EP1941139A1 - Système et procédé de commande d'un turbocompresseur de suralimentation pour moteur à combustion interne - Google Patents

Système et procédé de commande d'un turbocompresseur de suralimentation pour moteur à combustion interne

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Publication number
EP1941139A1
EP1941139A1 EP06831261A EP06831261A EP1941139A1 EP 1941139 A1 EP1941139 A1 EP 1941139A1 EP 06831261 A EP06831261 A EP 06831261A EP 06831261 A EP06831261 A EP 06831261A EP 1941139 A1 EP1941139 A1 EP 1941139A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressor
geometry
value
air
sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06831261A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Laurent Fontvieille
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP1941139A1 publication Critical patent/EP1941139A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • a system and method for controlling a turbo supercharger for an internal combustion engine is disclosed.
  • the present invention relates generally to the technique of managing an internal combustion engine comprising a set of sensors and actuators, said engine comprising a turbocharger composed of a turbine and a compressor in order to increase the amount of air admitted into the engine cylinders.
  • ECU electronice control unit
  • the turbocharger comprises a turbine placed at the outlet of the exhaust manifold and driven by the exhaust gas.
  • the power taken by the exhaust turbine can be advantageously modulated by installing blades of variable orientation at the inlet of the turbine. This is called a variable geometry turbine.
  • the power provided by the compressor can in turn be modulated by arranging vanes of variable orientation at the inlet or the outlet of the compressor. We speak of compressor with variable geometry.
  • the compressor is mounted on the same axis as the turbine and compresses the air entering the intake manifold.
  • a heat exchanger can be placed between the compressor and the intake manifold to cool the air at the outlet of the compressor.
  • Actuators are provided for controlling the opening and closing of the set of vanes with variable orientation, which respectively equip the turbine and the compressor.
  • the control signals of these actuators are provided by the electronic control unit, so as to slave the pressure in the intake manifold.
  • the value set point of the pressure in the manifold is calculated by the electronic control unit.
  • the actual value of the pressure is measured by means of a pressure sensor placed in the intake manifold.
  • the reference value of the boost pressure can be mapped according to the rotational speed of the engine and the fuel flow admitted into the engine. This pressure reference value can then be corrected according to a certain number of environmental variables, such as, for example, the atmospheric pressure, the temperature of the air entering the compressor, etc. For engine rotation and fuel flow, it is possible to identify the amount of air required for optimal combustion in the engine. This amount of air can then be translated into a booster pressure setpoint.
  • the turbocharger it is necessary to respect the characteristics of the turbocharger, among which, in particular, what is called the field of the compressor. Indeed, for a given geometry of the compressor, it is possible to determine the compression ratio as a function of the air flow rate in the compressor, the compression ratio being defined as the ratio of the pressure of the air leaving the compressor on the compressor. the pressure of the air entering the compressor.
  • the Compressor rotation speed must not exceed a limit value, otherwise we enter what is called the overspeed zone for which the compressor may be destroyed. In the same way, it is important to avoid a so-called "pumping" zone, in which there is an inversion of the air flow through the compressor for the low air flows, such a pumping phenomenon also causing the destruction of the compressor.
  • the operating zone of the compressor must therefore ultimately be between the overspeed limit and the pumping limit. All operating points of the compressor must thus be in the compressor field which represents the acceptable values for the operation of the compressor.
  • variable geometry compressor makes it possible to obtain different compressor fields and thus to choose the efficiency and the speed of rotation of the compressor by controlling the geometry of the compressor. This results in a larger operating area, since the pumping and overspeed limits depend on the geometry of the compressor.
  • French patent application 2,833,303 (DAIMLER CHRYSLER) describes a turbocharger control system which comprises a sensor detecting the pumping limit of the compressor by detecting the vibrations of the compressor. The regulation is then able to act on the position of the adjustable tilt blades of the compressor, so as to avoid operation of the compressor in the pumping zone.
  • the patent application WO 2004/038229 also has the object of preventing entry into the pumping zone of a compressor.
  • the detection of the pumping limit is done by a measurement of air flow velocity in the boundary layer of a compressor output channel.
  • the servocontrol described in this document is done on the speed of air flow in the compressor.
  • the present invention aims to optimize the efficiency of the compressor and to avoid exceeding the limits of pumping and overspeed by increasing the turbocharger management flexibility.
  • the subject of the invention is also a control system, in which a regulation receives a corrected setpoint value as a function of various parameters.
  • the invention also relates to a control system, in which the regulation is simplified during the stabilized operating phases of the engine.
  • control system of a turbocharger for a motor vehicle internal combustion engine of the type comprising a variable geometry turbine and a variable geometry compressor comprises a first device for regulating the supercharging pressure. able to act on a control of the geometry of the turbine.
  • the system further comprises a second device for regulating the geometry of the variable geometry compressor capable of acting on a control of the geometry of the compressor.
  • the system preferably comprises a memory for memorizing a mapping of the values of the geometry of the compressor as a function of the rotational speed of the engine and the flow of fuel injected into the engine. Means may be provided to introduce one or more corrections to the set value of the geometry of the compressor, according to different parameters.
  • a sensor is provided for measuring the flow rate of air passing through the compressor and the system comprises means for correcting the set value of the geometry of the compressor as a function of the measured airflow. Such a correction makes it possible to vary the compression ratio, the speed of rotation and the efficiency of the compressor as a function of the flow of air passing through the compressor.
  • a sensor is provided for measuring the temperature of the air upstream of the compressor and the system comprises means for correcting the set value of the geometry of the compressor as a function of the measured temperature. Such a correction makes it possible to vary the compression ratio, the air flow rate passing through the compressor, the rotational speed and the efficiency of the compressor as a function of the temperature prevailing in the compressor.
  • a sensor is provided for measuring the rotational speed of the compressor and the system comprises a means for correcting the value of the geometry of the compressor as a function of the rotational speed measured. Such a correction makes it possible to vary the compression ratio, the flow rate of air passing through the compressor and the efficiency of the compressor depending on the rotational speed of the compressor.
