D'UN MOTEUR

[0001] La présente invention revendique la priorité de la demande française 1054619 déposée le 1 1 juin 2010 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

[ooo2] L'invention se rapporte à un procédé de prévention du pompage d'un turbocompresseur. L'invention se rapporte en outre à un groupe motopropulseur et à un véhicule mettant en œuvre un tel procédé.

[ooo3] Dans le domaine automobile, les moteurs thermiques sont alimentés en air permettant de réaliser la combustion ou l'explosion du carburant dans les cylindres. Les véhicules automobiles comprennent alors une boucle d'air 80 telle que celle représenté en figure 1 . La boucle d'air comprend alors classiquement un filtre à air 82 pour l'entrée d'air atmosphérique destinée à la combustion, un turbocompresseur 84 pour la compression de l'air, un tube 86 pour la circulation de l'air jusqu'au doseur 88. Le doseur 88 assure le dosage de la quantité d'air extérieur qui rentrera en combustion dans le moteur 94 en fonction du débit de carburant injecté dans le moteur 94. Le moteur 94 produit des gaz d'échappement qui entraînent le turbocompresseur 84 de manière à bénéficier de l'énergie cinétique des gaz d'échappement pour comprimer l'air atmosphérique non encore brûlé. Une fois l'énergie cinétique des gaz d'échappement récupérée, les gaz d'échappement sont évacués dans ligne d'échappement qui peut comprendre un filtre à particules 78. La boucle d'air 80 peut être complétée par une dérivation pour un refroidisseur d'air sur admission 90 (noté en abrège RAS) et par une dérivation de recirculation des gaz d'échappement 98 (noté en abrège EGR pour exhaust gas recirculation en anglais). Un collecteur 96 amène alors une partie des gaz d'échappement à la sortie du moteur 94 vers le répartiteur 92 en amont du moteur 94.

[ooo4] De façon connue, le turbocompresseur est sujet à un phénomène de pompage qui peut être préjudiciable au confort de l'utilisateur du véhicule automobile. [0005] La figure 2 illustre une vue en coupe des aubes 20 d'une roue du compresseur 84 avec un écoulement d'air atmosphérique incident 30. Le pompage du compresseur 84 est initié par une variation de l'écoulement au niveau des aubes 20 du compresseur. Cette variation de l'écoulement d'air 30 en contact avec les aubes 20 est susceptible de former un décollement 32 de la couche limite. Ce décollement 32 conduit à une restriction de la section de passage entre les deux aubes 20 et donc à une réduction brutale du débit d'air s'écoulant dans le compresseur 84. De par le couplage du compresseur avec les gaz d'échappement, la variation du débit du compresseur 84 entraîne une variation du régime moteur, entraînant à son tour une variation du débit du compresseur. Ce couplage peut alors provoquer une oscillation du débit d'air en amont et en aval du compresseur 84 ce qui génère le bruit caractéristique du pompage (correspondant à des "aboiements"). A terme le phénomène de pompage peut aussi entraîner un endommagement du système palier de la roue du compresseur. Un tel endommagement du palier peut conduire à un fonctionnement du moteur sur une partie de l'huile de lubrification du palier (connu sous le nom de démarrage sur l'huile), ce qui est préjudiciable.

[ooo6] La figure 3 représente le diagramme des différentes vitesses dans le cadre du système formé de l'écoulement d'air 30 et des aubes 20. La vitesse U référencée 24, correspond à la vitesse de rotation de la roue. En fonction de la vitesse incidente (C, référencée 38) de l'écoulement d'air, le débit de l'écoulement (W, référencé 36) de l'air dans le compresseur 84 est lié à l'angle d'incidence 34 de l'écoulement de l'air.

[ooo7] Ainsi l'apparition du phénomène de pompage est liée à différents facteurs parmi lesquels on trouve un mauvais dimensionnement de l'aérodynamique de la roue du compresseur 84 ou la modification de l'angle d'incidence 34 de l'écoulement d'air atmosphérique sur les aubes 20, ou encore la variation du débit d'air circulant dans le compresseur 84. Les différents facteurs du pompage peuvent entraîner deux situations de fonctionnement entraînant le pompage, tel qu'illustré par la figure 4. [0008] D'une part le pompage 60 peut résulter d'une sollicitation statique 40. L'aérodynamique de la roue 44 et les variations l'angle d'incidence de l'écoulement (représentée par l'adéquation écoulement amont/roue 42) entraîne une sollicitation statique 40.

[ooo9] D'autre part le pompage 60 peut résulter d'une sollicitation dynamique 51 . La sollicitation dynamique 51 correspond à une variation 52 du débit du compresseur 84, notée Qcomp.

