FR2844359A1 - Procede d'obtention et de controle de la vitesse de rotation d'une turbine, capteur et dispositif associes - Google Patents
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Abstract
Il s'agit d'obtenir des données relatives à la vitesse de rotation d'une turbine (1, 3) produisant, dans un conduit de sortie (11), un flux de fluide présentant des paramètres physiques variables dans le temps parmi la pression, la vitesse et le débit. Pour cela, on relève l'un au moins de ces paramètres physiques, on définit une période dans les variations dans le temps de l'un au moins desdits paramètres physiques et on mesure des données relatives à cette période. Un calculateur (33) lié au capteur (17) du paramètre physique permet de connaître la vitesse recherchée, voire de contrôler la vitesse de rotation du turbocompresseur (1).
Description
L'invention se rapporte à l'obtention de données relatives à la vitesse de
rotation d'une turbine d'un turbocompresseur produisant, dans un conduit de sortie, un flux de fluide présentant des paramètres physiques variables dans le
temps parmi la pression, la vitesse et le débit.
Il s'agit en particulier de pouvoir connaître, voire d'intervenir sur la vitesse de rotation d'un turbocompresseur monté sur un véhicule pourvu d'un
moteur principal de propulsion, en particulier un moteur diesel.
Outre cela, l'invention se rapporte également à un capteur de pression ou de vibrations utilisable dans ce cadre, ainsi qu'à un dispositif 10 comprenant, une ligne de traitement du signal fourni par le capteur, intégrant un calculateur susceptible en particulier de recevoir des données numériques sur
un port d'entrée logique, pour limiter les cots et les temps de traitement.
Par le passé, sur les véhicules terrestres à moteur, et en particulier
sur les automobiles, il a déjà été proposé d'utiliser des turbocompresseurs pour 15 obtenir un surcroît de puissance.
Plus récemment, les turbocompresseurs ont été utilisés sur des
véhicules automobiles pour récupérer une partie de la puissance perdue dans le cadre de la diminution de la cylindrée du moteur. Leur utilité est également à trouver dans le surcroît de puissance fourni à bas régime et dans le confort lors 20 d'accélérations.
Connaître et/ou contrôler la vitesse de rotation de ces
turbocompresseurs devient donc de plus en plus utile, voire nécessaire.
Tel est donc un objectif de l'invention.
C'est dans ce contexte que l'invention a été réalisée, en liaison avec 25 des contraintes complémentaires visant: - à éviter d'avoir à positionner précisément les moyens utiles à l'obtention de cette donnée de vitesse, à éviter de perturber le fonctionnement du turbocompresseur, et en particulier des flux de fluide, - à utiliser une technologie fiable, déjà maîtrisée dans les moyens mis en oeuvre, - à proposer une solution à cot de revient compatible avec l'industrie automobile et la grande série, - à éviter de perturber le fonctionnement de la turbine en elle-même. C'est ainsi qu'une caractéristique importante de l'invention est relative à un procédé dans lequel on relève l'un au moins des paramètres physiques du fluide sortant du turbocompresseur, on définit une période dans les variations dans le temps de ce(s) paramètre(s) relevé(s) (pression et/ou vitesse, et/ou 10 débit du flux de fluide dans le conduit de sortie du turbocompresseur) et on
mesure des données relatives à la période de ces variations.
Compte tenu de ce que pour la mise en oeuvre de ce procédé, il s'avère typiquement favorable d'utiliser un capteur mis en place sur une tubulure en un endroit de section sensiblement constante, on préférera à priori 15 mesurer les données relatives à la période des variations de la vitesse ou de la pression dans le flux généré par le turbocompresseur. La qualité et le cot du
traitement en seront améliorés d'autant.
Pour mesurer le paramètre concerné du flux de fluide sortant du turbocompresseur, on utilisera avantageusement un capteur disposé sur ce 20 conduit, en affleurement, le capteur comprenant de préférence un élément piézo-électrique ou un transducteur de vibrations en communication fluide avec
le flux circulant.
Ainsi, pourra-t-on mettre en place aisément un élément fiable et peu onéreux. De préférence, en liaison avec ce capteur, on conseille l'utilisation
privilégiée d'un compteur d'impulsions dans lequel seront traitées les données fournies par le capteur, ce compteur d'impulsions transmettant ensuite, en sortie, des impulsions numériques vers un port logique d'entrée d'un calculateur.
