FR2837526A1 - Systeme et procede de commande d'un moteur suralimente en air par deux turbocompresseurs - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un système de commande (50) d'un moteur (1) suralimenté en air par deux turbocompresseurs (18, 28) ayant un collecteur d'admission commun (6), le système (50) comportant en outre une unité de contrôle électronique (52) comprenant :- des moyens (54) de détermination de la valeur requise de pression de suralimentation; - des moyens (58) de régulation de la pression de suralimentation.Selon l'invention, l'UCE (52) comprend également des moyens (56) de limitation de la valeur requise de pression de suralimentation, les moyens de limitation (56) étant aptes à délivrer une valeur limitée de pression de suralimentation aux moyens de régulation (58), la valeur limitée étant déterminée de sorte que pour chaque turbocompresseur (18, 28), elle engendre un point de fonctionnement se situant dans le champ compresseur du turbocompresseur (18, 28).L'invention concerne également un procédé de commande susceptible de mettre en oeuvre un tel système (50).
Description
serveur.
SYSTEME ET PROCEDE DE COMMANDE D'UN MOTEUR SURALIMENTE
EN AIR PAR DEUX TURBOCOMPRESSEURS
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte aux systèmes et aux procédés de commande d'un moteur
suralimenté en air par deux turbocompresseurs.
P1US particulièrement, l' invention concerne les systèmes et les procédés de commande d'un moteur suralimenté en air par un premier turbocompresseur et un second turbocompresseur alimentant un premier banc de cylindres et un second banc de cylindres par l'intermédiaire d'un collecteur d'admission commun, les premier et second turbocompresseurs étant respectivement couplés à un premier actionneur et un second actionneur, chacun capable de piloter le turbocompresseur afin de changer la capacité
rotationnelle du rotor de la turbine.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Dans ce domaine technique, on connaît un système de commande d'un moteur diesel suralimenté en air par deux turbocompresseurs identiques, appartenant
chacun à un circuit de suralimentation distinct.
Dans ce système, les turbocompresseurs sont composés d'une turbine et d'un compresseur dans le but
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d' augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur. Chaque turbine est placée à la sortie dun collecteur d'échappement, et est entraînée par les gaz d'échappement provenant d'un banc de cylindres alimenté en air par le compresseur. D'une manière générale, la puissance fournie par les gaz d'échappement aux différentes turbines peut étre modulée à l' aide de soupapes de décharge (de l'anglais < waste gate >), ou encore à l' aide d'ailettes, dans le cas d'un
turbocompresseur à géométrie variable.
Les compresseurs, montés sur le méme axe que leurs turbines associées, compriment de l'air provenant de l'extérieur du moteur, puis dirigent cet air comprimé vers deux collecteurs d'admission, chacun associé à un turbocompresseur. I1 est également à noter qu'un échangeur est placé entre chaque compresseur et son banc de cylindres associé, afin de refroidir l'air
échauffé lors de son passage dans le compresseur.
Par ailleurs, des actionneurs sont également prévus pour piloter l'ouverture et la fermeture des soupapes de décharge ou des ailettes des turbocompresseurs, afin de réquler convenablement la puissance fournie par les gaz d'échappement aux deux turbines, et de répondre précisément aux besoins du moteur. Pour ce faire, le système comprend une unité de contrôle électronique apte à délivrer un signal de
commande à chacun des deux actionneurs.
Dans le système de commande selon l'art antérieur, prévu pour commander un moteur dont les deux circuits de suralimentation en air sont totalement indépendants, l'unité de contrôle électronique
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détermine la valeur de la pression de suralimentation requise dans les collecteurs d'admission, cette valeur étant habituellement cartographiée en fonction du régime du moteur et du débit de carburant. Ensuite, cette valeur est modifiée en tenant compte de la température et de la pression d'air à l'entrée du compresseur, tout en respectant les caractéristiques techniques du turbocompresseur telles que son champ compresseur, afin d'éviter leur endommagement. On obtient ainsi une valeur requise de pression de suralimentation commune pour les deux compresseurs, tenant compte des caractéristiques techniques des turbocompresseurs ainsi que des conditions ambiantes du
moteur à alimenter.
La valeur requise de pression de suralimentation est alors comparée à une valeur de pression de suralimentation mesurse dans l'un des deux collecteurs d'admission du moteur. Un réqulateur est ensuite employé pour réquler la pression de suralimentation dans les deux collecteurs d'admission, en élaborant un signal de commande unique des actionneurs, visant à régler l'ouverture et/ou la fermeture des soupapes de décharge ou des ailettes des turbines. Enfin, pour réaliser un équilibrage des deux turbocompresseurs fonctionnant de manière indépendante, un réqulateur supplémentaire est prévu pour annuler l'écart entre les débits d'air mesurés à l'entrée des deux compresseurs. En fonction de cet écart, le signal de commande unique est alors réajusté
pour chacun des deux actionneurs.
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Néanmoins, il s'avère que ce type de système de commande n'est en aucun cas compatible avec les moteurs suralimentés en air, dont les deux compresseurs sont reliés à un collecteur d'admission commun. En effet, dans le système de commande selon l'art antérieur, la valeur requise de pression de suralimentation est déterminée pour satisfaire un besoin en air du moteur, en respectant le champ
compresseur des deux turbocompresseurs identiques.
Cependant, la détermination de cette valeur ne tient pas compte des dispersions possibles entre deux turbocompresseurs ayant un circuit de suralimentation commun. Cette absence de prise en compte peut avoir pour effet la détérioration, voire la destruction totale des turbocompresseurs, dans la mesure o elle peut engendrer des interactions entre ces derniers, susceptibles de provoquer la sortie de l'un ou des deux
turbocompresseurs de leur champ compresseur associé.
Par conséquent, le système de commande selon l'art antérieur n'est pas en mesure de faire face à cette éventualité de dispersions entre les deux turbocompresseurs, interdisant ainsi sa transposition sur un moteur suralimenté en air disposant d'un
collecteur d'admission commun.
Lors d'essais réalisés sur ce type de moteur, des interactions entre les deux compresseurs
ont effectivement été mises en évidence.
