COMPRESSEUR POUR UN|MOTEUR A COMBUSTION INTERNE EQUIPE

D'UNE DOUBLE SURALIMENTATION

La présente invention concerne le domaine des moteurs thermiques, en particulier les moteurs thermiques équipés d'une double suralimentation.

On appelle suralimentation d'un moteur, le fait d'augmenter la quantité du mélange d'air et de carburant au sein des cylindres du moteur par rapport à un fonctionnement normal. La suralimentation, et a fortiori la double suralimentation permettent d'augmenter le rendement d'un moteur thermique sans modifier la vitesse de rotation. En effet, le couple moteur (et par conséquent la puissance) dépend de l'angle formé entre la bielle et le vilebrequin, de la pression des gaz à l'intérieur du cylindre, nommée Pression Moyenne Effective (ou PME) et de la pression de la quantité de carburant introduite. Par exemple, pour un moteur à essence, si on augmente la quantité d'essence introduite dans le cylindre, il faut aussi augmenter proportionnellement la masse d'air (comburant) pour assurer une combustion complète de ce carburant (on conserve le même rapport air/carburant).

Pour obtenir cette suralimentation, on augmente la masse de gaz à l'admission, ce qui permet d'augmenter la quantité de carburant. Pour cela, on comprime le mélange gazeux à l'admission du moteur (comprenant essentiellement de l'air et optionnellement des gaz brûlés). Cette compression peut être réalisée par le compresseur d'un turbocompresseur qui est entraîné par les gaz d'échappement au moyen d'une turbine, ou la compression peut être effectuée par un compresseur mécanique distinct, qui peut être entraîné par le vilebrequin du moteur. On appelle double suralimentation lorsque le mélange gazeux à l'admission est comprimé deux fois : par exemple, une première fois par un compresseur du turbocompresseur et une deuxième fois par un compresseur mécanique situé dans le circuit d'admission du moteur. Classiquement, le compresseur mécanique, contrôlé dynamiquement, compense l'inertie du turbocompresseur au démarrage.

Afin de contrôler la pression de l'air à l'admission, appelée pression de suralimentation, il est envisageable de modifier le comportement des deux compresseurs. D'une part, pour contrôler l'air passant dans le compresseur mécanique, on commande une vanne, dite vanne de by-pass, qui est placée en parallèle du compresseur et dévie l'air vers le compresseur en fonction de son ouverture qui est commandée. En outre, lorsque le compresseur est entraîné par le vilebrequin du moteur, un embrayage commandé est inséré entre un réducteur et le compresseur mécanique. L'embrayage permet l'activation ou la désactivation du compresseur mécanique. Classiquement, le compresseur mécanique est désactivé pour les régimes du moteur élevés (le régime limite dépend du rapport d'entraînement entre le vilebrequin et le compresseur mécanique). D'autre part, pour contrôler la compression d'air par le turbocompresseur, celui-ci est équipé d'une turbine à géométrie variable (VGT), dont la modification commandée de la géométrie entraîne une modification de la vitesse de rotation du turbocompresseur et donc une modification de la compression.

Ainsi équipé, le moteur thermique et le système de suralimentation doivent être instrumentés pour connaître différentes pressions et températures au sein du circuit de suralimentation. Les valeurs mesurées servent au contrôle de la suralimentation, du moteur, mais aussi au diagnostic du fonctionnement de la suralimentation.

La figure 1 représente un moteur thermique équipé d'une double suralimentation et instrumenté. Un moteur (1 ) est équipé d'un circuit d'admission et d'un circuit d'échappement. Dans le circuit d'admission sont disposés dans le sens de la circulation de l'air : un filtre à air (7), le compresseur du turbocompresseur (2), un premier refroidisseur d'air suralimenté (6), un compresseur mécanique (3) et un deuxième refroidisseur d'air suralimenté (5). En parallèle du compresseur mécanique est disposé un circuit de dérivation, dit circuit de by- pass, comprenant une vanne de by-pass (4). Dans le circuit d'échappement, on retrouve la turbine du turbocompresseur (2), cette turbine est à géométrie variable (VGT). Le compresseur mécanique (3) est entraîné par le vilebrequin du moteur (1 ) par des moyens de transmission, notamment une courroie, et au moyen d'un embrayage (1 1 ). Les refroidisseurs d'air suralimenté (5, 6) permettent de refroidir l'air qui a été chauffé lors des compressions successives.

En outre, tel que représenté, le moteur peut comprendre un circuit de recirculation (8) des gaz d'échappement (EGR) comprenant un refroidisseur (10) et une vanne (9), dite vanne EGR. Les gaz brûlés qui circulent se mélangent à l'air frais entre le filtre à air (7) et le compresseur du turbocompresseur (2). Le moteur (1 ) tel que représenté comprend quatre cylindres. Ces deux dernières caractéristiques (EGR et nombre de cylindres) sont indépendantes de l'invention et ne sont pas limitatives.

Selon cet art antérieur, le moteur (1 ) est équipé de quatre capteurs permettant respectivement de mesurer une pression P _avcm d'un mélange gazeux en amont d'un compresseur mécanique (3), une température T _avcm en amont dudit compresseur mécanique

(3) et une pression P _mral et une température T _mral de suralimentation à l'admission dudit moteur (1 ). L'emploi de quatre capteurs est contraignant pour la conception du moteur notamment en termes d'encombrement, de montage, d'emplacement des capteurs... et est onéreux.

Pour éviter la multiplication du nombre de capteurs et faciliter la conception du moteur, l'invention concerne un procédé de détermination de la pression P _avcm en amont du compresseur (mécanique ou électrique). La pression est déterminée au moyen d'un estimateur basé sur une loi de conservation des débits dans le volume en amont du compresseur mécanique. Cette loi de conservation des débits permet de prendre en compte les comportements physiques des écoulements et par conséquent d'obtenir une estimation fiable et robuste de la pression P _avcm .

