EP1856390A1 - Method for optimized transient-phase regulation in a turbocharger - Google Patents
Method for optimized transient-phase regulation in a turbochargerInfo
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- EP1856390A1 EP1856390A1 EP06709539A EP06709539A EP1856390A1 EP 1856390 A1 EP1856390 A1 EP 1856390A1 EP 06709539 A EP06709539 A EP 06709539A EP 06709539 A EP06709539 A EP 06709539A EP 1856390 A1 EP1856390 A1 EP 1856390A1
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Definitions
- the invention relates to a method of controlling a vehicle engine and a system for adjusting a boost pressure in an intake manifold of an engine.
- Motor vehicles and in particular diesel-type motor vehicles, are very often equipped with an air turbocharger of the engine in air, intended to increase the amount of air admitted into the cylinders.
- This turbocharger generally comprises a turbine, placed at the outlet of the exhaust manifold of the engine and driven by the exhaust gas.
- the turbocharger is associated with an exhaust gas control member for regulating the pressure in the intake manifold around a pressure setpoint developed, for example, by prior learning , depending on engine speed and fuel flow.
- Such an adjusting member may be a discharge valve, or fins, in the case of a variable geometry turbocharger.
- an exchanger may be placed between the compressor and the intake manifold to cool the air at the outlet of the compressor.
- These filters typically include a set of microchannels in which a large part of the particles is trapped.
- the particulate filter being placed in the exhaust line after the turbocharger, the introduction of such a device generates a rise in pressure at the outlet of the turbine of the turbocharger.
- This increase in pressure which is all the more important that the filter is loaded with particles, results in a reduction of the expansion rate in the turbocharger, thus by a reduction of the power provided by the exhaust gas to the turbine and by a consequent decrease in engine performance.
- Such a pressure increase is generally obtained by acting on said adjustment member.
- the turbocharger is associated with a relief valve, it suffices to act on the closure of this valve or in the case where the turbine has fins to adjust the power of the exhaust gas it is sufficient to modulate the degree of opening thereof.
- Such an operation is typically controlled by a central unit which will regulate for example the supercharging pressure in the manifold as a function of the pressure measured in the intake manifold and a setpoint.
- This pre-positioning value may for example be in the form of a map based on the engine speed and a fuel flow.
- An object of the invention is therefore to provide a method for improving the performance of this type of engine when it is in a transient operating state.
- a method of controlling an engine characterized in that it comprises a step of regulating a quantity relative to a turbocharger around a setpoint, and in that the a maximum value is determined for the setpoint, which depends on a parameter characterizing the operation of the turbocharger, so that during a transient phase the regulated variable relative to the turbocharger remains below the maximum value.
- Preferred but non-limiting aspects of the process according to the invention are the following:
- Qt is a flow of exhaust gas passing through the turbine, Wt the power of the turbocharger, Cpe * a constant corresponding to a specific heat of the exhaust gas, T3 a temperature upstream of the turbine, ⁇ t, mm a setpoint of minimum efficiency of the turbine and ⁇ e ⁇ a constant corresponding to a specific heat ratio for the exhaust gas;
- the power Wt of the turbocharger is determined by the power Wc of the compressor which constitutes it in part;
- the power Wc of the compressor is determined from the equation:
- Qc represents a flow of air passing through the compressor
- Cpa.r is a constant corresponding to the specific heat of the air
- Tl a temperature measured at the input of the compressor
- ⁇ c a compressor efficiency
- NT is a turbocharger regime
- N is a time derivative of the turbocharger regime
- IT is a constant corresponding to an inertia of the turbocharger and DT a constant corresponding to a turbocharger friction
- the magnitude is a rate of expansion of the turbocharger
- the setpoint is a PiT ⁇ ns set point of expansion of the turbocharger; the system comprises a second regulator for regulating a boost pressure in an engine intake manifold;
- a regulator input of the relative size of the turbocharger is a function of an output of the regulator of the boost pressure.
- control method according to the invention offers many advantages over the methods and systems of the prior art.
- a transient phase of a regulation one takes into account on the one hand a particular demand of a driver (acceleration, etc.) and on the other hand the actual operating conditions of the turbocharger.
- the method of the invention uses data corresponding to the state of operation of the turbocharger in real time to allow that during this transitional phase the regulation remains optimal.
- Optimum regulation means that the regulation is always adapted.
- FIG. 1 represents a motor unit according to the invention
- FIG. 2 represents a more detailed embodiment of the motor unit of FIG. 1
- FIG. 3 schematically shows, by way of example, an implementation of a regulation structure according to the invention used in the embodiment of FIG. 2,
- FIG. 4 shows a representative block diagram of the calculation of a compressor efficiency
- a motor unit 1 of the invention comprising an internal combustion engine 10 of a motor vehicle, of diesel type, supplied with fresh air by an inlet 20 and which rejects the gases burned by exhaust 30.
- the fresh air intake circuit in the engine 10 essentially comprises an air filter 40 and an air flow meter 50 supplying, via a turbocharger 60 and appropriate conduits, the intake manifold 70 of the engine 10.
- An exhaust manifold 80 recovers the exhaust gases from the combustion and discharges the latter outwards, via the turbocharger 60 and a particulate filter 90 for reducing the amount of particles , including soot, released into the environment.
- a central unit 110 recovers, by means of appropriate sensors, pressure measurement signals Pm or pressure difference ⁇ P m .
- the regulation structure 113 may comprise one or more regulators.
- the regulators may be arranged in a cascade configuration or any other configuration known to those skilled in the art.
- the regulation structure 113 also takes into account data provided by a block 112.
- the data of this block makes it possible to limit at least one setpoint 111 to a maximum value so as to limit the regulation during a transient phase and thus obtain better motor performance as previously proposed.
- the control structure 113 provides a control signal 120 which controls a member associated with the turbine of the turbocharger to change in particular the power of the exhaust gas.
- said maximum value for which the setpoint is limited is determined from at least one variable characterizing a turbocharger operation.
- this magnitude is the rate of expansion in the turbine.
- the central unit 110 receives as input a boost pressure P2m in the intake manifold 70, a pressure P3m at the inlet of the turbine 61 and a pressure P4m at the output thereof.
- such a structure may comprise several regulators.
- FIG. 2 shows two regulators 113 ', 113 "in series.
- the value PiTm obtained is then supplied to the input of the second regulator 113 ", namely the regulator of the expansion ratio in the turbine (see FIG. 3).
- FIG. 3 a more detailed view of the regulatory structure adopted in this preferred embodiment of the invention.
- the regulator 113 receives as input the difference between the setpoint P2c 0ns and the measurement P2m of the boost pressure.
- the output of the regulator 113 ' is then added to an initial setpoint PiT ⁇ sj associated with the expansion ratio of the turbine, this first setpoint being also mapped in engine speed and fuel flow and representing the value around which the rate of expansion would be regulated if the limitation by the process did not take place.
- the block 115 outputs a final set point PiT ⁇ ns relaxation rate, the latter corresponding to a minimum between the value of said result and said maximum allowable value PiThm rate of expansion in the turbine.
- the output of the block 115 is always lower than the maximum allowed value PiThm of the relaxation ratio setpoint.
- the second regulator 113 "then receives at its inputs the difference between the output of the block 115 and a measurement PiTm of the expansion ratio in the turbine so as to develop the control signal 120 for controlling the member associated with the turbine, typically the fins.
- this control signal 120 also depends on a pre-positioning.
- the output of the second regulator 113 "is added to a pre-positioning value obtained from a pre-positioning map 200, for example a map based on the engine speed and fuel flow.
- this magnitude is the rate of expansion in the turbine.
- the central unit calculates the following equation:
- the power of the turbocharger is approximated by a power Wc of the compressor which constitutes it in part, in which case Wt in equation (3) is equal to Wc.