En référence à la figure 1, on voit un graphe représentant un champ compresseur d'un moteur à collecteur d'admission commun, utilisant un système de
commande tel que celui décrit ci-dessus.
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Sur le graphe représenté, l'axe des abscisses correspond au débit d'air Wc (en kg/h) du compresseur, et l'axe des ordonnées correspond au taux
de compression c du compresseur.
Les courbes a,b,c,d,e,f correspondent aux courbes iso-vitesses, s'étendant dans cet exemple entre 90000 trs/min pour la courbe f, et 190000 trs/min pour la courbe a, au-delà de laquelle il y a risque de destruction du turbocompresseur. En effet, la zone Z située au-dessus de la courbe a correspond à une zone de survitesse, dans laquelle le turbocompresseur
dépasse son régime maximal autorisé.
Par ailleurs, la courbe g définit la limite de pompage du compresseur. Cette courbe g délimite par conséquent une zone Z2 dans laquelle le pompage du compresseur est excessif, et risque de détériorer le turbocompresseur. Ainsi, les courbes a et g définissent une zone Z3 dans laquelle les risques d'endommagement du turbocompresseur sont quasi inexistants, cette zone Z3 étant également appelée champ compresseur du turbocompresseur. Sur le graphe de la figure 1, les points P1 et P2 représentent respectivement les points de fonctionnement d'un premier et d'un second turbocompresseurs, lors d'un essai du système de commande selon l'art antérieur, sur un moteur à collecteur d' admission commun. Le point Pl est dans la zone de pompage Z2, tandis que le point P2 est dans la
zone Z3 correspondant au champ compresseur.
A l' aide de cet essai, on s'aperçoit que les différentes opérations effectuéss par l'unité de
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contrôle électronique, notamment la prise en compte du champ compresseur pour l 'ensemble constitué des deux turbocompresseurs, sont insuffisantes pour assurer aux turbocompresseurs le maintien de leurs points de fonctionnement dans le champ compresseur. En effet, lorsqu'un moteur dispose d'un circuit unique de suralimentation en air, le débit du compresseur du second turbocompresseur a tendance à s 'opposer au débit du compresseur du premier turbocompresseur, ou inversement. Comme représenté sur la figure 1, dans le cas o le débit du second turbocompresseur s 'oppose au débit du premier turbocompresseur, ce dernier risque d'être endommagé en raison de la présence de son point de fonctionnement P1 iz dans la zone de pompage Z2 - D'autre part, le second turbocompresseur s 'expose également aux risques de détérioration, dans la mesure o il fournit une grande partie de -l ' air au collecteur d' admission commun, et peut par conséquent être amené à sortir du champ compresseur pour pénétrer dans la zone de survitesse Z1. Le système de commande de l'art antérieur qui vient d'être décrit est donc totalement incompatible avec un moteur suralimenté en air, dont le circuit de suralimentation est commun aux deux turbocompresseurs.
EXPOSÉ DE L' INVENTION
Tout d'abord, le but de l' invention est de proposer un système de commande d'un moteur suralimenté en air par un premier turbocompresseur et un second turbocompresseur alimentant un premier banc de
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cylindres et un second banc de cylindres par lintermédiaire d'un collecteur d'admission commun, le système remédiant au moins partiellement aux inconvénients relatifs au système de commande de l'art antérieur décrit ci-dessus. Le but de l' invention est également de présenter un système de commande pour moteur suralimenté en air, limitant considérablement les risques dendommagement des turbocompresseurs, reliés
entre eux par un circuit de suralimentation commun.
L' invention a enfin pour but de proposer un procédé de commande d'un moteur suralimenté en air, susceptible de mettre en _uvre un système de commande
répondant au but mentionné ci-dessus.
Pour ce faire, l' invention a pour objet un système de commande d'un moteur suralimenté en air par un premier turbocompresseur et un second turbocompresseur alimentant un premier banc de cylindres et un second banc de cylindres par l'intermédiaire d'un collecteur d'admission commun, les premier et second turbocompresseurs étant respectivement couplés à un premier actionneur et un second actionneur, le système comportant en outre une unité de contrôle électronique comprenant: - des moyens de détermination de la valeur requi se de pres s ion de suralimentation; des moyens de réqulation de la pression de suralimentation aptes à délivrer un signal de commande des actionneurs, le signal de commande étant fonction d'une pression de suralimentation mesurée dans
le collecteur d' admission commun.
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Selon l' invention, l'unité de contrôle électronique comprend également des moyens de limitation de la valeur requise de pression de suralimentation, les moyens de limitation étant aptes à délivrer une valeur limitée de pression de suralimentation aux moyens de réqulation, la valeur limitée étant déterminée de sorte que pour chaque turbocompresseur, elle engendre un point de fonctionnement se situant dans le champ compresseur du
turbocompresseur.
Avantageusement, la valeur de pression de suralimentation utilisée pour effectuer la réqulation correspond à une valeur limitée par rapport à la valeur de pression requise. Cette limitation est réalisée dans le but de prendre en compte les besoins en air du moteur, mais également de respecter les caractéristiques techniques de chacun des deux turbocompresseurs. De cette manière, quelle que soit la pression de suralimentation requise par le moteur, le fait de déterminer une valeur limitée de pression de sural imentat ion vi s ant à maintenir le s points de fonctionnement des turbocompresseurs à l'intérieur du champ compresseur, amoindrit fortement les risques de
détérioration liés aux interactions.
Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, les moyens de limitation de la valeur requise de pression de suralimentation comprennent des moyens de calcul primaires aptes à déterminer, pour chaque turbocompresseur, la valeur maximale de pression de suralimentation engendrant un point de fonctionnement se situant dans le champ
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compresseur du turbocompresseur, les moyens de limitation comportant également des moyens de comparaison aptes à affecter à la valeur limitée de pression de suralimentation, la valeur minimum entre les valeurs maximales de pression de suralimentation et
la valeur requise de pression de suralimentation.
