1 DISPOSITIF DE REGLAGE DE SURALIMENTATION D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE 1 DEVICE FOR ADJUSTING THE SUPERIMUM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
DESCRIPTION DESCRIPTION
L'invention présente a trait à un dispositif de réglage de suralimentation d'un moteur à combustion interne. Elle se situe dans le domaine de la commande de moteurs, afin de les gouverner avec l'ensemble de leurs capteurs et de leurs actionneurs. La suralimentation des moteurs implique l'emploi d'un turbocompresseur composé d'une turbine disposée à travers un conduit des gaz d'échappement et d'un compresseur entraîné par la turbine, disposé à travers un conduit d'admission de l'air menant au moteur, et dont la fonction est d'augmenter la pression de l'air et le débit de mélange parvenant au moteur. De nombreux dispositifs de suralimentation existants ne comportent aucun mode de réglage du turbocompresseur, dont la vitesse de rotation s'équilibre en fonction des efforts que font subir aux ailettes de la turbine et du compresseur l'air d'admission et les gaz d'échappement. D'autres comportent au contraire un réglage du turbocompresseur afin de faire varier l'intensité de la suralimentation ; un moyen répandu comprend une électrovanne à commande progressive ouvrant de la quantité voulue une canalisation d'aspiration d'air entre une pompe à vide et le réservoir de ce qu'on appelle un poumon mécanique, et convertissant la dépression appliquée par la pompe à vide en un 2 déplacement proportionnel d'une tige coulissante ; et une transmission disposée entre la tige et le turbocompresseur, qui modifie le calage angulaire des ailettes du compresseur d'après la position de la tige. The present invention relates to a supercharging adjustment device of an internal combustion engine. It is located in the field of motor control, to govern them with all of their sensors and actuators. Engine over-charging involves the use of a turbocharger consisting of a turbine disposed through an exhaust duct and a turbine-driven compressor disposed through an air intake duct. to the engine, and whose function is to increase the air pressure and the mixing flow to the engine. Many existing turbo charging devices have no adjustment mode of the turbocharger, the speed of rotation equilibrium according to the forces exerted on the fins of the turbine and compressor intake air and exhaust . Others have on the contrary a setting of the turbocharger to vary the intensity of the supercharging; common means comprises a progressively controlled solenoid valve opening a desired quantity of an air suction line between a vacuum pump and the reservoir of a so-called mechanical lung, and converting the vacuum applied by the vacuum pump. in a 2 proportional displacement of a sliding rod; and a transmission disposed between the rod and the turbocharger, which modifies the angular setting of the compressor blades according to the position of the rod.
L'électrovanne et les équipements qui en dépendent sont commandés par une unité centrale qui contient usuellement deux modules. L'un d'entre eux est un régulateur qui reçoit une consigne d'un paramètre lié à la suralimentation, comme la pression de suralimentation de l'air, ainsi que la mesure de ce paramètre et qui calcule leur différence puis une quantité de modification de la commande de l'électrovanne. L'autre module est un module de pré-positionnement qui fournit une valeur de base de la commande de l'électrovanne d'après une cartographie qui est fonction, notamment, de l'état de fonctionnement du moteur et de paramètres de l'environnement tels que la température et la pression. L'emploi du module de pré-positionnement répond à une exigence de rapidité plus grande de l'asservissement de la suralimentation et permet de mieux suivre la consigne lors des changements d'état de la conduite du véhicule. Une qualité encore meilleure de la réponse de l'asservissement de la suralimentation est toutefois recherchée, ce qui justifie l'invention. L'invention est fondée sur un dispositif de réglage de la suralimentation qui se distingue de ceux qui sont connus par la prise en compte de caractéristiques associées à l'ensemble de commande mécanique entre l'électrovanne et l'organe agissant sur le réglage de suralimentation, et notamment de 3 caractéristiques de raideur ou d'inertie et de relations d'équilibre des forces qui régissent les mouvements de cet ensemble, qu'on peut représenter par une relation numérique. L'inversion de cette relation permet de déduire la commande qu'il convient d'appliquer. Ces paramètres permettent d'appréhender l'effet de phénomènes perturbateurs de la suralimentation, mesurés par l'intermédiaire de la pression ou du débit de l'air d'admission ou des gaz d'échappement, sur le mécanisme de réglage et le turbocompresseur 7, et de les atténuer par une régulation adaptée. L'invention est plus précisément relative, sa forme la plus générale, à un dispositif de suralimentation d'un moteur à combustion interne, comprenant un turbocompresseur à compresseur disposé à travers un conduit d'air d'admission vers le moteur et une turbine disposée à travers un conduit