- the power of the Turbocharger is determined from the respective powers of the compressor and the turbine.
- the central unit first determines the power Wc of the compressor and then the power Wt to the turbine.
- Qc represents a flow of air passing through the compressor
- Cpa.r is a constant corresponding to the specific heat of the air
- Tl a temperature measured at the input of the compressor
- ⁇ c a compressor efficiency
- the computation of the power Wc of the compressor depends on four variables, in particular the variables Qc, Pl, P2 and Tl.
- air flow Qc through the compressor can be advantageously equal to a fresh air flow, noted Qa.r.fra.s.
- the mapping admits as input variable on the one hand the air flow rate Qc passing through the compressor corrected in temperature by the variable Tl as well as in pressure by the variable P1 and on the other hand by a ratio compression P2 / P1, which can be otherwise described by:
- variable ⁇ t.mm in equation (3) is a threshold for setting the limiting level of the regulation of the boost pressure and in particular the level of limitation of the expansion ratio in the turbine.
- the member in the case where the member concerns blades of the turbine, it may be their position.
- the first curve 201 is a simulation of the measured supercharging pressure P2 m and the curve 202 that the measured pressure P3m in the exhaust manifold (or in other words at the inlet of the turbine).
- FIG. 7B shows a simulation 203 corresponding to the estimate NT of the engine speed and in FIG. 7C that of the calculation of the power of the compressor and the turbine, respectively 204 and 205.
- the limitation of the regulation of the boost pressure is therefore active and moreover optimized in real time for the operating conditions of the turbocharger.
- the regulation is such that the expansion ratio is never equal to a value that would limit the performance of the turbocharger, especially in a low efficiency operating range due to a rate of expansion too high.
- an estimation algorithm such as a Kalman filter or other, can in particular be considered.
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Abstract
The invention concerns a method for controlling an engine (10), characterized in that it includes a step of regulating a quantity related to a turbocharger (60) around a setpoint (111), and in that it consists in determining a maximum value for the setpoint, based on a parameter characterizing the operation of the turbocharger, such that during a transient phase the regulated quantity related to the turbocharger is kept lower than the maximum value.
Description
PROCEDE DE REGULATION OPTIMISE EN PHASE TRANSITOIRE DASN UN TURBOCOMPRESSEUR DASN TRANSIENT PHASE OPTIMIZED REGULATION PROCESS A TURBOCOMPRESSOR
La présente invention concerne le domaine du contrôle d'un moteur.The present invention relates to the field of control of an engine.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de commande d'un moteur de véhicule et un système de réglage d'une pression de suralimentation dans un collecteur d'admission d'un moteur.More particularly, the invention relates to a method of controlling a vehicle engine and a system for adjusting a boost pressure in an intake manifold of an engine.
L'utilisation d'un tel procédé et d'un tel système est particulièrement intéressante dans les moteurs diesel suralimentés par un turbocompresseur.The use of such a method and such a system is particularly advantageous in diesel engines supercharged by a turbocharger.
Les véhicules automobiles, et en particulier les véhicules automobiles de type diesel, sont très souvent équipés d'un turbocompresseur de suralimentation du moteur en air, destiné à augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres.Motor vehicles, and in particular diesel-type motor vehicles, are very often equipped with an air turbocharger of the engine in air, intended to increase the amount of air admitted into the cylinders.
Ce turbocompresseur comporte généralement une turbine, placée à la sortie du collecteur d'échappement du moteur et entraînée par les gaz d'échappement.This turbocharger generally comprises a turbine, placed at the outlet of the exhaust manifold of the engine and driven by the exhaust gas.
Il comporte en outre un compresseur, par exemple monté sur le même axe que la turbine, assurant une compression de l'air qui entre dans le collecteur d'admission.It further comprises a compressor, for example mounted on the same axis as the turbine, providing a compression of the air entering the intake manifold.
Dans ce cas, le turbocompresseur est associé à un organe de réglage de la puissance des gaz d'échappement destiné à réguler la pression régnant dans le collecteur d'admission autour d'une valeur de consigne de pression élaborée, par exemple, par apprentissage préalable, en fonction du régime du moteur et du débit du carburant.In this case, the turbocharger is associated with an exhaust gas control member for regulating the pressure in the intake manifold around a pressure setpoint developed, for example, by prior learning , depending on engine speed and fuel flow.
Un tel organe de réglage peut être une soupape de décharge, ou des ailettes, dans le cas d'un turbocompresseur à géométrie variable.Such an adjusting member may be a discharge valve, or fins, in the case of a variable geometry turbocharger.
Selon une variante, un échangeur peut être placé entre le compresseur et le collecteur d'admission pour refroidir l'air à la sortie du compresseur.Alternatively, an exchanger may be placed between the compressor and the intake manifold to cool the air at the outlet of the compressor.
Par ailleurs, on équipe aujourd'hui couramment les moteurs de type
diesel d'un filtre à particules, monté sur la ligne d'échappement du moteur, de manière à minimiser la quantité de particules rejetées vers l'atmosphèreMoreover, we are nowadays equipped with standard type engines a diesel particulate filter, mounted on the engine exhaust line, to minimize the amount of particulate matter released to the atmosphere
(fumées noires).(black smoke)
Ces filtres comportent typiquement un ensemble de micro-canaux dans lesquels une grande partie des particules se trouve piégée.These filters typically include a set of microchannels in which a large part of the particles is trapped.
Une fois le filtre plein, il est nécessaire de mettre en oeuvre une phase de régénération, consistant essentiellement à vider le filtre en brûlant les particules.Once the filter is full, it is necessary to implement a regeneration phase, consisting essentially of emptying the filter by burning the particles.
Cette régénération peut être obtenue, soit par un dispositif de chauffage prévu à cet effet, soit en prévoyant des phases de fonctionnement du moteur selon des paramètres spécifiques.This regeneration can be obtained either by a heating device provided for this purpose, or by providing phases of operation of the engine according to specific parameters.
Le filtre à particules étant placé dans la ligne d'échappement après le turbocompresseur, l'introduction d'un tel dispositif engendre une élévation de pression en sortie de la turbine du turbocompresseur. Cette élévation de pression, qui est d'autant plus importante que le filtre est chargé en particules, se traduit par une réduction du taux de détente dans le turbocompresseur, donc par une réduction de la puissance fournie par les gaz d'échappement à la turbine et par une diminution consécutive des performances du moteur. Afin de conserver le même niveau de performances, il est nécessaire de maintenir le taux de détente sensiblement constant, ce qui conduit généralement à vouloir augmenter la pression en entrée de la turbine.The particulate filter being placed in the exhaust line after the turbocharger, the introduction of such a device generates a rise in pressure at the outlet of the turbine of the turbocharger. This increase in pressure, which is all the more important that the filter is loaded with particles, results in a reduction of the expansion rate in the turbocharger, thus by a reduction of the power provided by the exhaust gas to the turbine and by a consequent decrease in engine performance. In order to maintain the same level of performance, it is necessary to keep the expansion ratio substantially constant, which generally leads to the desire to increase the inlet pressure of the turbine.
Une telle augmentation de pression est généralement obtenue en agissant sur ledit organe de réglage. Par exemple, dans le cas où le turbocompresseur est associé à une soupape de décharge, il suffit d'agir sur la fermeture de cette soupape ou dans
le cas où la turbine comporte des ailettes pour régler la puissance des gaz d'échappement il suffit de moduler le degré d'ouverture de celle-ci.Such a pressure increase is generally obtained by acting on said adjustment member. For example, in the case where the turbocharger is associated with a relief valve, it suffices to act on the closure of this valve or in the case where the turbine has fins to adjust the power of the exhaust gas it is sufficient to modulate the degree of opening thereof.