De manière avantageuse, on peut remarquer que la pression de suralimentation est fonction du taux de compression du compresseur, et que le débit de ce compresseur peut être déterminé à l' aide de mesures de paramètres classiques effectuées sur le moteur. Par conséquent, le taux de compression et le débit du compresseur correspondant respectivement aux ordonnées et aux abscisses d'un graphe représentant un champ compresseur dun turbocompresseur, il est donc possible de connatre la valeur maximale de pression de suralimentation engendrant un point de fonctionnement à
l'intérieur de ce champ compresseur.
De facon préférentielle, la valeur maximale de pression de suralimentation de chaque turbocompresseur est calculée en fonction du débit d'air à l'entrée du turbocompresseur, de la température de l'air à l'entrée du compresseur, de la pression atmosphérique, de la pression de suralimentation mesurée, ainsi que du champ compresseur du turbocompresseur. Avantageusement, les capteurs utilisés pour déterminer la valeur limitée de pression de suralimentation sont en nombre restreint. De plus, les mesures effectuées prenant en compte la pression atmosphérique et la température à l'entrée du - turbocompresseur, il n'est plus nscessaire de corriger
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la valeur requise en fonction de ces paramètres, comme cela était le cas dans le système de commande de l'art antérieur. Le système de commande selon ce mode de réalisation préféré de l 'invention est donc à la fois performant en termes de coût et de rapidité de la réponse. On peut également prévoir que l'unité de contrôle électronique comprend des moyens d'équilibrage des turbocompresseurs comportant en outre des moyens de calcul secondaires aptes à déterminer la vitesse de rotation de chaque turbocompresseur, les moyens d'équilibrage étant aptes à délivrer un signal de commande corrigé à chacun des actionneurs, chaque signal de commande corrigé étant basé sur le signal de commande délivré par les moyens réqulation et corrigé en fonction de la différence des valeurs des vitesses de rotation déterminées. Cette caractéristique spécifique permet d'obtenir un équilibrage des turbocompresseurs en régime stabilisé ou en faible régime transitoire. Par ailleurs, au même titre que pour la détermination de la valeur maximale de pression de suralimentation, la valeur de la vitesse de rotation de chaque turbocompresseur est calculée en fonction du débit dair à l'entrée du turbocompresseur, de la température de l'air à l'entrée du compresseur, de la pression atmosphérique, ainsi que du champ compresseur
du turbocompresseur.
L' invention a également pour objet un procédé de commande d'un moteur suralimenté en air par un premier turbocompresseur et un second turbocompresseur alimentant un premier banc de
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cylindres et un second banc de cylindres par l'intermédiaire d'un collecteur d'admission commun, les premier et second turbocompresseurs étant respectivement couplés à un premier actionneur et un second actionneur, le procédé comportant en outre les étapes suivantes: détermination de la valeur requise de pression de suralimentation; détermination d'un signal de commande des actionneurs, le signal de commande étant fonction d'une pression de suralimentation mesurée dans le collecteur
d'admission commun.
Selon l' invention, le procédé de commande comprend également une étape de limitation de la valeur requise de pression de suralimentation, la valeur limitée de pression de suralimentation obtenue étant utilisée pour la détermination du signal de commande des actionneurs, et déterminée de sorte que pour chaque turbocompresseur, elle engendre un point de fonctionnement se situant dans le champ compresseur du turbocompresseur. Préférentiellement, l'opération de détermination de la valeur maximale de pression de suralimentation de chaque turbocompresseur est effectuée de la manière suivante: - calcul de la pression d'entrée du compresseur à l'aide de la mesure de la pression atmosphérique et des pertes de charge à l'intérieur d'un filtre à air, les pertes de charge étant cartographiées en fonction du débit d'air à l'entrée du compresseur;
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- calcul du débit d'air du compresseur à l' aide de la pression d'entrée du compresseur, du débit d' air à l 'entrée du compresseur, ainsi que de la température à l'entrée du compresseur; - détermination à l' aide du champ compresseur, du taux de compression maximal cartographié en fonction du débit d'air du compresseur; - calcul de la pression de sortie maximale du compresseur, à l' aide du taux de compression maximal et de la pression d'entrée du compresseur; - calcul de la valeur maximale de pression de suralimentation du turbocompresseur, à l' aide de la pression de sortie maximale du compresseur et des pertes de charge à l'intérieur d'un échangeur, les pertes de charge étant cartographiées en fonction du débit d'air total à l'entrée du collecteur d'admission commun. On peut également prévoir que le procédé comprend une étape d'équilibrage des turbocompresseurs, cette étape comportant les opérations suivantes: détermination, pour chaque turbocompresseur, de la valeur de la vitesse de rotation du turbocompresseur; - correction, pour chaque turbocompresseur, du signal de commande en fonction de la différence des
valeurs des vitesses de rotation déterminées.
De préférence, l'opération de détermination de la valeur de la vitesse de rotation de chaque turbocompresseur est effectuse de la manière suivante:
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- calcul de la pression d'entrée du compresseur à l' aide de la mesure de la pression atmosphérique et des pertes de charge à l'intérieur d'un filtre à air, les pertes de charge étant cartographiées en fonction du débit d'air à l'entrée du compresseur; - calcul du débit d'air du compresseur à l' aide de la pression d'entrée du compresseur, du déLit d' air à l 'entrée du compresseur, ainsi que de la température à l'entrée du compresseur; - calcul du taux de compression du compresseur à l' aide de la pression de suralimentation mesurée, des pertes de charge à l'intérieur de l'échangeur, de la pression atmosphérique, ainsi que des pertes de charge à l'intérieur d'un filtre à air; - détermination à l' aide du champ compresseur, de la vitesse de rotation théorique du turbocompresseur, cartographiée en fonction du débit d' air du compresseur et du taux de compression; - calcul de la valeur de la vitesse de rotation du turbocompresseur, à l' aide de la vitesse de rotation théorique du turbocompresseur et de la
température à l'entrée du compresseur.
D'autres caractéristiques et avantages de
l' invention apparaîtront dans la description détaillée,
non limitative, ci-dessous.