[ooi o] Dans tous les cas, le pompage entraîne en définitive des oscillations de débit d'air avec des phénomènes de transmission ou d'amortissement possibles des oscillations 62 du débit du compresseur. De par la récupération de l'énergie cinétique des gaz d'échappement à la sortie du moteur 94, un couplage 64 du compresseur 84 et de la boucle d'air 80 peut entretenir le pompage du compresseur 84.

[ooi i] La figure 5 illustre, dans un plan pression par rapport au débit du compresseur, le phénomène de pompage du compresseur 84 avec une sollicitation dynamique. Les courbes 79 montrent les courbes de fonctionnement du turbocompresseur à iso-puissance. Après un fonctionnement stabilisé du compresseur au point 58, une réduction brutale du débit compresseur intervient. Le compresseur 84 passe alors au point 56 avec une variation du débit importante par rapport à la variation de la pression. Le compresseur 84 est alors entraîné dynamiquement en oscillations 54 avec un entretien des oscillations du débit d'air par la réponse de tout le système.

[0012] Par ailleurs la figure 5 illustre aussi la courbe limite 48 de pompage statique au-delà de laquelle le compresseur entre en pompage sans variation du débit d'air du compresseur 84. Ainsi lorsque le débit d'air du compresseur est trop faible avec une pression élevée, les conditions sont réunies pour que le compresseur 84 rentre en pompage.

[0013] Le graphique de la figure 5 comporte en ordonnées le rapport PiC de la pression avale (P2) du compresseur 84 sur la pression amont (P1 ) du compresseur. Le graphique comporte en abscisse le débit corrigé (Qcorr) du compresseur 84, obtenue selon la formule :

où P ₀ , T ₀ , Ro correspondent respectivement à la pression, à la température de l'air et la constante des gaz parfaits de l'air au moment de la caractérisation du compresseur 84 et où P _re f, T _ref , R _ref correspondent respectivement à la pression, à la température de l'air et la constante des gaz parfaits de l'air dans les conditions normales de température et de pression (soit 298 °K et 1 bar)

[0014] Deux hypothèses de fonctionnement peuvent entraîner une sollicitation dynamique du compresseur 84.

[0015] Selon une première hypothèse, l'ouverture de la dérivation EGR entraîne le remplacement d'une partie de l'air atmosphérique amené par le compresseur 84 par des gaz d'échappement. Ainsi lorsque le régime moteur est maintenu, le besoin en air atmosphérique est moindre, ce qui entraîne une baisse du débit d'air dans le compresseur 84. Cette baisse du débit d'air peut solliciter dynamiquement le compresseur 84 en pompage.

[0016] Selon une seconde hypothèse, le débit d'air du compresseur 84 est directement réduit par diminution du régime moteur. Cette deuxième hypothèse correspond typiquement à la chute de demande de couple au moteur, c'est-à-dire à un levé de pied ou lâcher de pédale d'accélérateur par l'utilisateur du véhicule comprenant le moteur.

[0017] Différentes approches ont été envisagées dans l'art antérieur pour tenter d'éviter le pompage du compresseur 84.

[0018] Le document US 6 196 189 propose un filtrage de la consigne d'action sur le papillon d'air lorsque les variations entre la consigne de vitesse du moteur et la vitesse réelle sont trop importantes. Le document US 2004 216457 propose dans le domaine des locomotives, d'agir sur la vitesse du moteur en cas de détection de pompage du compresseur. Le document US 6 105 555 propose une action sur la soupape d'échappement de manière à augmenter les gaz d'échappement circulant dans le turbocompresseur pour résoudre les problèmes de pompage du compresseur. Cependant les solutions proposées n'apportent pas pleinement satisfaction dans la résolution du problème du pompage du compresseur.

[0019] Il existe donc un besoin pour un procédé prévenant la formation du pompage du turbocompresseur.

[0020] Pour cela, l'invention propose un procédé de prévention du pompage d'un turbocompresseur d'un moteur comprenant :

la détection d'un couple instantané du moteur correspondant à une injection d'un premier débit de carburant ;

la détection d'une chute de demande de couple du moteur à un couple inférieur au couple instantané du moteur ;

le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend la coupure progressive du débit de carburant injecté dès la détection de la chute de demande de couple.

[0021 ] Selon une variante, la coupure progressive du débit de carburant entraîne la réduction du rapport de compression du turbocompresseur et la réduction du débit du turbocompresseur.

[0022] Selon une variante, la coupure progressive du débit de carburant est maintenue pendant un temps prédéterminé, de préférence supérieur ou égal à 0,5 seconde.