Par ailleurs, une telle opération est typiquement contrôlée par une unité centrale qui va réguler par exemple la pression de suralimentation dans le collecteur en fonction de la pression mesurée dans le collecteur d'admission et d'une consigne.Moreover, such an operation is typically controlled by a central unit which will regulate for example the supercharging pressure in the manifold as a function of the pressure measured in the intake manifold and a setpoint.
A cet égard, on pourra se référer notamment au document US 2003/0010019 où l'on adjoint une régulation de la pression en entrée de la turbine à une régulation de la pression de suralimentation dans le collecteur. Afin d'obtenir d'une telle boucle de régulation un temps de réponse aussi court que possible, on peut également adjoindre une ou plusieurs valeur(s) de pré-positionnement de sorte à la faire converger plus rapidement vers une valeur souhaitée, cette dernière permettant par exemple d'obtenir une puissance désirée des gaz d'échappement par modulation adéquate des ailettes de la turbine.In this regard, reference may be made in particular to document US 2003/0010019 where it is added a regulation of the inlet pressure of the turbine to a regulation of the supercharging pressure in the manifold. In order to obtain a response time as short as possible from such a control loop, it is also possible to add one or more pre-positioning value (s) so as to converge it more rapidly towards a desired value, the latter allowing for example to obtain a desired power of the exhaust gas by adequate modulation of the blades of the turbine.
Cette valeur de pré-positionnement peut se présenter par exemple sous la forme d'une cartographie fonction du régime moteur et d'un débit carburant.This pre-positioning value may for example be in the form of a map based on the engine speed and a fuel flow.
Par lecture de cette cartographie, on peut ainsi obtenir une valeur de pré-positionnement optimale pour un état de fonctionnement du moteur donné, à savoir dans cet exemple pour un régime moteur et un débit carburant donné.By reading this map, it is thus possible to obtain an optimum pre-positioning value for a given operating state of the engine, namely in this example for a given engine speed and fuel flow.
Bien qu'ayant rendu de nombreux services, de tels systèmes posent néanmoins des problèmes, notamment lorsque ces types de régulation se trouvent dans une phase transitoire, c'est-à-dire dans une phase non stationnaire.
Par exemple, dans le cas du système sus-mentionné, lorsque la variation du régime moteur ou du débit carburant est supérieure à un certain seuil, la régulation du taux de détente peut temporairement être désadaptée et notamment conduire à faire fonctionner le turbocompresseur dans une zone de fonctionnement non optimale.Although having rendered many services, such systems nevertheless pose problems, especially when these types of regulation are in a transient phase, that is to say in a non-stationary phase. For example, in the case of the above-mentioned system, when the variation of the engine speed or the fuel flow is greater than a certain threshold, the regulation of the expansion ratio may temporarily be mismatched and in particular lead to operate the turbocharger in a zone non-optimal operation.
En particulier, il est possible que la régulation oblige le turbocompresseur à fonctionner dans une zone de fonctionnement où son rendement est faible, ce qui pénalise plus généralement les performances moteur. Un but de l'invention est donc de proposer un procédé permettant d'améliorer les performances de ce type de moteur lorsqu'il se trouve dans un état de fonctionnement transitoire.In particular, it is possible that the regulation forces the turbocharger to operate in an operating zone where its efficiency is low, which more generally penalizes the engine performance. An object of the invention is therefore to provide a method for improving the performance of this type of engine when it is in a transient operating state.
A cet effet, on propose selon l'invention un procédé de commande d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de régulation d'une grandeur relative à un turbocompresseur autour d'une consigne, et en ce que l'on détermine une valeur maximale pour la consigne, qui dépend d'un paramètre caractérisant le fonctionnement du turbocompresseur, de sorte que lors d'une phase transitoire la grandeur régulée relative au turbocompresseur reste inférieure à la valeur maximale. Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont les suivants :For this purpose, a method of controlling an engine is proposed according to the invention, characterized in that it comprises a step of regulating a quantity relative to a turbocharger around a setpoint, and in that the a maximum value is determined for the setpoint, which depends on a parameter characterizing the operation of the turbocharger, so that during a transient phase the regulated variable relative to the turbocharger remains below the maximum value. Preferred but non-limiting aspects of the process according to the invention are the following:
- la consigne est une consigne PiT∞ns de taux de détente du turbocompresseur ;- The setpoint is a PiT∞ns set point of expansion of the turbocharger;
- le paramètre qui caractérise le fonctionnement du turbocompresseur une puissance du turbocompresseur ;- the parameter that characterizes the operation of the turbocharger turbocharger power;
- on détermine la valeur maximale PiThm de la consigne PiTcons du taux
de détente à partir de l'équation :the maximum value PiThm of the set point PiTcons is determined relaxing from the equation:
où Qt est un débit de gaz d'échappement traversant la turbine, Wt la puissance du turbocompresseur, Cpe* une constante correspondant à une chaleur spécifique des gaz d'échappement, T3 une température en amont de la turbine, ηt,mm une consigne de rendement minimale de la turbine et γeχ une constante correspondant à un rapport de chaleur spécifique pour les gaz d'échappement ;where Qt is a flow of exhaust gas passing through the turbine, Wt the power of the turbocharger, Cpe * a constant corresponding to a specific heat of the exhaust gas, T3 a temperature upstream of the turbine, ηt, mm a setpoint of minimum efficiency of the turbine and γ e χ a constant corresponding to a specific heat ratio for the exhaust gas;
- la puissance Wt du turbocompresseur est déterminée par la puissance Wc du compresseur qui le constitue en partie ;the power Wt of the turbocharger is determined by the power Wc of the compressor which constitutes it in part;
- on détermine la puissance Wc du compresseur à partir de l'équation :the power Wc of the compressor is determined from the equation:
Wc = Qc.CPai,Tl. - 1 + T]0 - 1
W c = Q c .C Pai , Tl. - 1 + T] 0 - 1
où Qc représente un débit d'air traversant le compresseur, Cpa.r est une constante correspondant à la chaleur spécifique de l'air, Tl une température mesurée en entrée du compresseur, ηc un rendement du compresseur, P2 et Pl des pressions mesurées respectivement en entrée et en sortie du compresseur et γr une constate correspondant à un rapport de chaleur spécifique pour l'air ;where Qc represents a flow of air passing through the compressor, Cpa.r is a constant corresponding to the specific heat of the air, Tl a temperature measured at the input of the compressor, η c a compressor efficiency, P2 and P1 of the measured pressures respectively at the input and at the output of the compressor and γr a note corresponding to a specific heat ratio for the air;
- la puissance du turbocompresseur est déterminée par la puissance Wt à la turbine, notamment par l'équation :
the power of the turbocharger is determined by the power Wt at the turbine, in particular by the equation:
où NT est un régime du turbocompresseur, N est une dérivée par rapport au temps du régime du turbocompresseur, IT est une constante correspondant à une inertie du turbocompresseur et DT une constante correspondant à un frottement du turbocompresseur ;where NT is a turbocharger regime, N is a time derivative of the turbocharger regime, IT is a constant corresponding to an inertia of the turbocharger and DT a constant corresponding to a turbocharger friction;
- le procédé comporte en outre une étape de régulation d'une pression de suralimentation dans un collecteur d'admission du moteur ; - un résultat de la régulation de la grandeur relative au turbocompresseur est fonction d'un résultat de la régulation de la pression de suralimentation.the method further comprises a step of regulating a supercharging pressure in an intake manifold of the engine; - A result of the regulation of the relative size of the turbocharger is a function of a result of the regulation of the boost pressure.