de gaz d'échappement venant du moteur, un moyen de réglage de la suralimentation, un ensemble de commande du moyen de réglage comprenant une unité centrale de commande et un mécanisme actionneur, l'unité centrale de commande comprenant un module régulateur, sensible à une consigne d'un paramètre de la suralimentation comparée à une mesure de ce paramètre, et un module de pré-positionnement du moyen de réglage pour délivrer conjointement une commande du moyen de réglage au mécanisme actionneur, caractérisé en ce que le module de pré-positionnement est conçu pour recevoir et traiter une mesure d'un second paramètre de la 4 suralimentation en fonction de caractéristiques mécaniques du mécanisme actionneur. L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes : - la figure 1 représente une installation de suralimentation ; - la figure 2 représente une portion d'unité centrale de commande responsable du réglage de suralimentation ; - la figure 3 représente un module de pré-positionnement ; - et la figure 4 représente une courbe de réglage. La figure 1 représente un moteur 1 à 15 explosion alimenté en air frais par une entrée 2 et qui rejette les gaz brûlés par un échappement 3. L'air frais parcourt un conduit d'admission 8 et passe successivement par un filtre 4, un débitmètre 5 et un compresseur 6 d'un turbocompresseur 7 à régler. Après 20 avoir été comprimé, il passe par un refroidisseur 9 et une vanne 10 de re-circulation des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement s'écoulent par un conduit d'échappement 11 et traversent une turbine 12 du turbocompresseur 7 reliée à un filtre à particules 13 25 avant de parvenir à l'échappement 3. Une unité de calcul électronique (UCE) est désignée par 14, une électrovanne par 16, une pompe à vide par 17 et une tige de régulation du turbocompresseur 7 par 18. Un capteur de pression de suralimentation 19 est disposé 30 dans le conduit d'admission 8 en aval du compresseur 6, et un capteur de pression des gaz d'échappement 24 est 10 disposé dans le conduit d'échappement 11 en amont de la turbine 12. Tous deux renseignent l'UCE 14. L'UCE 14 comprend un régulateur qui fournit un signal de commande à l'électrovanne 16 qui, étant à 5 ouverture progressive en fonction du signal de commande, ouvre ou ferme à un degré variable un conduit d'aspiration 20 entre une chambre 21 située derrière la tige 18 et la pompe à vide 17 et permet donc de faire varier à volonté la pression dans la chambre 21 et l'enfoncement de la tige 18 : la chambre 21 appartient à un poumon mécanique 15 qui comprend encore une membrane liée à la tige 18 et mobile dans la chambre 21, ainsi qu'un ressort 20 repoussant la membrane 22. Plus la dépression est forte dans la chambre 21, plus la membrane 22 est aspirée et comprime le ressort 23. L'invention peut s'appliquer à des suralimentations différentes, comprenant d'autres capteurs, d'autres ensembles de commande de la suralimentation ou d'autres équipements parmi ceux qui ne font pas partie de l'invention. On se reporte maintenant à une description plus détaillée de l'UCE 14 au moyen de la figure 2. La partie de l'UCE 14 qui est responsable du réglage de la suralimentation comprend un module régulateur 25 et un module de pré-positionnement 26. Le module régulateur 25 est alimenté par la différence E entre une consigne de pression de suralimentation définie par une carte logique d'après le débit de carburant injecté et la vitesse de rotation du moteur fournie par une ligne 27 et une mesure de la pression de suralimentation réelle, originaire du capteur 19 et 6 fournie par une ligne 28, ces deux grandeurs étant soustraites l'une de l'autre par un soustracteur 29. Le module régulateur 25 effectue un asservissement classique de genre PID et peut comprendre un premier sous-module 30 qui reçoit la différence E et l'intègre avec le temps, et un autre sous-module 31 qui reçoit à la fois le signal E et un signal dérivé du précédent par rapport au temps (dE/dt) fourni par un différentiateur 32. Les sous-modules 30 et 31 fournissent chacun un résultat à un additionneur 33. Le module de pré-positionnement 26 fournit aussi un signal à l'additionneur 33. Le résultat sorti de l'additionneur 33 permet de commander l'électrovanne 16 par une ligne 34. The solenoid valve and the equipment that depends on it are controlled by a central unit that usually contains two modules. One of them is a regulator which receives a setpoint of a parameter related to the supercharging, such as the supercharging pressure of the air, as well as the measurement of this parameter and which calculates their difference then a quantity of modification. of the solenoid valve control. The other module is a pre-positioning module which provides a basic value of the control of the solenoid valve according to a map which is a function, in particular, of the operating state of the engine and environmental parameters. such as temperature and pressure. The use of the pre-positioning module responds to a greater speed requirement of servocontrol of the supercharging and makes it possible to better follow the instruction during the changes of state of the driving of the