FR2851614A1

FR2851614A1 - Procede permettant de regler la pression d'admission dans le cas d'un moteur a combustion interne equipe d'un turbocompresseur a gaz d'echappement

Info

Publication number: FR2851614A1
Application number: FR0401353A
Authority: FR
Inventors: Franz Kunz; Hong Zhang
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2003-02-11
Filing date: 2004-02-11
Publication date: 2004-08-27
Anticipated expiration: 2024-02-11
Also published as: FR2851614B1; DE10305646A1; DE10305646B4

Abstract

L'invention concerne un système de gestion de la suralimentation ou admission surcomprimée, lequel, en vue d'une montée rapide de la pression d'admission, établit des priorités pour les moyens activés à cet effet en fonction de leur rendement afin de régler, pendant l'accélération, la pression d'admission de manière rapide et optimale en termes de consommation. Dans une première étape, le procédé prévoit de fermer la soupape de décharge afin d'éviter une fuite d'énergie vers l'extérieur.

Description

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La présente invention concerne un procédé permettant de régler la pression d'admission dans le cas d'un moteur à combustion interne équipé d'au moins un turbocompresseur à gaz d'échappement et d'une régulation par soupape de décharge.

Lors d'une sollicitation d'accélération de la part du conducteur, et donc d'une importante sollicitation de couple, une commande de moteur calcule une valeur de consigne élevée pour la masse d'air devant être fournie aux cylindres ainsi qu'une valeur de consigne élevée pour la pression d'admission. Grâce à l'état de la technique, on connaît différentes mesures permettant de régler la montée de la 10 pression d'admission ou la valeur de la pression d'admission.

Grâce au document DE 43 15 885 Cl, on connaît un procédé permettant de régler le couple sur un moteur à combustion interne. Un régulateur est prévu dont la grandeur de réglage est le flux massique d'air et qui génère un signal de commande pour un papillon des gaz. La différence de réglage du régulateur est formée à partir 15 d'un flux massique moyen calculé, à l'aide d'un filtre de charge inverse commandé, en fonction d'une valeur de consigne prédéfinie pour la charge et à partir d'un flux massique d'air mesuré. Aussi la question concernant l'accord de plusieurs circuits de réglage ne se pose-t-elle pas ici.

Grâce à WO 99/06686, on connaît un procédé permettant de commander un 20 moteur à combustion interne, lors duquel une valeur estimée du couple effectif est déterminée en fonction de grandeurs de fonctionnement du moteur à combustion interne. A partir de la valeur estimée et de la valeur mesurée pour le couple effectif est calculée une valeur de correction dont il est tenu compte lors de la détermination d'une valeur de consigne pour le flux massique d'air. Ce procédé ne fournit, lui non 25 plus, aucune précision quant à une commande de plusieurs circuits de réglage.

Le problème qui est à la base de l'invention est de fournir un procédé permettant de régler la pression d'admission dans le cas d'un moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur à gaz d'échappement, ledit procédé permettant, de par l'utilisation de plusieurs dispositifs de réglage de la pression 30 d'admission, d'atteindre rapidement et de manière optimale en termes de consommation une valeur de consigne prédéfinie pour la pression d'admission.

Le problème est résolu selon l'invention par un procédé permettant de régler la pression d'admission d'un moteur à combustion interne équipé d'au moins un turbocompresseur à gaz d'échappement et d'une régulation par soupape de 35 décharge, lequel prévoit pour l'établissement de la pression d'admission de procéder, en fonction d'un point de fonctionnement, à l'établissement de priorités d'activation de différents moyens permettant d'établir la pression d'admission, la régulation par soupape de décharge étant activée dans une première étape du procédé, lors d'une sollicitation de couple dépassant une valeur de seuil prédéfinie, pour fermer une soupape de décharge.