  • a sensor is provided for measuring the air pressure upstream of the compressor and the system includes means for correcting the set value of the compressor geometry as a function of the air pressure. measured upstream. Such a correction makes it possible to vary the compression ratio, the flow rate of air passing through the compressor, the speed of rotation of the compressor and the efficiency of the compressor as a function of the pressure upstream of the compressor.
  • a sensor for measuring the air pressure downstream of the compressor and the system includes means for correcting the set value of the compressor geometry as a function of the pressure of the compressor. air measured downstream. Such a correction makes it possible to vary the compression ratio, the flow rate of air passing through the compressor, the speed of rotation of the compressor and the efficiency of the compressor as a function of the pressure downstream of the compressor.
  • the control system advantageously comprises a sensor for measuring the geometry of the compressor and a proportional-integral-derivative regulator receiving the difference between the measured value of the geometry of the compressor and the reference value of the geometry of the compressor and capable of develop a control signal of the geometry of the compressor.
  • the system may also include means for calculating a prepositioning value of the geometry of the compressor and means for correcting the signal produced by the controller taking into account said prepositioning value.
  • This prepositioning value represents a set value of the geometry. compressor that can be mapped and simplifies regulation in steady state. During transient phases, the addition of such a prepositioning value makes it possible to improve the accuracy and the response speed of the regulation.
  • the invention also relates to a method for controlling a turbocharger for a motor vehicle internal combustion engine of the type comprising a variable geometry turbine and a variable geometry compressor, in which the pressure is regulated. supercharging by changing the geometry of the turbine and the geometry of the variable geometry compressor is further regulated from a set value of the geometry of the compressor, said reference value being mapped as a function of the rotational speed of the engine and the fuel flow injected into the engine. It is also possible to apply at least one correction to the setpoint value, said correction being dependent on at least one of the parameters constituting the air flow through the compressor, the air temperature upstream of the compressor, the speed of rotation of the compressor, the air pressure upstream or downstream of the compressor.
  • FIG 1 shows schematically the main elements constituting the turbocharger of an internal combustion engine with its regulating device
  • FIG. 2 schematically shows the main elements included in the electronic control unit for the development of the setpoint value of the boost pressure and the control signal of the variable geometry turbine; and
  • FIG. 3 illustrates an embodiment of the main elements contained in the electronic control unit for developing the control signal of the variable geometry compressor.
  • the internal combustion engine generally referenced 1
  • the turbocharger 2 referenced.
  • the operation of the internal combustion engine 1 is controlled by the unit.
  • UCE electronic control referenced 3 which also ensures, as will be seen later, the control of the turbocharger 2.
  • the engine 1 comprises, in the illustrated example, four cylinders 4 receiving compressed air via an intake manifold 5, the exhaust gas being conveyed by an exhaust manifold 6.
  • an intake manifold 5 the exhaust gas being conveyed by an exhaust manifold 6.
  • an exhaust manifold 6 the exhaust gas being conveyed by an exhaust manifold 6.
  • the fresh air symbolized by the arrow 9, first passes through an air filter 10 before being led through an air line 11 to the inlet of the turbocharger 2.
  • a sensor 12, mounted in the pipe 11 is able to measure the temperature of the air supplied to the turbocharger 2, ie T air mes .
  • a second sensor 13 measures the air flow supplied to the turbocharger 2, that is to say Q air my -
  • the turbocharger 2 comprises a variable geometry compressor 14 and a variable geometry turbine 15.
  • the compressor 14 and the turbine 15 are mounted on a common shaft 16.
  • the compressor 14, like the turbine 15, can for example be equipped with a plurality of blades of variable orientation, not shown in the figure, and comprise control means for varying the orientation of these blades, that is to say the geometry of the compressor or the turbine.
  • Such a device with steerable blades can be replaced, for the turbine 15, by a bypass line equipped with a discharge valve (called "wastegate") which allows, as well as the blades with variable orientation, to modify the air pressure at the outlet of the compressor.
  • wastegate discharge valve
  • this modification of the geometry includes both devices with pivoting vanes and other types of devices for obtaining the same effect.
  • Compressed air from the compressor 14 is fed to the intake manifold 5 after passing through a heat exchanger
  • the exhaust gas from the exhaust manifold 6 is fed to the inlet of the turbine 15 which is thus rotated, and which in turn drives the compressor 14 through the shaft 16.
  • the exhaust gases from the turbine 15 are conveyed by the exhaust line 18 which comprises various anti-pollution treatment devices, such as an oxidation catalyst and / or a filter. particles, the assembly being symbolized by block 19 in FIG.
  • the system also comprises various sensors, and in particular a sensor 20 capable of measuring the air pressure in the intake manifold, ie P2 mes ; a sensor 22 for measuring the air pressure in the pipe 11, that is to say upstream of the compressor 14, Pl mes ; a sensor 23 for measuring the position of the geometry of the compressor 14, that is CGV pos mes ; and a sensor 24 for measuring the speed of rotation of the compressor 14 and its drive shaft 16, NC mes .
  • the electronic control unit 3 comprises, in particular, a calculation block 25 capable of calculating a set value for the supercharging pressure P2 cons .
  • the calculation block 25 receives various input parameters, in particular the value of the atmospheric pressure via the connection 26, the temperature of the air at the inlet of the compressor 14, T airmes , as measured by the sensor 12, this temperature value being supplied to it by the connection 27.
  • the calculation block 25 also receives a signal corresponding to the rotational speed of the motor N via the connection 28 and, via the connection 29, a fuel flow signal injected into the engine cylinders 1.
  • the output signal of the calculation block 25 corresponding to the setpoint value of the boost pressure P2 cons is fed through the connection 30 to a regulating device 31, also included in the electronic control unit 3
  • the regulating device also receives as input the measured value of the air pressure in the intake manifold, P2 mes by the connection 32.
  • the regulating device 31 allows the regulation of the supercharging pressure P2 by acting by the output signal, brought by the connection 33, to the geometry of the turbine 15.
