Brevet FR3145193A1 — publié le 20240726

La présente invention a pour objet un procédé d’estimation de la charge maximale potentielle (D9) d’un moteur à combustion interne turbocompressé mettant en œuvre une chaine de calcul comprenant les étapes successives suivantes de détermination (E1) du ratio de compression maximal (D2) d’un compresseur, de détermination (E2) d’une pression maximale (D4) en sortie du compresseur, de détermination (E3) d’une pression maximale (D6) dans le répartiteur d’admission, de détermination (E4) de la charge maximale (D9) en fonction de la pression maximale (D6) dans le répartiteur d’admission, dans lequel la chaine de calcul comporte en outre la détermination (E5) d’un débit maximal du compresseur (D10) correspondant à la charge maximale (D9) et un rebouclage de la chaine de calcul (E1, E2, E3, E4) en prenant en entrée le débit maximal (D10) pour déterminer une nouvelle valeur de la charge maximale (D9) à partir d’au moins une deuxième boucle de traitement de la chaine de calcul (E1, E2, E3, E4). L’invention concerne les véhicules automobiles à moteur à combustion interne suralimenté, à motorisation thermique et hybride Figure 2. PROCEDE D’ESTIMATION DE LA CHARGE MAXIMALE POTENTIELLE D’UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE SURALIMENTE Le domaine de l’invention concerne un procédé d’estimation de la charge maximale potentielle d’un moteur à combustion interne à turbocompresseur. L’usage des dispositifs de suralimentation se sont généralisés dans les véhicules automobiles pour minimiser les rejets de gaz polluants. Parmi les fonctions logicielles de contrôle d’un moteur suralimenté, une d’elle est dédiée à calculer en continu la charge maximale potentielle du moteur. La charge est définie comme étant le rapport entre la masse d’air admise dans les cylindres et la masse d’air maximum admissible à la pression de référence 1013 mbar. Dans le cas d’un moteur turbocompressé, la charge est dépendante de l’action du turbocompresseur. On connaît par exemple le document brevet US-B2-9080506 décrivant un procédé de commande d'un moteur suralimenté équipé d’une vanne à spirale pouvant être utilisée pour fournir la puissance de turbine nécessaire afin d’entraîner une recirculation accrue du compresseur via une vanne de recirculation du compresseur. En coordonnant l’action du compresseur et de la vanne à spirale cette solution permet l’usage d’un compresseur et d’une turbine de plus grand dimensionnement et d’augmenter par conséquent le ratio de compression à basse vitesse. Elle vise à améliorer les performances de la suralimentation. Plus précisément, une fonction de calcul connue de la charge maximale fait intervenir une chaine de traitement de données prenant en compte, notamment, une cartographie caractéristique appelée champ compresseur délivrant des valeurs du ratio de compression entre la pression de sortie et la pression d’entrée du compresseur dont la limite maximale caractéristique délimite la zone de fonctionnement où le compresseur n’agit pas, appelée zone de pompage. La demanderesse a déposé par exemple le document brevet FR-A1-2911371 décrivant un procédé de mesure de la limite de pompage d’un compresseur indiquant ces valeurs de ratio de compression maximal. Comme cela est enseigné dans ce document ce ratio est déterminé par voie expérimentale. Plus précisément, les modèles connus d’estimation de la charge maximale d’un moteur turbocompressé mettent en œuvre une chaine de calcul se basant sur la courbe caractéristique du ratio de compression. A partir d’un débit de consigne du compresseur, un premier traitement se base sur la limite de pompage du compresseur pour établir la valeur maximale du ratio de compression. Puis, de ce ratio et d’une mesure ou estimation de la pression en entrée du compresseur, un deuxième traitement de la chaine de calcul délivre une estimation de la pression en sortie du compresseur. De cette dernière valeur, un troisième traitement, se basant sur l’écoulement du flux d’air observé expérimentalement en fonctionnement en zone suralimentée du moteur entre le compresseur et les lignes d’admission, permet de recalculer la pression dans le répartiteur d’admission. Enfin un quatrième traitement se basant sur