vehicle. An even better quality of the response of the servocontrol of the supercharging is however sought, which justifies the invention. The invention is based on a supercharging adjustment device which differs from those known by taking into account characteristics associated with the mechanical control assembly between the solenoid valve and the organ acting on the boost adjustment. , and in particular of 3 characteristics of stiffness or inertia and equilibrium relations of the forces which govern the movements of this set, which can be represented by a numerical relation. The inversion of this relation makes it possible to deduce the command that should be applied. These parameters make it possible to apprehend the effect of disruptive phenomena of the supercharging, measured via the pressure or the flow rate of the intake air or the exhaust gases, on the adjustment mechanism and the turbocharger. , and to mitigate them by an adapted regulation. The invention is more specifically relative, its most general form, to a supercharging device of an internal combustion engine, comprising a compressor turbocharger arranged through an intake air duct to the engine and a turbine disposed. through an exhaust gas duct from the engine, a supercharging adjusting means, a control unit of the adjusting means comprising a central control unit and an actuating mechanism, the central control unit comprising a regulating module , responsive to a setpoint of a boost parameter compared to a measurement of this parameter, and a pre-positioning module of the adjusting means for jointly delivering a control of the adjusting means to the actuator mechanism, characterized in that the module Pre-positioning is designed to receive and process a measurement of a second parameter of the 4 supercharging according to characteristic s mechanical actuator mechanism. The invention will now be described with reference to the following figures: FIG. 1 represents a supercharging installation; FIG. 2 represents a central control unit portion responsible for the supercharging adjustment; FIG. 3 represents a pre-positioning module; and FIG. 4 represents a control curve. FIG. 1 shows a motor 1 to 15 explosion supplied with fresh air by an inlet 2 and which rejects the exhaust gases burned by an exhaust 3. The fresh air passes through an intake duct 8 and successively passes through a filter 4, a flowmeter 5 and a compressor 6 of a turbocharger 7 to be adjusted. After being compressed, it passes through a cooler 9 and a valve 10 for recirculation of the exhaust gas. The exhaust gases flow through an exhaust duct 11 and pass through a turbine 12 of the turbocharger 7 connected to a particulate filter 13 before reaching the exhaust 3. An electronic computing unit (ECU) is designated 14, a solenoid valve 16, a vacuum pump 17 and a control rod turbocharger 7 by 18. A boost pressure sensor 19 is disposed in the intake duct 8 downstream of the compressor 6, and a Exhaust gas pressure sensor 24 is disposed in the exhaust duct 11 upstream of the turbine 12. Both provide information to the ECU 14. The ECU 14 comprises a regulator which provides a control signal to the engine. solenoid valve 16 which, being progressively opening as a function of the control signal, opens or closes to a variable degree a suction duct 20 between a chamber 21 located behind the rod 18 and the vacuum pump 17 and thus makes it possible to vary at will the press in the chamber 21 and the depression of the rod 18: the chamber 21 belongs to a mechanical lung 15 which further comprises a membrane connected to the rod 18 and movable in the chamber 21, and a spring 20 pushing the membrane 22 The greater the depression in the chamber 21, the more the membrane 22 is sucked and compresses the spring 23. The invention can be applied to different supercharges, including other sensors, other supercharging control assemblies. or other equipment among those that are not part of the invention. Reference is now made to a more detailed description of the ECU 14 by means of FIG. 2. The part of the ECU 14 which is responsible for the adjustment of the supercharging comprises a regulator module 25 and a pre-positioning module 26. The regulator module 25 is powered by the difference E between a boost pressure setpoint defined by a logic board according to the injected fuel flow rate and the engine rotation speed supplied by a line 27 and a measurement of the boost pressure. actual, originating from the sensor 19 and 6 provided by a line 28, these two quantities being subtracted from each other by a subtractor 29. The regulator module 25 performs a conventional PID-type servocontrol and may include a first sub-module 30 which receives the difference E and integrates it with time, and another submodule 31 which receives both the signal E and a signal derived from the previous with respect to time (dE / dt) provided by A differentiator 32. The submodules 30 and 31 each provide a result to an adder 33. The pre-positioning module 26 also provides a signal to the adder 33. The result outputted from the adder 33 enables control of the adder 33. solenoid valve 16 by a line 34.