/
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
- Cette description sera faite au regard des
dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1, déjà décrite, représente un graphe mettant en évidence les points de fonctionnement
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de deux turbocompresseurs par rapport à leur champ compresseur, lors de la mise en _uvre dun système de commande selon l'art antérieur, sur un moteur à collecteur d'admission commun; - la figure 2 représente une vue partielle schématique d' un moteur suralimenté en air, muni d' un système de commande selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; - la figure 3 représente une vue schématique détaillée d'une unité de contrôle électronique, utilisse dans le système de commande représenté sur la figure 2; - la figure 4 représente un organigramme des opérations effectuses par les moyens de calcul primaires, utilisés dans l'unité de contrôle électronique représentée sur la figure 3; - la figure 5 représente un graphe symbolisant schématiquement la méthode de détermination du taux de compression maximal du premier turbocompresseur, lors d'une opération effectuée par les moyens de calcul primaires; - la figure 6 représente un organigramme des opérations effectuées par les moyens de calcul secondaires, utilisés dans l'unité de contrôle électronique représentée sur la figure 3; - la figure 7 représente un graphe symbolisant schématiquement la méthode de détermination de la vitesse de rotation théorique du premier turbocompresseur, lors d'une opération effectuée par
les moyens de calcul secondaires.
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EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS
En référence à la figure 2, il est représenté un moteur 1, du type moteur diesel
suralimenté en air à architecture en V bi-turbo.
Le moteur 1 comprend un premier banc de cylindres 2 ainsi qu'un second banc de cylindres 4, alimentés en air par un collecteur d' admission commun 6. Un échangeur 8 est relié d'une part au collecteur d'admission commun 6, et d'autre part à une canalisation unique 10, établissant la jonction entre une première et une seconde canalisations d'air comprimé 12,14. La première canalisation d'air comprimé 12 est prévue pour acheminer, en direction de l'échangeur 8, de l'air provenant d'un premier compresseur 16 appartenant à un premier turbocompresseur 18. De plus, comme on peut le voir sur la figure 2, le premier compresseur 16 puise de l'air au niveau d'une première entrée d'air 20, cet air passant successivement dans un premier filtre à air 22 et un premier débitmètre 24, avant de pénétrer dans le compresseur 16. De la méme manière, la seconde canalisation d' air comprimé 14 est prévue pour acheminer, en direction de l'échangeur 8, de l'air provenant d'un second compresseur 26 appartenant à un second turbocompresseur 28 identique au premier turbocompresseur 18. De plus, le second compresseur 26 puise de l'air au niveau d'une seconde entrse d'air 30, cet air passant successivement dans un second filtre à air 32 et un second débitmètre 34, avant de pénétrer
dans le compresseur 26.
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Le premier banc de cylindres 2 communique avec un premier collecteur d'échappement 36, dans lequel se situe une première turbine 17 appartenant au premier turbocompresseur 18, et ayant le même axe 19 que le premier compresseur 16. Après avoir traversé et entraîné la première turbine 17, les gaz d'échappement sont évacués vers une première sortie d'air 38. Par ailleurs, le second banc de cylindres 4 communique avec un second collecteur d'échappement 40, dans lequel se situe une seconde turbine 27 appartenant au second turbocompresseur 28, et ayant le même axe 29 que le second compresseur 26. Après avoir traversé et entraîné la seconde turbine 27, les gaz d'échappement sont
évacués vers une seconde sortie d'air 42.
Les première et seconde turbines 17 et 27 sont respectivement couplées à un premier et un second actionneurs 44 et 46, aptes à moduler la puissance fournie par les gaz d'échappement à chacune des deux turbines 17,27. Il est précisé que les actionneurs 44,46 sont du même type que les actionneurs connus de
l'art antérieur.
Toujours en référence à la figure 2, il est représenté un système de commande 50 du moteur 1, selon un mode de réalisation préféré de l' invention. Le système de commande 50 est prévu pour fournir des signaux de commande aux deux actionneurs 44 et 46, de sorte que la pression de suralimentation dans le collecteur d'admission commun 6 réponde aux besoins spécifiques du moteur, et respecte les caractéristiques
techniques des turbocompresseurs 18,28.
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Le système de commande 50 comprend une unité de contrôle électronique 52, appelée UCE dans la
suite de la description, ainsi qu'une pluralité de
capteurs reliés à l'UCE 52.
L,UCE 52 comporte des moyens 54 de détermination de la valeur requise de pression de suralimentation Ps.r, connectés à des moyens 56 de limitation de la valeur requise de pression de suralimentation. Ces derniers sont eux-mêmes connectés à des moyens 58 de réqulation de la pression de
suralimentation, appartenant également à l'UCE 52.
Enfin, l'UCE 52 comprend des moyens 60 d'équilibrage des turbocompresseurs 18,28, raccordés aux moyens de
réqulation 58.
En outre, le système de commande 50 comprend un capteur 62 de la valeur de la pression atmosphérique Patm, le capteur 62 étant raccordé à l'UCE 52. Un capteur 64 de pression de suralimentation est également situé à l'intérieur du collecteur d'admission commun 6, et est apte à délivrer une valeur de pression de suralimentation mesurée Ps.m aux moyens 58 de régulation de la pression de suralimentation. Le système de commande 50 comporte en outre les premier et second débitmètres 24,34, susceptibles de délivrer des valeurs de température Tlcl'Tlc2 et de débit d' air Qairl Qair2 à l'entrée des premier et second turbocompresseurs 18,28. Enfin, il est précisé que l'UCE 52 a également à sa disposition des informations concernant le régime du moteur Rm et le débit de
carburant Dc.
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En référence à la figure 3, le système de
commande 50 fonctionne de la manière suivante.
A l' aide d'informations concernant le régime moteur R et le débit de carburant Dc, les moyens 54 de détermination de la valeur requise de pression de suralimentation délivrent une valeur requise de pression de suralimentation Ps.r aux moyens de
limitation 56.