une équation de charge caractéristique du moteur permet d’établir la valeur de charge maximale en fonction de la pression dans le répartiteur d’admission. Dans les zones de fonctionnement les plus éloignées du potentiel maximal, on a observé des erreurs dans l’estimation de la charge maximale. En , on illustre cette situation sur une cartographie de champ compresseur représentant en ordonnée le ratio de compression P2/P1 où P2 est la pression en sortie du compresseur et P1 la pression en entrée, pouvant varier par exemple entre un ratio de 1 à 3,5 selon le dimensionnement du compresseur. Des valeurs Db de débit d’air du compresseur sont représentées. Les lignes de vitesse LVn du compresseur sont représentées. La courbe C1 est une courbe iso-régime du moteur qui indique les valeurs du ratio de compression en fonction du débit d’air. A droite du point de rupture de pente il s’agit d’une zone de mise en action du compresseur. La droite LP en trait en pointillé indique la limite de pompage égale aux valeurs du ratio maximal. La zone blanche au-dessus de cette limite est la zone de pompage. Le point Rp1 est le ratio maximal pour la valeur de débit de consigne du compresseur DB0. Selon le modèle d’estimation connu, de cette valeur Rp1 on estime une charge maximale qui est en fait celle correspondant au débit de consigne et non le débit maximal potentiel à iso-régime qui serait le ratio Rp2. Les erreurs maximales de ce modèle peuvent atteindre jusqu’à 65% dans les zones les plus éloignées du potentiel maximal du moteur, les zones à faible pression admission et principalement entre 2000 et 3000 tours/min en régime moteur. Alors qu’en revanche, l’estimation de ce modèle est plutôt correcte dans les zones de forte pression où le potentiel du moteur est maximal. Cette erreur peut être préjudiciable lors de l’activation du système ESP (« Electronic Stability Program » en anglais). En particulier, si l’information de charge maximale potentielle est sous-évaluée, dans le cas d’un groupe motopropulseur hybride les stratégies de structure de couple sont susceptibles de demander un couple moteur électrique pour compenser le manque de couple du moteur thermique sans que cela soit réellement nécessaire. Cela entraine notamment une consommation d’énergie électrique. Par ailleurs, l’allumage du voyant du système ESP dépend de l’écart entre la charge demandée par l’ESP et l’estimation de la charge maximale du moteur. Si cette estimation est trop faible le voyant peut ne pas s’allumer alors que l’ESP intervient. Un objectif de l’invention est de pallier aux problèmes précités. L’invention vise à améliorer la précision de la fonction d’estimation de la valeur de charge maximale potentielle d’un moteur à combustion interne suralimenté. Un autre objectif est de proposer une solution d’estimation améliorée à bas coût. Un autre objectif est d’améliorer le contrôle de la fonction de structure de couple en délivrant une estimation de la charge maximale du moteur de meilleure précision. Plus précisément, l’invention concerne un procédé d’estimation de la charge maximale potentielle d’un moteur à combustion interne turbocompressé mettant en œuvre une chaine de calcul comprenant les étapes successives suivantes : - La détermination du ratio de compression maximal d’un compresseur en fonction d’un paramètre représentatif du débit du compresseur, - La détermination d’une pression maximale en sortie du compresseur en fonction du ratio de compression maximal, - La détermination d’une pression maximale dans le répartiteur d’admission en fonction de la pression maximale en sortie du compresseur, - La détermination de la charge maximale en fonction de la pression maximale dans le répartiteur d’admission. Selon l’invention, la chaine de calcul comporte en outre la détermination d’un débit maximal du compresseur correspondant à la charge maximale et un rebouclage de la chaine de calcul par le débit maximal pour déterminer une nouvelle valeur de la charge maximale à partir d’au moins une deuxième boucle de traitement de la chaine de calcul. Le procédé selon l’invention peut comporter les caractéristiques additionnelles suivantes, seules ou en combinaison : - des valeurs successives de la charge maximale sont recalculées