. Dans ce mode de réalisation, le piquage du circuit d’air secondaire 5 d’air est situé, en aval du filtre à air 3a, mais avant le compresseur 3b, afin que circuit d’air secondaire 5 d’air soit alimentée en air filtré. Ce circuit d’air secondaire 5 comprend une pompe à air 5f destinée à tirer l’air de la ligne 2 d’admission d’air et l’insuffler dans la ligne 4 d’échappement. Pour un pilotage plus souple, cette pompe à air 5f peut être une pompe à air électrique. Une conduite 5c relie le piquage sur la ligne 3 d’admission d’air à la pompe à air 5f. Ce circuit d’air secondaire 5 peut comprendre une vanne 5d d’air. Cette vanne 5d d’air est positionnée sur le circuit d’air secondaire 5 en aval de la pompe à air 5d. Une conduite relie la pompe à air 5f à la vanne 5d d’air du circuit secondaire. Dans ce mode de réalisation, le circuit d’air secondaire 5 est également équipé d’un capteur de pression et de température 5e de l’air circulant dans ce circuit, disposé entre la vanne 5d et la pompe à air 5f. Le piquage du circuit d’air secondaire 5 à la ligne d’échappement 4 est situé en amont du catalyseur 4b équipé de l’élément chauffant 4c, mais en aval de la turbine 4a. La création d’un débit d’air dans le circuit d’air secondaire 5 permet de transporter les calories fournies par l’élément chauffant 4c jusqu’au catalyseur 4b, pour que ce dernier atteigne rapidement sa température d’efficacité. Il est prévu également un module 6 de contrôle, par exemple un calculateur électronique. Le module 6 de contrôle est configuré pour piloter le fonctionnement de la pompe à air 5f et de la vanne d’air 5d du circuit secondaire, celui de de l’élément chauffant 4c. Le module 6 de contrôle est également configuré pour mesurer la température et la pression d’air via le capteur 5e du circuit secondaire. Ce module 6 de contrôle comprenant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre du procédé de pilotage de la pompe à air 5f détaillé ultérieurement. Comme illustré par la , il est classique de piloter la pompe à air 5f à l’aide de courbes caractéristiques de la pompe Ccp, qui déterminent un signal initial Scp de commande de la pompe à air 5f du circuit secondaire à partir d’une consigne initiale de débit Dc et d’une consigne initiale de ratio de pression amont /pression aval, Crp. Ce signal de commande peut être un signal de commande de type classique RCO qui pilote l’intensité de courant à fournir à la pompe 5f. Afin d’atténuer le temps de réponse de la pompe à air 5f, il est prévu d’effectuer une correction du débit de consigne Dc (bloc Corr1 à la ). Comme illustré à la , le principe consiste à partir du démarrage de la consigne initiale de débit de la pompe à air 5f à augmenter temporairement la valeur de la consigne initiale de débit Dc, d’un facteur déterminé f1. Cette correction permet en quelque sorte de dynamiser le débit de consigne en demandant momentanément un débit de consigne corrigé Dc’ supérieur à la consigne de débit initialement demandée Dc. En sur-sollicitant la pompe à air 5f, la stratégie cherche à atteindre plus rapidement le débit de consigne initiale Dc et ainsi à minimiser le temps de réponse de cette dernière. On peut prévoir de déclencher cette correction par exemple lorsque le gradient d’évolution de la consigne de débit Dc est positif, ce qui traduit une demande d’augmentation du débit. Lorsque cette correction est déclenchée, on peut par exemple prévoir appliquer un facteur d’augmentation f1 sur la consigne de débit Dc, pour obtenir le débit de consigne corrigé Dc’. Ce facteur d’augmentation f1 peut être par exemple de +30%. On peut également prévoir de maintenir ce facteur d’augmentation f1 pendant une durée déterminée d1. Cette durée de maintien d1 peut être comprise entre 1 et 2 secondes, par exemple 1,5s. On peut également faire suivre cette durée de maintien d1, par une décroissance progressive du facteur f1 jusque +0% pour revenir progressivement à une consigne de débit corrigée Dc’ égale à la consigne initiale de débit demandée Dc. Cette durée de décroissance d2 peut être comprise entre 2 et 3 secondes, par exemple 2,5 secondes. Ces différents paramètres f1, d1, d2, peuvent dépendre du dimensionnement de la pompe à air 5f et peuvent être également fonction de la consigne de débit demandée Dc. Toujours dans la volonté d’atténuer le temps de réponse de la pompe à air 5f, la stratégie prévoit également d’utiliser une consigne corrigée Crp’ de ratio de pression amont /pression aval de la pompe à air 5f obtenue à partir de la consigne initiale Crp de ratio de pression amont /pression aval de la pompe à air 5f (bloc Corr1 à la ). En effet, comme illustrée à la , au cours du démarrage de la pompe à air 5f, le ratio de pression issu de mesures Rpm part de 1, car avant l’activation de la pompe à air 5f, les pressions aux bornes de la pompe à air sont à l’équilibre et sensiblement égales, et évolue en fonction de la vitesse d’activation de la pompe, pour atteindre une valeur stable