[0023] Selon une variante, la coupure progressive du débit d'injection de carburant est réalisée par l'injection d'une masse de carburant supplémentaire au débit de carburant correspondant à la chute de couple demandé.

[0024] Selon une variante, la masse de carburant supplémentaire est calibrée en fonction de l'une au moins des caractéristiques suivantes :

- le régime moteur ;

- le couple souhaité par l'utilisateur du moteur ;

- la situation de pilotage de la boîte de vitesse.

[0025] Selon une variante, la coupure progressive du débit de carburant injecté comprend : - une première phase avec une première vitesse constante de coupure du débit de carburant injecté dès la détection de la chute de demande de couple ;

- une deuxième phase avec une deuxième vitesse constante de coupure du débit de carburant injecté, à la suite de la première phase, la deuxième vitesse de coupure étant inférieure à la première vitesse de coupure ;

- une troisième phase avec une troisième vitesse constante de coupure du débit de carburant injecté, à la suite de la deuxième phase, la troisième vitesse de coupure étant supérieure à la deuxième vitesse de coupure.

[0026] Selon une variante, la coupure progressive de l'injection de carburant est obtenue par filtration de la consigne d'injection de carburant dès la détection de la chute de demande de couple.

[0027] L'invention propose aussi un groupe motopropulseur de véhicule automobile comprenant une boucle d'air avec turbocompresseur, le groupe motopropulseur étant caractérisé en ce qu'il met en œuvre le procédé tel que décrit précédemment.

[0028] Selon une variante, le groupe motopropulseur comprend une motorisation thermique de type diesel.

[0029] L'invention propose aussi un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend le groupe motopropulseur tel que décrit précédemment.

[0030] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent :

• figure 1 , un schéma d'une boucle d'air de moteur avec turbocompresseur ;

• figure 2, une vue en coupe des aubes d'une roue du compresseur de turbocompresseur ;

• figure 3, un diagramme des différentes vitesses dans le système formé de l'écoulement d'air et du compresseur ;

• figure 4, un logigramme des différents facteurs entraînant le pompage du compresseur ; • figure 5, une représentation graphique du phénomène de pompage du compresseur dans le plan pression débit du compresseur ;

• figure 6, une stratégie de coupure progressive du débit de carburant à la suite de la détection de la chute de demande de couple ;

• figures 7A et 7B, l'évolution des différentes grandeurs du groupe motopropulseur en l'absence du procédé de prévention du pompage proposé ;

• figures 8A et 8B, l'évolution des différentes grandeurs du groupe motopropulseur avec l'application du procédé de prévention du pompage proposé.

[0031 ] L'invention se rapporte à un procédé de prévention du pompage d'un turbocompresseur d'un moteur. Le procédé comprend la détection d'un couple instantané du moteur correspondant à une injection d'un premier débit de carburant. Le procédé comprend en outre la détection d'une chute de demande de couple du moteur à un couple inférieur au couple instantané du moteur. Cette chute peut correspondre au cas de levé de pied de l'utilisateur du véhicule automobile comprenant le moteur. Dès la détection de la chute de demande de couple, le procédé proposé comprend la coupure progressive du débit de carburant injecté.

[0032] Une telle situation correspond à un filage tel qu'illustré à la figure 6. La figure 6 représente en effet l'évolution du couple moteur instantanée (CMI) en fonction du temps avec une stratégie de coupure progressive 76 du débit de carburant dès la détection de la chute de demande de couple et une stratégie de coupure référencée 760.

[0033] La diminution progressive du débit de carburant induit une modification graduelle et constante du débit de carburant. Ceci induit aussi une maîtrise de la chute de régime moteur (Nrpm) et donc de débit d'air du moteur (Qmot). Ceci est notamment lié à la formule : c _vl ^rdt _ vol

R *T2" ^cyl 120 où Vcyl correspond au volume de la cylindrée du moteur 94 et rdt_vol correspond au rendement volumétrique. [0034] En l'absence de chute brutale du débit d'air du moteur 94, le débit d'air du compresseur 84 est diminué progressivement.

[0035] Par ailleurs cette diminution progressive du débit de carburant permet à la turbine de récupérer une enthalpie au lâcher de pied ce qui a pour effet de maintenir le régime du turbocompresseur et le PiC.

[0036] Ces effets combinés permettent alors de supprimer le pompage compresseur.

[0037] Ainsi le procédé proposé permet de prévenir la formation du pompage du turbocompresseur.