à partir de boucles de traitement de la chaine de calcul prenant en entrée la dernière valeur de débit maximal jusqu’à la détection d’une convergence entre deux valeurs de charge maximale issues de deux boucles de traitement successives de la chaine de calcul ; - la détermination du ratio de compression maximal est déterminé à partir d’une cartographie du ratio de compression maximal d’un champ du compresseur prenant en entrée des valeurs de débit du compresseur ; - la détermination de la pression maximale en sortie du compresseur en fonction du ratio de compression maximal est déterminée à partir d’une estimation ou mesure instantanée de la pression en entrée du compresseur ; - la détermination de la pression maximale dans le répartiteur d’admission est calculée à partir d’une différence de pression entre le compresseur et les lignes d’admission du moteur, dans lequel la différence de pression est obtenue par une cartographie prenant en entrée une mesure ou estimation du débit instantané du turbocompresseur ; - la détermination de la charge maximale est calculée à partir d’une équation de charge selon la relation suivante : Cmax = A*P2’’max + B, où Cmax est la charge maximale, P2’’max est la pression maximale dans le répartiteur d’admission, A un coefficient de remplissage et B un coefficient de décalage, où les coefficients A et B sont calculés en fonction de cartographie prenant en entrée des points de fonctionnement moteur ; - la détermination du débit maximal est calculée selon la relation suivante : DBmax=Cmax*K, où DBmax est le débit maximal, K est un coefficient délivré par une cartographie prenant en entrée le régime moteur instantané et Cmax est la charge maximale ; On envisage selon l’invention une unité de commande d’un moteur à combustion interne turbocompressé configurée pour la mise en œuvre de l’un quelconque des modes de réalisation du procédé d’estimation de la charge maximale potentielle du moteur selon l’invention. On envisage en outre un programme-ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par une unité de commande d’un moteur à combustion interne, conduisent celui-ci à mettre en œuvre l’un quelconque des modes de réalisation du procédé d’estimation de la charge maximale potentielle du moteur. On envisage en outre un véhicule automobile comportant un moteur à combustion interne turbocompressé piloté par une telle unité de commande. L’invention présente l’avantage d’être une solution économique d’amélioration de la précision de la charge maximale potentielle du moteur du fait qu’elle repose sur un traitement de chaine de calcul logiciel reposant sur les capteurs existants du moteur. L’invention améliore la fonction de structure de couple, notamment en cas d’activation d’un système ESP. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit comprenant des modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : représente un graphique d’un champ compresseur permettant de déterminer un ratio de compression maximal du compresseur en fonction d’une valeur de débit de consigne du compresseur. représente schématiquement un bloc diagramme de la chaine de calcul mise en œuvre par une fonction d’estimation de la charge maximale potentielle d’un moteur à combustion interne turbocompressé selon l’invention. représente un graphique d’un champ compresseur illustrant la recherche du débit maximal du compresseur à iso-régime moteur permettant de déterminer un ratio de compression maximal potentiel du compresseur. L’invention s’applique aux véhicules comprenant un groupe motopropulseur équipé d’un moteur à combustion interne multicylindre suralimenté. Elle concerne les véhicules à motorisation thermique ou hybride. Le turbocompresseur peut être à géométrie fixe, à géométrie variable à multi-ailettes ou un turbocompresseur à tiroir coulissant. Un turbocompresseur a pour fonction de comprimer l’air d’admission nécessaire à la combustion du carburant afin d’augmenter la quantité d’air admise dans les cylindres et ainsi augmenter le couple et la puissance du moteur. Les éléments mécaniques du turbocompresseur sont formés principalement par une turbine, un compresseur et un arbre reposant sur un palier principal. La fonction de contrôle moteur comporte des moyens