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FR3103013A3 - PROCEDE DE contrôle D’UN CIRCUIT D’ADMISSION D’AIR DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE SURALIMENTE - Google Patents

PROCEDE DE contrôle D’UN CIRCUIT D’ADMISSION D’AIR DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE SURALIMENTE Download PDF

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FR3103013A3
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Inventor
Alain Lefebvre
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Nissan Motor Co Ltd
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Renault SAS
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

L’invention concerne un procédé de contrôle d’un circuit d’admission d’un moteur à combustion interne suralimenté par turbocompresseur, comprenant une branche de renvoi de vapeurs de carburant à partir d’un absorbeur, raccordée au circuit d’admission en un point d’arrivée situé en amont d’un compresseur du turbocompresseur. La principale caractéristique du procédé selon l’invention est qu’on ferme un volet de vannage contrôlant le débit des gaz dans le circuit d’admission du moteur en amont du point d’arrivée des vapeurs de carburant, lorsque la différence de pression entre l’absorbeur et le point d’arrivée des vapeurs est insuffisante pour aspirer les vapeurs de carburant vers l’admission. Figure à publier avec l’abrégé : figure 2

Description

PROCEDE DE contrôle D’UN CIRCUIT D’ADMISSION D’AIR DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE SURALIMENTE
Domaine technique de l’invention
La présente invention se rapporte au pilotage de systèmes de suralimentation de moteurs à combustion interne par turbocompresseur du type à allumage commandé (essence) ou du type à allumage par compression (diesel), et au circuit de purge des vapeurs de carburant provenant du circuit de carburant du moteur.
Plus précisément, elle a pour objet un procédé de contrôle d’un circuit d’admission de moteur à combustion interne suralimenté, comprenant une branche de renvoi des vapeurs de carburant provenant d’un absorbeur de vapeurs de carburant, qui consiste en un volume de stockage comprenant un filtre, raccordée au circuit d’admission d’air du moteur en amont d’un compresseur de suralimentation. Elle trouve une application avantageuse dans le domaine de l’automobile.
Etat de la technique
Les réservoirs de carburant des moteurs à combustion interne, notamment sur les véhicules automobiles, ne sont jamais totalement étanches et présentent un risque de fuites de vapeurs de carburant. Pour éviter que ces vapeurs soient libérées dans l’atmosphère extérieure pendant les phases d’arrêt du véhicule, il est connu de faire absorber ces vapeurs dans un absorbeur de vapeurs de carburant (dit aussi « canister » selon l’acronyme anglais), qui consiste en un volume de stockage comprenant un filtre à base de particules de charbon actif, puis de les déstocker lors de phases de purge dites aussi de « purge canister ». Dans la suite, on parlera d’absorbeur.
Les vapeurs de carburant sont réintroduites dans le circuit d’admission d’air du moteur, en un point d’arrivée qui est en dépression par rapport à la pression régnant dans l’absorbeur, notamment à l’entrée d’un compresseur de suralimentation du moteur quand le moteur est suralimenté par un turbocompresseur, ou derrière une vanne d’admission d’air du moteur, par exemple un boîtier-papillon.
Sur certaines zones de fonctionnement du moteur, notamment à bas régime et/ou à forte charge, la dépression à l’admission n’est pas suffisante pour évacuer la totalité des vapeurs de carburant présentes dans l’absorbeur. Selon les conditions de fonctionnement du véhicule, l’absorbeur peut alors arriver à saturation, entraînant des fuites de vapeurs de carburant dans l’atmosphère extérieure.
Dans un contexte de lutte renforcée contre la pollution, il est nécessaire de garantir une dépression entre l’admission du moteur et l’absorbeur sur tout le champ de fonctionnement régime-charge du moteur, pour assurer en permanence la faisabilité de la purge des vapeurs carburant vers l’admission du moteur.
Sur les moteurs disposant d’un circuit de recirculation partielle à basse pression des gaz d’échappement à l’admission (dit aussi : circuit EGR BP, pour : Exhaust Gas Recycling – Basse Pression), un volet peut être disposé à l’admission, à la sortie du circuit de recirculation, de manière à créer une dépression permettant d’augmenter le débit des gaz d’échappement recyclés vers le moteur. Un tel circuit EGR BP est bien connu sur les moteurs du type diesel dans le but de réduire les émissions d’oxydes d’azote du moteur, et sur les moteurs à essence pour diluer la charge, repousser la limite d’apparition du cliquetis et diminuer la consommation de carburant.
Mais, plus particulièrement sur les moteurs à essence, l’introduction de gaz d’échappement recyclés à iso-couple moteur nécessite de compenser la perte de remplissage en air pur des cylindres du moteur par une ouverture plus importante du boîtier-papillon du moteur, qui régule le débit total des gaz d’admission dans le moteur. La dépression régnant à l’arrière du boîtier-papillon est donc moins importante, ce qui réduite encore la possibilité de réaliser la purge de l’absorbeur.