  • the electronic control unit 3 also comprises a calculation block 34, capable of calculating a set value of the position of the geometry of the compressor 14, which value is noted in FIG. 1 CGV pos .
  • the calculation block 34 receives as input the value of the rotational speed N of the engine via the connection 35 and the value of the fuel flow d through the connection 36.
  • the calculation block 34 receives also in input the value of the air temperature at the inlet of compressor 14 as measured by the sensor 12, the value T air, my P ar ⁇ a connection 37, the value of air flow penetrating in the compressor 14, ie Q air, mes , as measured by the sensor 13, this value coming from the connection 38, the value of the air pressure at the inlet of the compressor 14 measured by the sensor 22, value Pl my transmitted via the connection 39, the rotational speed of the compressor as measured by the sensor 24, or CN my supply via the connection 40, and finally the value of the air pressure at the outlet of compressor 14 as measured by the sensor 20, the value P2 mes provided by the connection 41.
  • the output signal of the calculation block 34 that is to say the set value of the geometry of the compressor 14, CGV poscons , is transmitted by the connection 42 to a regulating device 43 of the geometry of the compressor 14.
  • the output signal of the regulation 43 transmitted via the connection 44 acts on the position of the geometry of the compressor 14.
  • the set value of the boost pressure P2 cons is mapped in a block 45 stored in the electronic control unit according to the rotation speed N of the engine and the fuel flow d. According to these two input parameters, the map 45 thus makes it possible to determine a setpoint value for the boost pressure P2 cons which appears on the connection 46. However, it is preferable to make various corrections of this setpoint value according to various environmental parameters, in order to improve the operation of the system. In the example illustrated in FIG. 2, two corrections are provided: one as a function of the atmospheric pressure, and the other as a function of the temperature of the air entering the compressor. To perform the first correction as a function of the atmospheric pressure, the value of the atmospheric pressure, P atm is brought to a block 47 which emits a correction signal via the connection 48.
  • a mapping of the boost pressure according to the operating mode rotation N of the engine and of the fuel flow d, identical to that of the block 45, is included in a block 49, which emits a signal supplied by the connection 50 to a corrector 51.
  • the correction thus obtained is fed to an adder 52, to change the set point from block 45.
  • the second correction is performed under the same conditions, the block 53 receiving the temperature of the air at the inlet of the compressor 14 as measured by the sensor 12 and emitting on the connection 54 a correction signal which modifies in the corrector 55 the reference value of the supercharging pressure resulting from a mapping identical to that of the block 45 contained in a block 56.
  • the value thus corrected is fed to an adder 57, which makes it possible to apply this second correction to the set point boost pressure.
  • the thus corrected setpoint value P2 cons is fed to the regulating device 31, which comprises a first adder 58 also receiving the measured value of the supercharging pressure P 2, as measured by the sensor 20.
  • the difference between the setpoint value and the measured value is brought by the connection 59 to a regulator which is preferably of the proportional integral derivative (PID) type, referenced 60 in FIG. 2
  • the output signal of the regulator 60 constitutes the control signal of the variable geometry of the turbine 15
  • a second adder 61 which receives a prepositioning value of the geometry of the turbine 15 via the connection 62.
  • This prepositioning value constitutes, as it were, a predetermined value of the control signal of the geometry of the turbine.
  • turbine 15 for the operating point considered of the engine In the stabilized phase of the motor operation, this prepositioning value constitutes the value of the control signal, so that the regulator 60 does not act.
  • the set point of the position of the geometry of the compressor 14 is mapped and stored in a block 63 as a function of the speed N of the engine and the flow rate of the fuel injected.
  • the set value thus obtained appearing on the connection 64 at the output of FIG. in the example illustrated in FIG. 3, the mapping 63 is the subject of five successive corrections which are each made in the same manner. Only the manner in which the first correction is performed is described. flow of air passing through the compressor 14, the air flow rate which is measured by the sensor 13 and which has the air Q value. This value, brought to the input of a block 65a, allows the development of a correction signal on the connection 66a, this signal being fed to a combination block 67a.
  • the block 67a also receives the value of the position of the geometry of the compressor established by the block 68a which contains in memory the same mapping as the block 63 and sends on its output 69a a signal corresponding to the set value of the Positioning of the geometry of the compressor 14. The correction thus produced appears on the connection 70a and is brought to the negative input of an adder
  • the second correction is made as a function of the temperature of the air entering the compressor 14, as measured by the sensor 12.
  • This value T air mes is thus brought to a block 65b, the correction being carried out under the same conditions as previously and the corresponding blocks shown in Figure 3 with the same references assigned an index b.
  • the third correction is made according to the speed of rotation of the compressor, as measured by the sensor 24.
  • the measured value NC mes is brought to a block 65c and the correction is performed under the same conditions as before, the corresponding blocks bearing the same references assigned to the item c.
  • the fourth correction is performed according to the pressi one air to the inlet of the compressor 14, as measured by the sensor 22, the value P s my 65d is supplied to a block.
  • the correction is carried out under the same conditions as above by means of the blocks illustrated in Figure 3 which have the same references assigned the index d.
  • the fifth correction is made according to the output pressure of the compressor 14, as measured by the sensor 20, the corresponding value P 2mes being brought to a block 65e.
  • the correction is performed under the same conditions as before by blocks illustrated in FIG. 3 and bearing the same references assigned to the index e.
  • the setpoint value of the position of the geometry of the compressor 14 produced from the map stored in the block 63 is thus successively subjected to five corrections which make it possible to improve the operation of the regulation. In another embodiment, it would be possible to use only some of these corrections.
  • the corrected setpoint appears on the connection 72 at the output of the adder 71e. It is brought to the input of the regulating device 43.
  • This comprises a regulator 73 which is, in the example illustrated, a derivative integral proportional type regulator (PID).
  • PID derivative integral proportional type regulator
  • the regulator 73 receives on its input the difference between the set value developed in the block 34 as indicated above and the measured value of the position of the geometry of the compressor 14 as measured by the sensor 23, ie the value CGV pos mes .