d’acquisition, mesure et estimation de paramètres du moteur et du turbocompresseur permettant la mise en œuvre du procédé d’estimation de la charge maximale selon l’invention, parmi lesquels le débit de consigne du compresseur, le régime moteur, la température en amont du compresseur, le champ compresseur ou bien encore le débit moteur en fonction de la charge moteur. Le paramètre de charge maximal intervient notamment pour le contrôle de la structure de couple d’un groupe motopropulseur dont dépendent les différents fournisseurs de couple ainsi que les éléments d’interface homme machine, les voyants d’activation de l’ESP par exemple. On rappelle que la charge maximale du moteur est définie comme étant le rapport entre la masse d’air maximale pouvant être admise dans les cylindres en regard des limitations de fonctionnement du turbocompresseur et du moteur et de leurs caractéristiques spécifiques connues sur banc et la masse d’air maximum admissible à la pression de référence 1013 mbar. L’invention vise à améliorer la précision de l’estimation de la charge maximale. L’unité de commande d’un moteur à combustion interne est munie d’un calculateur à circuits intégrés et de mémoires électroniques, le calculateur et les mémoires étant configurés pour exécuter le procédé d’estimation de la charge maximale. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, le calculateur pourrait être externe à l’unité de commande, tout en étant couplé à cette dernière. Dans ce dernier cas, il peut être lui-même agencé sous la forme d’un calculateur dédié comprenant un éventuel programme dédié, par exemple. Par conséquent, l’unité de commande, selon l’invention, peut être réalisé sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)), ou bien de circuits électroniques (ou « hardware »), ou encore d’une combinaison de circuits électroniques et de modules logiciels. En on a représenté la mise en œuvre du procédé d’estimation par une chaine de calcul E1, E2, E3, E4 et E5 réalisant une boucle de traitement de données. La fonction d’estimation est déclenchée à l’initialisation de l’unité de commande du moteur et réitère les calculs en continu, toutes les 10 millisecondes par exemple, lors de son fonctionnement. Le procédé comporte un premier module E1 réalisant la détermination du ratio maximal D2 de compression d’un compresseur en fonction d’un paramètre D1 représentatif du débit du compresseur selon le procédé d’estimation. Ce paramètre D1 est une valeur de débit de consigne du compresseur du turbocompresseur. Le paramètre D1 est calculé en continu par le contrôle du turbocompresseur. La module E1 détermine à partir du champ compresseur, enregistré sous la forme d’une cartographie en mémoire de l’unité de commande du moteur, une valeur maximale D2 du ratio de compression correspondant à la limite de pompage. Le débit du compresseur est un débit réduit pouvant se définir par un coefficient de proportionnalité par rapport au débit réel du moteur et par exemple selon la relation suivante : [Math1] : Où, Qred est le débit du compresseur dit réduit, Q est le débit réel du moteur, T1 est la température en amont du compresseur, et P1 est la pression en amont du compresseur. Ensuite, la chaine de calcul comporte le deuxième module de calcul E2 qui permet d’estimer selon le procédé d’estimation, en fonction de la valeur maximale du ratio D2 et de la valeur D3 pression mesurée ou estimée P1 en entrée du compresseur, la valeur D4 de pression maximale en sortie du compresseur. La chaine de calcul comporte en outre un troisième module de calcul E3 qui permet d’estimer selon le procédé d’estimation, en fonction de la valeur D4 de pression maximale en sortie du compresseur et une différence de pression D5, négative, induite par l’écoulement du flux d’air entre le compresseur et le répartiteur d’admission, une valeur D6 de pression maximale dans le répartiteur d’admission. La valeur D5 a été déterminée expérimentalement en banc de test et est déterminable à tout instant à partir d’une cartographie ou modèle en faisant l’hypothèse que le moteur fonctionne en zone suralimentée papillon ouvert. Ensuite, la chaine de calcul comporte un quatrième module E4 de la charge maximale D9 en fonction de la valeur D6 de pression