Les moyens de limitation 56 comportent des moyens de calcul primaires 66, aptes à déterminer pour chaque turbocompresseur 18,28, la valeur maximale de pression de suralimentation Ps.maxl et PS.max2 engendrant un point de fonctionnement se situant dans le champ
compresseur commun aux deux turbocompresseurs 18,28.
En dautres termes, on utilise les différentes mesures effectuées sur le moteur 1 pour calculer la valeur du débit wcl et Wc2 de chaque compresseur 16,26. A l' aide de ces valeurs Wcl et Wc2 et de la connaissance du champ compresseur des turbocompresseurs 18,28, on est d'abord en mesure de déduire le taux maximal de compression clmax et c2max que peuvent supporter les compresseurs 16,26, puis les
valeurs maximales de pression de suralimentation Ps.
et PS.maX2 autorisées.
A titre d'exemple, la figure 4 illustre les opérations effectuées par les moyens de calcul primaires 66 pour déterminer la valeur maximale de pression de suralimentation Psmaxl du premier turbocompresseur 18, de sorte qu'elle engendre, pour le turbocompresseur concerné, un point de fonctionnement
se situant à l'intérieur du champ compresseur.
/
B 14010 AP
L'organigramme qui va être décrit concerne le premier turbocompresseur 18, mais peut bien entendu s'appliquer
au second turbocompresseur 28.
L,opération (100) réside dans le calcul de S la pression d'entrée Plcl du compresseur 16: (100): Pc = Pat - PcF: avec: - Patm: la pression atmosphérique mesurée par l'intermédiaire du capteur 62; - APCF1: les pertes de charge du premier filtre à air 22, cartographiées en fonction du débit dair Qairl à l'entrée du compresseur 16, le débit d'air
Qairl étant mesuré par le premier débitmètre 24.
L'opération (101) consiste à calculer la valeur du débit d'air Wcl du compresseur 16:
|T1C1 + 273,15
(101): Wc = Cnorm Q.\ f avec: - Corm: le coefficient de mise à l'échelle
= 0,1154;
Qairl le débit d'air à l'entrée du compresseur 16, mesuré par le premier débitmètre 24; - Nmot: le régime du moteur; - Tlcl: la température àl'entrée du compresseur 16, mesurée par le premier débitmètre 24; - Tref: la température de référence ayant
permis didentifier le champ compresseur.
B 14010 AP
L'opération (102) réside dans la détermination, à l' aide du champ compresseur du premier turbocompresseur 18 et de la valeur du débit d' air Wcl calculée à l'opération (101), du taux de compression maximal clmax du compresseur 16. Pour ce faire, on utilise un graphe représentant un champ compresseur du turbocompresseur
18, tel qu'illustré à la figure 5.
Sur le graphe représenté, l'axe des abscisses correspond au débit d'air Wc (en kg/h) du compresseur 16, et l'axe des ordonnées correspond au
taux de compression c du compresseur 16.
Les courbes a,b,c,d,e,f correspondent aux courbes iso-vitesses, s'étendant dans cet exemple entre 90000 trs/min pour la courbe f, et 190000 trs/min pour la courbe a, au-delà de laquelle il y a risque de destruction du turbocompresseur 18. En effet, la zone Z1 située au-dessus de la courbe a correspond à une zone de survitesse, dans laquelle le turbocompresseur
18 dépasse son régime maximal autorisé.
Par ailleurs, la courbe g définit la limite de pompage du compresseur 16. Cette courbe g délimite par conséquent une zone Z2 dans laquelle le pompage du compresseur 16 est excessif, et risque de détériorer le turbocompresseur 18. Ainsi, les courbes a et g dé finis sent une zone Z 3 correspondant au champ compresseur du turbocompresseur 18, dans laquelle les risques dendommagement du turbocompresseur 18 sont
quasi inexistants.
En utilisant ce graphe, à l' aide de la valeur du débit d'air Wcl du compresseur 16 calculée
B 14010 AP
durant l'opération (101), on est effectivement en mesure de déterminer la valeur du taux de compression
maximal Tclmax du compresseur 16.
Pour ce faire, il suffit de prendre sur l' axe des abscisses le point correspondant au débit d'air Wcl du compresseur 16, et de se placer au point K, situé à la verticale de Wcl sur la courbe g représentant la limite de pompage du compresseur 16. Ainsi, l'ordonnée du point K situé sur la courbe g renseignera sur la valeur du taux de compression maximal; clmax du compresseur 16, pour que le point de fonctionnement K du turbocompresseur 13 se situe dans le champ compresseur. Bien entendu, l'opération d' interpolation, dont le principe vient d'être décrit, se réalise par
des moyens informatiques.
L'opération (103) réside dans le calcul de la pression de sortie maximale P2Clmax du premier compresseur 16: (103): P2cmax = cmax.Plcl avec: Tclmax: le taux de compression maximal du compresseur 16, déterminé à l'étape (102); - Pc:: la pression d'entrée du compresseur
16, déterminée à l'étape (100).
Enfin, l'opération (104) consiste à calculer la valeur maximale de pression de suralimentation Psmaxl du turbocompresseur 18: (104): Psmax = P2Cmax - ÉPcE avec:
B 14010 AP
- P2Clmax: la pression de sortie maximale du premier compresseur 16, déterminée à l'étape (103); - APCE: les pertes de charge dans l'échangeur 8, cartographiées en fonction du débit
d'air total dans l'échangeur 8.
De cette manière, les moyens de calcul primaires 66 peuvent délivrer les valeurs maximales de pressions de suralimentation PS.max1 et PS.max2 autorisées, engendrant un point de fonctionnement, pour chacun des turbocompresseurs 18,28, se situant dans le champ compresseur. Par ailleurs, en référence à la figure 3, les moyens 56 de limitation de la pression de suralimentation comprennent des moyens de comparaison 68, aptes à délivrer une valeur limitée de pression de suralimentation Ps.lim, correspondant à la valeur minimum entre les valeurs maximales de pression de suralimentation PS.max1 et PS.max2 et la valeur requise de pression de suralimentation Ps.r. C'est ensuite la valeur Ps. lim qui est retenue pour étre communiquée aux
moyens de réqulation 58.