Le procédé selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques intéressantes suivantes: - l'activation des moyens permettant d'établir la pression d'admission est effectuée, dans une deuxième étape du procédé, en fonction de leur rendement; - au moins un des moyens suivants est prévu comme moyen permettant d'établir la pression d'admission: compresseur à commande électrique, balayage par 10 distribution variable et levée de soupape variable; - au moins un moyen permettant d'augmenter l'exothermicité du processus de combustion est prévu comme moyen supplémentaire permettant d'établir la pression d'admission; - des moyens permettant d'enrichir un mélange air/carburant par injection 15 simple et/ou par injections multiples sont prévus comme moyens permettant d'augmenter l'exothermicité; - dans la deuxième étape du procédé, lorsqu'une valeur réelle de la pression d'admission est inférieure à une constante de pression d'admission donnée, le compresseur à commande électrique est activé et lorsqu'elle est supérieure à ladite 20 constante de pression d'admission, un balayage par distribution variable est activé; - après que la pression d'admission réelle ait atteint la pression d'admission de consigne ou se soit rapprochée de celle-ci, les moyens permettant d'établir la pression d'admission sont mis à l'arrêt selon des priorités de mise à l'arrêt prédéfinies; - selon les priorités de mise à l'arrêt, les moyens permettant de produire de l'exothermicité supplémentaire ainsi que les moyens producteurs d'énergie, notamment le compresseur à commande électrique et le balayage par distribution variable, sont mis à l'arrêt et, dans une étape finale, la soupape de décharge permettant de commander la pression d'admission de consigne est ouverte; - le nombre de tours et la valeur réelle de la pression d'admission sont pris en considération pour l'établissement des priorités en fonction du point de fonctionnement; - les temps de réponse des différents moyens concernés sont pris en considération pour l'établissement des priorités.

Le procédé selon l'invention concerne un moteur à combustion interne équipé d'au moins un turbocompresseur à gaz d'échappement et d'une régulation par soupape de décharge. Afin d'établir la pression d'admission, on procède, selon l'invention, à l'établissement de priorités pour l'activation de différents moyens permettant d'établir la pression d'admission, et ce, en fonction du point de fonctionnement. Lors d'une sollicitation de couple importante, c'est-à-dire lors d'une sollicitation de couple dépassant une valeur de seuil prédéfinie, la régulation par 5 soupape de décharge est, dans une première étape du procédé, activée pour fermer une soupape de décharge. L'invention repose sur la constatation que les moyens permettant de régler la pression d'admission se divisent en quatre catégories. La première catégorie concerne des mesures permettant de régler la quantité d'air dans les cylindres, la deuxième catégorie des mesures productrices d'énergie, la troisième 10 des moyens permettant d'augmenter l'exothermicité et la quatrième des moyens permettant d'évacuer de l'énergie. Il va de soi que le bilan énergétique ne se réfère pas ici à l'ensemble du système mais uniquement au moteur à combustion interne équipé d'un bloc d'aspiration et d'un bloc d'échappement. Le terme "producteur d'énergie" signifie donc, par exemple, que grâce à un compresseur supplémentaire à 15 commande électrique, une compression supplémentaire est effectuée dans le bloc d'échappement afin d'en augmenter le contenu énergétique. De même, on entend par "évacuation d'énergie" le fait que des gaz d'échappement chauds avec leur énergie thermique et cinétique contournent la turbine du turbocompresseur à gaz d'échappement, par exemple en passant par une soupape de décharge, et ne sont 20 pas ainsi disponibles dans le turbocompresseur à gaz d'échappement. Aussi, l'idée fondamentale qui est à la base de l'invention consiste, lors d'une sollicitation de couple, à activer, dans une première étape du procédé, la régulation par soupape de décharge pour fermer la soupape de décharge avant que ne soient ensuite commencées les étapes suivantes. L'avantage particulier réside dans le fait qu'il est 25 possible, avec le procédé selon l'invention, d'atteindre le couple sollicité de manière rapide et économique en termes de consommation.