maximale dans le répartiteur d’admission. Plus précisément, selon le procédé d’estimation la charge maximale est calculée à partir d’une équation de charge selon la relation suivante : Cmax = A*P2’’max + B, où Cmax est la valeur D9 de charge maximale, P2’’max est une estimation de la pression dans le répartiteur d’admission, A un coefficient de remplissage correspondant à la valeur D7 sur la et B un coefficient de décalage correspondant à la valeur D8 sur la même figure, où les valeurs D7 et D8 sont calculées en fonction de fonctions, de cartographies ou de modèles, connus par voie expérimentale prenant en entrée des points de fonctionnement moteur, notamment le régime et la position du déphaseur d’arbre à came. L’équation de charge est une fonction configurée dans l’unité de commande, bien connue de l’homme du métier dans le domaine de la conception et calibration de moteur à combustion interne. La charge maximale D9 du moteur est calculée par l’exécution de la première boucle de traitement pour la valeur de débit de consigne du compresseur, qui peut, dans certaines zones de fonctionnement moteur se différencier notablement de la valeur de débit maximal du moteur. Cette situation peut entrainer une erreur de l’ordre de 65% de la valeur de charge maximale. Conformément à l’invention, le procédé met en œuvre des boucles itératives supplémentaires de la chaine de calcul E1, E2, E3, et E4 en recalculant au moyen d’un cinquième module de calcul E5 une valeur D10 du débit maximal du compresseur correspondant à la valeur D9 de la charge maximale de la dernière boucle de traitement. La valeur D10 est calculée selon la relation suivante : DBmax=Cmax*K, où DBmax est le débit maximal, K est un coefficient de proportionnalité délivré par une cartographie prenant en entrée le régime moteur instantané et Cmax est la dernière valeur de charge maximale calculée par le module E4. La cartographie est enregistrée en mémoire de l’unité de commande et obtenue par voie expérimentale en conception du moteur. Des boucles de traitement de la chaine de calcul des modules E1, E2, E3, E4 et E5 sont réitérées en prenant en entrée de la fonction E1 la valeur D10 calculée par la boucle précédente. Les boucles de traitement sont réitérées jusqu’à ce que la valeur de charge maximale D9 converge vers une valeur de la charge maximale potentielle. On a observé qu’il suffit de trois ou quatre boucles itératives, soit 30 millisecondes ou 40 millisecondes pour obtenir la valeur de charge maximale potentielle correspondant au débit maximal potentiel du moteur à iso-régime. La précision de la fonction d’estimation de la charge maximale est améliorée, ce qui en conséquence améliore les fonctions de contrôle moteur dépendant de la valeur de charge maximale potentielle, notamment la fonction de structure de couple, les décisions d’intervention d’une machine électrique motrice dans le cas d’un véhicule hybride et en outre les fonctions d’allumage de voyants de l’ESP. La convergence est détectée lorsque la valeur D9 se stabilise ou lorsque la différence entre deux valeurs de deux boucles de traitement successives est inférieure à un seuil prédéterminé. La première boucle 1 est exécutée en prenant en entrée la valeur du débit du compresseur, puis la deuxième boucle est exécutée. En , on a illustré l’exécution de trois boucles de traitement successives 1, 2, 3 (référencées dans un rond) représentées dans le champ compresseur mises en œuvre par l’unité de commande du moteur conformément au procédé d’estimation de la charge maximale selon l’invention. La boucle de traitement 1 prend en entrée pour le module E1 la valeur de débit de consigne du compresseur DB0, la boucle de traitement 2 prend en entrée pour le module E1 la valeur de débit DB1 obtenue en sortie du module E5 lors de l’exécution de la boucle 1 et enfin la boucle de traitement 3 prend en entrée la valeur de débit DB3 obtenue en sortie du module E5 lors de l’exécution de la boucle 2. Les valeurs de DB1 et DB2 sont illustrées et obtenue à partir de la droite C1 à iso-régime moteur et de la charge maximale équivalente au ratio maximal de la limite de pompage. Rp2 est le ratio maximal potentiel du champ compresseur aux points de fonctionnement instantanées du