  • the output signal of the regulator 73 constitutes the control signal for acting on the geometry of the compressor 14.
  • a second adder 75 is also provided, which receives, via the connection 67, a prepositioning value of the geometry compressor 14.

Landscapes

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Abstract

Système de commande d' un turbocompresseur de suralimentation (2) pour moteur à combustion interne (1) de véhicule automobile du type comprenant une turbine à géométrie variable (15) et un compresseur à géométrie variable (14), dans lequel un premier dispositif (31) de régulation de la pression de suralimentation agit sur une commande de la géométrie de la turbine (15), caractérisé par le fait qu' il comprend en outre un deuxième dispositif (43) de régulation de la géométrie du compresseur à géométrie variable (14) agissant sur une commande de la géométrie du compresseur.

Description

Système et procédé de commande d'un turbocompresseur de suralimentation pour moteur à combustion interne.
La présente invention est relative d'une manière générale à la technique de gestion d'un moteur à combustion interne comprenant un ensemble de capteurs et d'actionneurs, ledit moteur comprenant un turbocompresseur composé d'une turbine et d'un compresseur afin d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur.
L'ensemble des lois de commande qui constituent des stratégies logicielles et les paramètres de caractérisation du moteur sont contenus dans un calculateur embarqué sur le véhicule, appelé unité de contrôle électronique (UCE).
Le turbocompresseur comprend une turbine placée à la sortie du collecteur d'échappement et entraînée par les gaz d'échappement. La puissance prélevée par la turbine aux gaz d'échappement peut être avantageusement modulée en installant des ailettes d'orientation variable à l'entrée de la turbine. On parle alors de turbine à géométrie variable. La puissance que fournit le compresseur peut à son tour être modulée en disposant des ailettes d'orientation variable à l'entrée ou à la sortie du compresseur. On parle de compresseur à géométrie variable.
Le compresseur est monté sur le même axe que la turbine et il comprime l'air qui entre dans le collecteur d'admission. Un échangeur de chaleur peut être placé entre le compresseur et le collecteur d'admission pour refroidir l'air à la sortie du compresseur.
Des actionneurs sont prévus pour piloter l'ouverture et la fermeture de l'ensemble d'ailettes à orientation variable, qui équipent respectivement la turbine et le compresseur. Les signaux de commande de ces actionneurs sont fournis par l'unité de contrôle électronique, de façon à asservir la pression dans le collecteur d'admission. La valeur de consigne de la pression dans le collecteur est calculée par l'unité électronique de commande. La valeur réelle de la pression est mesurée au moyen d'un capteur de pression placé dans le collecteur d'admission. Compte tenu de l'augmentation des performances des moteurs à combustion interne suralimentés et en particulier des moteurs de type Diesel, les niveaux de pression de suralimentation augmentent et les turbocompresseurs sont de plus en plus sollicités. Il est donc important de pouvoir piloter le plus finement possible le turbocompresseur afin d'éviter sa détérioration tout en améliorant les capacités d'accélération du véhicule.
La valeur de consigne de la pression de suralimentation peut être cartographiée en fonction du régime de rotation du moteur thermique et du débit de carburant admis dans le moteur. Cette valeur de consigne de pression peut ensuite être corrigée en fonction d'un certain nombre de grandeurs d'environnement, telles que par exemple la pression atmosphérique, la température de l'air entrant dans le compresseur, etc. Pour un régime de rotation du moteur et un débit de carburant déterminé, il est possible d'identifier la quantité d'air nécessaire pour la combustion optimale dans le moteur. Cette quantité d'air peut ensuite être traduite en valeur de consigne de pression de suralimentation.
Il est cependant nécessaire de respecter les caractéristiques du turbocompresseur, parmi lesquelles, notamment, ce que l'on appelle le champ du compresseur. En effet, pour une géométrie déterminée du compresseur, il est possible de déterminer le taux de compression en fonction du débit d'air dans le compresseur, le taux de compression étant défini comme le rapport de la pression de l'air sortant du compresseur sur la pression de l'air entrant dans le compresseur. La vitesse de rotation du compresseur ne doit pas dépasser une valeur limite, faute de quoi l'on entre dans ce que l'on appelle la zone de survitesse pour laquelle le compresseur risque d'être détruit. De la même manière, il est important d'éviter une zone dite « de pompage », dans laquelle se produit une inversion du débit d'air à travers le compresseur pour les faibles débits d'air, un tel phénomène de pompage entraînant également la destruction du compresseur.
La zone de fonctionnement du compresseur doit donc finalement être comprise entre la limite de survitesse et la limite de pompage. Tous les points de fonctionnement du compresseur doivent ainsi se situer dans le champ compresseur qui représente les valeurs acceptables pour le fonctionnement du compresseur.
L'utilisation d'un compresseur à géométrie variable permet d'obtenir différents champs de compresseur et donc de choisir le rendement et la vitesse de rotation du compresseur en contrôlant la géométrie du compresseur. On obtient ainsi une zone de fonctionnement plus étendue, puisque les limites de pompage et de survitesse dépendent de la géométrie du compresseur.
La demande de brevet français 2 833 303 (DAIMLER CHRYSLER) décrit un système de régulation d'un turbocompresseur qui comporte un capteur détectant la limite de pompage du compresseur par une détection des vibrations du compresseur. La régulation est alors capable d'agir sur la position des aubes d'inclinaison réglable du compresseur, de façon à éviter un fonctionnement du compresseur dans la zone de pompage.
La demande de brevet WO 2004/038229 (DAIMLER) a également pour objet d'éviter l'entrée dans la zone de pompage d'un compresseur. La détection de la limite de pompage se fait par une mesure de vitesse d'écoulement de l'air dans la couche limite d'un canal de sortie du compresseur. L'asservissement décrit dans ce document se fait sur la vitesse d'écoulement de l'air dans le compresseur.