L'avantage de tels moyens par rapport à un traitement numérique du 30 signal est un moindre cot, sans altération des données fournies au calculateur dont le microprocesseur et les conditions d'utilisation pourront alors être
moindres que le nécessite un traitement numérique en continu.
Comme indiqué ci-avant, l'obtention de ces données de vitesse peut en particulier servir à contrôler, voire à adapter, la vitesse de rotation du turbocompresseur pour satisfaire plus finement aux exigences des motoristes, c'est-à-dire au fonctionnement des moteurs diesel ou à essence pourvus de tels turbocompresseurs. Dans ce cadre, un autre aspect de l'invention prévoit: - en sortie du capteur, de définir une période dans les variations de temps de l'un au moins des paramètres parmi la pression, la vitesse et le débit dans le flux de fluide en sortie du turbocompresseur, et d'enregistrer des 10 données relatives à cette période, pour obtenir des données enregistrées, - de fournir ces données enregistrées à un calculateur embarqué sur le véhicule, lequel calculateur déduisant de ces données la vitesse de rotation de la turbine, en fonction du nombre de pales de cette turbine,
- puis d'agir sur le turbocompresseur en fonction de la vitesse déduite 15 par le calculateur.
Ainsi, à partir de données relevées sur le fluide sortant du turbocompresseur, on pourra agir sur son fonctionnement, et particulièrement
en l'espèce sur la vitesse de rotation de la turbine.
Pour cela, un moyen privilégié consiste à faire varier le flux de fluide 20 qui alimente, en entrée, le turbocompresseur. Utiliser une soupape de délestage
prévue sur le conduit d'entrée et pilotée par le calculateur est une solution.
Ainsi, en fonction des besoins, on pourra, sur un véhicule à moteur, réinjecter
plus ou moins de gaz d'échappement vers le turbocompresseur.
Une description encore plus détaillée de l'invention va maintenant 25 être fournie en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 est une vue schématique d'une ligne fonctionnelle montrant un moteur principal associé au turbocompresseur dont on veut connaître la vitesse de rotation, - la figure 2 montre un capteur monté sur le conduit de sortie du 30 turbocompresseur, - la figure 3 montre une partie de la ligne fonctionnelle de relevé et de traitement du paramètre physique concerné, - et la figure 4 montre la courbe d'évolution variable dans le temps du
paramètre physique capté.
Sur la figure 1 tout d'abord, on voit illustré schématiquement un turbocompresseur 1 muni de deux turbines couplées 3 et 3', montées tournantes à l'intérieur du turbocompresseur, autour d'un axe de rotation 5. La turbine 3' est reliée à la tubulure d'échappement 13 (via un
conduit 9) d'un moteur principal 15 de véhicule, tel qu'une automobile à moteur diesel. Sous l'effet de la pression des gaz d'échappement, la turbine 3' se met rotation autour de son axe 5 et entraîne la turbine 3 qui va comprimer l'air 10 envoyé au moteur 15 via un conduit 11.
La turbine 3 comprend une succession de pales radiales 7 (en
l'espèce au nombre de 5, réparties angulairement de façon régulière).
En entrée, le turbocompresseur 1 est alimenté en flux de fluide par un conduit 9 et délivre en sortie, dans un conduit 11, un flux de fluide ayant des 15 caractéristiques physiques différentes (en particulier en termes de pression et
de vitesse).
Sur le conduit 11 est disposé un capteur 17 adapté pour relever des données de pression et/ou de vitesse et/ou de débit sur le flux de fluide en
circulation dans ce conduit.
Typiquement, le capteur 17 est un capteur comprenant un élément piézoélectrique ou un transducteur de vibrations placé de manière à
communiquer directement avec le flux de fluide circulant dans le conduit 11.
Sur l'illustration de la figure 2, le capteur 17 est un capteur de pression comprenant une sonotrode 19 (ou électrode sensible à la pression 25 et/ou aux vibrations) disposée en affleurement de la surface intérieure 21 du conduit 11. On notera que ce conduit est, aux alentours du capteur 17, de
section constante.