La figure 3 représente le module de pré-positionnement 26. Il comprend d'abord une carte 37 qui délivre un signal de sortie en fonction du point de fonctionnement du moteur et notamment de sa vitesse de rotation N et de son couple C ; un sous-module de correction 38 pour tenir compte des conditions ambiantes et qui fournit un signal de sortie en fonction notamment de la température extérieure T et de la pression extérieure P ; et un additionneur 39 faisant la somme des signaux de sortie et fournissant un signal X18 exprimant la position qu'il conviendrait d'attribuer à la tige 18 pour obtenir l'angle de calage des ailettes du turbocompresseur 7 et la suralimentation souhaitée. Le reste du module de pré-positionnement 26 forme la partie originale de l'invention et permet de tenir compte du comportement de la chaîne cinématique. 7 Il permet de déterminer avec plus d'exactitude la composante de commande à fournir à l'additionneur 33 en tenant compte de caractéristiques mécaniques de l'actionneur et de phénomènes perturbateurs. On recourt pour cela à un bilan des forces exercées par la tige 18. Il s'agit de la pression relative sur la membrane 22, de l'effort de rappel du ressort 23 et de l'effort exercé par les gaz d'échappement sur les ailettes de la turbine 12, puis sur la transmission menant à la tige 18 et sur la tige 18 elle-même. Cet effort des gaz d'échappement peut être déterminé par une carte 40 en fonction de la position de la tige 18, au moyen du signal X18, et d'un second paramètre caractéristique de la suralimentation qui peut être le débit d'air Qair mesuré par le débitmètre 5, ou la pression Pavt des gaz d'échappement dans le conduit d'échappement 11, mesurée par le capteur 24. La carte 40 est obtenue par des essais. Le signal d'estimation de la force des gaz Fgaz est fourni avec le signal X18 à un module de calcul de fonction de poumon 41 qui calcule la fonction de transfert inverse du poumon 15, c'est-à-dire qui donne la pression PapEV qu'il convient de fournir dans la chambre 21 pour la position voulue de la tige 18. En supposant que les conditions sont quasiment statiques et que les frottements sont négligeables, l'équation suivante s'applique : k . x = S. (PapEV - Patm) + Fgaz, , OÙ k est la raideur du ressort 15, x la position de la tige 18, S la superficie de la membrane, PapEV la pression dans la chambre 21, Patm la pression atmosphérique, et Faaz la force des gaz d'échappement. 8 L'extension de l'invention a un problème dynamique ou comportant des frottements est simple, et régie par la relation plus détaillée m. K = ûkfrot-sec •signe (X) û Ffrot-sec .Slgne (X) û k. X + S. (PapEV ù Patm)+ Fgdz , où m est la masse de l'ensemble coulissant et Kv La valeur de PapEV obtenue en résolvant cette équation est fournie à un module de calcul de fonction d'électrovanne 42 qui, de façon correspondante au module 41, calcule l'inverse de la fonction de transfert de l'électrovanne 16, c'est-à-dire indique la commande permettant de produire la valeur voulue de PapEV. Il s'agit cette fois d'une carte dont un exemple est donné par la figure 4, qui indique en ordonnées le rapport de commande d'ouverture en centièmes et en absicisses la pression à instaurer dans la chambre 21 en millibar. La carte est aussi déterminée par des essais. Le signal de sortie de module de calcul de fonction d'électrovanne 42 est fourni à l'additionneur 33. FIG. 3 represents the pre-positioning module 26. It first comprises a card 37 which delivers an output signal as a function of the operating point of the motor and in particular of its rotation speed N and of its torque C; a correction sub-module 38 to take account of the ambient conditions and which provides an output signal as a function in particular of the outside temperature T and the external pressure P; and an adder 39 summing the output signals and providing a signal X18 expressing the position that should be assigned to the rod 18 to obtain the wedging angle of the vanes of the turbocharger 7 and the desired supercharging. The remainder of the pre-positioning module 26 forms the original part of the invention and makes it possible to take into account the behavior of the kinematic chain. It makes it possible to determine with more accuracy the control component to be supplied to the adder 33, taking into account the mechanical characteristics of the actuator and disturbing phenomena. For this purpose, a balance of the forces exerted by the rod 18 is used. This is the relative pressure on the diaphragm 22, the return force of the spring 23 and the force exerted by the exhaust gases on the the blades of the turbine 12, then the transmission leading to the rod 18 and the rod 18 itself. This exhaust force force can be determined by a card 40 as a function of the position of the rod 18, by means of the signal X18, and a second characteristic parameter of the supercharging which can be the air flow Qair measured by the flowmeter 5, or the pressure Pavt of the exhaust gas in the exhaust duct 11, measured by the sensor 24. The