FR2885388A1 - Internal combustion engine e.g. supercharged diesel engine, controlling method for vehicle, involves controlling compressor not powered by turbine based on airflow set point permitting complete burning of fuel flow of preset total loads - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne la commande des moteurs de véhicule suralimenté auThe invention relates to the control of supercharged engine engines at
moyen d'un compresseur.medium of a compressor.
Le contrôle moteur est la technique de gestion d'un moteur à combustion interne avec l'ensemble de ses capteurs et actionneurs. Motor control is the management technique of an internal combustion engine with all its sensors and actuators.
L'ensemble des lois de contrôle commande (stratégies logicielles) et des paramètres de caractérisation (calibrations) d'un moteur sont contenues dans un calculateur appelé UCE (unité de contrôle électronique). All control laws (software strategies) and characterization parameters (calibrations) of an engine are contained in a computer called ECU (electronic control unit).
On connaît des moteurs munis d'un turbocompresseur composé d'une turbine et d'un compresseur dans le but d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres. La turbine est placée à la sortie du collecteur d'échappement et est entraînée par les gaz d'échappement. La puissance fournie par les gaz d'échappement à la turbine peut être modulée en installant une soupape de décharge (waste gate) ou des ailettes (turbo à géométrie variable: TGV). Le compresseur est monté sur le même axe que la turbine. II comprime l'air qui entre dans le collecteur d'admission. Un échangeur peut être placé entre le compresseur et le collecteur d'admission pour refroidir l'air à la sortie du compresseur. There are known engines equipped with a turbocharger consisting of a turbine and a compressor in order to increase the amount of air admitted into the cylinders. The turbine is placed at the outlet of the exhaust manifold and is driven by the exhaust gas. The power provided by the exhaust gases to the turbine can be modulated by installing a waste gate or fins (variable geometry turbo: TGV). The compressor is mounted on the same axis as the turbine. It compresses the air entering the intake manifold. An exchanger can be placed between the compressor and the intake manifold to cool the air at the outlet of the compressor.
Un actionneur est utilisé pour piloter l'ouverture et la fermeture de la soupape ou des ailettes. Le signal de commande de l'actionneur est fourni 2C par l'UCE et permet d'asservir la pression dans le collecteur d'admission. La consigne de pression collecteur est calculée par l'UCE. La pression collecteur est mesurée via un capteur de pression placé sur le collecteur d'admission. An actuator is used to control the opening and closing of the valve or fins. The control signal of the actuator is supplied 2C by the ECU and serves to slave the pressure in the intake manifold. The collector pressure setpoint is calculated by the ECU. The manifold pressure is measured via a pressure sensor placed on the intake manifold.
Lorsque le conducteur souhaite la puissance maximale du moteur, sur une accélération, la position pied à fond de la pédale est traduite par l'UCE en une consigne de débit carburant. Cette consigne de débit conducteur est limitée en transitoire par un seuil qui est fonction du débit d'air frais et du régime moteur. Le débit d'air frais est soit mesuré (débitmètre), soit calculé (estimateur de débit d'air). Ce dispositif permet de limiter les particules (fumées noires) présentes dans les gaz d'échappement du moteur lors des régimes transitoires. Lorsque le débit d'air entrant dans le moteur est suffisant, la consigne de débit carburant est limitée par une valeur qui est fonction du régime du moteur et éventuellement du rapport de boîte de vitesse. Cette limitation est identifiée à partir d'essais moteur. Pour chaque régime moteur de la courbe, on identifie le débit carburant maximum respectant les contraintes thermomécaniques du moteur. Cette limitation est appelée couple de pleine charge du moteur. When the driver wants the maximum power of the engine, on an acceleration, the pedal foot position is translated by the ECU into a fuel flow instruction. This conductive flow setpoint is transiently limited by a threshold which is a function of the fresh air flow and the engine speed. The fresh air flow is either measured (flowmeter) or calculated (airflow estimator). This device makes it possible to limit the particles (black fumes) present in the engine exhaust gases during transient conditions. When the air flow entering the engine is sufficient, the fuel flow setpoint is limited by a value which is a function of the engine speed and possibly the gear ratio. This limitation is identified from engine tests. For each engine speed of the curve, it identifies the maximum fuel flow respecting the thermomechanical constraints of the engine. This limitation is called the engine's full load torque.
Dans la suite, nous allons considérer un moteur diesel suralimenté par un turbocompresseur et un compresseur électrique. En effet pour pallier au manque d'air entrant dans le moteur lors des transitoires, on peut prévoir qu'un compresseur entraîné par un moteur électrique vient alimenter en air frais le moteur. La réserve de puissance électrique étant disponible instantanément, le temps de réponse est très faible comparativement au turbocompresseur qui doit disposer d'une certaine énergie à sa turbine pour être efficace. La puissance électrique sur un véhicule étant limitée, le compresseur électrique est utilisé au début du transitoire pour alimenter en air le moteur et lancer le turbocompresseur. Lorsque l'énergie à la turbine du turbocompresseur est suffisante, le compresseur électrique est désactivé et c'est seulement le turbocompresseur qui assure l'alimentation en air du moteur. In the following, we will consider a diesel engine supercharged by a turbocharger and an electric compressor. Indeed to overcome the lack of air entering the engine during transients, it can be provided that a compressor driven by an electric motor comes to supply fresh air to the engine. The reserve of electric power being available instantly, the response time is very low compared to the turbocharger which must have some energy to its turbine to be effective. Since the electric power on a vehicle is limited, the electric compressor is used at the beginning of the transient to supply air to the engine and start the turbocharger. When the turbine energy of the turbocharger is sufficient, the electric compressor is deactivated and it is only the turbocharger that provides the air supply of the engine.