Le procédé selon l'invention

L'invention concerne un procédé de détermination d'une pression P _avcm d'un mélange gazeux en amont d'un compresseur mécanique intégré dans un système de suralimentation d'un moteur thermique, ledit système de suralimentation comprenant en outre un turbocompresseur pour comprimer ledit mélange gazeux à l'admission dudit moteur et un circuit de dérivation disposé en parallèle dudit compresseur mécanique comportant une vanne de by-pass. Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes :

a) on construit un modèle dynamique en appliquant une loi de conservation des débits au volume en amont dudit compresseur mécanique, ledit modèle reliant ladite pression P _avcm en amont dudit compresseur mécanique à une température T _avcm en amont dudit compresseur mécanique, à une pression P _sural et une température T _sural de suralimentation à l'admission dudit moteur, ainsi qu'à une ouverture Bypass de ladite vanne de by-pass ;

b) on détermine ladite température T _avcm en amont dudit compresseur compresseur ; c) on acquiert ladite pression P _sural et ladite température T _sural de suralimentation à l'admission dudit moteur ainsi que l'ouverture Bypass de ladite vanne de by-pass ; et d) on détermine ladite pression P _avcm en amont dudit compresseur mécanique au moyen dudit modèle dynamique.

Selon un mode de réalisation de l'invention, on détermine ladite température T _avcm en amont dudit compresseur mécanique au moyen d'un capteur de température placé en amont dudit compresseur.

Alternativement, le système de suralimentation comprenant en outre un refroidisseur à air suralimenté entre ledit turbocompresseur et le compresseur mécanique, on détermine ladite température T _avcm en amont dudit compresseur mécanique au moyen d'une cartographie dudit refroidisseur à air et d'un débit traversant ledit refroidisseur à air.

Selon l'invention, ledit modèle dynamique s'écrit par une formule du type : = -r ^≡L D _bp + D _c - D _cm ) avec P _avcm la dérivée par rapport au temps de la pression avcm

P _avcm ^en amont dudit compresseur mécanique, R la constante des gaz parfaits, V _avcm le volume en amont dudit compresseur mécanique, D, le débit traversant ladite vanne de by- pass, D _c le débit passant à travers ledit turbocompresseur et D _cm le débit passant à travers ledit compresseur mécanique, les débits D _bp et D _cm étant dépendants de la pression P _avcm en amont dudit compresseur mécanique, de ladite pression P _mral et de ladite température T _mral de suralimentation à l'admission dudit moteur ainsi que de ladite ouverture Bypass de ladite vanne de by-pass.

Avantageusement, ledit débit D _bp traversant ladite vanne de by-pass est déterminé par une relation de pertes de charge au niveau de ladite vanne de by-pass qui s'écrit par une formule du type : D _bp = A _bp {Bypass)x f{P _avcm , P _sural ,T _avcm ) avec A _bp {Bypass) la surface d'ouverture de la vanne de by-pass et f le débit par unité de surface défini par une formule du type

1 - si >

p p p

sural J - Ι sural J sural J γ+ l

P avcm ' P sural 'T o

vec γ le rapport des capacités massiques des gaz.

De préférence, ledit compresseur mécanique est entraîné par le vilebrequin dudit moteur, le débit D _cm passant à travers ledit compresseur mécanique s'écrit par une formule

du type : D _cm = avec r _cm le rapport de réduction

entre le compresseur mécanique et le vilebrequin, p _cm la densité des gaz passant à travers

P.

le compresseur mécanique donnée par p _t R la constante des gaz parfaits, le débit volumétrique dudit compresseur mécanique, et δΡ les pertes de charge dans un refroidisseur à air situé entre ledit turbocompresseur et ledit compresseur mécanique.

Alternativement, ledit compresseur mécanique est entraîné par un moteur électrique.

De plus, on peut saturer ladite pression P _avcm déterminée, par la pression atmosphérique P _atm et par la pression de suralimentation P _mral , notamment par une formule du type : P _avcm = min(max(P _flim , P _avcm ), P _mml ) . Selon l'invention, on acquiert ladite pression P _mral et ladite température T _mral de suralimentation à l'admission dudit moteur au moyen de capteurs de pression et de température disposés en amont du collecteur d'admission dudit moteur. En outre, l'invention concerne un procédé de contrôle de suralimentation d'un moteur thermique équipé d'un système de suralimentation, ledit système de suralimentation comprenant un turbocompresseur et un compresseur mécanique pour comprimer ledit mélange gazeux à l'admission dudit moteur et un circuit de dérivation disposé en parallèle dudit compresseur mécanique comportant une vanne de by-pass. Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes :

a) on détermine ladite pression P _avcm d'un mélange gazeux en amont d'un compresseur mécanique au moyen du procédé tel que décrit précédemment ;

b) on détermine des conditions de suralimentation au moyen de ladite pression P _avcm ; et

c) on commande ladite vanne de by-pass et/ou ledit turbocompresseur en fonction desdites conditions de suralimentation.

De plus, l'invention concerne un procédé de diagnostic de fonctionnement anormal d'un système de suralimentation d'un moteur thermique, ledit système de suralimentation comprenant un turbocompresseur et un compresseur mécanique pour comprimer ledit mélange gazeux à l'admission dudit moteur, un circuit de dérivation disposé en parallèle dudit compresseur mécanique comportant une vanne de by-pass. Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes :

a) on détermine ladite pression P _avcm d'un mélange gazeux en amont d'un compresseur mécanique au moyen du procédé tel que décrit précédemment ;

b) on détermine des conditions de suralimentation au moyen de ladite pression P _avcm ; et

c) on détecte ledit fonctionnement anormal dudit système de suralimentation au moyen desdites conditions de suralimentation.

Avantageusement, ledit fonctionnement anormal dudit système de suralimentation est une fuite dans le système d'admission.