[0038] Par application du procédé on peut obtenir un groupe motopropulseur avec le moteur 94 et le turbocompresseur 84 précédents prévenant le pompage du turbocompresseur 84. Le procédé est de préférence utilisé avec un groupe motopropulseur comprenant une motorisation thermique de type diesel du fait de l'utilisation répandue de turbocompresseur avec la motorisation diesel. Un véhicule automobile comprenant un tel groupe motopropulseur est alors avantageux.

[0039] La figure 5 illustre la zone 50 de sollicitation dynamique dans laquelle le compresseur entre en pompage du fait de la variation du débit d'air. Ainsi les plages de fonctionnement susceptibles de présenter du pompage dynamique par chute du régime moteur peuvent être délimitées par :

• un régime moteur Nrpm compris entre 1000 et 2500 tours. min ^"1 ;

• un rapport de compresseur PiC compris entre 1 et 3 ;

• une demande de chute de régime moteur de -50 à -3000 tours. min ^"1 . s ^"1 .

[0040] Le procédé proposé correspond à la trajectoire 72 qui permet de rester à l'écart de la zone 50. Le procédé proposé entraîne la réduction du rapport de compression du compresseur du turbocompresseur et la réduction du débit du compresseur du turbocompresseur tel qu'illustré. Une autre stratégie possible correspond à la stratégie 74 avec une augmentation du débit d'air lors de la réduction de PiC. [0041 ] Selon la figure 6, la chute de couple demandé correspond au passage du couple au niveau 768. L'injection de carburant est alors maintenue pour que le couple moteur passe progressivement du premier niveau de couple moteur au niveau 768. Le maintien de l'injection de carburant correspond à l'injection d'une masse de carburant supplémentaire au débit de carburant correspondant au niveau 768. Cette masse de carburant supplémentaire est calibrée de préférence calibrée en fonction :

• du régime moteur ;

• du couple souhaité par l'utilisateur du véhicule ;

• de la situation de pilotage de la boîte de vitesse.

[0042] La coupure progressive du débit de carburant injecté peut comprendre plusieurs phases. Dans une première phase, une première vitesse constante de coupure du débit de carburant injecté est appliquée dès la détection de la chute de demande de couple. Cette première phase correspond à la portion 762 de la stratégie 76. Ceci permet d'éviter le pompage. En comparaison, la stratégie 760 propose, pendant cette première phase, en premier lieu une coupure brutale du débit de carburant, ce qui est générateur d'une situation de pompage.

[0043] Dans une deuxième phase, une deuxième vitesse constante de coupure du débit de carburant injecté est appliquée à la suite de la première phase. Cette deuxième phase correspond à la portion 764 de la stratégie 76. La deuxième vitesse de coupure est choisie inférieure à la première vitesse de coupure.

[0044] Dans une troisième phase, une troisième vitesse constante de coupure du débit de carburant injecté est appliquée à la suite de la deuxième phase. Cette troisième phase correspond à la portion 766 de la stratégie 76. La troisième vitesse de coupure est choisie supérieure à la deuxième vitesse de coupure.

[0045] Par ailleurs la coupure progressive de l'injection de carburant peut être obtenue par filtration de la consigne d'injection de carburant dès la détection de la chute de demande de couple.

[0046] Les figures 7A à 8B correspondent à des essais montrant la pertinence du procédé de prévention de pompage proposé. [0047] Les figures 7A et 7B montrent l'évolution de différentes grandeurs du groupe motopropulseur lorsque le procédé de prévention du pompage proposé n'est pas utilisé. Qair (référencé ici 602) correspond au débit d'air du compresseur 84. Qcarb (référencé ici 606) correspond au débit de carburant injecté. Lors de l'occurrence d'une baisse du régime moteur 604 c'est-à-dire lors de la chute 608 de demande de couple, le compresseur 84 entre en pompage. Le pompage du compresseur 84 est notamment visible par les oscillations du régime moteur 604.

[0048] Les figures 8A et 8B montrent l'évolution des différentes grandeurs du groupe motopropulseur lorsque le procédé de prévention du pompage proposé est appliqué. Qair (référencé ici 702) correspond au débit d'air du compresseur 84. Qcarb (référencé ici 706) correspond au débit de carburant injecté. Lors de l'occurrence d'une baisse 708 du régime moteur 704, c'est-à-dire lors de la chute 608 de demande de couple, le débit de carburant 706 est coupé progressivement. Le compresseur 84 n'entre alors pas en pompage. Il peut être préféré de prévoir une coupure progressive du débit de carburant pendant un temps supérieur ou égal à 0,5 seconde comme dans le cas représenté en figures 8A et 8B.