Le compresseur électrique permet d'atteindre plus rapidement la courbe de pleine charge du moteur en supprimant le temps de réponse du turbocompresseur. Ceci est un gage de confort pour le conducteur. The electric compressor makes it possible to reach the full load curve of the engine more quickly by eliminating the turbocharger response time. This is a guarantee of comfort for the driver.
Le compresseur électrique est composé : ^ d'un compresseur, ^ d'un moteur électrique, ^ d'un étage de commande permettant d'asservir en vitesse le compresseur électrique. Il est compatible avec un turbocompresseur à géométrie fixe ou à géométrie variable. The electric compressor is composed of: a compressor, an electric motor, a control stage for slaving the electric compressor in speed. It is compatible with a turbocharger with fixed geometry or variable geometry.
L'invention concerne l'élaboration de la consigne de vitesse du 30 compresseur électrique. The invention relates to the development of the speed setpoint of the electric compressor.
On connaît des moteurs à simple turbocompresseur se limitant à asservir la pression de suralimentation. Cette consigne de pression de suralimentation est souvent cartographiée en fonction du régime du moteur et du débit de carburant. Puis, un régulateur se charge de réguler la pression de suralimentation sur la consigne à partir de la soupape de décharge ou des ailettes du turbocompresseur. There are known single turbocharger engines limited to servocontrolling the supercharging pressure. This booster pressure setpoint is often mapped according to engine speed and fuel flow. Then, a regulator is responsible for regulating the supercharging pressure on the setpoint from the discharge valve or turbocharger fins.
La pression dans le collecteur Pco,,n,es peut être mesurée par un capteur piézo-électrique. La variation de pression est traduite en une tension qui est mesurable par le calculateur d'injection. Une fois la tension numérisée, elle est traduite en Pascal (Pa) via une table de correspondance. The pressure in the Pco ,, n, es collector can be measured by a piezoelectric sensor. The pressure variation is translated into a voltage that is measurable by the injection computer. Once the voltage is digitized, it is translated into Pascal (Pa) via a correspondence table.
La consigne de pression de suralimentation est cartographiée en régime moteur et débit carburant (ou couple moteur) puis corrigée en fonction de la pression atmosphérique et de la température d'air entrant dans le compresseur. Ces deux corrections diminuent la consigne de pression de suralimentation pour limiter le régime du turbocompresseur en fonction de l'altitude et de la température ambiante. The boost pressure setpoint is mapped at the engine speed and fuel flow (or engine torque) and corrected according to the atmospheric pressure and the air temperature entering the compressor. These two corrections reduce the boost pressure setpoint to limit the speed of the turbocharger as a function of altitude and ambient temperature.
La consigne de suralimentation est définie en fonction du besoin du moteur en air sur des points stabilisés (régime moteur et débit carburant constants). Pour un régime moteur et un débit carburant, le metteur au point identifie une quantité d'air pour une combustion optimale dans le moteur. Puis cette quantité d'air est traduite en consigne de pression de suralimentation. The supercharging setpoint is defined according to the need of the engine in air on stabilized points (constant engine speed and fuel flow). For engine speed and fuel flow, the autopilot identifies an amount of air for optimal combustion in the engine. Then this amount of air is translated into boost pressure setpoint.
Le but de la régulation de pression est de minimiser en permanence l'écart entre la consigne et la mesure de la pression de suralimentation (Pco1). The purpose of pressure control is to permanently minimize the difference between the set point and the boost pressure measurement (Pco1).
Le régulateur le plus couramment utilisé est de type PID (proportionnelle, intégrale, dérivée). The most commonly used regulator is PID (proportional, integral, derivative).
Pour améliorer le temps de réponse de la boucle de régulation, on peut ajouter une valeur de pré-positionnement du by-pass ou des ailettes, à la partie PID du régulateur. Cette valeur de pré-positionnement se présente sous la forme d'une cartographie en régime moteur et débit carburant. To improve the response time of the control loop, a pre-positioning value of the bypass or fins can be added to the PID portion of the controller. This pre-positioning value is in the form of mapping in engine speed and fuel flow.
Dans la zone de faible régime moteur et de faible débit carburant l'énergie à la turbine étant trop faible, seul le prépositivement est appliqué à la commande des ailettes ou de la wastegate. Cette régulation de suralimentation ne pilote pas le compresseur électrique. In the zone of low engine speed and low fuel flow turbine energy is too low, only the prepositively is applied to the control fins or wastegate. This boost regulation does not drive the electric compressor.
L'invention vise à fournir un procédé de contrôle du compresseur supplémentaire indépendant de la régulation de suralimentation. The object of the invention is to provide a method of controlling the additional compressor independent of the supercharging regulation.
A cet effet, on prévoit selon l'invention un procédé de commande d'un moteur de véhicule, dans lequel on commande un compresseur non mû par une turbine, en fonction d'une valeur de consigne d'un débit d'air permettant de brûler l'intégralité d'un débit de carburant de pleine charge prédéterminé. For this purpose, a method for controlling a vehicle engine is provided according to the invention, in which a compressor that is not driven by a turbine is controlled as a function of a set value of an air flow allowing burn all of a predetermined full load fuel flow.