L'invention concerne également un procédé de commande d'un moteur thermique équipé d'un système de suralimentation, ledit système de suralimentation comprenant un turbocompresseur et un compresseur mécanique pour comprimer un mélange gazeux à l'admission dudit moteur et un circuit de dérivation disposé en parallèle dudit compresseur mécanique comportant une vanne commandée de by-pass. Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes :

a) on détermine une température T _avcm en amont dudit compresseur mécanique, une pression P _mral et une température T _mral de suralimentation à l'admission dudit moteur ainsi qu'une pression P _avcm en amont dudit compresseur mécanique au moyen du procédé tel que décrit précédemment ;

b) on acquiert une consigne de pression de suralimentation P^ _ral ;

c) on construit un modèle de remplissage du volume de suralimentation compris entre les soupapes d'admission dudit moteur d'une part et le compresseur mécanique et la vanne de by-pass d'autre part, ledit modèle relie la pression de suralimentation P _mral à l'ouverture Bypass de ladite vanne de by-pass au moyen de ladite pression P _avcm et de ladite température T _avcm en amont dudit compresseur mécanique ainsi que ladite température T _mral de suralimentation ;

d) on détermine une consigne d'ouverture Bypass ^sp de ladite vanne de by-pass au moyen dudit modèle de remplissage, de ladite consigne de pression de suralimentation P^ _ral , et de ladite pression P _avcm et de ladite température T _avcm en amont dudit compresseur mécanique ainsi que de ladite pression P _mral et de ladite température T _mral de suralimentation ; et

e) on commande ladite vanne de by-pass selon ladite consigne d'ouverture Bypass ^sp de ladite vanne de by-pass.

Avantageusement, ledit modèle de remplissage est déterminé au moyen d'une équation de remplissage dudit volume de suralimentation définie par une formule de

RT

conservation des débits du type : P _mral =—≡^{D _cm - D _bp - D _asp ) avec P _mral la dérivée de sural

ladite pression de suralimentation P _mral par rapport au temps, R la constante des gaz parfait, V _mral le volume de suralimentation, D _cm le débit arrivant dudit compresseur , D _bp le débit sortant à travers ladite vanne de by-pass qui est fonction de l'ouverture de ladite vanne de by-pass et D _asp le débit aspiré sortant vers les cylindres dudit moteur.

Selon une variante de réalisation de l'invention, ledit modèle de remplissage est un modèle de remplissage en boucle ouverte qui s'écrit par une relation du type : Bypass ^sp

vec r _cm le rapport de réduction entre le compresseur mécanique et le vilebrequin, p _cm la

P.

densité des gaz passant à travers le compresseur mécanique donnée par /? Φ le débit volumétrique dudit compresseur mécanique, D ^s _sp la consigne de débit de gaz aspiré par les cylindres dudit moteur, A _bp (Bypass) la surface d'ouverture de la vanne de by-pass et f le débit par unité de surface défini par une formule du type

vec γ le rapport des capacités massiques des gaz et δΡ les pertes de charge dans un refroidisseur à air situé entre ledit turbocompresseur et ledit compresseur mécanique.

Selon une autre variante de réalisation de l'invention, ledit modèle de remplissage est un modèle de remplissage en boucle fermée qui s'écrit par une relation du type :

avec tre le

compresseur mécanique et le vilebrequin, p _cm la densité des gaz passant à travers le

P.

compresseur mécanique donnée par p _t φ le débit volumétrique dudit compresseur mécanique, D ^s _sp la consigne de débit de gaz aspiré par les cylindres dudit moteur, δΡ les pertes de charge dans un refroidisseur à air situé entre ledit turbocompresseur et ledit compresseur mécanique, K _i et K _p des paramètres de calibration de la boucle de retour et A _bp (Bypass) la surface d'ouverture de la vanne de by-pass et f le débit par unité de surface défini par une formule du type sural

P avcm ' P sural ' T o

avec γ le rapport des capacités massiques des gaz.

Présentation succincte des figures

D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.

La figure 1 , déjà décrite, illustre un moteur équipé d'un système de double suralimentation et instrumenté avec quatre capteurs.

Les figures 2a) et 2b) illustrent une partie du circuit de suralimentation instrumenté pour deux modes de réalisation du procédé selon l'invention.

La figure 3a) illustre la différence entre des pressions estimées par le procédé selon l'invention et des pressions de référence et la figure 3b) représente les erreurs absolues de pression dans un plan régime couple.

Les figures 4a) et 4b) correspondent respectivement aux figures 3a) et 3b) en tenant compte de dispersions au niveau des capteurs et des composants du système de suralimentation.

La figure 5 illustre l'origine des dispersions dans l'estimation de pression amont du compresseur mécanique.

Les figures 6a) à 6d) représentent la pression de suralimentation, la pression en amont du compresseur, l'ouverture de la vanne de by-pass et de la turbine VGT et la pression moyenne effective (PME) pour une commande en boucle ouverte selon un procédé de commande du moteur mettant en œuvre le procédé de détermination selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min.

Les figures 7a) et 7b) représentent la pression de suralimentation pour une commande en boucle ouverte selon un procédé de commande du moteur utilisant respectivement une mesure de la pression en amont du compresseur mécanique et mettant en œuvre le procédé de détermination selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min.

Les figures 8a) et 8b) représentent la pression en amont du compresseur mécanique pour une commande en boucle ouverte selon un procédé de commande du moteur utilisant respectivement une mesure de la pression en amont du compresseur mécanique et mettant en œuvre le procédé de détermination selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min.

Les figures 9a) et 9b) représentent les positions des actionneurs pour une commande en boucle ouverte selon un procédé de commande du moteur utilisant respectivement une mesure de la pression en amont du compresseur mécanique et mettant en œuvre le procédé de détermination selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min.

Les figures 10a) et 10b) représentent la pression de suralimentation pour une commande en boucle fermée selon un procédé de commande du moteur utilisant respectivement une mesure de la pression en amont du compresseur mécanique et mettant en œuvre le procédé de détermination selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min.