lorsque la pompe à air 5f débite son débit de consigne. Il y a donc une notion de boucle entre la commande qui dépend du ratio de pression et du ratio de pression qui dépend de la réponse de la pompe et donc de sa commande. Ainsi, afin de s’affranchir temporairement de cette boucle qui ralenti la réponse de la pompe à air 5f, il est prévu d’appliquer au démarrage de la commande de la pompe à air 5f, une consigne corrigée de ratio de pression Crp’, commençant par une première partie à une valeur fixe, Rpf, puis une deuxième partie à la valeur du ratio de pression effectif mesuré, Rpm. La présente un premier exemple dans lequel au démarrage de la commande de la pompe 5f, la consigne de ratio de pression Crp’ présente une première partie dans laquelle elle prend d’abord la valeur de ratio de pression fixe Rpf. La valeur de ce ratio de pression fixe, Rpf, est maintenue pendant une durée de maintien déterminée d3. Pendant cette durée de maintien d3, la valeur du ratio de pression fixe, Rpf, est supérieure à la valeur du ratio de pression amont / pression aval mesuré, Rpm. Cette durée de maintien d3 est dans ce premier exemple suivie d’une durée de transition d4 déterminée pendant laquelle la consigne de ratio de pression, Crp’, converge vers la valeur du ratio de pression issu des mesures de pression, Rpm. La présente un deuxième exemple dans lequel au démarrage de la commande de la pompe 5f, la consigne de ratio de pression Crp’ prend d’abord la valeur de ratio de pression fixe Rpf. La valeur de ce ratio de pression fixe, Rpf, est maintenue pendant une durée de maintien d3’. Pendant cette durée de maintien d3’, la valeur du ratio de pression fixe, Rpf, est supérieure à la valeur du ratio de pression amont / pression aval mesuré, Rpm. Dans ce deuxième exemple, dès que la valeur du ratio de pression amont / pression aval mesuré, Rpm, est considérée proche de la valeur du ratio de pression fixe, Rpf, la durée de maintien d3’ est suivie d’une durée de transition d4’ déterminée pendant laquelle la consigne de ratio de pression, Crp’, converge vers la valeur du ratio de pression issu des mesures de pression, Rpm. Dans ces deux exemples, les différents paramètres Rpf, d3, d3’, d4, d4’, peuvent dépendre du dimensionnement de la pompe à air 5f et peuvent être également fonction de la consigne de débit demandée Dc. Ainsi, comme illustré à la , à partir de la consigne corrigée de débit Dc’ et de la consigne corrigée de ratio de pression Crp’, on détermine le signal de commande initial Scp de la pompe à air 5f à partir de courbes caractéristiques Ccp de cette pompe qui établissent ce signal de commande initial Scp en fonction du débit du ratio de pression aux bornes de la pompe à air. Toujours dans le but d’atténuer le temps de réponse de la pompe à air 5f, il est prévu de corriger le signal initial de commande en comparant la consigne de débit à une mesure du débit réellement fournie par la pompe à ait 5f. Cette stratégie permet ainsi d’ajuster la commande en fonction du retour réel du système. Ce qui permet de compenser les dérives physiques de la pompe, comme les dispersions de fabrication, l’usure, l’encrassement…, mais participe également à atténuer le temps de réponse de la pompe à l’établissement d’un débit de consigne dans le circuit. Le retour réel nécessaire à cette stratégie peut être une mesure directe du débit Dm dans le circuit si celui-ci est équipé d’un système de mesure comme un débitmètre par exemple. Mais ce retour peut être également une estimation du débit réalisé à partir de l’équation connue de Barré St Venant : Avec : S : la section de passage découverte par la vanne. Elle est fonction de la position de la vanne 5d et de ses caractéristiques de fabrication qui établissent la relation entre la position et la section de la vanne 5d. P0, la pression en amont de la vanne 5d, c’est-à-dire celle mesurée par le capteur 5e. T0, la température en amont de la vanne 5d, c’est-à-dire celle mesurée par le capteur 5e. Cfe, une fonction connue qui se base sur le ratio de pression amont/aval à la vanne pour déterminer un coefficient de perte de charge des gaz au passage de la vanne. P, la pression en aval de la vanne, que l’on peut considérer comme très proche de la pression atmosphérique. Comme illustré à la , en comparant cette estimation ou mesure du débit effectif Dm par rapport à la consigne initiale de débit Dc, au bloc Corr3, la stratégie va calculer et appliquer un facteur correctif f2 à la commande initiale Scp de la pompe à air 5f et déterminer ainsi le signal de commande corrigé Scp’ qui sera appliqué au pilotage de la pompe à air 5f. Ce facteur correctif f2 peut être calculé à partir d’un principe de régulation connu tel que le PID (Proportionnel-Intégrateur-Dérivateur). L’invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit. Dans un mode de réalisation, la consigne corrigée de débit Dc’ peut être déterminée en appliquant une valeur de correction à la consigne initiale de débit Dc basée