Le procédé selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - on détermine la valeur de consigne du débit d'air; - on détermine la valeur de consigne du débit d'air en fonction de l'une au moins des données suivantes: - une valeur de consigne de richesse; et - une valeur de consigne de débit de carburant de pleine charge; - on détermine la valeur de consigne de débit d'air en fonction de l'une au 20 moins des données suivantes: - une valeur de pression atmosphérique; et - une température de l'air entrant dans le moteur; - on détermine une valeur de consigne de pression dans un collecteur; - on détermine la valeur de consigne de pression en fonction de l'une au 25 moins des données suivantes: - la valeur de consigne du débit d'air; - une valeur de température de l'air dans un collecteur du moteur; - un rendement de remplissage du moteur; - un régime du moteur; et - une densité des gaz entrant dans le moteur; - on détermine un rendement du moteur en fonction de l'une au moins des données suivantes: - un régime du moteur; et - une densité des gaz entrant dans le moteur; -on détermine une valeur de consigne d'un rapport de pressions aux bornes du compresseur; - on détermine la valeur de consigne du rapport de pressions en fonction de l'une au moins des données suivantes: - une valeur de consigne d'une pression dans un collecteur; et 10 - une valeur mesurée de la pression dans le collecteur; - on détermine une valeur de consigne d'une vitesse du compresseur; - on détermine la valeur de consigne de vitesse en fonction de l'une au moins des données suivantes: -une valeur de consigne d'un rapport de pressions aux bornes du 15 compresseur; - une valeur de consigne de débit d'air entrant dans le moteur; et - une température de l'air entrant dans le moteur; - on met en oeuvre la commande lors d'un régime transitoire du moteur durant lequel un débit d'air fourni sans l'intervention du compresseur est 20 insuffisant pour brûler l'intégralité du débit de carburant; - on détecte l'apparition du régime transitoire; - on détecte si une valeur de consigne de débit de carburant de pleine charge dépasse une valeur de débit associée à une limitation de fumée; - on détecte la disparition du régime transitoire; on détecte si un rapport de pressions aux bornes du compresseur est sensiblement égal à 1; et - pendant que l'on commande le compresseur, on ne régule pas une pression de suralimentation dans un collecteur du moteur. The method according to the invention may furthermore have at least one of the following characteristics: the desired value of the air flow rate is determined; the set value of the air flow is determined as a function of at least one of the following data: a setpoint value of richness; and - a fuel flow setpoint value of full load; the air flow set point value is determined as a function of at least one of the following data: an atmospheric pressure value; and - a temperature of the air entering the engine; a pressure setpoint value is determined in a manifold; the pressure reference value is determined as a function of at least one of the following data: the airflow set point value; an air temperature value in an engine manifold; - a filling performance of the engine; - engine speed; and a density of the gases entering the engine; an efficiency of the engine is determined as a function of at least one of the following data: a speed of the engine; and a density of the gases entering the engine; a set value of a pressure ratio is determined at the terminals of the compressor; the setpoint value of the pressure ratio is determined as a function of at least one of the following data: a setpoint value of a pressure in a manifold; and a measured value of the pressure in the manifold; a set value of a speed of the compressor is determined; the speed reference value is determined as a function of at least one of the following data: a set value of a pressure ratio across the compressor; - a set value of air flow entering the engine; and - a temperature of the air entering the engine; - The control is implemented during a transient engine regime during which an air flow supplied without the intervention of the compressor is insufficient to burn the entire fuel flow; - the appearance of the transient regime is detected; - detecting whether a fuel flow setpoint value of full load exceeds a flow rate value associated with a smoke limitation; - the disappearance of the transitional regime is detected; detecting whether a pressure ratio across the compressor is substantially equal to 1; and - while controlling the compressor, a boost pressure is not regulated in a motor manifold.
On prévoit également selon l'invention un moteur de véhicule 30 comprenant: - un compresseur non mû par une turbine; et - un organe de commande du moteur agencé pour commander le compresseur en fonction d'une valeur de consigne de débit d'air permettant de brûler l'intégralité d'un débit de carburant de pleine charge prédéterminé. Also provided according to the invention a vehicle engine 30 comprising: - a compressor not driven by a turbine; and a motor control member arranged to control the compressor as a function of an air flow set point value making it possible to burn all of a predetermined full load fuel flow rate.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode préféré de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma illustrant une stratégie de limitation du débit de carburant sur un moteur de l'art antérieur; - les figures 2 et 3 sont deux organigrammes associés à cette stratégie; 10 -la figure 4 est un schéma analogue à la figure 1 illustrant un moteur selon l'invention; - la figure 5 est un organigramme illustrant les étapes mises en oeuvre selon l'invention pour le calcul de la consigne de vitesse du compresseur électrique dans le moteur de la figure 4; - les figures 6 à 9 et 11 à 13 sont des organigrammes illustrant les différentes étapes du procédé de la figure 5; - la figure 10 présente un ensemble de courbes rnises en oeuvre au cours de l'une des étapes du procédé de la figure 5; les figures 14 et 15 sont des organigrammes illustrant la détection des 20 régimes transitoires dans la présente mise en oeuvre du procédé de l'invention; - la figure 16 est un organigramme illustrant l'intégration de cette détection dans la régulation de la pression de suralimentation; la figure 17 présente trois graphiques correspondant à des simulations de la 25 mise en oeuvre du procédé de l'invention; et - la figure 18 est un organigramme illustrant l'ensemble du calcul de la consigne de vitesse du compresseur électrique dans le présent mode de mise en oeuvre. Other characteristics and advantages of the invention will become apparent in the following description of a preferred embodiment given by way of non-limiting example with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a diagram illustrating a strategy of limitation of fuel flow on a motor of the prior art; FIGS. 2 and 3 are two flowcharts associated with this strategy; FIG. 4 is a diagram similar to FIG. 1 illustrating an engine according to the invention; FIG. 5 is a flowchart illustrating the steps implemented according to the invention for calculating the speed setpoint of the electric compressor in the engine of FIG. 4; FIGS. 6 to 9 and 11 to 13 are flow charts illustrating the various steps of the method of FIG. 5; FIG. 10 shows a set of curves implemented during one of the steps of the method of FIG. 5; Figures 14 and 15 are flow diagrams illustrating the detection of the transient regimes in the present implementation of the method of the invention; FIG. 16 is a flowchart illustrating the integration of this detection in the regulation of the supercharging pressure; Figure 17 shows three graphs corresponding to simulations of the implementation of the method of the invention; and FIG. 18 is a flowchart illustrating the entire calculation of the speed setpoint of the electric compressor in the present embodiment.