On connaît de l’état de la technique plusieurs dispositifs et procédés qui visent à faciliter la purge d’un absorbeur de vapeurs de carburant. Par exemple, la publication FR-A1-2833308 divulgue un procédé de purge d’un absorbeur de vapeurs de carburant dans un collecteur d’admission d’un moteur à combustion interne à distribution variable, le moteur fonctionnant selon un premier mode dans lequel les lois de levée des soupapes sont variables en créant une dépression faible dans le collecteur d’admission, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’estimation de la charge de l’absorbeur, une étape de comparaison de la charge estimée avec un premier seuil, et, si la charge estimée est supérieure au premier seuil, une étape dans laquelle le fonctionnement du moteur bascule dans un deuxième mode dans lequel les lois de levée des soupapes correspondent à celles d’un moteur classique à distribution fixe.
Un tel procédé n’est applicable qu’à un moteur à distribution variable. En outre, lorsque le moteur bascule dans le deuxième mode, son fonctionnement n’est pas optimisé en termes de consommation et/ou de performances.
Selon la publication FR2298005, les hydrocarbures absorbés dans le canister sont désorbés au moyen d’un courant d’air sous pression provenant d’une pompe, qui peut être une pompe d’injection d’air à l’échappement.
Un tel procédé n’est applicable qu’à un moteur ayant déjà une pompe pour un autre usage, ou il nécessite la mise en place d’une pompe spécifique.
Présentation de l’invention
L’invention propose de remédier de manière efficace aux défauts des procédés de contrôle connus des circuits d’admission d’air de moteur à combustion interne suralimentés. Elle propose pour cela un procédé de contrôle d’un circuit d’admission d’air d’un moteur à combustion interne suralimenté par un turbocompresseur, comprenant une branche de renvoi de vapeurs de carburant à partir d’un absorbeur, raccordée au circuit d’admission en un point d’arrivée situé en amont d’un compresseur du turbocompresseur. La principale caractéristique du procédé selon l’invention est qu’on ferme un volet de vannage contrôlant le débit des gaz dans le circuit d’admission en amont de l’arrivée des vapeurs de carburant lorsque la différence de pression entre l’absorbeur et le point d’arrivée des vapeurs de carburant est insuffisante pour aspirer les vapeurs de carburant vers l’admission.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels :
est une vue schématique illustrant un moteur turbocompressé associé à un circuit d’admission d’air et à un circuit d’échappement, apte à la mise en œuvre du procédé selon l’invention ;
est un logigramme qui représente les étapes du procédé selon un premier mode de réalisation ; et,
représente les étapes du procédé selon un deuxième mode de réalisation.
Description détaillée des figures
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement le circuit d’admission d’air 1 et le circuit d’échappement 2 d’un moteur à combustion interne turbocompressé 3 (c’est-à-dire : suralimenté par un turbocompresseur), avec recirculation partielle à basse pression des gaz d’échappement à l’admission du moteur.
L’air frais pénétrant dans un conduit d’admission dans le sens de la flèche E traverse un filtre à air 4 puis un débitmètre 5 apte à mesurer le débit d’air Qair, avant qu’il ne soit rejoint par les gaz d’échappement recyclés à l’admission. Le flux des gaz d’admission traverse le compresseur 6 d’un turbocompresseur 7, puis un refroidisseur d’air de suralimentation (RAS) 8, avant de rejoindre un répartiteur, ou collecteur d’admission 9 du moteur 3.
Les gaz de combustion du moteur sont évacués dans un collecteur d’échappement 10, puis ils traversent une turbine 11 du turbocompresseur 7 et un dispositif de dépollution 12 des gaz de combustion. Sur l’exemple de la figure 1, on a représenté un turbocompresseur dont la turbine11 est à géométrie fixe. Elle est associée à un circuit de décharge 13 muni d’une vanne de décharge à l’échappement 14, dite aussi vanne « waste gate » selon l’acronyme anglais. Le degré d’ouverture de la vanne de décharge permet de détourner de la turbine 11 une proportion plus ou moins élevée des gaz de combustion en provenance du collecteur d’échappement 10, de manière à ajuster la quantité d’énergie prélevée sur les gaz de combustion par la turbine 11, et qui est fournie au compresseur 6 par l’intermédiaire d’un arbre commun pour la compression des gaz d’admission.
A la sortie du dispositif de dépollution 12, une partie des gaz d’échappement est évacuée dans l’atmosphère extérieure, dans le sens de la flèche S. Une autre partie est recyclée à l’admission du moteur en passant dans un conduit de recirculation à basse pression 15, dans le sens de la flèche R, au travers d’un refroidisseur 16. Le conduit peut aussi comporter un filtre non représenté. Ici, la recirculation des gaz d’échappement s’effectue au travers d’une branche EGR (acronyme pour : Exhaust Gas Recylcing) à basse pression 7, dans la mesure où les gaz sont prélevés en un point du circuit d’échappement 2 qui est situé en aval de la turbine 11, et qu’ils sont réintroduits dans le circuit d’admission d’air 1 en un point situé en amont du compresseur 6. Les gaz d’échappement prélevés recyclés sont donc détendus lors de leur recirculation.
La circulation des flux d’admission, d’échappement et de recirculation est contrôlée par plusieurs volets, dont un volet de vannage d’admission 17, un volet d’admission 18 ou boîter-papillon 18, et une vanne EGR 19. Un volet d’échappement (non représenté) peut aussi être prévu.