Les figures 1 1 a) et 1 1 b) représentent la pression en amont du compresseur mécanique pour une commande en boucle fermée selon un procédé de commande du moteur utilisant respectivement une mesure de la pression en amont du compresseur mécanique et mettant en œuvre le procédé de détermination selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min.

Les figures 12a) et 12b) représentent les positions des actionneurs pour une commande en boucle fermée selon un procédé de commande du moteur utilisant respectivement une mesure de la pression en amont du compresseur mécanique et mettant en œuvre le procédé de détermination selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min.

Les figures 13a) et 13b) illustrent le dépassement de la pression de suralimentation sur mille essais dispersés pour une commande en boucle fermée selon un procédé de commande du moteur utilisant respectivement une mesure de la pression en amont du compresseur mécanique et mettant en œuvre le procédé de détermination selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min.

Les figures 14a) et 14b) illustrent le temps de réponse de la pression de suralimentation sur mille essais dispersés pour une commande en boucle fermée selon un procédé de commande du moteur utilisant respectivement une mesure de la pression en amont du compresseur mécanique et mettant en œuvre le procédé de détermination selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min. Description détaillée de l'invention

Le procédé de détermination de la pression en amont d'un compresseur mécanique ou électrique (c'est-à-dire entraîné par un moteur électrique) selon l'invention est adapté pour tout moteur thermique équipé d'une double suralimentation, et ne se limite pas au moteur thermique de la figure 1 . Toutefois, pour expliquer l'invention, le procédé est décrit pour l'exemple de double suralimentation de la figure 1 . De plus, dans la suite de la description et sur les figures 2a) et 2b), seul le mode de réalisation avec un compresseur mécanique entraîné par le vilebrequin du moteur thermique est décrit, toutefois, l'invention est également adaptée pour une double suralimentation mise en œuvre par un compresseur mécanique entraîné par un moteur électrique.

Le procédé selon l'invention concerne la détermination de la pression amont P _avcm d'un mélange gazeux (air et optionnellement des gaz brûlés) en amont du compresseur d'un système de suralimentation. Pour déterminer cette pression, les étapes suivantes sont mises en œuvre :

1 ) détermination de la température T _avcm en amont du compresseur

2) acquisition de la pression et la température de suralimentation et de l'ouverture de la vanne de by-pass

3) détermination de la pression amont P _avcm au moyen d'un modèle dynamique.

Les étapes 1 ) et 2) sont indépendantes et peuvent être réalisées dans l'ordre exposé, dans l'ordre inverse ou simultanément. Ainsi grâce au procédé sur l'invention, il est possible de connaître la pression en amont du compresseur sans l'utilisation d'un capteur supplémentaire.

Notations

Au cours de la description, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de l'écoulement des gaz à l'admission et à l'échappement. De plus, les notations suivantes sont utilisées :

• P _avcm ,T _avcm : pression et température en amont du compresseur mécanique (3), en sortie du premier refroidisseur d'air suralimenté (6).

• P _surai ,T _sural : pression et température de suralimentation à l'admission du moteur (1 ) et en aval du compresseur mécanique (3).

• V _avcm : volume en amont du compresseur mécanique (3) compris entre le compresseur mécanique (3) et le refroidisseur à air (6). • V _mral : volume de suralimentation compris entre les soupapes d'admission du moteur (1 ) d'une part et le compresseur mécanique (3) et la vanne de by-pass (4) d'autre part.

• P _apcm : pression en aval du compresseur mécanique (3) et en amont du deuxième refroidisseur à air suralimenté (5).

• P _atm : pression atmosphérique.

• Bypass : position d'ouverture de la vanne de by-pass (4).

• N _e : régime du moteur (1 ).

• R : constante spécifique des gaz parfaits, qui est la même pour tous les gaz concernés ici (air et gaz d'échappement), et qui vaut 288 J/kg/K.

• D _cm : débit massique d'air en sortie du compresseur mécanique (3).

• D _bp : débit massique d'air traversant la vanne de by-pass (4).

• D _c : débit massique d'air passant à travers le compresseur du turbocompresseur (2).

· A _bp : surface d'ouverture de la vanne de by-pass (4).

• γ : rapport des capacités massiques des gaz, on considère pour le mélange gazeux (air et gaz d'échappement) que γ = 1,4 .

• r _cm : rapport de réduction entre le compresseur mécanique (3) et le vilebrequin (lorsque le compresseur est mécanique et qu'il est entraîné par le moteur).

· p _cm : densité des gaz passant à travers le compresseur mécanique (3) donnée

P

Par p _a

• φ : débit volumétrique du compresseur mécanique (3). Le débit volumétrique est obtenu à partir d'une cartographie, qui peut faire partie des données fournies par le fournisseur du compresseur mécanique (3).

· δΡ : pertes de charge dans le refroidisseur d'air suralimenté (6) situé entre le turbocompresseur (2) et le compresseur mécanique (3). Ce terme de pertes de charge est cartographié en fonction du régime du compresseur mécanique (3) et de la densité des gaz.

• K _i et K _p : paramètres de calibration de la boucle de retour pour le mode de réalisation du procédé de commande en boucle fermée. • PME : pression moyenne effective, elle correspond au rapport entre le travail fourni par le moteur (1 ) durant un cycle et la cylindrée du moteur (1 ).

• VGT : ouverture de la turbine du turbocompresseur (2).

Ces notations, indexées par la mention - ^sp , représentent les consignes associées aux grandeurs considérées. La mention - ^mes indique les valeurs mesurées, la mention - ^nom indique les valeurs nominales, la mention - ^dtsp correspond aux valeurs avec dispersion et la mention - ^est indique les valeurs estimées. La dérivée par rapport au temps est indiquée par un point au dessus de la variable considérée. Étape 1 ) détermination de la température en amont du compresseur mécanique

Afin de pouvoir déterminer la pression P _avcm en amont du compresseur mécanique (3), on détermine la température T _avcm en amont du compresseur mécanique (3).