En procédant de cette manière, lorsqu'il y a des interactions entre les deux turbocompresseurs 18,28 entrainant la sortie de l'un et/ou des deux turbocompresseurs 18,28 du champ compresseur, la consigne donnée aux moyens de réqulation 58 sur la valeur de la pression de suralimentation à adopter, permet au(x) turbocompresseur(s) 18,28 sorti(s) du
champ compresseur de le réintégrer.
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Les moyens de réqulation 58 sont donc informés de la pression de suralimentation mesurée Ps.m dans le collecteur d'admission commun 6, et de la pression Ps.lim à obtenir pour satisfaire aux besoins du moteur 1, l'écart entre ces deux valeurs de pression étant à minimiser le plus rapidement possible. Notons que pour diminuer le temps de réponse de l'opération visant à annuler l'écart entre les pressions Ps.m et Ps.lim' les moyens de réqulation 58 peuvent également étre informés sur le régime du moteur Rm et sur le débit de carburant Dc, afin d'utiliser une cartographie
permettant de renseigner sur des valeurs de pré-
positionnement des soupapes de décharge ou des ailettes
(non représentéss) des turbines 17,27.
Les moyens de réqulation 58 employés sont des moyens largement répandus dans l'art antérieur, du type PID (proportionnelle, intograle, dérivée). Ils participent à l'élaboration d'un signal de commande Sa des actionneurs 44,46, le signal délivré étant commun
pour les deux actionneurs 44,46.
Dans ce mode de réalisation préféré de l' invention, le signal de commande Sa est ensuite dirigé vers les moyens 60 d'équilibrage des turbocompresseurs 18,28. Les moyens d'équilibrage 60 comprennent des moyens de calcul secondaires 70, aptes à déterminer la vitesse de rotation Nt1 et Nt2 de chaque turbocompresseur 18,28. Lorsque ces vitesses de rotation Nt1 et Nt2 sont déterminées, les moyens d'équilibrage 60 sont en mesure de délivrer un signal de commande corrigé Saeql et Saeq2, respectivement aux - premier et second actionneurs 44 et 46. Chaque signal
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de commande corrigé Saeq1,Saeq2 est basé sur le signal de commande Sa délivré par les moyens réqulation 58, et corrigé en fonction de la différence des valeurs des
vitesses de rotation Nt1 et Nt2 déterminées.
A titre d'exemple, la figure 6 illustre les opérations effectuées par les moyens de calcul secondaires 70, pour déterminer la valeur de la vitesse
de rotation Ntl et Nt2 de chaque turbocompresseur 18,28.
L'organigramme qui va être décrit concerne le premier turbocompresseur 18, mais peut bien entendu s'appliquer
à l'un quelconque des deux turbocompresseurs 18,28.
L'opération (200) réside dans le calcul de la pression d'entrée Plcl du compresseur 16: (200): Plcl = Patm PCF1 avec: - Patm: la pression atmosphérique mesurée par l'intermédiaire du capteur 62; - APCF1: les pertes de charge du premier filtre à air 22, cartographiées en fonction du débit d'air Qairl à l'entrée du compresseur 16, le débit d'air
Qairl étant mesuré par le premier débiLmètre 24.
L'opération (201) consiste à calculer la valeur du débit d'air Wcl du compresseur 16:
|T1C1 + 273,15
(201): Wc = Cnorm Qatrl Tréf avec: Nmot Plcl Cnorm: le coefficient de mise à l'échelle
= 0,1154;
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Qairl: le débit d'air à l'entrée du compresseur 16, mesuré par le débitmètre 24; - Nmot: le régime du moteur; - Tlcl: la température à l'entrce du compresseur 16, mesurée par le premier débitmètre 24; - Tref: la température de référence lors de
la mesure du champ compresseur.
L,opération (202) réside dans le calaul du taux de compression cl du compresseur 16: Ps.m + APcE (202): cl = Pll avec: - Pc: la pression d'entrée du compresseur
16, déterminée à l'étape (200).
- Ps.m: la pression de suralimentation mesurée dans le collecteur d'admission commun 6; - APCE: les pertes de charge dans l'échangeur 8, cartographises en fonction du débit
d'air total dans l'échangeur 8.
L,opération (203) réside dans la détermination! à l' aide d'une part du champ compresseur du premier turbocompresseur 18, et d'autre part des valeurs du déhit d' air Wcl et du taux de compression du compresseur 16 calculées précédemment, de la vitesse
de rotation théorique Nt1t du turbocompresseur 18.
Pour ce faire, tel qu'illustré à la figure 7, on utilise un graphe représentant un champ compresseur du turbocompresseur 18, identique au graphe
de la figure 5.
B 14010 AP
Comme mentionné ci-dessus, on rappelle que
les courbes a,b,c,d,e,f correspondent aux courbes iso-
vitesses. En utilisant ce graphe, à l' aide de la valeur du débit d'air Wcl du compresseur 16 calculée durant l'opération (201), et la valeur du taux de compression cl du compresseur 16 calculée durant l'opération (202) , on est effectivement en mesure de déterminer la valeur de la vitesse de rotation
théorique Ntlt du premier turbocompresseur 18.
Pour ce faire, il suffit de déterminer le point K' ayant comme abscisse la valeur du débit d'air Wcl du compresseur 16, et comme ordonnée la valeur du taux de compression cl du compresseur 16. Ainsi, la détermination du positionnement du point K' permet de déceler la courbe iso-vitesses sur laquelle il se trouve, et procure par conséquent la vitesse de
rotation théorique Ntlt du premier turbocompresseur 18.
Enfin, la dernière opération (204) consiste à déterminer la vitesse de rotation Nt1 du turbocompresseur 18, en fonction des conditions ambiantes et de la vitesse de rotation théorique Ntlt calculée durant l'opération précédente:
|T1C1 + 27345
(204): Nt1 = Ntlt.4 Tréf avec: - Ntlt: la vitesse de rotation théorique du turbocompresseur 18, déterminée à l'étape (203); - Tlcl: la température à l'entrée du compresseur 16, mesurée par le premier débitmètre 24;
B 14010 AP
- Tref: la température de référence ayant
permis d' identifier le champ compresseur.