La présente invention a pour objet d'optimiser le rendement du compresseur et d'éviter de dépasser les limites de pompage et de survitesse en augmentant la flexibilité de gestion du turbocompresseur.
L'invention a également pour objet un système de commande, dans lequel une régulation reçoit une valeur de consigne corrigée en fonction de différents paramètres. L'invention a également pour objet un système de commande, dans lequel la régulation est simplifiée lors des phases de fonctionnement stabilisées du moteur.
Dans un mode de réalisation, le système de commande d'un turbocompresseur de suralimentation pour moteur à combustion interne de véhicule automobile du type comprenant une turbine à géométrie variable et un compresseur à géométrie variable, comprend un premier dispositif de régulation de la pression de suralimentation capable d'agir sur une commande de la géométrie de la turbine. Le système comprend en outre un deuxième dispositif de régulation de la géométrie du compresseur à géométrie variable capable d'agir sur une commande de la géométrie du compresseur.
Grâce à cette configuration, il devient possible d'optimiser le rendement du compresseur. On dispose de deux variables de régulation, l'une pour réguler la pression de suralimentation en agissant sur la turbine et l'autre pour réguler la géométrie du compresseur. La régulation de la pression de suralimentation est assurée par deux boucles de régulation, l'une sur la pression de suralimentation et l'autre sur la géométrie du compresseur. Le système comprend de préférence une mémoire pour mémoriser une cartographie des valeurs de consi gne de la géométrie du compresseur en fonction du régime de rotation du moteur et du débit de carburant injecté dans le moteur. Des moyens peuvent être prévus pour introduire une ou plusieurs corrections sur la val eur de consigne de la géométri e du compresseur, en fonction de différents paramètres.
Dans un mode de réali sation, un capteur est prévu pour mesurer le débit d' air traversant le compresseur et le système comprend un moyen de correction de la valeur de consigne de la géométrie du compresseur en fonction du débit d ' air mesuré. Une telle correction permet de faire varier le taux de compression, le régime de rotation et le rendement du compresseur en fonction du débit d ' air traversant l e compresseur. Dans un autre mode de réalisation, un capteur est prévu pour mesurer la température de l ' air en amont du compresseur et le système comprend un moyen de correction de la valeur de consigne de l a géométrie du compresseur en fonction de la température mesurée. Une telle correction permet de faire varier le taux de compression, le débit d'air traversant le compresseur, le régime de rotation et le rendement du compresseur en fonction de la température régnant dans l e compresseur.
Dans un autre mode de réalisation, un capteur est prévu pour mesurer la vitesse de rotation du compresseur et le système comprend un moyen de correction de la valeur de consi gne de la géométri e du compresseur en fonction de la vitesse de rotation mesurée. Une tell e correction permet de faire varier le taux de compression, l e débit d ' air traversant le compresseur et le rendement du compresseur en foncti on du régime de rotation du compresseur. Dans un autre mode de réalisation, un capteur est prévu pour mesurer l a pression de l ' air en amont du compresseur et l e système comprend un moyen de correction de la valeur de consigne de l a géométrie du compresseur en fonction de la pression de l ' air mesurée en amont. Une telle correction permet de faire varier le taux de compression, le débit d' air traversant le compresseur, la vitesse de rotation du compresseur et le rendement du compresseur en fonction d e la pression en amont du compresseur.
Dans un autre mode de réalisation, un capteur est prévu pour mesurer la pression de l ' air en aval du compresseur et l e système comprend un moyen de correcti on de la valeur de consigne de l a géométrie du compresseur en fonction de la pression de l ' air mesurée en aval. Une telle correction permet de faire vari er le taux de compression, le débit d ' air traversant l e compresseur, la vitesse de rotation du compresseur et le rendement du compresseur en fonction de la pression en aval du compresseur.
Les différents moyens de correcti on indiqués ci-dessus, peuvent également être combinés pour obtenir la correction désirée.
Le système de commande comprend avantageusement un capteur de mesure de la géométrie du compresseur et un régulateur proportionnel-intégral-dérivé recevant l ' écart entre la valeur mesurée de la géométrie du compresseur et la valeur de consi gne de l a géométrie du compresseur et capable d ' élaborer un signal de commande de la géométrie du compresseur. Le système peut égal ement comprendre un moyen de calcul d ' une valeur de prépositionnement de la géométrie du compresseur et un moyen pour corriger le signal élaboré par le régulateur en tenant compte de ladite val eur de prépositionnement. Cette val eur de prépositionnement représente une valeur de consigne de l a géométri e du compresseur qui peut être cartographiée et simplifie la régulation en régime stabilisé. Lors des phases transitoires, l'adjonction d'une telle valeur de prépositionnement permet d'améliorer la précision et la vitesse de réponse de la régulation. Selon un autre aspect, l'invention concerne également un procédé de commande d'un turbocompresseur de suralimentation pour moteur à combustion interne de véhicule automobile du type comprenant une turbine à géométrie variable et un compresseur à géométrie variable, dans lequel on régule la pression de suralimentation en modifiant la géométrie de la turbine et on régule en outre la géométrie du compresseur à géométrie variable à partir d'une valeur de consigne de la géométrie du compresseur, ladite valeur de consigne étant cartographiée en fonction du régime de rotation du moteur et du débit de carburant injecté dans le moteur. On peut en outre appliquer au moins une correction à la valeur de consigne, ladite correction dépendant d'au moins l'un des paramètres que constituent le débit d'air traversant le compresseur, la température de l'air en amont du compresseur, la vitesse de rotation du compresseur, la pression de l'air en amont ou en aval du compresseur. L'invention sera mieux comprise à partir de la description détaillée de quelques modes de réalisation, description illustrée par les dessins annexés, sur lesquels :
-la figure 1 montre schématiquement les principaux éléments constituant le turbocompresseur d'un moteur à combustion interne avec son dispositif de régulation ;
-la figure 2 montre schématiquement les principaux éléments inclus dans l'unité de commande électronique pour l'élaboration de la valeur de consigne de la pression de suralimentation et du signal de commande de la turbine à géométrie variable ; et -la figure 3 illustre un mode de réalisation des principaux éléments contenus dans l'unité de commande électronique pour l'élaboration du signal de commande du compresseur à géométrie variable. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le moteur à combustion interne, référencé 1 de manière générale, est équipé d'un turbocompresseur de suralimentation référencé 2. La gestion du fonctionnement du moteur à combustion interne 1 est assurée par l'unité de commande électronique UCE référencée 3, laquelle assure également, comme on le verra plus loin, la commande du turbocompresseur 2.