L'invention propose en outre un système de commande d'un moteur, comportant au moins un turbocompresseur et un régulateur pour réguler une grandeur relative à ce turbocompresseur autour d'une consigne, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens aptes à déterminer une valeur maximale pour la consigne, ladite valeur dépendant d'un paramètre caractérisant le fonctionnement du turbocompresseur, de sorte que lors d'une phase transitoire la grandeur régulée relative au turbocompresseur reste inférieure à la valeur maximale. Des aspects préférés mais non limitatifs du système selon l'invention sont les suivants :The invention also proposes a control system for an engine, comprising at least one turbocharger and a regulator for regulating a quantity relative to this turbocharger around a setpoint, characterized in that it furthermore comprises means capable of determining a maximum value for the setpoint, said value depending on a parameter characterizing the operation of the turbocharger, so that during a transient phase the regulated variable relative to the turbocharger remains below the maximum value. Preferred but non-limiting aspects of the system according to the invention are the following:
- la grandeur est un taux de détente du turbocompresseur ;the magnitude is a rate of expansion of the turbocharger;
- la consigne est une consigne PiT∞ns de taux de détente du turbocompresseur ; - le système comporte un deuxième régulateur pour réguler une
pression de suralimentation dans un collecteur d'admission du moteur ;- The setpoint is a PiT∞ns set point of expansion of the turbocharger; the system comprises a second regulator for regulating a boost pressure in an engine intake manifold;
- une entrée du régulateur de la grandeur relative au turbocompresseur est fonction d'une sortie du régulateur de la pression de suralimentation.- A regulator input of the relative size of the turbocharger is a function of an output of the regulator of the boost pressure.
Ainsi, le procédé de commande selon l'invention offre de nombreux avantages par rapport aux procédés et systèmes de l'art antérieur.Thus, the control method according to the invention offers many advantages over the methods and systems of the prior art.
En particulier, lors d'une phase transitoire d'une régulation selon l'invention, on prend en compte d'une part une demande particulière d'un conducteur (accélération, etc.) et d'autre part des conditions de fonctionnement réelles du turbocompresseur. A titre d'exemple non limitatif, lorsqu'une variation du débit carburant est requise sous la demande du conducteur, le procédé de l'invention utilise des données correspondant à l'état de fonctionnement du turbocompresseur en temps réel pour permettre que lors de cette phase transitoire la régulation demeure optimale. Par régulation optimale on entend le fait que la régulation est toujours adaptée.In particular, during a transient phase of a regulation according to the invention, one takes into account on the one hand a particular demand of a driver (acceleration, etc.) and on the other hand the actual operating conditions of the turbocharger. By way of non-limiting example, when a variation of the fuel flow is required under the request of the driver, the method of the invention uses data corresponding to the state of operation of the turbocharger in real time to allow that during this transitional phase the regulation remains optimal. Optimum regulation means that the regulation is always adapted.
A titre d'exemple non limitatif une régulation adaptée est une régulation telle que le turbocompresseur fonctionne constamment dans une zone de rendement élevé, conduisant de ce fait à un maintien de bonnes performances moteur, en particulier durant le régime transitoire.By way of nonlimiting example, a suitable regulation is a regulation such that the turbocharger operates constantly in a zone of high efficiency, thus leading to a maintenance of good engine performance, in particular during the transient regime.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de l'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other aspects, objects and advantages of the invention will appear better on reading the following description of the invention, with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1 représente un bloc moteur selon l'invention, - la figure 2 représente un mode de réalisation plus détaillé du bloc moteur de la figure 1,
- la figure 3 montre schématiquement à titre d'exemple une implémentation d'une structure de régulation selon l'invention utilisée dans le mode de réalisation de la figure 2,FIG. 1 represents a motor unit according to the invention; FIG. 2 represents a more detailed embodiment of the motor unit of FIG. 1; FIG. 3 schematically shows, by way of example, an implementation of a regulation structure according to the invention used in the embodiment of FIG. 2,
- la figure 4 montre un schéma bloc représentatif du calcul d'un rendement du compresseur,FIG. 4 shows a representative block diagram of the calculation of a compressor efficiency,
- la figure 5 montre un schéma bloc représentatif du calcul d'un régime du turbocompresseur,FIG. 5 shows a representative block diagram of the calculation of a turbocharger speed,
- la figure 6 montre un schéma bloc représentatif du calcul d'une limitation d'un taux de détente dans la turbine du turbocompresseur, - la figure 7 montre une simulation temporelle du fonctionnement d'un système de l'invention.FIG. 6 shows a representative block diagram of the calculation of a limitation of an expansion ratio in the turbocharger turbine; FIG. 7 shows a time simulation of the operation of a system of the invention.
En se référant maintenant à la figure 1, on a représenté un bloc moteur 1 de l'invention comportant un moteur 10 à combustion interne d'un véhicule automobile, de type diesel, alimenté en air frais par une entrée 20 et qui rejette les gaz brûlés par un échappement 30.Referring now to FIG. 1, there is shown a motor unit 1 of the invention comprising an internal combustion engine 10 of a motor vehicle, of diesel type, supplied with fresh air by an inlet 20 and which rejects the gases burned by exhaust 30.
Le circuit d'admission d'air frais dans le moteur 10 comporte essentiellement un filtre à air 40 et un débitmètre d'air 50 alimentant, par l'intermédiaire d'un turbocompresseur 60 et de conduites appropriées, le collecteur d'admission 70 du moteur 10. Un collecteur d'échappement 80 récupère les gaz d'échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l'extérieur, par l'intermédiaire du turbocompresseur 60 et d'un filtre à particules 90 destiné à réduire la quantité de particules, notamment de suies, rejetées dans l'environnement.The fresh air intake circuit in the engine 10 essentially comprises an air filter 40 and an air flow meter 50 supplying, via a turbocharger 60 and appropriate conduits, the intake manifold 70 of the engine 10. An exhaust manifold 80 recovers the exhaust gases from the combustion and discharges the latter outwards, via the turbocharger 60 and a particulate filter 90 for reducing the amount of particles , including soot, released into the environment.
Pour ce qui concerne le turbocompresseur 60, il comporte essentiellement une turbine 61 entraînée par les gaz d'échappement et un compresseur 62 monté sur le même axe que la turbine 61 et assurant une
compression de l'air distribué par le filtre à air 40, dans le but d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur via un circuit EGR de re-circulation des gaz d'échappement.As regards the turbocharger 60, it essentially comprises a turbine 61 driven by the exhaust gas and a compressor 62 mounted on the same axis as the turbine 61 and providing a compression of the air distributed by the air filter 40, in order to increase the amount of air admitted into the engine cylinders via an EGR circuit of exhaust gas recirculation.
Une unité centrale 110 récupère par l'intermédiaire de capteurs appropriés des signaux de mesure de pression Pm ou de différence de pression ΔPm.A central unit 110 recovers, by means of appropriate sensors, pressure measurement signals Pm or pressure difference ΔP m .
Ces mesures ainsi que des consignes correspondantes 111 déterminées au sein de l'unité centrale, sont fournies en entrée d'une structure de régulation 113 comprise dans ladite unité centrale 110. Comme nous le verrons, la structure de régulation 113 peut comporter un ou plusieurs régulateurs.These measurements, as well as corresponding setpoints 111 determined within the central unit, are provided at the input of a regulation structure 113 included in said central unit 110. As will be seen, the regulation structure 113 may comprise one or more regulators.
Et dans le dernier cas, les régulateurs peuvent être agencés selon une configuration cascade ou tout autre configuration connue de l'homme de l'art.And in the latter case, the regulators may be arranged in a cascade configuration or any other configuration known to those skilled in the art.
La structure de régulation 113 prend également en compte des données fournies par un bloc 112.The regulation structure 113 also takes into account data provided by a block 112.