En référence à la figure 3, les valeurs des vitesses de rotation Nt1 et Nt2 des premier et second turbocompresseurs 18,28 sont dirigées vers des moyens 72 du type réqulateur, susceptibles de traduire la différence de valeurs des vitesses de rotation Ntl et Nt2, en un signal de correction Sc du signal de commande sa. De cette façon, pour que les deux turbocompresseurs 18,28 soient équilibrés, le signal Sc est sommé sur le signal de commande se dirigeant vers la seconde turbine 27, et soustrait sur le signal de
commande se dirigeant vers la première turbine 17.
Cette opération d'équilibrage des turbocompresseurs 18,28 procure ainsi un premier signal de commande corrigé Saeq1 pour le premier actionneur 44, ainsi qu'un second signal de commande corrigé Saeq2 pour
le second actionneur 46.
Le système de commande 50 qui vient d'être décrit permet donc de produire des signaux de commande corrigés Saeq1 et Saeq2 en direction des actionneurs 44,46, de sorte que les turbacompresseurs 18,28 auxquels ils sont couplés soient équilibrés, et disposent d'un point de fonctionnement appartenant au champ compresseur. De plus, tout en restant dans le champ compresseur, les turbocompresseurs 18,28 parviennent progressivement à autoriser une pression maximale de suralimentation Ps.max égale à la pression de
suralimentation requise Ps.r par le moteur 1.
s 14010 AP B1en entendu, diverges modifications peuvent Tare appointees par 1'homme du metier au systAme de commande 50 qui vient d'Atre dAcrit, uniquement
titre d'exemple non limitatif.
14010 AP
Claims (12)
1. Système de commande (50) d'un moteur (1) suralimenté en air par un premier turbocompresseur (18) et un second turbocompresseur (28) alimentant un premier banc de cylindres (2) et un second banc de cylindres (4) par l'intermédiaire d'un collecteur d'admission commun (6), les premier et second turbocompresseurs (18,28) étant respectivement couplés à un premier actionneur (44) et un second actionneur (46), ledit système (50) comportant en outre une unité de contrôle électronique (52) comprenant: - des moyens (54) de détermination de la valeur requise de pression de suralimentation (Psr); - des moyens (58) de réqulation de la pression de suralimentation aptes à délivrer un signal de commande des actionneurs (Sa), ledit signal de commande (Sa) étant fonction d'une pression de suralimentation mesurée (Ps.m) dans le collecteur d'admission commun (6); ledit système de commande (50) étant caractérisé en ce que l'unité de contrôle électronique (52) comprend également des moyens (56) de limitation de la valeur requise de pression de suralimentation, lesdits moyens de limitation (56) étant aptes à délivrer une valeur limitée de pression de suralimentation (Ps.lim) aux moyens de réqulation (58), ladite valeur limitée (Ps.lim) étant déterminée de sorte que pour chaque turbocompresseur (18,28), elle engendre un point de fonctionnement se situant dans le champ
compresseur du turbocompresseur (18,28).
B 14010 AP
2. Système de commande (50) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (58) de limitation de la valeur requise de pression de suralimentation comprennent des moyens de calaul primaires (66) aptes à déterminer, pour chaque turbocompresseur (18,28), la valeur maximale de pression de suralimentation (Ps.maxl'Ps.max2) engendrant un point de fonctionnement se situant dans le champ compresseur du turbocompresseur (18,28), lesdits moyens de limitation (58) comportant également des moyens de comparaison (68) aptes à affecter à la valeur limitée de pression de suralimentation (Ps.lim)' la valeur minimum entre les valeurs maximales de pression de suralimentation (Psmaxl,Ps.max2) et la valeur requise de
pression de suralimentation (Ps.r).
3. Système de commande (50) selon la revendication 2, caractérisée en ce que la valeur maximale de pression de suralimentation (Ps.maxl'Ps.max2) de chaque turbocompresseur (18,28) est calculée en fonction du débit d'air à l'entrée du turbocompresseur (Qairl,Qair2) de la température de l'air à l'entrée du compresseur (Tlcl,Tlc2), de la pression aLmosphérique (Patm) de la pression de suralimentation mesurée (Ps.m), ainsi que du champ compresseur du turbocompresseur
(18,28).
4. Système de commande (50) selon l'une
quelconque des revendications précédentes, caractérisé
en ce que l'unité de contrôle électronique (52) comprend des moyens d'équilibrage des turbocompresseurs (60) comportant en outre des moyens de calcul secondaires (70) aptes à déterminer la vitesse de
B 14010 AP
rotation (Ntl,Nt2) de chaque turbocompresseur (18,28), lesdits moyens d'équilibrage (60) étant aptes à délivrer un signal de commande corrigé (Saeql,Saeq2) à chacun desdits actionneurs (44,46), chaque signal de commande corrigé (Saeql,Saeq2) étant basé sur le signal de commande (Sa) délivré par lesdits moyens réqulation (58) et corrigé en fonction de la différence des
valeurs des vitesses de rotation (Ntl,Nt2) déterminées.
5. Système de commande (50) selon la revendication 4, caractérisée en ce que la valeur de la vitesse de rotation (Ntl,Nt2) de chaque turbocompresseur (18,28) est calculée en fonction du débit d'air à l'entrée du turbocompresseur (Qairl,Qair2) de la température de l'air à l'entrée du compresseur (Tlcl, Tlc2), de la pression atmosphérique (Pat), ainsi que du
champ compresseur du turbocompresseur (18,28).