Un moteur thermique diesel 2 de véhicule a été illustré à la figure 1. 30 Le moteur comprend un circuit 3 pour l'admission d'air frais dans le moteur. Ce circuit présente d'amont en aval un filtre à air 4, un compresseur 6 faisant partie d'un turbocompresseur 8 et mis en mouvement par une turbine 10 disposée dans le circuit d'échappement du moteur. Le circuit d'admission comprend également un échangeur 10 et un collecteur d'admission 12 communiquant avec une culasse 14 présentant des cylindres dans lesquels sont mobiles les pistons du moteur. A diesel engine 2 of a vehicle has been illustrated in Figure 1. The engine comprises a circuit 3 for the intake of fresh air into the engine. This circuit has from upstream to downstream an air filter 4, a compressor 6 forming part of a turbocharger 8 and set in motion by a turbine 10 disposed in the exhaust circuit of the engine. The intake circuit also comprises an exchanger 10 and an intake manifold 12 communicating with a cylinder head 14 having cylinders in which are movable piston engine.
Le moteur comprend une unité centrale 16 assurant la commande du moteur. Cette dernière reçoit des informations indiquant notamment la position de la pédale d'accélérateur 18 actionnée par le conducteur. The engine comprises a central unit 16 for controlling the engine. The latter receives information indicating in particular the position of the accelerator pedal 18 actuated by the driver.
On étudie ci-après le traitement de la demande conducteur. The treatment of the conductive demand is studied below.
Comme illustré au bloc 20 de la figure 2, la consigne de débit de carburant est obtenue par cartographie en fonction du régime moteur et de la position de la pédale. Elle peut être exprimée en couple moteur puis convertie en débit carburant. Si la conversion en débit carburant intervient après toutes les limitations qui sont exprimées en couple, on parle alors de structure couple. As illustrated in block 20 of FIG. 2, the fuel flow instruction is obtained by mapping according to the engine speed and the position of the pedal. It can be expressed in engine torque and then converted into fuel flow. If the conversion to fuel flow occurs after all the limitations that are expressed in torque, then we speak of torque structure.
Une fois, la consigne de débit carburant calculée, elle est minimisée par: - la limitation de couple (cartographie du bloc 22) qui est fonction du régime moteur: courbe de pleine charge du moteur, - la limitation de fumée (cartographie du bloc 24) qui est fonction du débit d'air frais et du régime moteur. Once the fuel flow rate is calculated, it is minimized by: - the torque limitation (mapping of the block 22) which is a function of the engine speed: the full load curve of the engine, - the smoke limitation (mapping of the block 24 ) which is a function of the fresh air flow and the engine speed.
Sur la figure 2: Qcarb,cau = Débit carburant de consigne en kg/s, = Débit carburant de consigne en kg/s limité par la pleine charge, Qcarb,, ,,i = Débit carburant de consigne injecté en kg/s limité par la pleine charge et la limitation de fumée, Qsm,rm = Débit de limitation des fumées en kg/s. In figure 2: Qcarb, cau = Target fuel flow in kg / s, = Target fuel flow in kg / s limited by full load, Qcarb ,, ,, i = Set fuel flow rate injected in kg / s limited by full load and smoke limitation, Qsm, rm = Flue gas flow rate in kg / s.
La limitation de fumée est calibrée pour satisfaire un niveau de fumée visible. Lors d'une accélération, la réponse du circuit de 30 suralimentation (filtre à air, compresseur 6, échangeur, répartiteur d'admission, collecteur d'échappement et turbine) n'est pas instantanée. La quantité d'air entrant est insuffisante. Il faut donc limiter la consigne de débit carburant pour éviter la présence de fumée à l'échappement. Mais, en limitant la consigne de débit carburant lors de la mise en action du circuit de suralimentation, l'accélération du véhicule est pénalisée. The smoke limitation is calibrated to satisfy a visible level of smoke. During an acceleration, the response of the supercharging circuit (air filter, compressor 6, exchanger, intake manifold, exhaust manifold and turbine) is not instantaneous. The amount of air entering is insufficient. It is therefore necessary to limit the fuel flow instruction to avoid the presence of smoke in the exhaust. But, by limiting the fuel flow setpoint during the activation of the boost circuit, the acceleration of the vehicle is penalized.
Comme illustré à la figure 3, cette limitation est équivalente à une limitation de richesse, sachant que la richesse R est définie par le rapport du débit de carburant Qcarb sur le débit d'air au. normalisé par le coefficient KS qui traduit ce même rapport déterminé dans le cas d'une combustion 1C) complète d'un mélange stoechiométrique: R = K Qcarb Qair Ks =14.5, Qcarb = débit carburant en kg/s, Qair = débit d'air frais en kg/s, Rmax = richesse maximale. As illustrated in FIG. 3, this limitation is equivalent to a limitation of richness, knowing that the richness R is defined by the ratio of the fuel flow rate Qcarb to the air flow rate at. normalized by the coefficient KS which translates this same ratio determined in the case of a complete combustion 1C) of a stoichiometric mixture: R = K Qcarb Qair Ks = 14.5, Qcarb = fuel flow in kg / s, Qair = flow rate fresh air in kg / s, Rmax = maximum wealth.