Selon une première variante de réalisation de cette étape, la température T _avcm en amont du compresseur mécanique (3) est déterminée au moyen d'une cartographie du refroidisseur à air (6) situé entre les deux compresseurs et au moyen du débit d'air passant à travers le refroidisseur à air (6) et de la température extérieure, la cartographie correspond- par exemple à une courbe dans le plan débit/température extérieure. Le débit d'air travers le refroidisseur correspond au débit d'air D _asp aspiré par les cylindres. L'instrumentation du moteur pour ce mode de réalisation est représentée en figure 2a). Cette variante de réalisation présente l'avantage de ne nécessiter aucun capteur en amont du compresseur mécanique.

Selon une deuxième variante de réalisation de cette étape, la température T _avcm en amont du compresseur mécanique (3) est déterminée au moyen d'un capteur de température disposé à la sortie du refroidisseur à air (6) en amont du compresseur mécanique (3) avant la dérivation. L'instrumentation du moteur pour ce mode de réalisation est représentée en figure 2b).

Étape 2) acquisition de données

La pression P _mral et la température T _mral de suralimentation à l'admission du moteur (1 ) ainsi que l'ouverture Bypass de la vanne de by-pass (4) sont des valeurs à acquérir pour déterminer la pression en amont du compresseur mécanique par le procédé selon l'invention.

Tel que représenté sur les figures 2a) et 2b), la pression P _sural et la température T _sural de suralimentation à l'admission du moteur (1 ) peuvent être déterminées au moyen de capteurs respectivement de pression et de température situés en amont du moteur en sortie du compresseur mécanique (3) et du circuit de dérivation (by-pass).

L'ouverture Bypass de la vanne de by-pass (4) peut être déterminée au moyen de sa consigne ou au moyen de la position de son actionneur.

On rappelle que l'étape 2) est indépendante de l'étape 1 ) et peut être réalisée avant, après ou pendant l'étape 1 ).

Étape 3) détermination de la pression en amont du compresseur mécanique

Pour déterminer la pression P _avcm du mélange gazeux en amont du compresseur mécanique (3), on construit un modèle dynamique basée sur une loi de conservation des débits appliquée au volume en amont du compresseur mécanique (3). Le volume en amont V _avcm du compresseur mécanique (3) est délimité par le compresseur mécanique (3), le refroidisseur à air (6) et ne comprend pas le volume du circuit de dérivation. Le modèle dynamique représente le remplissage de ce volume et relie la pression P _avcm en amont du compresseur mécanique (3) à la pression P _sural et la température T _sural de suralimentation à l'admission dudit moteur (1 ) ainsi qu'à l'ouverture Bypass de ladite vanne de by-pass (4).

De préférence, le modèle dynamique peut s'écrire par une formule du type :

RT i \

P _avcm = ^ ^≡L \D _bp + D _C - D , les débits D _bp et D _cm étant dépendants de la pression P _avcm avcm

en amont du compresseur mécanique (3), de la pression P _mral et de la température T _mral de suralimentation à l'admission dudit moteur (1 ) ainsi que de l'ouverture Bypass de la vanne de by-pass (4). Le débit D _c peut correspondre à une estimation du débit à travers le compresseur centrifuge (2) utilisant un modèle de remplissage des cylindres plus un terme dynamique provenant de la déconvolution de la dynamique dans le répartiteur d'admission. Le débit aspiré D _asp est donné par le modèle de remplissage du moteur ; il s'agit d'un modèle statique reliant le débit aspiré par les cylindres avec les grandeurs à l'admission, ce type de modèle équipe classiquement les moyens de contrôle du moteur et peut être du type

D _asp = fonction(P _suml ,T _sural , Ne) . Ce modèle est donc une fonction de la pression de suralimentation. Ensuite, pour déterminer le débit D _c , on inverse la dynamique dans le répartiteur d'admission du moteur pour obtenir une relation du type P _SU ral ⁼ ) ^■

a m Avantageusement, le débit D _bp traversant la vanne de by-pass (4) est déterminé par une relation de pertes de charge (équation de Barré-Saint-Venant) au niveau de la vanne de by-pass (4) qui s'écrit par une formule du type : D _bp = A _bp {Bypass)x f{P _avcm , P _sural ,T _avcm ) avec A _bp (Bypass) la surface d'ouverture de la vanne de by-pass et f le débit par unité de surface défini par une formule du type

f(P _t avcm ' sural ' T avvccmm ) f = sural

a

De plus, le débit D _cm traversant le compresseur mécanique (3) peut être déterminé lorsque le compresseur mécanique (3) est relié au vilebrequin du moteur (1 ) (cf. figures 1 et

2) par une formule du type : D _cm = . Dans

cette formule le terme r _cm Ne correspond au régime du compresseur mécanique (3) et le terme P _sural + δΡ correspond à la valeur de la pression en aval du compresseur mécanique

P _apcm . En effet, le débit volumétrique du compresseur mécanique (3) est obtenu à partir d'une cartographie du compresseur mécanique (3) du régime du compresseur mécanique en fonction du rapport des pressions aval et amont. Cette cartographie peut faire partie des données fournies par le fournisseur du compresseur mécanique (3) ou peut être déterminée expérimentalement. En outre, le terme représente la densité p _cm des gaz passant à travers le compresseur mécanique.

Ainsi, le modèle dynamique peut s'écrire par une formule de la forme :

P avcm =

Une fois le modèle construit, on l'utilise pour déterminer la pression P _avcm en amont du compresseur mécanique en fonction des valeurs acquises de la pression P _mral et la température T _mral de suralimentation à l'admission dudit moteur (1 ), de l'ouverture Bypass de ladite vanne de by-pass (4) et du débit D _c traversant le compresseur du turbocompresseur (2). Ainsi, on obtient une valeur de la pression P _avcm sans instrumenter de capteur de pression en amont du compresseur mécanique (3).

Le procédé selon l'invention est adapté au moteur thermique, notamment pour des véhicules et plus particulièrement des véhicules automobiles. Le moteur thermique concerné peut être un moteur à essence ou un moteur Diesel.