6. Procédé de commande d'un moteur (1) suralimenté en air par un premier turbocompresseur (18) et un second turbocompresseur (28) alimentant un premier banc de cylindres (2) et un second banc de cylindres (4) par l'intermédiaire d'un collecteur d'admission commun (6), les premier et second turbocompresseurs (18,28) étant respectivement couplés à un premier actionneur (44) et un second actionneur (46), ledit procédé comportant en outre les étapes suivantes: - détermination de la valeur requise de pression de suralimentation (Ps.r); - détermination d'un signal de commande des actionneurs (Sa), ledit signal de commande (Sa) étant
B 14010 AP
fonction d'une pression de suralimentation mesurée dans le collecteur d'admission commun (6); ledit procédé de commande étant caractérisé en ce qu'il comprend également une étape de limitation de la valeur requise de pression de suralimentation (Ps.r) la valeur limitée de pression de suralimentation ( Ps. lim) obtenue étant utilisée pour la détermination du signal de commande des actionneurs (Sa)' et déterminée de sorte que pour chaque turbocompresseur (18,28), elle engendre un point de fonctionnement se situant dans le
champ compresseur du turbocompresseur (18,28).
7. Procédé de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de limitation de la valeur requise de pression de suralimentation (Ps.r) comprend les opérations suivantes: - détermination, pour chaque turbocompresseur (18,28), de la valeur maximale de pression de suralimentation (Ps.maxl,Ps.max2) engendrant un point de fonctionnement se situant dans le champ compresseur du turbocompresseur (18,28); affectation à la valeur limitée de pression de suralimentation (Ps.lim), de la valeur minimum entre les valeurs maximales de pression de suralimentation (Ps.maxl'Ps.max2) et la valeur requise de
pression de suralimentation (Ps.r).
8. Procédé de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'opération de détermination de la valeur maximale de pression de suralimentation (Ps.maxl,Ps.max2) de chaque turbocompresseur (18,28) est effectuée à l' aide du
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débit d'air à l'entrée du compresseur (Qairl,Qair2)' de la température de l'air à l'entrée du compresseur (Tlcl, T1c2), de la pression atmosphérique (Patm), de la pression de suralimentation mesurée (Ps.m), ainsi que du champ compresseur du turbocompresseur (18,28).
9. Procédé de commande selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce que l'opération de détermination de la valeur maximale de pression de suralimentation (Ps.max1'Ps.max2) de chaque turbocompresseur (18,28) est effectuée de la manière suivante: - calcul de la pression d'entrée du compresseur (Plcl,Plc2) à l' aide de la mesure de la pression atmosphérique (Patm) et des pertes de charge (APCFl,APcF2) à l'intérieur d'un filtre à air (22,32), les pertes de charge (APcFl'APcF2) étant cartographiéss en fonction du débit d'air à l'entrée du compresseur (16, 26); - calcul du débit d'air du compresseur (Wcl,wc2) à l' aide de la pression d'entrée du compresseur (P1cl,Plc2), du débit d'air à l'entrée du compresseur (Qairl,Qair2), ainsi que de la température à l'entrée du compresseur (Tlcl,Tlc2); - détermination à l' aide du champ compresseur, du taux de compression maximal (]Tclmax,c2max) cartographié en fonction du débit d'air du compresseur (Wcl' Wc2); - calcul de la pression de sortie maximale du compresseur (P2clmax,P2c2max), à l' aide du taux de compression maximal (clmaxJ[c2max) et de la pression .. d'entrée du compresseur (Plcl'Plc2);
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- calcul de la valeur maximale de pression de suralimentation du turbocompresseur (Ps.maxl,Ps.max2), à l' aide de la pression de sortie maximale du compresseur (P2clmax,P2c2max) et des pertes de charge (APCE) à l'intérieur d'un échangeur (8), les pertes de charge (APCE) étant cartographiées en fonction du débit d'air
total à l'entrée du collecteur d'admission commun (6).
10. Procédé de commande selon l'une
quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce
quil comprend de plus une étape d'équilibrage des turbocompresseurs (18, 28) comportant les opérations suivantes: - détermination, pour chaque turbocompresseur (18,28), de la valeur de la vitesse de rotation (Ntl'Nt2) du turbocompresseur (18,28); - correction, pour chaque turbocompresseur (18,28), du signal de commande (Sa) en fonction de la différence des valeurs des vitesses de rotation
déterminées (Ntl,Nt2).
11. Procédé de commande selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'opération de détermination de la valeur de la vitesse de rotation (Ntl, Nt2) de chaque turbocompresseur (18,28) est effectuée à l 'aide du débit d'air à l'entrée du turbocompresseur (Qairl'Qair2) de la température de l'air à l'entrée du compresseur (Tlcl,Tlc2)' de la pression atmosphérique (Patm), ainsi que du champ compresseur du
turbocompresseur (18,28).
12. Procédé de commande selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé en ce que l'opération de détermination de la valeur de la
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vitesse de rotation (Ntl,Nt2) de chaque turbocompresseur (18,28) est effectuée de la manière suivante: - calcul de la pression d'entrée du compresseur (Plcl,Plc2) à l' aide de la mesure de la pression atmosphérique (Patm) et des pertes de charge (APCFl,APcF2) à l'intérieur d'un filtre à air (22,32), les pertes de charge (APcFl,APcF2) étant cartographiées en fonction du débit d'air à l'entrée du compresseur (16, 26); - calcul du débit d'air du compresseur (Wcl Wc2) à l' aide de la pression d'entrée du compresseur (P1cl,Plc2) r du débit d'air à l'entrée du compresseur (Qairl,Qair2) ainsi que de la température à l'entrse du compresseur (TlCl'Tlc2); - calcul du taux de compression du compresseur (cl'c2) à l' aide de la pression de suralimentation mesurée (Ps.m) des pertes de charge à l'intérieur d'un échangeur, de la pression atmosphérique, ainsi que des pertes de charge (APCE) à l'intérieur dun filtre à air (22,32); - détermination à l' aide du champ compresseur, de la vitesse de rotation théorique (Ntlt,Nt2t) du turbocompresseur (18,28), cartographiée en fonction du débit d'air du compresseur (Wcl,Wc2) et du taux de compression (cl'c2); - calcul de la valeur de la vitesse de rotation du turbocompresseur (Ntl,Nt2), à l' aide de la vitesse de rotation théorique (Ntlt,Nt2t) du turbocompresseur (18,28) et de la température à
l'entrée du compresseur (Tlcl,Tlc2).
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