sur l’écart entre la valeur de la consigne initiale de débit Dc et le débit d’air Dm déterminé dans le circuit d’air secondaire 5. La valeur de correction peut être obtenue par une régulation PID (Proportionnelle, Intégrale, Dérivée) soit : Dc’ = Dc + PID(Dc-Dm), le terme PID(Dc-Dm) désignant la valeur de correction basée sur le principe de régulation PID. Dans un mode de réalisation, la consigne corrigée de ratio de pression Crp’ peut être déterminée en appliquant une valeur de correction à la consigne initiale Crp basée sur l’écart entre la valeur de la consigne initiale de ratio de pression Crp et le ratio de pression effectif Rpm aux bornes de la pompe à air 5f du circuit d’air secondaire 5. Cette correction peut être obtenue par la formule : Crp’ = Crp + (Crp – Rpm) L’invention proposée permet de compléter une stratégie connue de pilotage de la pompe par utilisation de sa courbe caractéristique. La solution permet ainsi d’améliorer considérablement le temps de réponse et la précision en termes d’établissement du débit lorsqu’une consigne est émise. Procédé de pilotage d’une pompe à air (5f) disposée dans un circuit d’air secondaire (5) s’étendant entre un piquage sur une ligne d’admission d’air (3) et un piquage sur une ligne d’échappement (4) d’un moteur thermique (2), le procédé comprenant les étapes de : -détermination d’une consigne initiale de débit (Dc), -détermination d’une consigne initiale de ratio de pression (Crp) entre la pression en amont et la pression en aval de la pompe à air (5f), caractérisé en ce qu’il comprend en outre les étapes de : -détermination d’une consigne corrigée de débit (Dc’) à partir de la consigne initiale de débit (Dc), -détermination d’une consigne corrigée de ratio de pression (Crp’) entre la pression en amont et la pression en aval de la pompe à air (5f) à partir de la consigne initiale de ratio de pression (Crp), -détermination d’un signal de commande initial (Scp) de la pompe à air (5f) à partir de courbes caractéristiques (Ccp) de cette pompe qui établissent ce signal de commande initial (Scp) en fonction de la consigne corrigée de débit (Dc’) et de la consigne corrigée de ratio de pression (Crp’), -détermination d’un signal de commande corrigé (Scp’) à partir du signal de commande initial (Scp) de la pompe à air (5f), -pilotage la pompe à air (5f) à l’aide du signal de commande corrigé (Scp’). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de détermination de la consigne corrigée de débit (Dc’) comprend une étape d’augmentation temporaire de la valeur de la consigne initiale de débit (Dc) à partir du démarrage de cette consigne initiale. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’augmentation temporaire de la valeur consigne initiale de débit (Dc) est maintenue pendant une durée de maintien (d1) déterminée. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que l’étape d’augmentation temporaire de la valeur de la consigne initiale de débit (Dc) est suivie d’une étape de retour progressif à la valeur de la consigne initiale de débit (Dc). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’étape de détermination de la consigne corrigée de débit (Dc’) comprend une étape de détermination du débit d’air (Dm) dans le circuit d’air secondaire (5) et une étape de détermination d’une valeur de correction de la consigne initiale de débit (Dc) basée sur l’écart entre la valeur de la consigne initiale de débit (Dc) et le débit d’air déterminé (Dm). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape de détermination de la consigne corrigée de ratio de pression (Crp’) comprend : -une étape de détermination du ratio de pression effectif (Rpm) entre la pression en amont et la pression en aval de la pompe à air (5f), -une étape d’application d’un ratio de pression fixe déterminé (Rpf) pendant une durée déterminée (d3, d3’) suivi d’une étape de convergence vers le ratio de pression effectif (Rpm). Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’étape de détermination de la consigne corrigée de ratio de pression débit (Crp’) comprend : -une étape de détermination du ratio de pression effectif (Rpm) entre la pression en amont et la pression en aval de la pompe à air (5f), -une étape de détermination d’une valeur de correction de la consigne initiale de ratio de pression (Crp) basée sur l’écart entre la valeur de la consigne initiale de ratio de pression (Crp) et le ratio de pression effectif (Rpm). Ensemble (1) de motorisation comprenant un moteur thermique (2) relié à une ligne d’admission (3) et à une ligne d’échappement (4), un circuit d’air secondaire (5) s’étendant entre un piquage sur la ligne d’admission d’air (3) et un piquage sur la ligne d’échappement (4), caractérisé en ce que l’ensemble comprend un calculateur (6) comportant les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre d’un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes. Véhicule comprenant un ensemble (1) de motorisation selon la revendication précédente.