A l'intérieur du capteur 17, l'électrode 19 est en relation fonctionnelle avec un élément piézo-électrique 23 en appui contre une plaque arrière 25 30 communiquant les informations de vibrations ou de pression au connecteur de
sortie 27.
En sortie du capteur, après traitement par un filtre 28 (typiquement un filtre RC de premier ordre, voir figure 1), on obtient le signal analogique illustré sur la figure 4. Ce signal, enregistré, est ici une sinusode qui montre l'évolution dans le temps, sur plusieurs périodes, T, de la pression de gaz dans le conduit i1. Pour définir la période T, on a choisi une valeur de pression déterminée P et chaque fois que le capteur délivre cette valeur de pression une
impulsion est transmise dans la ligne de traitement 29.
Comme illustré figure 1, le filtre 28 appartient à des moyens de 10 traitement 31 qui vont donc traiter le signal enregistré pour le fournir à un
calculateur embarqué 33 lequel, dans un mode de réalisation et via un microprocesseur 34, peut constituer le moyen de commande permettant, via une ligne de commande 36, d'agir sur le turbocompresseur 1 pour le faire fonctionner en accord avec les conditions favorables de fonctionnement du 15 moteur principal 15.
Une fois le(s) paramètre(s) concerné(s) relevé(s) par le capteur, tel que le capteur 17, les moyens de traitement 31 vont en particulier permettre de définir une période dans les variations dans le temps de ce paramètre et de fournir des données relatives à cette période. Ensuite, ces données vont être 20 transmises au calculateur 33 dans lequel un algorithme permet d'obtenir la vitesse de rotation de la turbine à partir de ses données relatives à la période des variations dans le temps du paramètre physique déterminé et du nombre de
pales de la turbine.
Si le capteur placé sur le conduit 11 est un capteur de pression, ou 25 de vibrations, tel que le capteur 17 de la figure 2, l'algorithme de calcul sera en particulier élaboré suivant la formule suivante: P (Ce) = Po (ò) + P1 (co) sin (nfet) S'il s'agit d'un capteur de vitesse, la formule suivante sera utilisée: v (ò) = vo (no) + v1 (oe) sin (noet) avec P, la pression du débit de fluide (en l'espèce, gaz) dans le conduit 11, v, sa vitesse dans le conduit, ce, la vitesse de rotation de la turbine 3,
n, le nombre de pales 7 et t, le temps.
Dans un cas comme dans l'autre, on peut donc, grâce à l'algorithme concerné, obtenir via le calculateur 33, une donnée relative à la vitesse wo de
rotation de la turbine 3 du turbocompresseur.
En effet, puisque les caractéristiques de circulation du fluide dans le 5 conduit 11 sont proportionnelles à la vitesse angulaire de la turbine 3, en mesurant la composante alternative captée du fluide, on va pouvoir obtenir, après traitement, l'information recherchée sur la vitesse de rotation de la turbine.
Pour traiter les données en sortie du capteur, deux solutions ont plus 10 particulièrement été envisagées.
Dans la première solution, la plus économique, les données analogiques fournies par le capteur passent, comme illustré sur la figure 1 et, en trait mixte sur la figure 3, dans l'unité de traitement 31 qui consiste donc en un compteur d'impulsions réglé à un certain niveau de sortie pour compter les 15 impulsions qui atteignent précisément ce niveau. Les données numériques fournies par le compteur, illustratives de la périodicité des impulsions comptées, sont alors transmises à l'entrée 33a (A sur la figure 3) du calculateur 33. Cette entrée constitue un port logique du calculateur lequel ne prend donc dans ce cas en compte que les données numériques d'impuisions dont il va traiter et 20 utiliser la période pour en déduire la vitesse de rotation de la turbine en fonction
donc du nombre de pales de celle-ci.
En alternative, on peut prévoir un traitement numérique dans une unité 35 permettant d'obtenir en sortie un signal numérique continu que l'on transmettra alors typiquement à une entrée numérique 35b (B sur la figure 3) du 25 calculateur 33, telle qu'un Convertisseur Analogique / Numérique -(CAN), pour les mêmes calculs de vitesse de rotation de la turbine que ceux déjà évoqués, mais a priori avec un cot plus important et une puissance et un temps
d'utilisation de microprocesseur plus élevés que dans la première solution.