Applications du procédé selon l'invention

Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé selon l'invention peut être utilisé au sein d'un procédé de contrôle de la suralimentation d'un moteur thermique. Ainsi, l'invention concerne également un procédé de contrôle de suralimentation d'un moteur thermique (1 ) équipé d'un système de suralimentation, ledit système de suralimentation comprenant un turbocompresseur (2) et un compresseur mécanique (3) pour comprimer ledit mélange gazeux à l'admission du moteur (1 ) et un circuit de dérivation disposé en parallèle du compresseur mécanique (3) comportant une vanne de by-pass (4). Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes :

a) on détermine la pression P _avcm d'un mélange gazeux en amont d'un compresseur mécanique (3) au moyen du procédé tel que décrit ci-dessus ;

b) on détermine au moyen de la pression P _avcm des conditions de suralimentation telles que les quantités d'air et de carburant au sein des cylindres du moteur (1 ), le régime et le couple du moteur... ; et

c) on commande en fonction des conditions de suralimentation la vanne de by-pass (4) et/ou le turbocompresseur (2) (notamment lorsqu'il s'agit un turbocompresseur à géométrie variable (VGT)) et/ou le cas échéant l'embrayage disposé entre le vilebrequin du moteur et le compresseur mécanique (3).

Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé tel que décrit ci-dessus peut être utilisé au sein d'un procédé de diagnostic de la suralimentation. Ainsi, l'invention concerne en outre un procédé de diagnostic de fonctionnement anormal d'un moteur thermique (1 ) équipé d'un système de suralimentation, ledit système de suralimentation comprenant un turbocompresseur (2) et un compresseur mécanique (3) pour comprimer ledit mélange gazeux à l'admission du moteur (1 ) et un circuit de dérivation disposé en parallèle du compresseur mécanique (3) comportant une vanne de by-pass (4). Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes :

a) on détermine la pression P _avcm d'un mélange gazeux en amont d'un compresseur mécanique (3) au moyen du procédé tel que décrit précédemment ;

b) on détermine au moyen de la pression P _avcm des conditions de suralimentation telles que les quantités d'air et de carburant au sein des cylindres du moteur (1 ), le régime et le couple du moteur... ; et

c) on détecte un fonctionnement anormal du système de suralimentation en fonction des conditions de suralimentation.

Par exemple, le fonctionnement anormal du moteur correspond à une fuite dans le système de suralimentation.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé de détermination de la pression en amont du compresseur mécanique peut être utilisé au sein d'un procédé de commande d'un moteur thermique équipé d'une double suralimentation. Ainsi, l'invention concerne également un procédé de commande d'un moteur thermique (1 ) équipé d'un système de suralimentation, ledit système de suralimentation comprenant un turbocompresseur (2) et un compresseur mécanique (3) pour comprimer un mélange gazeux à l'admission dudit moteur (1 ) et un circuit de dérivation disposé en parallèle dudit compresseur mécanique comportant une vanne commandée de by-pass (4). Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes : a) on détermine une température T _avcm en amont du compresseur mécanique (3), une pression P _mral et une température T _mral de suralimentation à l'admission du moteur (1 ) ainsi qu'une pression P _avcm en amont du compresseur mécanique (3) au moyen du procédé tel que décrit précédemment ;

b) on acquiert une consigne de pression de suralimentation PJ _raZ ;

c) on construit un modèle de remplissage du volume de suralimentation compris entre les soupapes d'admission du moteur (1 ) d'une part et le compresseur mécanique (3) et la vanne de by-pass (4) d'autre part, ledit modèle relie la pression de suralimentation P _mral à l'ouverture Bypass de la vanne de by-pass au moyen de la pression P _avcm et de la température T _avcm en amont du compresseur mécanique (3) ainsi que la température T _mral de suralimentation ;

d) on détermine une consigne d'ouverture Bypass ^sp de la vanne de by-pass (4) au moyen du modèle de remplissage, de la consigne de pression de suralimentation P _sura i _> ^et la pression P _avcm et de la température T _avcm en amont du compresseur mécanique (3) ainsi que de la pression P _mral et de la température T _mral de suralimentation ; et

e) on commande la vanne de by-pass (4) selon la consigne d'ouverture Bypass ^sp de la vanne de by-pass.

Le modèle de remplissage traduit le remplissage du volume de suralimentation et prend en compte les phénomènes physiques mis en jeu pour ce remplissage.

Selon une variante de réalisation de l'invention, l'évolution de la pression en aval du compresseur mécanique est gouvernée par la dynamique de remplissage du volume situé en amont des soupapes. Cette dynamique s'écrit par une formule du type :

RT sural

sural (D _cm - D _bp - D _asp )

V s.ural

Le débit aspiré D _asp est donné par le modèle de remplissage du moteur ; il s'agit d'un modèle statique reliant le débit aspiré par les cylindres avec les grandeurs à l'admission, ce type de modèle équipe classiquement les moyens de contrôle du moteur et peut être du type D _asp = fonction{P _mral ,T _suml , Ne) . Ce modèle est donc une fonction de la pression de suralimentation.

Les débits D _bp et D _cm peuvent être déterminés de la même façon que pour le procédé de détermination de la pression P _avcm .

En boucle ouverte, le modèle de remplissage peut s'écrire :

Bypass ^sp

P s ^s u ^p ral, + SP( Vr cm x Ne,' rp cm ) f D a ^sp sp

Alternativement, on peut écrire le modèle de remplissage en boucle fermée par une relation du type :

Bypass J) avec δ _π = -K _p {P _suml - P^ _al )- K^^P _sural - P^ _ral )it , K _p , K _i étant des paramètres de calibration de la boucle de retour. Exemples d'applications

Afin de vérifier l'estimation de la pression P _avcm avec le procédé selon l'invention, des simulations sont réalisées pour l'instrumentation selon l'art antérieur (figure 1 ) et selon le schéma de la figure 2a), avec un compresseur mécanique. On simule également le procédé de commande selon le troisième mode de réalisation de l'invention pour la commande en boucle ouverte et pour la commande en boucle fermée pour le moteur thermique instrumenté. Pour ces simulations, le seuil prédéterminé S d'utilisation du compresseur mécanique (3) est fixé à 3000 tr/min. Les figures 6 à 9, 13a) et 14a) correspondent à la commande en boucle ouverte telle que décrite ci-dessus et les figures 10 à 12 correspondent à la commande en boucle fermée telle que décrite dans le paragraphe ci- dessus.