Le débit d'air frais Qair peut être mesuré par un capteur à fil chaud placé en sortie du filtre à air 4. Le principe de la mesure est d'asservir la température de l'élément chauffant placé dans le flux d'air. Le courant de chauffage est donc l'image du débit d'air frais traversant le débitmètre. La variation de courant est traduite en une tension qui est mesurable par le calculateur d'injection. Une fois la tension numérisée, elle est traduite en kilogramme par seconde (kg/s). The fresh air flow Qair can be measured by a hot wire sensor placed at the outlet of the air filter 4. The principle of the measurement is to control the temperature of the heating element placed in the air flow. The heating current is therefore the image of the flow of fresh air passing through the flow meter. The current variation is translated into a voltage that is measurable by the injection computer. Once the voltage is digitized, it is translated into kilograms per second (kg / s).
Au bloc 22 de la figure 2, la limitation de couple, aussi appelée courbe de pleine charge, est calibrée en statique pour satisfaire le cahier des 25 charges fiabilité du groupe motopropulseur. In block 22 of FIG. 2, the torque limitation, also referred to as the full load curve, is statically calibrated to meet the powertrain reliability specifications.
Un mode préféré de réalisation du moteur selon l'invention a été illustré à la figure 4. II présente une structure analogue à celle du moteur de la figure 1 mais comprend en outre dans le circuit d'admission d'air frais 3, en max s aval du filtre à air et en amont du compresseur 6, un compresseur supplémentaire 30 non mû par une turbine. Il s'agit en l'espèce d'un compresseur électrique actionné par un moteur électrique 32. A preferred embodiment of the engine according to the invention has been illustrated in FIG. 4. It has a structure similar to that of the engine of FIG. 1 but furthermore comprises in the fresh air intake circuit 3, in max. s downstream of the air filter and upstream of the compressor 6, an additional compressor 30 not driven by a turbine. This is an electric compressor powered by an electric motor 32.
L'invention vise à fournir une consigne de vitesse au compresseur électrique en fonction du besoin en air du moteur. L'invention permet de calculer la consigne de vitesse du compresseur à partir des limites de richesse qui sont déjà présentes dans l'organe de contrôle moteur 16. Ainsi le travail du metteur au point se trouve nettement simplifié. En effet, dans le contrôle moteur le traitement de l'information pédale permet d'extraire une information de richesse. The aim of the invention is to provide a speed setpoint for the electric compressor as a function of the engine's air requirement. The invention makes it possible to calculate the speed setpoint of the compressor from the richness limits that are already present in the engine control member 16. Thus the work of the developer is greatly simplified. Indeed, in the motor control the processing of the pedal information can extract a wealth information.
Dans le cas du moteur selon l'invention de la figure 4, lorsque la limite de richesse est atteinte lors d'un régime transitoire, on calcule la quantité d'air manquante dans le moteur pour brûler le débit de pleine charge. Puis cet objectif de débit d'air sera traduit en consigne de vitesse du compresseur électrique à l'aide de sa caractéristique. Ainsi le calcul de la consigne du compresseur électrique n'a généré aucun travail substantiel supplémentaire. In the case of the engine according to the invention of FIG. 4, when the richness limit is reached during a transient regime, the amount of air missing in the engine is calculated to burn the full load flow. Then, this airflow objective will be translated into the speed of the electric compressor with the help of its characteristic. Thus the calculation of the setpoint of the electric compressor did not generate any additional substantial work.
Les différentes phases de la mise en oeuvre du procédé de l'invention sont donc: - de calculer la consigne de vitesse du compresseur électrique 30, de détecter les régimes transitoires où le débit d'air moteur n'est pas suffisant pour brûler le débit de carburant de pleine charge; et - de s'intégrer dans la stratégie de régulation de suralimentation. The various phases of the implementation of the method of the invention are therefore: to calculate the speed setpoint of the electric compressor 30, to detect the transient conditions where the engine air flow rate is not sufficient to burn the flow rate full load fuel; and - to integrate into the overfeed regulation strategy.
On va maintenant présenter le détail du présent mode de mise en 25 oeuvre du procédé de l'invention dans ce moteur. We will now present the details of this embodiment of the method of the invention in this engine.
La première phase est donc le calcul de la vitesse de consigne du compresseur électrique 30. Les différentes étapes de cette phase ont été illustrées sur l'organigramme de la figure 5. The first phase is therefore the calculation of the reference speed of the electric compressor 30. The various stages of this phase have been illustrated on the flowchart of FIG. 5.
On note: Qcmb,pc = consigne de débit de carburant en kg/s limitée par la courbe de pleine charge, Rmax = Consigne de richesse maximale provenant de la limitation de fumée, KS = 14.5, Qair,ob, = débit d'air frais objectif en kg/s pour brûler le débit carburant de pleine charge en respectant la limitation de fumée, Ptmo = Pression atmosphérique en Pa, Ti = Température en K du débit d'air frais mesuré QQ;,., Qce,obj = Objectif de débit d'air en kg/s dans le compresseur électrique 30 pour brûler le débit de carburant de pleine charge en respectant la limitation de fumée, T ol = Température en K de l'air dans le collecteur d'admission, cor,obj = Objectif de pression dans le collecteur d'admission en Pa pour brûler le débit de carburant de pleine charge en respectant la limitation de fumée, Iree,ob; = Objectif de rapport de pressions aux bornes du compresseur électrique pour brûler le débit de carburant de pleine charge en respectant la limitation de fumée, Por,n,es = mesure de la pression dans le collecteur d'admission en Pa, Nce,obj = Consigne de vitesse du compresseur électrique normalisée, Nce,ob;= Consigne de vitesse du compresseur électrique. Note: Qcmb, pc = fuel flow setpoint in kg / s limited by the full load curve, Rmax = maximum richness setpoint from the smoke limitation, KS = 14.5, Qair, ob, = airflow objective charge in kg / s to burn the fuel flow at full load while respecting the smoke limitation, Ptmo = Atmospheric pressure in Pa, Ti = Temperature in K of the fresh air flow measured QQ;,., Qce, obj = Objective air flow rate in kg / s in the electric compressor 30 to burn the fuel flow at full load while respecting the smoke limitation, T ol = Temperature in K of the air in the intake manifold, horn, obj = Intake manifold pressure target in Pa to burn the full load fuel flow while respecting the smoke limitation, Iree, ob; = Objective of ratio of pressures at the terminals of the electric compressor to burn the flow of fuel of full load while respecting the limitation of smoke, Por, n, es = measurement of the pressure in the intake manifold in Pa, Nce, obj = Setpoint of speed of the electric compressor normalized, Nce, ob; = Setpoint of speed of the electric compressor.