moteur. L’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que la personne de l’art est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention en associant par exemple les différentes caractéristiques ci-dessus prises seules ou en combinaison, sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Procédé d’estimation de la charge maximale potentielle (D9) d’un moteur à combustion interne turbocompressé mettant en œuvre une chaine de calcul comprenant les étapes successives suivantes de détermination (E1) du ratio de compression maximal (D2) d’un compresseur en fonction d’un paramètre représentatif du débit du compresseur, de détermination (E2) d’une pression maximale (D4) en sortie du compresseur en fonction du ratio de compression maximal (D2), de détermination (E3) d’une pression maximale (D6) dans le répartiteur d’admission en fonction de la pression maximale (D4) en sortie du compresseur, de détermination (E4) de la charge maximale (D9) en fonction de la pression maximale (D6) dans le répartiteur d’admission, caractérisé en ce que la chaine de calcul comporte en outre la détermination (E5) d’un débit maximal du compresseur (D10) correspondant à la charge maximale (D9) et un rebouclage de la chaine de calcul (E1, E2, E3, E4) en prenant en entrée le débit maximal (D10) pour déterminer une nouvelle valeur de la charge maximale (D9) à partir d’au moins une deuxième boucle de traitement de la chaine de calcul (E1, E2, E3, E4). Procédé selon la revendication 1 dans lequel des valeurs successives de la charge maximale (D9) sont recalculées à partir de boucles de traitement de la chaine de calcul prenant en entrée la dernière valeur de débit maximal (D10) jusqu’à la détection d’une convergence entre deux valeurs de charge maximale (D9) issues de deux boucles de traitement successives de la chaine de calcul (E1, E2, E3, E4). Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la détermination (E1) du ratio de compression maximal (D2) est déterminé à partir d’une cartographie du ratio de compression maximal d’un champ du compresseur prenant en entrée des valeurs de débit du compresseur (D1 ; D10). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la détermination (E2) de la pression maximale (D4) en sortie du compresseur en fonction du ratio de compression maximal (D2) est déterminée à partir d’une estimation ou mesure instantanée de la pression (D3) en entrée du compresseur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la détermination (E3) de la pression maximale (D6) dans le répartiteur d’admission est calculée à partir d’une différence de pression (D5) entre le compresseur et les lignes d’admission du moteur, dans lequel la différence de pression (D5) est obtenue par une cartographie prenant en entrée une mesure ou estimation du débit instantané du turbocompresseur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la détermination (E4) de la charge maximale (D9) est calculée à partir d’une équation de charge selon la relation suivante : Cmax = A*P2’’max + B, où Cmax est la charge maximale, P2’’max est la pression maximale dans le répartiteur d’admission, A un coefficient de remplissage et B un coefficient de décalage, où les coefficients A et B sont calculés en fonction de cartographie prenant en entrée des points de fonctionnement moteur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la détermination (E5) du débit maximal (D10) est calculée selon la relation suivante : DBmax=Cmax*K, où DBmax est le débit maximal, K est un coefficient délivré par une cartographie prenant en entrée le régime moteur instantané et Cmax est la charge maximale. Unité de commande d’un moteur à combustion interne turbocompressé configurée pour la mise en œuvre du procédé d’estimation de la charge maximale potentielle du moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Programme-ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par une unité de commande d’un moteur à combustion interne, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé d’estimation de la charge maximale potentielle du moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7. Véhicule automobile comportant un moteur à combustion interne turbocompressé piloté par une unité de commande selon la revendication 8.