Les données de ce bloc permettent de limiter au moins une consigne 111 à une valeur maximale de sorte à limiter la régulation lors d'une phase transitoire et obtenir ainsi de meilleures performances du moteur comme proposé précédemment. A cet effet, on prévoit également que la structure de régulation 113 fournisse un signal de commande 120 qui vient contrôler un organe associé à la turbine du turbocompresseur pour modifier notamment la puissance des gaz d'échappement.The data of this block makes it possible to limit at least one setpoint 111 to a maximum value so as to limit the regulation during a transient phase and thus obtain better motor performance as previously proposed. For this purpose, it is also expected that the control structure 113 provides a control signal 120 which controls a member associated with the turbine of the turbocharger to change in particular the power of the exhaust gas.
Par ailleurs, selon l'invention, ladite valeur maximale pour laquelle la consigne est limitée est déterminée à partir d'au moins une grandeur caractérisant un fonctionnement du turbocompresseur.
En particulier, dans un mode préféré de réalisation de l'invention cette grandeur est le taux de détente dans la turbine.Furthermore, according to the invention, said maximum value for which the setpoint is limited is determined from at least one variable characterizing a turbocharger operation. In particular, in a preferred embodiment of the invention this magnitude is the rate of expansion in the turbine.
De cette manière, lors d'une phase transitoire, la limitation de la régulation 113 permet de maintenir un fonctionnement et une performance optimale du turbocompresseur.In this way, during a transient phase, the limitation of the regulation 113 makes it possible to maintain optimum operation and performance of the turbocharger.
La figure 2 représente maintenant un mode de réalisation non limitatif et plus détaillé de l'invention.Figure 2 now shows a non-limiting and more detailed embodiment of the invention.
On retrouve dans l'ensemble les éléments de la figure 1.The elements of Figure 1 are generally found.
Toutefois, on peut voir que l'unité centrale 110 reçoit en entrée une pression de suralimentation P2m dans le collecteur d'admission 70, une pression P3m en entrée de la turbine 61 et une pression P4m en sortie de celle-ci.However, it can be seen that the central unit 110 receives as input a boost pressure P2m in the intake manifold 70, a pressure P3m at the inlet of the turbine 61 and a pressure P4m at the output thereof.
Comme évoqué plus haut, l'unité 110 peut aussi recevoir une pression différentielle, telle que celle présente aux bornes d'un circuit EGR, c'est-à-dire entre le collecteur d'admission 70 et l'entrée de la turbine 61.As mentioned above, the unit 110 can also receive a differential pressure, such as that present at the terminals of an EGR circuit, that is to say between the intake manifold 70 and the inlet of the turbine 61 .
Ces mesures de pression ainsi que les consignes correspondantes sont fournies en entrée d'une structure cascade de régulation que comprend l'unité centrale 110.These pressure measurements and the corresponding instructions are provided at the input of a cascade control structure that includes the central unit 110.
Comme évoqué précédemment, une telle structure peut comporter plusieurs régulateurs.As mentioned previously, such a structure may comprise several regulators.
A titre d'exemple la figure 2 montre deux régulateurs 113', 113" en série.By way of example, FIG. 2 shows two regulators 113 ', 113 "in series.
Le premier régulateur 113' permet de réguler une pression de suralimentation dans le collecteur d'admission 70 et le deuxième régulateur 113" permet de réguler un taux de détente de la turbine 61. A cet égard, l'unité centrale reçoit en entrée les mesures P2m, P4m et P3m des pressions respectives de suralimentation, de sortie de la turbine et dans le
collecteur d'échappement de sorte à déterminer le taux de détente PiTm dans la turbine suivant l'une des équations suivantes :The first regulator 113 'makes it possible to regulate a supercharging pressure in the intake manifold 70 and the second regulator 113' makes it possible to regulate an expansion ratio of the turbine 61. In this respect, the central unit receives as input the measurements P2m, P4m and P3m respective supercharging pressures, turbine output and in the exhaust manifold so as to determine the expansion rate PiTm in the turbine according to one of the following equations:
P2m + P3/2m OU h/ PPiiTTmm == -p4 - (2)P2 m + P3 / 2 m OR h / PPiiTT mm == - p4 - (2)
où P3/2m est la pression différentielle aux bornes du circuit EGR.where P3 / 2m is the differential pressure across the EGR circuit.
La valeur PiTm obtenue est alors fournie en entrée du deuxième régulateur 113", à savoir le régulateur du taux de détente dans la turbine (voir figure 3).The value PiTm obtained is then supplied to the input of the second regulator 113 ", namely the regulator of the expansion ratio in the turbine (see FIG. 3).
Tel que représenté encore sur la figure 2, le bloc 112 est intercalé entre le premier et le deuxième régulateurs.As shown again in Figure 2, the block 112 is interposed between the first and second regulators.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, ce bloc 112 permet de limiter la régulation du taux de détente lors d'une phase transitoire en limitant la consigne PiT∞ns à la valeur maximale.In this embodiment of the invention, this block 112 makes it possible to limit the regulation of the expansion ratio during a transient phase by limiting the setpoint PiT∞ns to the maximum value.
A cet effet, on a représenté sur la figure 3 une vue plus détaillée encore de la structure de régulation adoptée dans ce mode préféré de réalisation de l'invention. Le régulateur 113' reçoit en entrée l'écart entre la consigne P2c0ns et la mesure P2m de la pression de suralimentation.For this purpose, there is shown in Figure 3 a more detailed view of the regulatory structure adopted in this preferred embodiment of the invention. The regulator 113 'receives as input the difference between the setpoint P2c 0ns and the measurement P2m of the boost pressure.
On notera ici que la consigne P2coπs de la pression de suralimentation est cartographiée en régime moteur et débit carburant.It will be noted here that the setpoint P2coπs of the boost pressure is mapped in engine speed and fuel flow.
La sortie du régulateur 113' est ensuite ajoutée à une consigne initiale PiT∞πsj associée au taux de détente de la turbine, cette première consigne
étant elle aussi cartographiée en régime moteur et débit carburant et représentant la valeur autour de laquelle le taux de détente serait régulé si la limitation selon le procédé n'avait pas lieu.The output of the regulator 113 'is then added to an initial setpoint PiT∞πsj associated with the expansion ratio of the turbine, this first setpoint being also mapped in engine speed and fuel flow and representing the value around which the rate of expansion would be regulated if the limitation by the process did not take place.
Le résultat de cette somme est alors comparé par le bloc 115 à une valeur maximale autorisée PiThm de consigne de taux de détente.The result of this sum is then compared by the block 115 to a maximum allowed value PiThm of the flash rate reference.
Cette valeur maximale PiThm est déterminée en temps réel par l'unité centrale selon un mode de calcul que nous décrirons ci-après.This maximum value PiThm is determined in real time by the central unit according to a calculation mode that will be described below.
Le bloc 115 fournit en sortie une consigne finale PiT∞ns de taux de détente, celle-ci correspondant à un minimum entre la valeur dudit résultat et ladite valeur maximale autorisée PiThm de taux de détente dans la turbine.The block 115 outputs a final set point PiT∞ns relaxation rate, the latter corresponding to a minimum between the value of said result and said maximum allowable value PiThm rate of expansion in the turbine.
Ainsi, comme on l'aura compris la sortie du bloc 115 est toujours inférieure à la valeur maximale autorisée PiThm de la consigne de taux de détente.Thus, as will be understood, the output of the block 115 is always lower than the maximum allowed value PiThm of the relaxation ratio setpoint.
Le deuxième régulateur 113" reçoit ensuite à ses entrées l'écart entre la sortie du bloc 115 et une mesure PiTm du taux de détente dans la turbine de sorte à élaborer le signal de commande 120 destiné à piloter l'organe associé à la turbine, typiquement les ailettes.The second regulator 113 "then receives at its inputs the difference between the output of the block 115 and a measurement PiTm of the expansion ratio in the turbine so as to develop the control signal 120 for controlling the member associated with the turbine, typically the fins.