On utilise les paramètres suivants: P,.ef = Pression de référence en Pa utilisée pour la caractérisation du champ du compresseur électrique, T,. ef = Température de référence en Pa utilisée pour la caractérisation du champ du compresseur électrique, Vue, = cylindrée du moteur en m3, = Rendement de remplissage du moteur, R = 287= Constante massique des gaz d'admission, k = 120, fCe = champ du compresseur électrique. The following parameters are used: P, .ef = Reference pressure in Pa used for the characterization of the electric compressor field, T ,. ef = Reference temperature in Pa used for the characterization of the electric compressor field, View, = engine displacement in m3, = Engine filling efficiency, R = 287 = Intake gas mass constant, k = 120, fCe = field of the electric compressor.
On détaille maintenant chaque étape du calcul de la consigne de vitesse du compresseur électrique. We now detail each step of the calculation of the speed setpoint of the electric compressor.
D'abord on calcule le débit d'air objectif en référence au bloc 34 et à la figure 6. Le débit d'air objectif est égal à la valeur de débit pour brûler le débit carburant de pleine charge en respectant la limitation de fumée, c'est à dire la Rmax. II suffit donc inverser le calcul de la richesse en utilisant le débit carburant de pleine charge pour obtenir le débit d'air objectif. Pour cela, on utilise la formule: Qair,obj = Ks x Qcarb,pc/ Rmax On obtient donc le débit d'air objectif à partir de: - la consigne de débit carburant limitée par la courbe de pleine charge; et la consigne de richesse maximale. First, the objective air flow is calculated with reference to block 34 and FIG. 6. The objective air flow rate is equal to the flow rate value to burn the fuel flow at full load while respecting the smoke limitation. that is to say the Rmax. It is therefore enough to reverse the calculation of the wealth by using the fuel flow of full load to obtain the objective air flow. For that, one uses the formula: Qair, obj = Ks x Qcarb, pc / Rmax One thus obtains the objective air flow from: - the setpoint of fuel flow limited by the curve of full load; and the maximum wealth guideline.
Ensuite, on calcule le débit d'air objectif normalisé du compresseur électrique au bloc 36 et comme indiqué à la figure 7. Le but de ce calcul est de normaliser le débit d'air objectif par rapport aux conditions en pression et en température (Tref, Pref) qui ont été utilisées pour caractériser le champ du compresseur électrique. Ce calcul est effectué au moyen de la formule suivante: _ Tai r rÉef Tm Qce,obj Qair,obj ' atmo Tref On obtient donc le débit d'air objectif du compresseur électrique à partir des données suivantes: - le débit d'air objectif; - la température d'air; et - la pression atmosphérique. Then, the standard objective air flow rate of the electric compressor is calculated at block 36 and as shown in FIG. 7. The purpose of this calculation is to normalize the objective air flow with respect to pressure and temperature conditions (Tref). , Pref) that have been used to characterize the field of the electric compressor. This calculation is carried out by means of the following formula: ## EQU1 ## Thus, the objective air flow rate of the electric compressor is obtained from the following data: the objective air flow rate; ; - the air temperature; and - the atmospheric pressure.
Ensuite, on calcule la pression objective dans le collecteur. Il s'agit du bloc 38 de la figure 5 ainsi que de l'étape de la figure 8. Ce calcul de la pression collecteur objective est fait en inversant l'équation de remplissage du moteur à partir du débit d'air objectif Qair, obj et de la température collecteur mesurée Too,. Ce calcul met en oeuvre la formule suivante: Fcol,obj k.Qai, ,obj "col ÉR Pcol,obj Nmot 'Vcyl "yl-v Nneot R. Tcol / Ce calcul fait intervenir dans le cadre d'une sous-étape la détermination du rendement rlv de remplissage du moteur. Cette détermination a lieu au moyen d'une cartographie 39. Le rendement de remplissage est en effet mémorisé dans un tableau dont les entrées sont le régime du moteur et la densité des gaz entrant dans le moteur. Then, the objective pressure is calculated in the manifold. This is the block 38 of FIG. 5 as well as the step of FIG. 8. This calculation of the objective collector pressure is made by inverting the filling equation of the engine from the Qair objective air flow rate. obj and measured collector temperature Too ,. This calculation implements the following formula: Fcol, obj k.Qai,, obj "Col ÉR Pcol, obj Nmot 'Vcyl" yl-v Nneot R. Tcol / This calculation involves as part of a sub-step the determination of the engine refueling yield rlv. This determination is made by means of a map 39. The filling efficiency is indeed stored in a table whose inputs are the engine speed and the density of the gases entering the engine.
On obtient la pression collecteur objective au cours de ce calcul à partir des données suivantes: - le débit d'air objectif précédemment calculé ; la température d'air dans le collecteur d'admission; - la constante massique R des gaz d'admission; - le régime du moteur; - la cylindrée du moteur; et - le rendement de remplissage du moteur. The objective collector pressure is obtained during this calculation on the basis of the following data: the objective air flow previously calculated; the air temperature in the intake manifold; the constant mass R of the inlet gases; - the engine speed; - the displacement of the engine; and - the filling efficiency of the engine.