Les figures 3a) et 3b) présentent les résultats d'estimation de la pression en amont du compresseur mécanique (3) sur tous les points de fonctionnement de la zone d'utilisation du compresseur mécanique (3). Sur la figure 3a) on représente les points de valeurs réelles données par un modèle de référence et les points de valeurs données par le procédé selon l'invention. On constate que les points du modèle de référence et les points estimés sont superposés ; l'estimation est donc bonne sur toute la plage de fonctionnement. La figure 3b) présente les erreurs absolues de pression dans un repère Pression Moyenne Effective PME et régime Ne. On constate que les écarts sont minimes (compris entre -6 et 16 mbar).

Pour étudier la robustesse du procédé de détermination en présence de dispersions, on considère des dispersions pour les différents capteurs et les différents composants du système de suralimentation. Les dispersions ont pour but de simuler une différence entre les véhicules à leur sortie d'usine. On considère un échantillon de mille véhicules. Les dispersions suivent une répartition gaussienne. Les dispersions sont les suivantes :

• capteur de pression de suralimentation : trois sigmas à 35 mbar (ce qui signifie que la probabilité que la valeur réelle de la pression soit à moins de 35 mbar de la valeur mesurée est de 99,7 %),

• capteur de température de suralimentation : trois sigmas à 3 °C,

· capteur de pression atmosphérique : trois sigmas à 35 mbar (même dispersion que le capteur de pression de suralimentation),

• débit à travers le compresseur mécanique : trois sigmas à 0,5 %,

• position de la vanne de by-pass : trois sigmas fonction de l'ouverture, cf. tableau 1 ci- dessous

Tableau 1 - Dispersion sur la vanne de by-pass

Ouverture vanne de by-pass (%) 100 80 60 40 20 0 Trois sigmas (%) 1 ,46 2,91 4,01 5,48 7,80 6,63

Les figures 4a) et 4b) correspondent aux figures 3a) et 3b) et présentent les résultats sur tous les points de fonctionnement de la zone d'utilisation du compresseur mécanique sur cinq mille essais dispersés. Sur la figure 4a), les points gris clairs au centre sont les valeurs réelles données par le modèle de référence et les points noirs sont les valeurs à plus et moins trois sigmas. On remarque que la variation de l'estimation est faible : les points noirs encadrent de manière rapprochée les points de référence. La figure 4b) présente les erreurs à trois sigma de pression. Ces résultats montrent que l'estimation est peu dépendante de la fiabilité des entrées. L'erreur reste inférieure à 60 mbar. Par conséquent, le procédé de commande selon l'invention est bien robuste vis à vis des dispersions.

La figure 5 présente, sur chaque point de fonctionnement, l'origine des dispersions de l'estimation de la pression en amont du compresseur mécanique. Chaque camembert représente la contribution des dispersions de chaque entrée : pression de suralimentation Psural, température de suralimentation Tsural, pression en amont du compresseur mécanique Pave, débit du compresseur mécanique Dcm et ouverture de la vanne de by- pass Bypass sur les dispersions de sortie. On remarque que la pression de suralimentation est la plus influente, notamment aux plus fortes charges où la fonction de Barré Saint Venant est dans une zone de forte variation (la différence de pression aux bornes de la vanne de by- pass est faible sur ces points). Aux plus faibles charges, on remarque que la section de la vanne de by-pass devient plus influente. En effet, cette dernière est partiellement fermée dans cette zone pour réaliser la pression de suralimentation requise. Une erreur de position de la vanne peut donc fortement modifier l'estimation de la pression en amont du compresseur mécanique. Pour évaluer l'impact de l'estimation par le procédé selon l'invention sur le procédé de commande du troisième mode de réalisation, on s'intéresse en premier lieu à une commande en boucle ouverte pour vérifier que l'estimation réalisée donne des résultats équivalents à l'art antérieur. On regarde dans un premier temps un cas non dispersé puis le cas en présence de dispersions sur le système. Ensuite, on évalue la stratégie en boucle fermée sur le cas dispersé.

Les figures 6a) à 6c) présentent des prises de charge successives pour des régimes de 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 tr/min pour le procédé de commande en boucle ouverte. Sur ces figures, l'indice 1 correspond au procédé de détermination selon l'invention (sans capteur, figure 2a) et l'indice 2 correspond au procédé avec des capteurs de pression et de température en amont du compresseur mécanique (figure 1 ). La figure 6a) présente la pression de suralimentation consigne PJ _raZ et les pressions de suralimentation déterminés selon l'art antérieur et selon l'invention. On constate que le procédé de détermination de la pression amont n'influe pas sur la rapidité du procédé de commande. La figure 6b) illustre la comparaison entre la pression en amont du compresseur mécanique par les deux méthodes. On constate que les trajectoires sont proches pour les deux méthodes. La figure 6c) présente les ouvertures de la vanne de by-pass (4) et du turbocompresseur (2) à géométrie variable. Pour toutes les figures, les ouvertures sont exprimées en %, 0% signifie que l'actionneur est fermé, alors que 100% signifie que l'actionneur est complètement ouvert. On constate que la position définie par le procédé de commande est quasiment la même pour les deux méthodes. Un écart est cependant perceptible sur la position de la vanne de by- pass à la fin du transitoire à 2000 tr/min. Ceci n'est pas préjudiciable puisque la différence de pression aux bornes de la vanne de by-pass est très faible à cet endroit. La figure 6d) montre que la trajectoire de la pression moyenne effective PME est identique pour les deux méthodes.