On notera au passage que ce signal de commande 120 dépend en outre d'un pré-positionnement. Ainsi, dans l'exemple représenté ici de façon non limitative la sortie du deuxième régulateur 113" est ajoutée à une valeur de pré-positionement obtenue à partir d'une cartographie 200 de pré-positionnement, par exemple une cartographie fonction du régime moteur et du débit carburant.It will be noted in passing that this control signal 120 also depends on a pre-positioning. Thus, in the example represented here in a nonlimiting manner, the output of the second regulator 113 "is added to a pre-positioning value obtained from a pre-positioning map 200, for example a map based on the engine speed and fuel flow.
On va maintenant décrire un mode calcul de la valeur maximale autorisée PiThm de taux de détente dans la turbine.We will now describe a calculation mode of the maximum allowable value PiThm of expansion ratio in the turbine.
Selon l'invention, cette valeur est déterminée à partir d'au moins une
grandeur caractérisant un fonctionnement du turbocompresseur.According to the invention, this value is determined from at least one magnitude characterizing a turbocharger operation.
En particulier, on a vu que dans le mode préféré de réalisation de l'invention cette grandeur est le taux de détente dans la turbine.In particular, it has been seen that in the preferred embodiment of the invention this magnitude is the rate of expansion in the turbine.
On rappelle toutefois, que d'autres grandeurs sont envisageables, comme par exemple la pression différentielle aux bornes de la turbine ; l'essentiel est que cette grandeur puisse fournir une information sur des conditions choisies de fonctionnement du turbocompresseur.However, it is recalled that other quantities are possible, such as the differential pressure at the terminals of the turbine; the key is that this magnitude can provide information on selected conditions of operation of the turbocharger.
Afin de déterminer ladite valeur maximale autorisée PiTi.m l'unité centrale calcule l'équation suivante :In order to determine said maximum allowed value PiTi.m, the central unit calculates the following equation:
γ κτlim = ( i-w ; Vγ'" (3)γ κτ lim = (iw; V γ '" (3)
où Qt est un débit de gaz d'échappement traversant la turbine, Wt la puissance du turbocompresseur, Cpex une constante correspondant à une chaleur spécifique des gaz d'échappement, T3 une température en amont de la turbine, ηt.mm une consigne de rendement minimale de la turbine et γex une constante correspondant à une rapport de chaleur spécifique pour les gaz d'échappement.where Qt is a flow of exhaust gas passing through the turbine, Wt the power of the turbocharger, Cp ex a constant corresponding to a specific heat of the exhaust gas, T3 a temperature upstream of the turbine, ηt.mm a setpoint of minimum efficiency of the turbine and γ ex a constant corresponding to a specific heat ratio for the exhaust gas.
Ainsi comme on peut le voir dans cet exemple, la valeur maximale de la grandeur, donc du taux de détente, est déterminée à l'aide d'une puissance du turbocompresseur.Thus, as can be seen in this example, the maximum value of the quantity, and therefore of the expansion ratio, is determined using a power of the turbocharger.
Selon un aspect de l'invention, la puissance du turbocompresseur est approximée par une puissance Wc du compresseur qui le constitue en partie, auquel cas Wt dans l'équation (3) est égale à Wc. Toutefois, selon un aspect préféré de la demande, la puissance du
turbocompresseur est déterminée à partir des puissances respectives du compresseur et de la turbine.According to one aspect of the invention, the power of the turbocharger is approximated by a power Wc of the compressor which constitutes it in part, in which case Wt in equation (3) is equal to Wc. However, according to a preferred aspect of the application, the power of the Turbocharger is determined from the respective powers of the compressor and the turbine.
A cet effet, l'unité centrale détermine tout d'abord la puissance Wc du compresseur puis la puissance Wt à la turbine.For this purpose, the central unit first determines the power Wc of the compressor and then the power Wt to the turbine.
La puissance du compresseur est obtenue à partir de l'équation suivante :The compressor power is obtained from the following equation:
Wc
W c
où Qc représente un débit d'air traversant le compresseur, Cpa.r est une constante correspondant à la chaleur spécifique de l'air, Tl une température mesurée en entrée du compresseur, ηc un rendement du compresseur, P2 et Pl des pressions mesurées respectivement en entrée et en sortie du compresseur et γr une constate correspondant à un rapport de chaleur spécifique pour l'air.where Qc represents a flow of air passing through the compressor, Cpa.r is a constant corresponding to the specific heat of the air, Tl a temperature measured at the input of the compressor, η c a compressor efficiency, P2 and P1 of the measured pressures respectively at the input and at the output of the compressor and γ r a note corresponding to a specific heat ratio for the air.
Comme nous pouvons le remarquer, le calcul de la puissance Wc du compresseur dépend de quatre variables, en particulier les variables Qc, Pl, P2 et Tl.As we can see, the computation of the power Wc of the compressor depends on four variables, in particular the variables Qc, Pl, P2 and Tl.
Par ailleurs le débit d'air Qc traversant le compresseur peut être avantageusement égal à un débit d'air frais, noté Qa.r.fra.s.Furthermore the air flow Qc through the compressor can be advantageously equal to a fresh air flow, noted Qa.r.fra.s.
De cette manière, on peut mesurer un tel débit par un capteur à fil chaud placé en sortie du filtre à air.In this way, such a flow rate can be measured by a hot wire sensor placed at the outlet of the air filter.
On remarquera en outre, que la puissance Wc du compresseur dépend du rendement ηc du turbocompresseur. Ce rendement peut être mesuré ou estimé à l'aide d'une cartographie
fonction de conditions de fonctionnement du moteur.It will further be noted that the power Wc of the compressor depends on the efficiency η c of the turbocharger. This yield can be measured or estimated using a map function of engine operating conditions.
Dans cet exemple, la cartographie admet comme variable d'entrée d'une part le débit d'air Qc traversant le compresseur corrigé en température par la variable Tl ainsi qu'en pression par la variable Pl et d'autre part d'un rapport de compression P2/P1, ce qui peut être autrement décrit par :In this example, the mapping admits as input variable on the one hand the air flow rate Qc passing through the compressor corrected in temperature by the variable Tl as well as in pressure by the variable P1 and on the other hand by a ratio compression P2 / P1, which can be otherwise described by:
où fn désigne une fonction. On pourra également se référer à la figure 4 montrant schématiquement le calcul de la variable ηc à l'aide de la cartographie et des variables d'entrée de cette dernière.where f n designates a function. We can also refer to Figure 4 schematically showing the calculation of the variable η c using the mapping and input variables of the latter.
Pour ce qui concerne maintenant le calcul de la puissance à la turbine, l'unité centrale utilise l'équation suivante :As far as the turbine power calculation is concerned, the CPU uses the following equation:
Wt = Nτ. Nτ .Iτ + Nτ.Dτ + WC (6)W t = N τ . Nτ .I τ + N τ .D τ + W C (6)
où NT est un régime du turbocompresseur, N est une dérivée par rapport au temps du régime du turbocompresseur, IT est une constante correspondant à une inertie du turbocompresseur et DT une constante correspondant à un frottement du turbocompresseur.where NT is a turbocharger regime, N is a time derivative of the turbocharger regime, IT is a constant corresponding to an inertia of the turbocharger and DT a constant corresponding to a turbocharger friction.
Ce calcul utilise donc trois variables en entrée, à savoir la puissance WcThis calculation therefore uses three input variables, namely the power Wc
du compresseur, le régime NT du turbocompresseur et la dérivée N T du
régime du turbocompresseur.of the compressor, the turbocharger NT speed and the NT derivative of the turbocharger regime.