On observe dans cette formule et sur l'organigramme de la figure 8 que ce calcul fait intervenir une boucle de rétroaction 41 dans la mesure où la valeur de la pression collecteur objective obtenue est réinjectée pour l'obtention de la valeur de rendement de remplissage par la cartographie 39. It can be seen in this formula and in the flowchart of FIG. 8 that this calculation involves a feedback loop 41 insofar as the value of the objective collector pressure obtained is reinjected in order to obtain the value of filling efficiency by cartography 39.
En référence au bloc 40 et à la figure 9, on calcule ensuite le rapport de pressions objectif aux bornes du compresseur électrique ltce, obi. Le rapport de pressions objectif est la deuxième entrée du champ du compresseur électrique (la première entrée est le débit d'air objectif QCe,obj). Il est égale au rapport de la pression collecteur objectif PTOl. ob, sur la pression collecteur mesurée Pcol.mes et il est noté n-Te.obj. With reference to block 40 and FIG. 9, the objective pressure ratio at the terminals of the electric compressor ltce, obi, is then calculated. The objective pressure ratio is the second input of the electric compressor field (the first input is the objective airflow QCe, obj). It is equal to the ratio of the objective collector pressure PTOl. ob, on the collector pressure measured Pcol.mes and it is noted n-Te.obj.
Ce calcul fait intervenir la formule suivante: ce,obj = 'col,obj ' col, naes On obtient donc la valeur du rapport de pressions objectif à partir de la pression collecteur objective et de la pression collecteur mesurée. 5 Dans l'étape suivante, en référence au bloc 42 et aux figures 10 et 11, on détermine la vitesse normalisée du compresseur électrique. Cette détermination a lieu en l'espèce par interpolation au moyen d'un ensemble de courbes telles que celles illustrées à la figure 10. Cette interpolation se fait dans le champ du compresseur électrique. En abscisses, nous avons le débit d'air dans le compresseur électrique et en ordonnées le rapport de compression. Ici, les courbes iso-vitesses s'étendent de 20000tr/min à 60000tr/min. Le régime maximal du compresseur électrique est de 60000tr/min. Au-delà le moteur électrique ne sait pas fournir la puissance nécessaire et il y a risque de destruction du compresseur. This calculation uses the following formula: ce, obj = 'col, obj' col, naes The value of the objective pressure ratio is thus obtained from the objective collector pressure and the measured collector pressure. In the next step, with reference to block 42 and FIGS. 10 and 11, the normalized speed of the electric compressor is determined. This determination takes place in this case by interpolation by means of a set of curves such as those illustrated in Figure 10. This interpolation is done in the field of the electric compressor. On the abscissa, we have the airflow in the electric compressor and on the ordinate the compression ratio. Here, the iso-velocity curves range from 20000 rpm to 60000 rpm. The maximum speed of the electric compressor is 60000rpm. Beyond the electric motor does not know how to provide the necessary power and there is risk of destruction of the compressor.
Pour interpoler la consigne de vitesse normalisée, il suffit d'entrer le débit d'air objectif Qce,obj et le rapport de pressions objectif 2rce,obj dans le champ du compresseur. To interpolate the normalized speed setpoint, simply enter the objective air flow rate Qce, obj and the ratio of objective pressures 2rce, obj in the compressor field.
Enfin, en référence au bloc 44 et à la figure 12, on détermine, en l'espèce par calcul, la consigne de vitesse du compresseur électrique. Ce calcul est effectué à partir de la consigne de vitesse normalisée, de la température d'air et d'une température de référence, et ce, au moyen de la formule suivante: Nce,obj Nce,obj Ce calcul permet de ramener la vitesse normalisée du compresseur électrique aux conditions d'utilisation réelles en température d'air Tair. Finally, with reference to block 44 and FIG. 12, the speed setpoint of the electric compressor is determined by calculation. This calculation is made from the standard speed reference, the air temperature and a reference temperature, and this, using the following formula: Nce, obj Nce, obj This calculation makes it possible to reduce the speed Normalized electric compressor at actual operating conditions in air temperature Tair.
La mise en oeuvre synthétique de la détermination de la vitesse de consigne du compresseur électrique dans le procédé de l'invention qui vient d'être présentée a été illustrée sur l'organigramme d'ensemble de la figure 18. The synthetic implementation of the determination of the set speed of the electric compressor in the process of the invention which has just been presented has been illustrated on the overall flow diagram of FIG. 18.
Nous venons de voir que le calcul de la consigne de vitesse du compresseur électrique est fait à partir d'informations déjà présentes dans le dispositif de contrôle moteur. De ces informations de richesse maximale et de débit de pleine charge, nous obtenons un débit d'air et une pression objective qui nous permettent d'interpoler dans le champ du compresseur la consigne de vitesse. We have just seen that the calculation of the speed setpoint of the electric compressor is made from information already present in the engine control device. From this information of maximum richness and of full load flow, we obtain an air flow and an objective pressure which allow us to interpolate in the field of the compressor the speed reference.
Cette consigne est appliquée au compresseur électrique uniquement lorsque un régime transitoire est détecté, c'est-à-dire quand la consigne de débit carburant est supérieure au débit de limitation de fumée. En dehors des transitoires, une consigne de veille peut être appliquée au compresseur électrique pour favoriser les mises en action de celui-ci lors d'un transitoire. This setpoint is applied to the electric compressor only when a transient regime is detected, that is to say when the fuel flow setpoint is greater than the smoke limitation rate. Outside the transients, a standby instruction can be applied to the electric compressor to promote the activation of it during a transient.