card 40 is obtained by tests. The gas force estimation signal Fgaz is supplied with the signal X18 to a lung function calculation module 41 which calculates the inverse transfer function of the lung 15, that is to say which gives the pressure PapEV it should be provided in the chamber 21 for the desired position of the rod 18. Assuming that the conditions are almost static and the friction is negligible, the following equation applies: k. x = S. (PapEV - Patm) + Fgaz,, where k is the stiffness of the spring 15, x the position of the rod 18, S the surface of the membrane, PapEV the pressure in the chamber 21, Patm the atmospheric pressure, and Faaz the force of the exhaust. The extension of the invention to a dynamic or frictional problem is simple, and governed by the more detailed relation m. K = ûkfrot-sec • sign (X) û Ffrot-sec .Sn (X) û k. X + S. (PapEV ù Patm) + Fgdz, where m is the mass of the sliding assembly and Kv The value of PapEV obtained by solving this equation is supplied to a solenoid valve function calculation module 42 which corresponding to the module 41, calculates the inverse of the transfer function of the solenoid valve 16, that is to say indicates the command to produce the desired value of PapEV. This time it is a map, an example of which is given in FIG. 4, which indicates on the ordinate the opening control ratio in hundredths and in abscissions the pressure to be introduced in the chamber 21 in millibar. The map is also determined by tests. The solenoid function calculation module output signal 42 is supplied to the adder 33.
On voit qu'une façon importante de réaliser l'invention consiste à construire le module de pré-positionnement 26 avec des éléments successifs (40 à 42 ici) qui évaluent successivement l'effort subi par l'élément de réglage (la tige 18) à l'extrémité du mécanisme actionneur par les gaz d'échappement (éventuellement par une mesure indirecte portant sur l'air d'admission), puis l'effort qui doit être subi en conséquence par un élément respectif du mécanisme actionneur aboutissant au moyen de réglage pour obtenir le rélgage voulu. Les éléments successifs du module de pré-positionnement 26 sont disposés en série et leurs 9 résultats dépendent de ceux des modules précédents, et éventuellement d'autres (comme 37 et 38). Il sont associés aux éléments de la chaîne du mécanisme actionneur en ordre inverse, c'est-à-dire qu'ils évaluent successivement les efforts sur des éléments de la chaîne du mécanisme actionneur qui sont de plus en plus proches de l'élément initial de la commande (l'électrovanne 16), d'après les relations établies par la physique entre les éléments de cette chaîne. It can be seen that an important way of carrying out the invention consists in constructing the pre-positioning module 26 with successive elements (40 to 42 here) which successively evaluate the force undergone by the adjustment element (the rod 18). at the end of the actuator mechanism by the exhaust gas (possibly by an indirect measurement relating to the intake air), then the force which must be undergone accordingly by a respective element of the actuator mechanism terminating by means of setting to obtain the desired release. The successive elements of the pre-positioning module 26 are arranged in series and their results depend on those of the preceding modules, and possibly others (such as 37 and 38). They are associated with the elements of the chain of the actuator mechanism in reverse order, that is to say that they successively evaluate the forces on elements of the chain of the actuator mechanism which are closer and closer to the initial element of the control (the solenoid valve 16), according to the relationships established by the physics between the elements of this chain.
L'invention est transposable à d'autres suralimentations réglables, notamment à celles de genre connu où le turbocompresseur 7 a des ailettes à calage fixe et où la régulation s'effectue par une dérivation d'une proportion variable des gaz d'échappement autour de la turbine 12 par la commande d'une soupape de décharge. C'est alors l'électrovanne placée à l'entrée de la dérivation qui serait commandée, au moyen de cartes classiques analogues aux cartes 37 et 38 et d'une carte analogue à la carte 40, sensible à une pression ou à un débit de l'air ou des gaz et qui donnerait un terme correctif du rapport de commande d'ouverture de l'électrovanne. The invention is transposable to other adjustable supercharges, in particular to those of a known type where the turbocharger 7 has fixed-fixed blades and where the regulation is effected by a diversion of a variable proportion of the exhaust gases around the turbine 12 by the control of a relief valve. It is then the solenoid valve placed at the inlet of the bypass that would be controlled, by means of conventional cards similar to cards 37 and 38 and a card-like card 40, sensitive to a pressure or a flow rate of air or gases and that would give a corrective term of the control ratio of opening of the solenoid valve.