Le moteur 1 comprend, dans l'exemple illustré, quatre cylindres 4 recevant de l'air comprimé par l'intermédiaire d'un collecteur d'admission 5, les gaz d'échappement étant véhiculés par un collecteur d'échappement 6. Dans l'exemple illustré, qui concerne par exemple un moteur Diesel, on a également prévu de pouvoir recycler une partie des gaz d'échappement au moyen d'une canalisation 7 équipée d'une vanne commandée 8.
L'air frais, symbolisé par la flèche 9, traverse tout d'abord un filtre à air 10 avant d'être amené par une conduite d'air 11 à l'entrée du turbocompresseur 2. Un capteur 12, monté dans la canalisation 11, est capable de mesurer la température de l'air amenée au turbocompresseur 2, soit Tair mes.
Un deuxième capteur 13 mesure le débit d'air amené au turbocompresseur 2, soit Qair mes-
Le turbocompresseur 2 comprend un compresseur à géométrie variable 14 et une turbine également à géométrie variable 15. Le compresseur 14 et la turbine 15 sont montés sur un arbre commun 16. Le compresseur 14, comme la turbine 15, peuvent par exemple être équipés d'une pluralité d'aubes d'orientation variable, non représentées sur la figure, et comportent des moyens de commande permettant de faire varier l'orientation de ces aubes, c'est-à-dire la géométrie du compresseur ou de la turbine. Un tel dispositif à aubes orientables peut être remplacé, pour la turbine 15, par une conduite de by-pass équipée d'une vanne de décharge (dite « wastegate ») qui permet, au même titre que les aubes à orientation variable, de modifier la pression de l'air en sortie du compresseur. Dans la présente description, on parlera d'une modification de la géométrie du compresseur 14 et de la turbine 15.
D'une manière générale, cette modification de la géométrie inclut à la fois des dispositifs à aubes pivotantes et d'autres types de dispositifs permettant d'obtenir le même effet.
L'air comprimé issu du compresseur 14, est amené sur le collecteur d'admission 5 après avoir traversé un échangeur de chaleur
17 qui permet de refroidir l'air comprimé.
Les gaz d'échappement provenant du collecteur d'échappement 6 sont amenés à l'entrée de la turbine 15 qui est ainsi entraînée en rotation, et qui entraîne à son tour le compresseur 14 par l'intermédiaire de l'arbre 16. Après avoir cédé une partie de leur énergie, les gaz d'échappement issus de la turbine 15 sont véhiculés par la ligne d'échappement 18 qui comprend différents dispositifs de traitement anti-pollution, tels qu'un catalyseur d'oxydation et/ou un filtre à particules, l'ensemble étant symbolisé par le bloc 19 sur Ia figure 1.
Le système comprend encore différents capteurs, et en particulier un capteur 20 capable de mesurer la pression de l'air dans le collecteur d'admission, soit P2 mes ; un capteur 22 pour mesurer la pression de l'air dans la conduite 11, c'est-à-dire en amont du compresseur 14, soit Plmes ; un capteur 23 pour mesurer la position de la géométrie du compresseur 14, soit CGVpos mes ; et un capteur 24 pour mesurer la vitesse de rotation du compresseur 14 et de son arbre d'entraînement 16, soit NCmes. L'unité de commande électronique 3 comprend, notamment, un bloc de calcul 25 capable de calculer une valeur de consigne pour la pression de suralimentation P2cons. Le bloc de calcul 25 reçoit différents paramètres d'entrée, en particulier la valeur de la pression atmosphérique par la connexion 26, la température de l'air à l'entrée du compresseur 14, Tairmes, telle que mesurée par le capteur 12, cette valeur de température lui étant fournie par la connexion 27. Le bloc de calcul 25 reçoit également un signal correspondant au régime de rotation du moteur N par la connexion 28 et, par la connexion 29, un signal de débit de carburant d injecté dans les cylindres du moteur 1. Le signal de sortie du bloc de calcul 25 correspondant à la valeur de consigne de la pression de suralimentation P2cons est amené par la connexion 30 sur un dispositif de régulation 31, également inclus dans l'unité de commande électronique 3. Le dispositif de régulation reçoit également en entrée la valeur mesurée de la pression de l'air dans le collecteur d'admission, soit P2mes par la connexion 32.
Le dispositif de régulation 31 permet la régulation de la pression de suralimentation P2 en agissant par le signal de sortie, amené par la connexion 33, sur la géométrie de la turbine 15.
L'unité de commande électronique 3 comprend également un bloc de calcul 34, capable de calculer une valeur de consigne de la position de la géométrie du compresseur 14, valeur qui est notée sur la figure 1 CGVpos cons. Le bloc de calcul 34 reçoit en entrée la valeur du régime de rotation N du moteur par la connexion 35 et la valeur du débit de carburant d par la connexion 36. Le bloc de calcul 34 reçoit également en entrée la valeur de la température de l'air à l'entrée du compresseur 14, telle que mesurée par le capteur 12, soit la valeur Tair,mes Par ^a connexion 37, la valeur du débit d'air pénétrant dans le compresseur 14, soit Qair,mes, telle que mesurée par le capteur 13, cette valeur provenant de la connexion 38, la valeur de la pression de l'air à l'entrée du compresseur 14 mesurée par le capteur 22, soit la valeur Plmes transmise par la connexion 39, la vitesse de rotation du compresseur telle que mesurée par le capteur 24, soit NCmes amenée par la connexion 40, et enfin la valeur de la pression de l'air à la sortie du compresseur 14 telle que mesurée par le capteur 20, soit la valeur P2mes fournie par la connexion 41.