Afin de maintenir la consommation aussi faible que possible, une amélioration préférée du procédé selon l'invention prévoit, dans une deuxième étape, que le dispositif d'activation procède à l'activation de moyens producteurs d'énergie, et ce, 30 en fonction de leur rendement. On entend par "moyens producteurs d'énergie", comme il a déjà été mentionné, des moyens qui, à un niveau situé entre la turbine et le compresseur du turbocompresseur à gaz d'échappement, apportent de l'énergie au système. La montée de la pression d'admission s'effectue de préférence par l'activation d'au moins un des moyens suivants: un compresseur à commande 35 électrique, à savoir un compresseur du type booster électrique, un balayage au moyen d'une distribution variable (VVT) et une levée de soupape variable (VLC). En vue de la comparaison, les rendements sont ici pris en considération lorsque la soupape de décharge est fermée. Le rendement peut être défini par exemple comme étant le rapport existant entre la puissance de compression produite et la puissance apportée. En outre, on prévoit de préférence également des moyens supplémentaires pour la montée de la pression d'admission, capables de provoquer une augmentation 5 de l'exothermicité du processus de combustion. L'augmentation de l'exothermicité est réalisée par exemple grâce à un enrichissement du mélange air/carburant, au moyen d'une seule et/ou de multiples injections.

Afin d'atteindre rapidement la pression d'admission correspondant à une valeur de consigne prédéfinie, le compresseur à commande électrique est activé 10 lorsque la valeur réelle de la pression d'admission est inférieure à une constante de pression d'admission prédéfinie et, lorsque ladite valeur est supérieure à la constante de pression d'admission, un balayage est réglé par la distribution variable.

En outre, le procédé selon l'invention prévoit de préférence l'établissement de priorités de mise à l'arrêt, selon lequel les moyens permettant l'établissement de la 15 pression d'admission sont mis à l'arrêt au moment o la pression d'admission de consigne est atteinte ou juste avant qu'elle ne le soit. Il s'est avéré dans une réalisation préférée que, selon les priorités de mise à l'arrêt, les moyens permettant de produire de l'exothermicité supplémentaire ainsi que les moyens producteurs d'énergie, notamment un compresseur à commande électrique et un balayage réalisé 20 par distribution variable, sont mis à l'arrêt et que, dans une étape finale, la soupape de décharge permettant de commander la pression d'admission de consigne est ouverte.

Une réalisation préférée du procédé de commande selon l'invention sera commentée plus en détail à l'aide des figures suivantes, dans lesquelles: la figure 1 représente la structure schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur à gaz d'échappement, la figure 2 représente un diagramme fonctionnel de la régulation en cascade selon l'invention, et la figure 3 représente un organigramme illustrant le procédé selon l'invention. 30 La figure 1 montre une vue schématique d'un moteur à combustion interne 10.

L'air frais est aspiré par un bloc d'aspiration 12. L'air frais aspiré est refroidi dans un refroidisseur 14. En amont du refroidisseur 14 est prévu un compresseur 16 du turbocompresseur à gaz d'échappement. L'air frais comprimé pénètre dans un cylindre 20 en passant par un papillon des gaz 18. Pour des raisons de clarté, quatre 35 cylindres sont représentés dans la figure. En aval du moteur à combustion interne 10 est situé un pot catalytique 22. En amont du pot catalytique est prévue une turbine 24 du turbocompresseur à gaz d'échappement. Il va de soi que la turbine 24 est couplée au compresseur 16 afin d'entraîner celui-ci lorsque le moteur est en fonctionnement.

Parallèlement au bloc d'échappement comportant la turbine 24 est prévu une conduite de dérivation 26.

Si, lors du fonctionnement, la soupape de décharge 28 est à l'état ouvert, les 5 gaz d'échappement passent à côté de la turbine 24. De ce fait, la puissance absorbée par la turbine, et par conséquent la puissance fournie par le compresseur 16, diminue. En somme, c'est le degré de suralimentation - et donc le couple pouvant être fourni par le moteur à combustion interne - qui diminue.

