EP1856390A1 - Procede de regulation optimise en phase transitoire dans un turbocompresseur - Google Patents

Procede de regulation optimise en phase transitoire dans un turbocompresseur

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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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turbocharger
turbine
compressor
power
control method
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EP06709539A
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Laurent Fontvieille
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Renault SAS
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • 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

L'invention propose un 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.

Description

PROCEDE DE REGULATION OPTIMISE EN PHASE TRANSITOIRE DASN UN TURBOCOMPRESSEUR
La présente invention concerne le domaine du contrôle d'un moteur.
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.
L'utilisation d'un tel procédé et d'un tel système est particulièrement intéressante dans les moteurs diesel suralimentés par un turbocompresseur.
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.
Ce turbocompresseur comporte généralement une turbine, placée à la sortie du collecteur d'échappement du moteur et entraînée par les gaz d'échappement.
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.
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.
Un tel organe de réglage peut être une soupape de décharge, ou des ailettes, dans le cas d'un turbocompresseur à géométrie variable.
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.
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'atmosphère
(fumées noires).
Ces filtres comportent typiquement un ensemble de micro-canaux dans lesquels une grande partie des particules se trouve piégée.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 :
- la consigne est une consigne PiT∞ns de taux de détente du turbocompresseur ;
- le paramètre qui caractérise le fonctionnement du turbocompresseur une puissance du turbocompresseur ;
- on détermine la valeur maximale PiThm de la consigne PiTcons du taux de détente à partir de l'équation :
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 ;
- la puissance Wt du turbocompresseur est déterminée par la puissance Wc du compresseur qui le constitue en partie ;
- on détermine la puissance Wc du compresseur à partir de l'équation :
Wc = Qc.CPai,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 ;
- la puissance du turbocompresseur est déterminée par la puissance Wt à la turbine, notamment par l'équation :
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 ;
- 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.
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 :
- la grandeur est un taux de détente du turbocompresseur ;
- 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 ;
- une entrée du régulateur de la grandeur relative au turbocompresseur est fonction d'une sortie du régulateur de la pression de suralimentation.
Ainsi, le procédé de commande selon l'invention offre de nombreux avantages par rapport aux procédés et systèmes de l'art antérieur.
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.
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.
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 :
- 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,
- la figure 4 montre un schéma bloc représentatif du calcul d'un rendement du compresseur,
- la figure 5 montre un schéma bloc représentatif du calcul d'un régime du turbocompresseur,
- 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.
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.
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.
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.
Une unité centrale 110 récupère par l'intermédiaire de capteurs appropriés des signaux de mesure de pression Pm ou de différence de pression ΔPm.
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.
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.
La structure de régulation 113 prend également en compte des données fournies par un bloc 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.
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.
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.
La figure 2 représente maintenant un mode de réalisation non limitatif et plus détaillé de l'invention.
On retrouve dans l'ensemble les éléments de la figure 1.
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.
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.
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.
Comme évoqué précédemment, une telle structure peut comporter plusieurs régulateurs.
A titre d'exemple la figure 2 montre deux régulateurs 113', 113" en série.
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 :
P2m + P3/2m OU h/ PPiiTTmm == -p4 - (2)
où P3/2m est la pression différentielle aux bornes du circuit EGR.
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).
Tel que représenté encore sur la figure 2, le bloc 112 est intercalé entre le premier et le deuxième régulateurs.
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.
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.
On notera ici que la consigne P2coπs de la pression de suralimentation est cartographiée en régime moteur et débit carburant.
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.
Le résultat de cette somme est alors comparé par le bloc 115 à une valeur maximale autorisée PiThm de consigne de taux de détente.
Cette valeur maximale PiThm est déterminée en temps réel par l'unité centrale selon un mode de calcul que nous décrirons ci-après.
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.
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.
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.
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.
On va maintenant décrire un mode calcul de la valeur maximale autorisée PiThm de taux de détente dans la turbine.
Selon l'invention, cette valeur est déterminée à partir d'au moins une grandeur caractérisant un fonctionnement du turbocompresseur.
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.
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.
Afin de déterminer ladite valeur maximale autorisée PiTi.m l'unité centrale calcule l'équation suivante :
γ κτlim = ( i-w ; Vγ'" (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.
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.
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.
A cet effet, l'unité centrale détermine tout d'abord la puissance Wc du compresseur puis la puissance Wt à la turbine.
La puissance du compresseur est obtenue à partir de l'équation suivante :
Wc
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.
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.
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.
De cette manière, on peut mesurer un tel débit par un capteur à fil chaud placé en sortie du filtre à air.
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.
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 :
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.
Pour ce qui concerne maintenant le calcul de la puissance à la turbine, l'unité centrale utilise l'équation suivante :
Wt = Nτ. Nτ .Iτ + Nτ.Dτ + WC (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.
Ce calcul utilise donc trois variables en entrée, à savoir la puissance Wc
du compresseur, le régime NT du turbocompresseur et la dérivée N T du régime du turbocompresseur.
La variable NT correspondant au régime du turbocompresseur peut être mesurée ou estimée.
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).
Par conséquent le régime NT du turbocompresseur peut être défini par l'expression suivante :
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.
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 mesuré
Qair.fra.s par le débitmètre à un débit Qcarb carburant.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
La figure 7 A représente deux courbes de pression en fonction du temps.
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).
Comme on peut le voir, le moteur entre en phase transitoire à l'instant t=15s et en sort environ à 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.
Finalement, la figure 7D illustre clairement le procédé de l'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.
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.
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.
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.
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.
En particulier, il est évident qu'une estimation d'une variable peut être effectuée à partir d'un autre moyen qu'une cartographie.
L'utilisation d'un algorithme d'estimation, tel un filtre de Kalman ou autre, peut notamment être envisagée.

Claims

REVENDICATIONS
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.
2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur est un taux de détente du turbocompresseur (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).
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).
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 :
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.
6. Procédé de commande selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la puissance Wt du turbocompresseur (60) est déterminée par la puissance
Wc du compresseur (62) qui le constitue en partie.
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 :
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.
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 :
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).
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).
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.
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.
12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que la grandeur est un taux de détente du turbocompresseur (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).
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).
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.
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