Le signal de sortie du bloc de calcul 34, c'est-à-dire la valeur de consigne de la géométrie du compresseur 14, CGVposcons, est transmise par la connexion 42 à un dispositif de régulation 43 de la géométrie du compresseur 14. Le signal de sortie de la régulation 43 transmis par la connexion 44, agit sur la position de la géométrie du compresseur 14.
On va maintenant expliciter à partir de la figure 2, le bloc de calcul 25 et le dispositif de régulation 31, qui permettent la régulation de la pression de suralimentation par action sur la géométrie de la turbine 15.
La valeur de consigne de la pression de suralimentation P2cons est cartographiée dans un bloc 45 mémorisé dans l'unité de commande électronique en fonction du régime de rotation N du moteur thermique et du débit de carburant d. En fonction de ces deux paramètres d'entrée, la cartographie 45 permet donc de déterminer une valeur de consigne pour la pression de suralimentation P2cons qui apparaît sur la connexion 46. II est cependant préférable de procéder à diverses corrections de cette valeur de consigne en fonction de différents paramètres d'environnement, et ce de façon à améliorer le fonctionnement du système. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, on a prévu deux corrections : l'une en fonction de la pression atmosphérique, et l'autre en fonction de la température de l'air pénétrant dans le compresseur. Pour effectuer la première correction en fonction de la pression atmosphérique, la valeur de la pression atmosphérique, Patm est amenée à un bloc 47 qui émet un signal de correction par la connexion 48. Une cartographie de la pression de suralimentation en fonction du régime de rotation N du moteur et du débit de carburant d, identique à celle du bloc 45, est incluse dans un bloc 49, qui émet par la connexion 50 un signal amené à un correcteur 51. La correction ainsi obtenue est amenée à un additionneur 52, afin de modifier la valeur de consigne provenant du bloc 45.
La deuxième correction est effectuée dans les mêmes conditions, le bloc 53 recevant la température de l'air à l'entrée du compresseur 14 telle que mesurée par le capteur 12 et émettant sur la connexion 54 un signal de correction qui modifie dans le correcteur 55 la valeur de consigne de la pression de suralimentation issue d'une cartographie identique à celle du bloc 45 contenue dans un bloc 56. La valeur ainsi corrigée est amenée à un additionneur 57, qui permet d'appliquer cette deuxième correction à la valeur de consigne de la pression de suralimentation. La valeur de consigne ainsi corrigée P2cons est amenée sur le dispositif de régulation 31, qui comprend un premier additionneur 58 recevant également la valeur mesurée de la pression de suralimentation P2,mes telle que mesurée par le capteur 20. L'écart entre la valeur de consigne et la valeur mesurée est amené par la connexion 59 à un régulateur qui est de préférence du type proportionnel intégral dérivé (PID), référencé 60 sur la figure 2 Le signal de sortie du régulateur 60 constitue le signal de commande de la géométrie variable de la turbine 15 Dans l'exemple illustré sur la figure 2, on a prévu en outre un deuxième additionneur 61 qui reçoit une valeur de prépositionnement de la géométrie de la turbine 15 par la connexion 62 Cette valeur de prépositionnement constitue en quelque sorte une valeur prédéterminée du signal de commande de la géométrie de la turbine 15 pour le point de fonctionnement considéré du moteur En phase stabilisée du fonctionnement du moteur, cette valeur de prépositionnement constitue la valeur du signal de commande, de sorte que le régulateur 60 n'agit pas
Au contraire, pour les phases transitoires du fonctionnement du moteur, par exemple en cas d'accélération brutale, il est nécessaire de faire intervenir le régulateur 60, la valeur de prépositionnement additionnée dans l'additionneur 61 améliorant cependant la réponse du régulateur
On va maintenant expliciter à partir de la figure 3, les différents éléments qui constituent le bloc de calcul 34 et le dispositif de régulation 43 inclus dans l'unité de commande électronique 3
La valeur de consigne de la position de la géométrie du compresseur 14 est cartographiée et mémorisée dans un bloc 63 en fonction du régime N du moteur et du débit du carburant injecte d La valeur de consigne ainsi obtenue apparaissant sur la connexion 64 a la sortie de la cartographie 63 fait l'objet, dans l'exemple illustré sur la figure 3, de cinq corrections successives qui sont chaque fois effectuées de la même manière On décrira seulement la manière dont la première correction est effectuée Celle-ci se fait en fonction du débit d' air traversant l e compresseur 14, débit d' air qui est mesuré par le capteur 13 et qui a la valeur Qair raes. Cette valeur, amenée à l 'entrée d ' un bloc 65a, permet l ' élaboration d' un signal de correction sur la connexion 66a, ce signal étant amené à un bloc de combi naison 67a. Le bloc 67a reçoit également la valeur de consi gne de la position de l a géométrie du compresseur établie par le bloc 68a qui contient en mémoire la même cartographie que le bloc 63 et émet sur sa sortie 69a un signal correspondant à la valeur de consigne de la po sition de l a géométrie du compresseur 14. La correction ainsi élaborée apparaît sur la connexion 70a et est amenée à l ' entrée négative d' un additionneur
71 a qui reçoit par ailleurs sur son entrée positive la valeur de consi gne non corrigée de la position de la géométrie du compresseur 14 issue du bloc 63.