Enfin, le circuit présente une branche de renvoi 20 de vapeurs de carburant, d’un absorbeur 21 de vapeurs de carburant (dit aussi : « canister ») vers l’admission, en un point d’arrivée qui est situé entre le volet de vannage d’admission 17 et le compresseur 6. L’absorbeur 21 comporte un filtre à base de particules de charbon actif, apte à absorber les vapeurs de carburant d’un réservoir de carburant 22. La branche de renvoi 20 comprend une vanne de purge 23, dont l’ouverture permet la circulation des vapeurs de carburant depuis l’absorbeur 21 jusque vers le compresseur 6 en présence d’une dépression suffisante.
Le volet de vannage 17 contrôle le débit d’un mélange d’air frais et de gaz d’échappement recyclés à l’admission. L’invention propose de l’utiliser également pour créer, dans certaines conditions, une dépression à l’admission à l’aval de ce volet 17. Elle intervient ainsi sur le contrôle du circuit d’admission 1 du moteur à combustion interne suralimenté, en amont du compresseur 6.
La fermeture du volet de vannage d’admission 17, contrôlant le débit des gaz dans le circuit d’admission en amont de l’arrivée des vapeurs de carburant, permet d’assurer la circulation de ces vapeurs lorsque la différence de pression entre l’admission et l’absorbeur 21 est insuffisante pour assurer un débit suffisant qui permet de purger complètement l’absorbeur 21. Ce besoin apparaît principalement dans une zone de fonctionnement du moteur à forte charge, en particulier à proximité de la pleine charge et faible régime (typiquement 1500 tr/min). Mais ces conditions ne sont pas limitatives, et l’application de la mesure proposée peut être étendue à d’autres zones de fonctionnement du moteur sans sortir du cadre de l’invention.
La figure 2 illustre une première stratégie de pilotage du volet de vannage 17, basée sur le besoin de purger l’absorbeur de ses vapeurs de carburant accumulées dans le filtre à charbon actif. Le procédé est itératif et débute au démarrage du moteur (étape 100). Il comprend une première étape de reconnaissance du besoin de purge.
Si tel est le cas, le procédé oriente vers une étape 300 au cours de laquelle le volet de vannage se ferme pour permettre la création d’une dépression à l’aval du volet et l’aspiration des vapeurs de carburant. Dans le cas contraire, le procédé oriente vers une étape 400 dans laquelle la position du volet est réglée pour ajuster un taux de gaz d’échappement recyclés dans le moteur. Cette position peut être une position de complète ouverture.
L’étape de fermeture du volet de vannage.17 se termine lorsque la purge de l’absorbeur est terminée (étape 500).
Selon un autre mode de réalisation illustré par la figure 3, la fermeture du volet de vannage 17 peut aussi être imposée dans des zones de fonctionnement du moteur prédéterminées. Le contrôle du volet de vannage 17 est alors réalisé sur la base d’une cartographie imposant la position du volet en fonction du régime N du moteur et de son couple C. Le régime et le couple sont déterminés par le système de contrôle moteur. Les zones de fermeture sont déterminées par des plages de régime telles que N1 < N < N2 et des plages de couple telles que C1 < C < C2.
Le procédé, qui est itératif et débute également au démarrage du moteur (étape 100), comprend une étape 200 de détermination du régime N et du couple C, puis il se poursuit par une étape de comparaison du régime avec une valeur de régime minimal N1 et une valeur de régime maximal N2, et de comparaison du couple avec une valeur de couple minimal C1 et une valeur de couple maximal C2. Les valeurs minimale et maximale de couple C1,C2 peuvent dépendre du régime.
Si le régime N est compris entre le régime minimal N1 et le régime maximal N2, et que le couple est compris entre le couple minimal C1 et le couple maximal C2, le procédé oriente vers une étape 400 au cours de laquelle le volet de vannage 17 se ferme pour favoriser la création d’une dépression à l’aval du volet, apte à aspirer les vapeurs de carburant dans l’hypothèse où une purge viendrait à être déclenchée. Dans le cas contraire, le procédé oriente vers une étape 500 au cours de laquelle la position du volet de vannage 17 est réglée en fonction d’un taux de gaz d’échappement recyclés à obtenir.
Comme indiqué sur les figures 2 et 3, la fermeture du volet de vannage d’admission 17 peut être imposée pour augmenter le taux de gaz d’échappement recyclés du moteur, même lorsqu’elle n’est pas requise pour assurer l’aspiration des vapeurs de carburant. Cette caractéristique est effective dans les deux modes de réalisation.
Le volet de vannage 17 contrôle le débit d’un mélange d’air frais et de gaz d’échappement recirculés à basse pression. Dans l’exemple de la figure 1, le débit des gaz recyclés est contrôlé en amont du volet de vannage 17, par une vanne EGR à basse pression 19.
En conclusion, sur les moteurs munis d’un circuit de recirculation partielle à basse pression des gaz d’échappement à l’admission, et d’un volet de vannage à l’admission, l’invention propose d’utiliser avantageusement ce volet afin d’assurer l’aspiration des vapeurs de carburant. Dans cette utilisation, le volet de vannage est piloté à l’aide du système de contrôle du moteur. L’avantage principal de l’invention est qu’elle n’entraîne aucun surcoût, car elle n’implique pour sa mise en œuvre qu’une adaptation de la stratégie de pilotage du volet de vannage à l’admission dans le système de contrôle du moteur.