Dans ce cas, la définition de la période T du signal devant être traité 30 par le calculateur s'opère donc sur un signal continu.
Une fois le calcul de la vitesse de rotation wE réalisé par le calculateur 33, l'action sur le turbocompresseur 1 peut consister dans le mouvement d'une soupape 37 placée en entrée d'un circuit de délestage 39 branché sur le conduit 9 d'alimentation du turbocompresseur. L'angle d'ouverture de la soupape 37 détermine la quantité de fluide et d'autres conditions physiques (pression,...) en entrée du turbocompresseur, ce qui interagit avec la vitesse de rotation de la 5 turbine 3. D'autres moyens de contrôle ou d'action sur la vitesse de rotation de
la turbine 3 pourraient être prévus, en liaison avec le calculateur.
Claims (8)
1.- Procédé pour obtenir des données relatives à la vitesse de rotation d'une turbine (1, 3) produisant, dans un conduit de sortie (11), un flux de fluide présentant des paramètres physiques variables dans le temps parmi la pression, la vitesse et le débit, dans lequel procédé on relève l'un au moins de 5 ces paramètres physiques, on définit une période (T) dans les variations dans le temps de l'un au moins desdits paramètres physiques et on mesure des
données relatives à cette période.
2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure
des données relatives à la période des variations dans le temps de la pression 10 ou de la vitesse du flux de fluide.
3.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape de définition de ladite période (T) consécutive à une étape de relevé du paramètre considéré par un capteur (17), comprend: - une étape de traitement numérique dans un compteur d'impulsions 15 (31) des données fournies par le capteur, - et une étape d'entrée, dans un port logique (33a) d'un calculateur
(33), des impulsions numériques fournies par le compteur d'impulsions.
4.- Capteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une
quelconque des revendications précédentes, le capteur (17) étant disposé sur 20 ledit conduit de sortie (11) et comprenant un élément piézoélectrique ou un
transducteur de vibrations (19, 23) en communication fluide avec le flux de
fluide circulant dans le conduit.
5.- Procédé de contrôle de la vitesse de rotation de la turbine (3) d'un compresseur pour moteur de véhicule produisant, dans un conduit de sortie (11) 25 communiquant avec la turbine, un flux de fluide présentant des paramètres physiques variables dans le temps parmi la pression, la vitesse et le débit, dans lequel procédé: - on relève l'un au moins de ces paramètres physiques, - on définit une période (T) dans les variations dans le temps de ce(s) 30 paramètre(s) et on enregistre des données relatives à cette période, pour obtenir des données enregistrées, - on fournit ces données enregistrées à un calculateur (33) embarqué sur le véhicule, lequel calculateur en déduit la vitesse de rotation de la turbine en fonction du nombre de pales (7) de cette turbine, - et on agit sur le turbocompresseur (1) en fonction de la vitesse déduite par le calculateur.
6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on agit sur le turbocompresseur en fonction de la vitesse déduite par le calculateur (33), en
faisant varier le flux de fluide qui alimente, en entrée, le turbocompresseur.
7.- Dispositif pour fournir des données relatives à la vitesse de 10 rotation d'une turbine (3) produisant, dans un conduit de sortie (11), un flux de fluide présentant des paramètres physiques variables dans le temps parmi la pression, la vitesse et le débit, le dispositif comprenant: - un capteur (17) de pression ou de vibrations en communication fluide avec le flux de fluide circulant dans le conduit de sortie, pour fournir des 15 données captées, - des moyens de traitement (28, 31, 35), liés fonctionnellement au capteur pour fournir des données relatives à un signal périodique dans le temps, en fonction des données captées, - et un calculateur (33) lié fonctionnellement aux moyens de 20 traitement, pour fournir lesdites données relatives à la vitesse de rotation de la
turbine en fonction des données transmises par les moyens de traitement.
8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que: - les moyens de traitement comprennent un compteur (31) numérique d'impulsions, - et le calculateur (33) comprend des moyens pour traiter le signal
fourni par le compteur en fonction de la période des impulsions transmises.
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- 2002-09-11 FR FR0211264A patent/FR2844359B1/fr not_active Expired - Fee Related
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