La variable NT correspondant au régime du turbocompresseur peut être mesurée ou estimée.The NT variable corresponding to the turbocharger speed can be measured or estimated.
Dans le dernier cas, elle est estimée à partir d'un champ compresseur qui est cartographie en débit compresseur Qc corrigé en température et en pression et en taux de compression P2/P1 (voir figure 5 où le symbole * désigne une opération de multiplication).In the latter case, it is estimated from a compressor field which is mapped to a compressor flow rate Qc corrected in temperature and pressure and in compression ratio P2 / P1 (see FIG. 5 where the symbol * designates a multiplication operation) .
Par conséquent le régime NT du turbocompresseur peut être défini par l'expression suivante :Therefore the turbocharger NT regime can be defined by the following expression:
où fN, Tref et Pref désignent respectivement une fonction, une température de référence et une pression de référence. La figure 6 donne à ce sujet une représentation schématique du calcul d'estimation du régime NT du turbocompresseur.where fN, Tref and Pref respectively denote a function, a reference temperature and a reference pressure. Figure 6 gives a schematic representation of the estimation calculation of the NT turbocharger regime.
Une fois la puissance Wt à la turbine déterminée, l'unité centrale est à même de déterminer la valeur maximale autorisée PiTi™ de taux de détente dans le turbocompresseur en injectant WT dans l'équation (3). Pour revenir au calcul de PiTi.m, on notera que le débit Qt de gaz traversant la turbine peut être évalué en ajoutant le débit d'air frais mesuréOnce the power Wt at the turbine determined, the central unit is able to determine the maximum allowable value PiTi ™ relaxation rate in the turbocharger by injecting WT in equation (3). To return to the calculation of PiTi.m, it will be noted that the flow rate Qt of gas passing through the turbine can be evaluated by adding the flow of fresh air measured.
Qair.fra.s par le débitmètre à un débit Qcarb carburant.Qair.fra.s through the flowmeter at a Qcarb fuel flow.
En outre, la température T3 en entrée de la turbine peut être mesurée ou estimée. Une telle estimation peut être obtenue à partir d'une cartographie
fonction du régime moteur et du débit carburant.In addition, the inlet temperature T3 of the turbine can be measured or estimated. Such an estimate can be obtained from a map depending on engine speed and fuel flow.
De préférence, l'unité centrale fait en sorte que l'estimation obtenue à partir de cette cartographie soit retardée de 1,5 tour moteur afin de prendre en compte le cycle quatre temps du moteur, puis filtrée au premier ordre pour simuler une inertie thermique du collecteur d'échappement.Preferably, the central unit causes the estimate obtained from this map to be delayed by 1.5 engine revolutions in order to take into account the four-stroke cycle of the engine, and then filtered in the first order to simulate a thermal inertia. exhaust manifold.
Bien entendu, l'homme du métier adaptera de manière évidente la valeur de retardement et le type de filtrage dans le cas de moteurs de type différent.Of course, those skilled in the art will obviously adapt the retardation value and the type of filtering in the case of engines of different types.
Pour ce qui concerne maintenant la variable ηt.mm dans l'équation (3), il est important de noter qu'il s'agit d'un seuil permettant de fixer le niveau de limitation de la régulation de la pression de suralimentation et en particulier le niveau de limitation du taux de détente dans la turbine.As regards now the variable ηt.mm in equation (3), it is important to note that this is a threshold for setting the limiting level of the regulation of the boost pressure and in particular the level of limitation of the expansion ratio in the turbine.
Selon l'invention, cette variable est soit une constante, soit estimée à partir d'une cartographie fonction du régime du turbocompresseur et de la position et de l'état de fonctionnement dudit organe associé au turbocompresseur.According to the invention, this variable is either a constant or estimated from a mapping function of the turbocharger speed and the position and the operating state of said member associated with the turbocharger.
A titre d'exemple non limitatif, dans le cas où l'organe concerne des ailettes de la turbine, il peut s'agir de leur position.By way of non-limiting example, in the case where the member concerns blades of the turbine, it may be their position.
On pourra se référer à cet égard à la figure 6 montrant de façon schématisée cet exemple de calcul de la variable ηt,mm en fonction de la position mesurée VNTpos des ailettes.Reference can be made in this regard to FIG. 6 schematically showing this example of calculating the variable ηt, mm as a function of the measured position VNT pos of the fins.
Bien entendu, l'homme du métier comprendra que cette variable VNTpo, peut également être estimée à partir de la connaissance de paramètre de fonctionnement du moteur. La figure 7 montre maintenant une simulation temporelle du bloc moteur tel que décrit ci-dessus permettant d'analyser son fonctionnement
lorsqu'il se trouve en particulier dans une phase transitoire.Of course, those skilled in the art will understand that this variable VNTpo can also be estimated from the knowledge of operating parameter of the engine. Figure 7 now shows a time simulation of the engine block as described above to analyze its operation when it is in particular in a transitional phase.
La figure 7 A représente deux courbes de pression en fonction du temps.Figure 7A shows two pressure curves as a function of time.
La première courbe 201 est une simulation de la pression mesurée de suralimentation P2m et la courbe 202 celle la pression mesurée P3m dans le collecteur échappement (ou en d'autres termes en entrée de la turbine).The first curve 201 is a simulation of the measured supercharging pressure P2 m and the curve 202 that the measured pressure P3m in the exhaust manifold (or in other words at the inlet of the turbine).
Comme on peut le voir, le moteur entre en phase transitoire à l'instant t=15s et en sort environ à t=20s.As can be seen, the motor enters the transient phase at time t = 15s and comes out at about t = 20s.
Sur la figure 7B, on a représenté une simulation 203 correspondant à l'estimation NT du régime moteur et sur la figure 7C celle du calcul de la puissance du compresseur et de la turbine, respectivement 204 et 205.FIG. 7B shows a simulation 203 corresponding to the estimate NT of the engine speed and in FIG. 7C that of the calculation of the power of the compressor and the turbine, respectively 204 and 205.
Finalement, la figure 7D illustre clairement le procédé de l'invention.Finally, Figure 7D clearly illustrates the process of the invention.
En effet, on peut voir que durant la phase transitoire (t compris entre 15s et 20s environ) la courbe 206 correspondant à la simulation de la mesure du taux de détente PiTm est collée à la courbe 207 représentant l'estimation de la valeur maximale autorisée PiThm de taux de détente.Indeed, it can be seen that during the transient phase (t between about 15s and 20s) the curve 206 corresponding to the simulation of the measurement of the expansion factor PiTm is glued to the curve 207 representing the estimate of the maximum authorized value PiThm relaxation rate.
La limitation de la régulation de la pression de suralimentation est donc active et de surcroît optimisée en temps réel pour les conditions de fonctionnement du turbocompresseur.The limitation of the regulation of the boost pressure is therefore active and moreover optimized in real time for the operating conditions of the turbocharger.
En particulier, grâce au procédé de l'invention, la régulation est telle que le taux de détente n'est jamais égal à une valeur qui limiterait les performances du turbocompresseur, notamment dans une plage de fonctionnement à rendement faible due à un taux de détente trop élevé.In particular, thanks to the method of the invention, the regulation is such that the expansion ratio is never equal to a value that would limit the performance of the turbocharger, especially in a low efficiency operating range due to a rate of expansion too high.
Pour revenir à la figure 7D, on peut constater en outre qu'une fois la phase transitoire terminée, la limitation de la consigne de taux de détente, ou indirectement celle de la régulation de pression de suralimentation P2™, n'est plus active (à partir de t=20s environ).