Cette consigne de vitesse de veille Nce,ve,i peut être cartographiée en fonction du régime moteur N,ofet de la consigne de débit de carburant Qcarb.cons comme illustré à la figure 13. This idle speed setpoint Nce, ve, i can be mapped according to the engine speed N, ofet and the fuel flow setpoint Qcarb.cons as illustrated in FIG. 13.
Le procédé de l'invention met également en oeuvre, en l'espèce, une détection des transitoires. Comme indiqué sur l'organigramme de la figure 2C 14, Cette détection permet d'appliquer la consigne de vitesse Nce,obj lorsque le moteur manque d'air pour brûler le débit carburant de pleine charge. Une fois que le besoin en air du moteur est satisfait, la consigne du compresseur électrique est égale à la consigne de veille Nce, veil La détection des transitoires est donc un état binaire permettant de 25 basculer entre Ne obj et Ne,ve,r Dans le présent exemple et en référence à la figure 15, le début du transitoire est détecté par un comparateur lorsque le débit de consigne Qcarb,pc limité par la pleine charge est supérieur au débit sortant de la limitation de fumée Q;,,, fn,. La fin du transitoire est détectée lorsque le rapport de pressions objectif 1ce,obi aux bornes du compresseur est proche de 1. La détection du début et de la fin du transitoire est effectuée ici par une bascule RS. The method of the invention also implements, in this case, a transient detection. As indicated on the flowchart of FIG. 2C 14, this detection makes it possible to apply the speed command Nce, obj when the engine runs out of air to burn the fuel flow at full load. Once the engine air requirement is satisfied, the electric compressor setpoint is equal to the Nce standby setpoint, so the transient detection is a binary state to switch between Nego and Ne, ve, r. In the present example and with reference to FIG. 15, the beginning of the transient is detected by a comparator when the setpoint flow rate Qcarb, pc limited by the full load is greater than the flow rate out of the smoke limitation Q ,, ,, fn, . The end of the transient is detected when the ratio of objective pressures 1ce, obi across the compressor is close to 1. The detection of the beginning and the end of the transient is performed here by a rocker RS.
II s'agit ensuite de veiller à l'intégration de ce procédé dans la stratégie de régulation de la suralimentation. It is then a question of ensuring the integration of this method in the strategy of regulation of the supercharging.
Avec l'utilisation du compresseur électrique sur les forts transitoires de charge, il faut faire évoluer la régulation de suralimentation pour que celle-ci ne soit pas perturbée. En effet sur un transitoire, la pression de suralimentation réelle peut être supérieure à sa consigne de pression de suralimentation. Donc pour éviter que la régulation de suralimentation limite la pression pendant le transitoire avec compresseur électrique, cette régulation est désactivée pendant le transitoire. With the use of the electric compressor on the strong transient load, it is necessary to change the supercharging control so that it is not disturbed. Indeed, on a transient, the actual supercharging pressure may be greater than its boost pressure setpoint. Therefore, to prevent the boost regulation from limiting the pressure during the transient with the electric compressor, this regulation is deactivated during the transient.
Sur la figure 16, nous voyons que la régulation de suralimentation (bloc 32) est active lorsque au bloc 30 l'état binaire activation de la régulation est égale à 1 et qu'aucun transitoire n'est présent (Détection de transitoire=O). Une cartographie de prépositionnement de la consigne de pression de suralimentation est également mise en oeuvre au bloc 34, comme expliqué plus haut avant un bloc de saturation 36. In FIG. 16, we see that the supercharging control (block 32) is active when at block 30 the binary activation state of the regulation is equal to 1 and no transient is present (transient detection = O) . Prepositioning mapping of the supercharging pressure setpoint is also implemented in block 34, as explained above before a saturation block 36.
Des simulations de la mise en oeuvre du procédé de l'invention ont été illustrées sur les graphes de la figure 17. Simulations of the implementation of the method of the invention have been illustrated on the graphs of FIG. 17.
Sur l'oscillogramme 1, le transitoire est détecté à t=5 s car le débit injecté est limité par la limitation de fumée. On the oscillogram 1, the transient is detected at t = 5 s because the flow rate injected is limited by the smoke limitation.
Sur l'oscillogramme 2, l'effet du compresseur électrique est pratiquement instantané : la pression à sa sortie atteint 1300 hPa au bout de 500 ms. Puis, le besoin en air du moteur étant plus faible, la consigne de pression en sortie du compresseur décroît progressivement jusqu'à la pression atmosphérique à t=7,5 s. L'effet du compresseur électrique est nettement visible sur la pression de suralimentation. Elle atteint la valeur de 1800 hPa au bout d'une seconde alors que la consigne est égale à 1500 hPa. On oscillogram 2, the effect of the electric compressor is almost instantaneous: the pressure at its output reaches 1300 hPa after 500 ms. Then, the need for air from the engine being lower, the pressure setpoint at the output of the compressor decreases gradually to atmospheric pressure at t = 7.5 s. The effect of the electric compressor is clearly visible on the boost pressure. It reaches the value of 1800 hPa after one second while the setpoint is equal to 1500 hPa.
Sur l'oscillogramme 3, nous avons entre t=5 et 7,5 s la consigne de vitesse du compresseur calculée par l'invention. Le compresseur électrique met environ 600 ms pour atteindre sa vitesse maximale. En dehors du transitoire, la consigne de veille est égale à 24000 tr/min. A t=7,5 s, la régulation de suralimentation est activée. On the oscillogram 3, we have between t = 5 and 7.5 s the compressor speed setpoint calculated by the invention. The electric compressor takes about 600 ms to reach its maximum speed. Outside the transient, the standby setpoint is 24000 rpm. At t = 7.5 s, the boost control is activated.
Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. Of course, we can bring to the invention many changes without departing from the scope thereof.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20100129 |