Dans le cas du moteur à combustion interne 10 représenté dans la figure 1, il 10 est possible de prévoir, en cas d'utilisation d'une injection directe, une double injection (DUI). On entend par "double injection" le fait de répartir le processus d'injection sur deux ou plusieurs instants. La double injection constitue une mesure permettant d'augmenter l'exothermicité.

Il est également possible de prévoir dans le bloc d'aspiration du moteur à 15 combustion interne un compresseur à commande électrique (booster électrique). Une autre variante serait d'utiliser une distribution variable (VVT) et une levée de soupape variable (VCC) afin de procéder à une activation appropriée du moteur à combustion interne. Il s'agit là de mesures productrices d'énergie.

Il est en outre possible de prévoir par exemple un organe de réglage de clapet 20 à turbulence ou une soupape à air commandée (LTV pour " Lufttaktventil " en allemand). Les clapets à turbulence servent à produire un mouvement de tourbillon longitudinal (" swirl ") et de tourbillon transversal (" tumble ") du jet d'air dans la chambre de combustion. Cette fonction permet de produire de manière précise différents rapports air/carburant dans la chambre de combustion. Pour ce faire, un 25 mélange explosif est de préférence produit dans la zone de la bougie d'allumage alors que d'autres parties de la chambre de combustion sont remplies, lors du fonctionnement avec charge partielle, par des mélanges appauvris. Ces mesures peuvent être considérées comme des mesures de régulation de l'air pénétrant dans les cylindres.

Lors de l'utilisation d'une soupape à air commandée (LTV) - qui n'a pas non plus été représentée dans la figure 1 - un clapet commandé est disposé dans le tuyau d'aspiration, en amont de la soupape d'admission. Grâce à la soupape, la masse d'air est, selon les besoins, introduite de manière dosée dans de larges zones ou augmentée d'avantage par rapport à l'aspiration naturelle. L'augmentation de la 35 masse d'air, autrement dit la suralimentation dynamique, est obtenue en ce que les processus d'ouverture et de fermeture du clapet LTV peuvent être commandés en fonction des paramètres de fonctionnement du moteur, et ce relativement au mouvement de la soupape d'admission et du piston.

Dans le cadre du procédé selon l'invention, on procède à l'établissement de priorités pour les différents dispositifs. La figure 2 montre le déroulement du 5 processus de commande, dans lequel le générateur de fonctions 30 fixe, en fonction des états de fonctionnement du moteur à combustion interne, la valeur appropriée à la priorité. La priorité 1 concerne la double injection. La double injection est donc, dans le procédé représenté, mise à l'arrêt en toute première priorité. Une fois que la double injection 32 est désactivée, les signaux de commande 44 nécessaires sont 10 déterminés à partir d'un vecteur 42 contenant les valeurs de consigne et les valeurs réelles pour la double injection. Le compresseur à commande électrique (booster électrique) est mis à l'arrêt avec la priorité 2. Autrement dit, le booster électrique est de préférence mis à l'arrêt après la double injection. Viennent ensuite les priorités 3 à 5 concernant respectivement la levée de soupape variable 36, une distribution 15 variable 38 et une commande de la soupape de décharge 40. Les vecteurs 46, 50, 52 et 54 contenant les valeurs de consigne et les valeurs réelles sont, conformément aux priorités prédéfinies, transformés par les différentes commandes en signaux de commande 48, 56, 58, 60. Lors d'une sollicitation de couple, le processus de mise en marche se déroule exactement de manière inverse.