En effet, à l'état stationnaire après t=20s, la courbe 206 atteint des niveaux bien plus importants que la courbe 207 ; ces deux courbes n'évoluent plus ensemble.Returning to FIG. 7D, it can furthermore be seen that once the transient phase has been completed, the limitation of the trigger ratio set point, or indirectly that of the booster pressure regulation P2 ™ , is no longer active ( from approximately t = 20s). Indeed, in the stationary state after t = 20s, the curve 206 reaches much higher levels than the curve 207; these two curves do not evolve together anymore.
Bien entendu l'invention n'est nullement limitée à la forme décrite ci-dessus et l'homme du métier pourra l'adapter en de nombreuses manières sans s'écarter de son principe fondamental.Naturally, the invention is not limited to the form described above and the skilled person can adapt it in many ways without departing from its fundamental principle.
En particulier, il est évident qu'une estimation d'une variable peut être effectuée à partir d'un autre moyen qu'une cartographie.In particular, it is obvious that an estimate of a variable can be made from another means than mapping.
L'utilisation d'un algorithme d'estimation, tel un filtre de Kalman ou autre, peut notamment être envisagée.
The use of an estimation algorithm, such as a Kalman filter or other, can in particular be considered.
Claims
1. Procédé de commande d'un moteur (10), caractérisé en ce qu'il comporte une étape de régulation d'une grandeur relative à un turbocompresseur (60) autour d'une consigne (111), et en ce que l'on détermine une valeur maximale pour la consigne, qui dépend d'un paramètre caractérisant le fonctionnement du turbocompresseur, de sorte que lors d'une phase transitoire la grandeur régulée relative au turbocompresseur reste inférieure à la valeur maximale.1. A method of controlling an engine (10), characterized in that it comprises a step of regulating a magnitude relative to a turbocharger (60) around a setpoint (111), and in that the a maximum value is determined for the setpoint, which depends on a parameter characterizing the operation of the turbocharger, so that during a transient phase the regulated variable relative to the turbocharger remains below the maximum value.
2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur est un taux de détente du turbocompresseur (60).2. Control method according to claim 1, characterized in that the magnitude is an expansion ratio of the turbocharger (60).
3. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la consigne (111) est une consigne PiT∞ns de taux de détente du turbocompresseur (60).3. Control method according to one of the preceding claims, characterized in that the setpoint (111) is a set PiT∞ns relaxation rate of the turbocharger (60).
4. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le paramètre qui caractérise le fonctionnement du turbocompresseur (60) une puissance du turbocompresseur (60).4. Control method according to one of the preceding claims, characterized in that the parameter which characterizes the operation of the turbocharger (60) power of the turbocharger (60).
5. Procédé de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on détermine la valeur maximale PiTum de la consigne PiT∞πs du taux de détente à partir de l'équation :5. Control method according to the preceding claim, characterized in that the maximum value PiTum of the set point PiT∞πs of the expansion ratio is determined from the equation:
où Qt est un débit de gaz d'échappement traversant la turbine (61), Wt la puissance du turbocompresseur (60), CpCχ une constante correspondant à une chaleur spécifique des gaz d'échappement, T3 une température en amont de la turbine, ηt,min une consigne de rendement minimale de la turbine (61) et γ™ une constante correspondant à un rapport de chaleur spécifique pour les gaz d'échappement. where Qt is a flow of exhaust gas passing through the turbine (61), Wt the power of the turbocharger (60), Cp C χ a constant corresponding to a specific heat of the exhaust gas, T3 a temperature upstream of the turbine , ηt, min a turbine minimum efficiency reference (61) and γ ™ a constant corresponding to a specific heat ratio for the exhaust gas.
6. Procédé de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la puissance Wt du turbocompresseur (60) est déterminée par la puissance6. Control method according to the preceding claim, characterized in that the power Wt of the turbocharger (60) is determined by the power
Wc du compresseur (62) qui le constitue en partie.Wc of the compressor (62) which constitutes it in part.
7. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on détermine la puissance Wc du compresseur (62) à partir de l'équation :7. Control method according to claim 6, characterized in that the power Wc of the compressor (62) is determined from the equation:
1 1
où Qc représente un débit d'air traversant le compresseur, Cpmr est une constante correspondant à la chaleur spécifique de l'air, Tl une température mesurée en entrée du compresseur (62), ηc un rendement du compresseur (62), P2 et Pl des pressions mesurées respectivement en entrée et en sortie du compresseur (62) et γr une constate correspondant à un rapport de chaleur spécifique pour l'air.where Qc represents a flow of air passing through the compressor, Cpmr is a constant corresponding to the specific heat of the air, Tl a temperature measured at the input of the compressor (62), η c a compressor efficiency (62), P2 and Pl measured pressures respectively input and output of the compressor (62) and γ r a report corresponding to a specific heat ratio for air.
8. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que la puissance du turbocompresseur (60) est déterminée par la puissance Wt à la turbine (6I)7 notamment par l'équation :8. Control method according to claim 6, characterized in that the turbocharger power (60) is determined by the power Wt at the turbine (6I) 7 in particular by the equation:
où NT est un régime du turbocompresseur (60), N est une dérivée par rapport au temps du régime du turbocompresseur (60), IT est une constante correspondant à une inertie du turbocompresseur (60) et DT une constante correspondant à un frottement du turbocompresseur (60).where NT is a turbocharger regime (60), N is a time derivative of turbocharger speed (60), IT is a constant corresponding to an inertia of the turbocharger (60) and DT a constant corresponding to a turbocharger friction (60).
9. Procédé de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de régulation d'une pression de suralimentation dans un collecteur d'admission (70) du moteur (10).9. Control method according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a step of regulating a supercharging pressure in an intake manifold (70) of the engine (10).
10. Procédé de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'un résultat de la régulation de la grandeur relative au turbocompresseur (60) est fonction d'un résultat de la régulation de la pression de suralimentation.10. A control method according to claim 9, characterized in that a result of the regulation of the magnitude relative to the turbocharger (60) is a function of a result of the regulation of the supercharging pressure.
11. Système de commande d'un moteur (10), comportant au moins un turbocompresseur (60) et un régulateur (113") pour réguler une grandeur relative à ce turbocompresseur autour d'une consigne (111), caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens aptes à déterminer une valeur maximale pour la consigne, ladite valeur dépendant d'un paramètre caractérisant le fonctionnement du turbocompresseur (60), de sorte que lors d'une phase transitoire la grandeur régulée relative au turbocompresseur reste inférieure à la valeur maximale.11. A control system of an engine (10), comprising at least one turbocharger (60) and a regulator (113 ") for regulating a quantity relative to this turbocharger around a set point (111), characterized in that it further comprises means capable of determining a maximum value for the setpoint, said value depending on a parameter characterizing the operation of the turbocharger (60), so that during a phase transient the regulated variable relative to the turbocharger remains lower than the maximum value.
12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que la grandeur est un taux de détente du turbocompresseur (60).12. System according to claim 11, characterized in that the magnitude is an expansion ratio of the turbocharger (60).
13. Système selon l'une des revendications 11 à 12, caractérisé en ce que la consigne est une consigne PiTcons de taux de détente du turbocompresseur (60).13. System according to one of claims 11 to 12, characterized in that the setpoint is a PiTcons set point of expansion of the turbocharger (60).
14. Système selon Tune des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième régulateur (113') pour réguler une pression de suralimentation dans un collecteur d'admission (70) du moteur (10).14. System according to one of claims 11 to 13, characterized in that it comprises a second regulator (113 ') for regulating a supercharging pressure in an intake manifold (70) of the engine (10).
15. Système selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'une entrée du régulateur(113") de la grandeur relative au turbocompresseur est fonction d'une sortie du régulateur (113') de la pression de suralimentation. 15. System according to claim 14, characterized in that an input of the regulator (113 ") of the magnitude relative to the turbocharger is a function of an output of the regulator (113 ') of the supercharging pressure.
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