Claims (8)

  1. Procédé de contrôle d’un circuit d’admission d’air (1) d’un moteur à combustion interne suralimenté par turbocompresseur (7), comprenant une branche de renvoi de vapeurs de carburant (20) à partir d’un absorbeur (21), raccordée au circuit d’admission (1) en un point d’arrivée situé en amont d’un compresseur (6) du turbocompresseur (7), CARACTERISE EN CE QU’on ferme un volet de vannage (17) contrôlant le débit des gaz dans le circuit d’admission (1) en amont de l’arrivée des vapeurs de carburant, lorsque la différence de pression entre l’absorbeur (21) et le point d’arrivée des vapeurs de carburant est insuffisante pour aspirer les valeurs de carburant vers l’admission.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la différence de pression entre l’absorbeur (21) et le point d’arrivée des vapeurs est déterminée à partir des mesures d’un capteur de pression du volume de stockage et d’un capteur de pression avant le compresseur (6).
  3. Procédé selon la revendication1, caractérisé en ce que la fermeture du volet de vannage (17) est imposée dans des zones de fonctionnement du moteur déterminées.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les zones de fonctionnement imposant la fermeture du volet de vannage (17) sont déterminées par une cartographie établie en fonction du régime du moteur (N) et de son couple (C).
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les zones de fermeture du volet de vannage (17) sont déterminées par une plage de régime (N) comprise entre un régime minimal (N1) et un régime maximal (N2) et par une plage de couple comprise entre un couple minimal (C1) et un couple maximal (C2).
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fermeture du volet de vannage (17) peut être imposée pour augmenter le taux de gaz d’échappement recyclés à l’admission du moteur, même lorsqu’elle n’est pas requise pour assurer l’aspiration des vapeurs de carburant.
  7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volet de vannage (17) contrôle le débit d’un mélange d’air frais et des gaz d’échappement recirculés à basse pression.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le débit des gaz d’échappement recyclés est contrôlé en amont du volet de vannage (17) par une vanne EGR basse pression (19).
FR1912607A 2019-11-12 2019-11-12 PROCEDE DE contrôle D’UN CIRCUIT D’ADMISSION D’AIR DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE SURALIMENTE Ceased FR3103013A3 (fr)

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