Le déroulement du procédé selon l'invention est illustré plus en détail à l'aide de la figure 3. A l'étape 62, la présence d'une importante sollicitation de couple est constatée. Suite à cette sollicitation, une commande de moteur (non représentée) calcule une valeur de consigne élevée de masse d'air pour les cylindres ainsi qu'une valeur de consigne élevée pour la pression d'admission. Le problème consiste donc à 25 atteindre, le plus rapidement possible et de manière économique en termes de consommation, la valeur correspondant à la pression d'admission de consigne. Dans une étape suivante 64, la soupape de décharge est d'abord fermée afin d'éviter que les gaz d'échappement ne soient inutilement évacués. Dans l'étape 66, il est vérifié si la valeur réelle de la pression de compression est supérieure à une valeur de seuil 30 prédéfinie. Dans ce cas, à l'étape 68, un balayage est réglé par une distribution variable. Suite à l'action de la distribution variable, mais toujours dans cette même étape 68, l'exothermicité est augmentée, le cas échéant, au moyen d'un enrichissement du mélange air/carburant réalisé par injection simple ou par injections multiples.

Si, lors de l'interrogation effectuée à l'étape 66, la pression d'admission réelle est inférieure à une constante prédéfinie, un booster électrique est mis en marche à l'étape 70. Si cela n'est pas suffisant, l'exothermicité du processus de combustion est alors augmentée par injection simple ou par injections multiples. Dans l'étape 72, une interrogation est effectuée pour savoir si la valeur réelle de la pression d'admission a déjà atteint la valeur de consigne ou si elle s'en est rapprochée. En fonction du temps de réponse des moyens utilisés dans les étapes 68 ou 70, ceux-ci peuvent être mis à 5 l'arrêt en temps voulu à l'étape 74 avant même que la valeur de consigne ait été atteinte.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé permettant de régler la pression d'admission d'un moteur à combustion interne (10) équipé d'au moins un turbocompresseur à gaz 5 d'échappement (16, 24) et d'une régulation par soupape de décharge, lequel prévoit pour l'établissement de la pression d'admission de procéder, en fonction d'un point de fonctionnement, à l'établissement de priorités d'activation de différents moyens permettant d'établir la pression d'admission, la régulation par soupape de décharge étant activée dans une première étape (64) du procédé, lors d'une sollicitation de 10 couple dépassant une valeur de seuil prédéfinie, pour fermer une soupape de décharge (28).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'activation des moyens permettant d'établir la pression d'admission est effectuée, dans une deuxième étape (66, 70, 68, 72) du procédé, en fonction de leur rendement.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins un des moyens suivants est prévu comme moyen permettant d'établir la pression d'admission: - compresseur à commande électrique, - balayage par distribution variable et - levée de soupape variable (VLC)

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins un moyen permettant d'augmenter l'exothermicité du processus de combustion est prévu comme moyen supplémentaire permettant d'établir la pression d'admission.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que des moyens 25 permettant d'enrichir un mélange air/carburant par injection simple et/ou par injections multiples sont prévus comme moyens permettant d'augmenter l'exothermicité.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, dans la deuxième étape (66) du procédé, lorsqu'une valeur réelle de la pression d'admission est inférieure à une constante de pression d'admission donnée, le 30 compresseur à commande électrique est activé (68) et lorsqu'elle est supérieure à ladite constante de pression d'admission, un balayage par distribution variable est activé (70) .

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, après que la pression d'admission réelle ait atteint la pression d'admission de 35 consigne ou se soit rapprochée de celle-ci, les moyens permettant d'établir la pression d'admission sont mis à l'arrêt selon des priorités de mise à l'arrêt prédéfinies. g

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, selon les priorités de mise à l'arrêt, les moyens permettant de produire de l'exothermicité supplémentaire ainsi que les moyens producteurs d'énergie, notamment le compresseur à commande électrique et le balayage par distribution variable, sont mis 5 à l'arrêt et en ce que, dans une étape finale, la soupape de décharge permettant de commander la pression d'admission de consigne est ouverte.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le nombre de tours et la valeur réelle de la pression d'admission sont pris en considération pour l'établissement des priorités en fonction du point de 1 0 fonctionnement.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, les temps de réponse des différents moyens concernés sont pris en considération pour l'établissement des priorités.