La deuxième correction est effectuée en fonction de l a température de l ' air pénétrant dans le compresseur 14, telle que mesurée par le capteur 12. Cette valeur Tair mes est ainsi amenée à un bloc 65b, la correction étant effectuée dans les mêmes conditions que précédemment et les blocs correspondants illustrés sur la fi gure 3 portant les mêmes références affectées d ' un indice b. La troisième correction est faite en fonction de l a vitesse de rotation du compresseur, telle que mesurée par le capteur 24. La val eur mesurée NCmes est amenée à un bloc 65c et la correction est effectuée dans les mêmes conditions que précédemment, les blocs correspondants portant les mêmes références affectées de l ' indi ce c. La quatrième correction est effectuée en fonction de la pressi on de l ' air à l ' entrée du compresseur 14, telle que mesurée par le capteur 22, cette valeur Pl mes étant amenée à un bloc 65d. La correction est effectuée dans les mêmes conditions que précédemment au moyen des blocs illustrés sur la figure 3 qui portent les mêmes références affectées de l'indice d.
Enfin, la cinquième correction est effectuée en fonction de la pression de sortie du compresseur 14, telle que mesurée par le capteur 20, la valeur correspondante P2mes étant amenée à un bloc 65e. La correction est effectuée dans les mêmes conditions que précédemment par des blocs illustrés sur la figure 3 et portant les mêmes références affectées de l'indice e.
On comprend que la valeur de consigne de la position de la géométrie du compresseur 14 élaborée à partir de la cartographie mémorisée dans Ie bloc 63, subit ainsi successivement cinq corrections qui permettent d'améliorer le fonctionnement de la régulation. Dans un autre mode de réalisation, il serait possible de n'utiliser que certaines de ces corrections. La valeur de consigne corrigée apparaît sur la connexion 72 à la sortie de l'additionneur 71e. Elle est amenée à l'entrée du dispositif de régulation 43. Celui-ci comprend un régulateur 73 qui est, dans l'exemple illustré, un régulateur du type proportionnel intégral dérivé (PID). Le régulateur 73 reçoit sur son entrée l'écart entre la valeur de consigne élaborée dans le bloc 34 comme indiqué précédemment et la valeur mesurée de la position de la géométrie du compresseur 14 telle que mesurée par le capteur 23, soit la valeur CGVpos mes.
Le signal de sortie du régulateur 73 constitue le signal de commande pour agir sur la géométrie du compresseur 14. Dans l'exemple illustré, on a cependant prévu en outre un deuxième additionneur 75 qui reçoit par la connexion 67 une valeur de prépositionnement de la géométrie du compresseur 14.
Comme c'était le cas pour le dispositif de régulation 31 agissant sur la turbine 15, l'adjonction d'une telle valeur de prépositionnement qui constitue en quelque sorte une valeur de consigne pour la géométrie du compresseur 14, permet de simplifier la régulation, en particulier dans les phases de fonctionnement stabilisées et d'améliorer la réponse lors des phases transitoires.

Claims

REVENDICATIONS
1-Système de commande d'un turbocompresseur de suralimentation (2) pour moteur à combustion interne (1) de véhicule automobile du type comprenant une turbine à géométrie variable (15) et un compresseur à géométrie variable (14), dans lequel un premier dispositif (31) de régulation de la pression de suralimentation agit sur une commande de la géométrie de la turbine (15), caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un deuxième dispositif (43) de régulation de la géométrie du compresseur à géométrie variable (14) agissant sur une commande de la géométrie du compresseur.
2-Système de commande selon la revendication 1, comprenant une mémoire pour mémoriser une cartographie (63) des valeurs de consigne de la géométrie du compresseur en fonction du régime de rotation du moteur et du débit de carburant injecté dans le moteur. 3-Système de commande selon la revendication 2, comprenant un capteur (13) de mesure du débit d'air traversant le compresseur (14) et un moyen de correction (67a) de la valeur de consigne de la géométrie du compresseur en fonction du débit d'air mesuré.
4-Système de commande selon la revendication 2, comprenant un capteur (12) de mesure de la température de l'air en amont du compresseur et un moyen de correction (67b) de la valeur de consigne de la géométrie du compresseur en fonction de la température mesurée.
5-Système de commande selon la revendication 2, comprenant un capteur (24) de mesure de la vitesse de rotation du compresseur et un moyen de correction (67c) de la valeur de consigne de la géométrie du compresseur en fonction de la vitesse de rotation mesurée.
6-Système de commande selon la revendication 2, comprenant un capteur (22) de mesure de la pression de l'air en amont du compresseur et un moyen de correction (67d) de la valeur de consigne de la géométrie du compresseur en fonction de la pression de l'air mesurée en amont.
7-Système de commande selon la revendication 2, comprenant un capteur (20) de mesure de la pression de l'air en aval du compresseur et un moyen de correction (67e) de la valeur de consigne de la géométrie du compresseur en fonction de la pression de l'air mesurée en aval.
8-Système de commande selon l'une des revendications précédentes, comprenant un capteur (23) de mesure de la géométrie du compresseur et un régulateur (73) proportionnel-intégral-dérivée recevant l'écart entre la valeur mesurée de la géométrie du compresseur et la valeur de consigne de la géométrie du compresseur et capable d'élaborer un signal de commande de la géométrie du compresseur.
9-Système de commande selon la revendication 8, comprenant un moyen de calcul d'une valeur de prépositionnement de la géométrie du compresseur et un moyen (75) pour corriger le signal élaboré par le régulateur en tenant compte de ladite valeur de prépositionnement. 10-Procédé de commande d'un turbocompresseur de suralimentation (2) pour moteur à combustion interne (1) de véhicule automobile du type comprenant une turbine à géométrie variable (15) et un compresseur à géométrie variable (14), dans lequel on régule la pression de suralimentation en modifiant la géométrie de la turbine, caractérisé par le fait que l'on régule en outre la géométrie du compresseur à géométrie variable à partir d'une valeur de consigne de la géométrie du compresseur, ladite valeur de consigne étant cartographiée en fonction du régime de rotation du moteur et du débit de carburant injecté dans le moteur. 11-Procédé de commande selon la revendication 10, dans lequel on applique au moins une correction à la valeur de consigne, ladite correction dépendant d'au moins l'un des paramètres que constituent le débit d'air traversant le compresseur, la température de l'air en amont du compresseur, la vitesse de rotation du compresseur, la pression de l'air en amont ou en aval du compresseur.
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