Afin de vérifier la robustesse du procédé de commande en boucle ouverte utilisant le procédé de détermination selon l'invention, on réalise des simulations pour lesquelles on considère des dispersions pour les différents capteurs et composants du système de suralimentation. Les dispersions ont pour but de simuler une différence entre les véhicules à leur sortie d'usine. On considère un échantillon de mille véhicules. Les dispersions suivent une répartition gaussienne.

Les dispersions sur les capteurs sont les suivantes :

• capteur de pression de suralimentation (instrumentation selon l'art antérieur) : trois sigmas à 35 mbar (ce qui signifie que la probabilité que la valeur réelle de la pression soit à moins de 35 mbar de la valeur mesurée est de 99,7 %),

· capteur de pression amont compresseur mécanique : trois sigmas à 35 mbar (il est à noter que les deux capteurs de pression peuvent être recalés entre eux, les dispersions appliquées par la suite sont donc identiques pour ces deux capteurs),

• capteur de température de suralimentation : trois sigmas à 3 °C,

• capteur de température amont compresseur mécanique (3) (instrumentation selon l'art antérieur) : trois sigmas à 3 'Ό.

Les dispersions sur les composants du système de suralimentation sont les suivantes :

• débit à travers le compresseur mécanique (3) : trois sigmas à 0,5 %,

• efficacité du compresseur centrifuge (2) : trois sigmas à 2 %,

• efficacité de la turbine (2) : trois sigmas à 2 %,

· position de la VGT (2) : trois sigmas à 4 %, • position de la vanne de by-pass (3) : trois sigmas fonction de l'ouverture, cf. le tableau 1 ci-dessous :

Tableau 1 - Dispersion sur la vanne de by-pass

Les figures 7a) à 9b) présentent les mêmes transitoires de charge à différents régimes que sur les figures 6a) à 6c). Les figures 7a), 8a) et 9a) correspondent au mode de réalisation selon l'art antérieur (figure 1 avec 4 capteurs), les figures 7b), 8b) et 9b) correspondent au mode de réalisation selon l'invention (figure 2a) sans capteur en amont du compresseur mécanique).

Les figures 7a) et 7b) donnent la trace de pression de suralimentation pour les deux méthodes. Sur ces figures, on représente la consigne ("sp"), la réponse sans dispersion ("nom") et les mille cas dispersés ("disp") en trait plus fin. Pour la méthode selon l'art antérieur, les dispersions sur la pression de suralimentation sont importantes. Pour la méthode selon l'invention, on constate que la dispersion est moins importante aux faibles régimes pour lesquels le compresseur mécanique est sollicité. En effet, le fait d'estimer la pression en amont du compresseur mécanique permet de rendre cohérente cette information par rapport à la mesure de la pression de suralimentation (ce qui n'est pas le cas lorsque l'on utilise sa mesure dispersée).

Les figures 8a) et 8b) représentent la pression en amont du compresseur mécanique sur les mêmes essais. Les courbes en trait plus épais correspondent à la valeur nominale ("nom") alors que les courbes en trait plus fins correspondent aux mille cas dispersés ("disp"). On constate que les valeurs déterminées selon le procédé selon l'invention sont légèrement moins dispersées que dans le cas de l'art antérieur. Ceci confirme les observations faites précédemment.

Les figures 9a) et 9b) représentent la position des actionneurs sur les mêmes essais. Là encore, les dispersions obtenues sont du même ordre que pour les pressions de suralimentation et amont compresseur mécanique.

Par conséquent, le procédé de commande en boucle ouverte utilisant le procédé de détermination selon l'invention est robuste vis-à-vis des dispersions et est même un peu plus robuste que le même procédé de commande utilisant des mesures de pression.

Afin de vérifier la robustesse vis-à-vis des dispersions pour le procédé de commande en boucle fermée utilisant le procédé de détermination selon l'invention, on réalise des simulations pour lesquelles on considère les mêmes dispersions pour les différents capteurs et composants du système de suralimentation.

Les figures 10a) à 12b) correspondent aux figures 7a) à 9b) pour lequel le procédé de commande est une commande en boucle fermée.

Les figures 7a) et 7b) donnent la trace de pression de suralimentation. Les deux méthodes (avec et sans capteur) donnent des résultats similaires en termes de suivi de trajectoire.

Les figures 8a) et 8b) ainsi que les figures 9a) et 9b) présentent la pression amont du compresseur mécanique et la position des actionneurs. On voit encore que les résultats sont similaires pour les deux méthodes.

Par conséquent, l'utilisation du procédé de détermination de la pression en amont du compresseur mécanique permet de réaliser un procédé de commande robuste vis-à-vis des dispersions.

Les figures 13a) à 14b) donnent le dépassement D et le temps de réponse Tr à 95 % de la pression de suralimentation sur les mille essais dispersés. Les figures 13a) et 14a) correspondent à la commande en boucle fermée utilisant le procédé de détermination selon l'art antérieur. Les figures 13b) et 14b) correspondent à la commande en boucle fermée utilisant le procédé de détermination selon l'invention. Pour chaque régime, les traits horizontaux des rectangles définissent le deuxième quartile, la médiane et le troisième quartile. Les traits à l'extérieur du rectangle représentent l'intervalle à trois sigmas (99,7 % des points sont dans l'intervalle). Les points définis par des croix sont des points marginaux. Les valeurs de dépassement D ainsi que de temps de réponse Tr sont légèrement moins bons pour le procédé selon l'invention, mais restent acceptables. Ceci s'explique par les écarts d'estimation en transitoire.

On constate que l'estimation de pression en amont du compresseur mécanique est satisfaisante sur toute la plage de fonctionnement, même en présence de dispersions de capteurs et des composants du système de suralimentation.

L'analyse des résultats en transitoire permet de conclure que l'on obtient les mêmes performances pour les deux méthodes (avec et sans capteur en amont du compresseur mécanique).