FR2952125A1 - Systeme de pilotage d'un turbocompresseur de moteur thermique et procede associe - Google Patents
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Abstract
Système de pilotage d'un turbocompresseur de moteur thermique. Il comprend une unité de contrôle du moteur (16) disposant d'une mémoire et délivrant un signal de commande (18), un élément de transformation (20) convertissant le signal de commande en énergie mécanique, un mécanisme de modulation de l'énergie (10) arrivant à la turbine (12) du turbocompresseur. Un code est apposé physiquement sur l'élément convertissant le signal de commande en énergie mécanique. Ce code reprend les caractéristiques de la conversion en fonction de la valeur de différents paramètres extérieurs comme la tension d'alimentation de l'élément de conversion ou la température extérieure afin qu'ils soient lus ou saisis et que les caractéristiques de la conversion soient mémorisées dans l'unité de commande (16) puis utilisées afin de générer le signal de commande (18).
Description
1 SYSTEME DE PILOTAGE D'UN TURBOCOMPRESSEUR DE MOTEUR THERMIQUE ET PROCEDE ASSOCIE
L'invention concerne un système de pilotage d'un turbocompresseur de moteur thermique comprenant une unité de contrôle du moteur disposant d'une mémoire et délivrant un signal de commande, un élément de transformation convertissant le signal de commande en énergie mécanique, un mécanisme de modulation de l'énergie arrivant à la turbine. D'autre part, l'invention concerne un procédé de pilotage d'un turbocompresseur de moteur thermique comprenant une unité de contrôle du moteur disposant d'une mémoire et délivrant un signal de commande, un élément de transformation convertissant le signal de commande en énergie mécanique, un mécanisme de modulation de l'énergie arrivant à la turbine du compresseur. Dans les moteurs à combustion interne turbo compressé, qu'il s'agisse de moteur diesel ou à essence, une turbine disposée dans la ligne d'échappement du moteur est entrainée par les gaz chauds issus de la combustion dans les cylindres du moteur. La turbine entraine un compresseur qui a pour fonction de comprimer l'air frais envoyé dans les cylindres à une pression supérieure à la pression atmosphérique. Ainsi, le travail fourni par les gaz d'échappement est transmis au gaz d'admission. L'énergie fournie par les gaz d'échappement à la 2 turbine est modulée par le biais d'un mécanisme de modulation de l'énergie du gaz d'échappement piloté par un actuateur, généralement pneumatique, lui-même contrôlé à l'aide d'une électrovanne.
Selon une première technologie, le mécanisme de modulation de l'énergie des gaz d'échappement est constitué par une turbine dont les ailettes sont orientables de façon à faire varier la pression et l'incidence des gaz sur la roue de la turbine. Cette technologie est dite à géométrie variable. Selon une seconde technologie, le mécanisme de modulation de l'énergie des gaz d'échappement est constituée par une dérivation, parfois appelée waste gate, qui permet de faire varier le débit traversant la roue. Cette technologie est dite à géométrie fixe. Le mécanisme qui permet ce contrôle est généralement constitué d'un actionneur pneumatique qu'il faut piloter en pression. Ce pilotage est assuré par une électrovanne modulatrice, elle-même pilotée par un signal de commande de type à rapport cyclique d'ouverture (RCO). Pour maitriser le pilotage du turbocompresseur, il faut contrôler finement l'énergie qui arrive sur la turbine. Il faut donc contrôler finement le mécanisme de modulation de l'énergie des gaz d'échappement. Toutefois, dans les dispositifs de pilotage de turbocompresseur, actuellement connus, les différents éléments du système de pilotage, particulièrement l'électrovanne, présentent des 3 dispersions de leurs caractéristiques. Ces dispersions se traduisent par une imprécision sur la position du mécanisme de modulation et un abaissement global des performances du turbocompresseur.
La présente invention a précisément pour objet un système et un procédé de pilotage d'un turbocompresseur de moteur thermique qui remédient à cet inconvénient. Selon le système, ces buts sont atteints 10 par le fait qu'un code est apposé physiquement sur l'élément convertissant le signal de commande en énergie mécanique, ce code reprenant les caractéristiques de la conversion en fonction de la valeur des différents paramètres extérieurs comme la 15 tension d'alimentation de l'élément de conversion ou la température extérieure afin qu'il soit lu ou saisi, et que les caractéristiques de la conversion soient mémorisées dans l'unité de commande puis utilisées afin de générer le signal de commande. Selon le procédé : on appose physiquement sur l'élément convertissant le signal de commande en énergie mécanique un code reprenant les caractéristiques de sa chaîne de transfert ; - on saisit ce code dans la mémoire de l'unité de contrôle du moteur ; - on adapte le signal de commande émis par l'unité de contrôle du moteur aux caractéristiques de la chaîne de transfert de l'élément. Grâce à ces caractéristiques, on maitrise la fonction de transfert de l'électrovanne, c'est-à- 20 25 30 4 dire la transformation du signal de commande émis par l'unité de contrôle du moteur en une pression ou une dépression modulée. De préférence, les caractéristiques de l'élément convertissant le signal de commande en énergie mécanique sont exprimées au travers de critères choisis dans le groupe comprenant notamment le temps de réponse à des échelons de signal de commande, le temps de réponse nécessaire pour passer d'une pression ou d'une dépression sur une rampe de commande donnée et la caractéristique statique « signal de commande - pression ou dépression » entre 0 % et 100 % du signal de commande pour différentes tensions d'alimentation et températures extérieures.
Avantageusement, les caractéristiques de l'élément convertissant le signal de commande sont codés à l'aide d'un code de type de code barre ou data matrix. Dans un mode de réalisation particulier, les caractéristiques de l'élément convertissant le signal de commande en énergie mécanique sont résumées au travers d'un repère indiquant la classe de l'élément. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures : - la figure 1 est un schéma qui illustre la 30 chaîne de commande du mécanisme de modulation d'énergie ; - la figure 2 est une courbe qui représente la pression et la dépression de commande en fonction du signal de commande ; - la figure 3 est un exemple de marquage de 5 type data matrix. Sur la figure 1 la référence 2 désigne un moteur thermique de véhicule automobile, par exemple un moteur de voiture particulière ou de camion. Le moteur 2 reçoit de l'air d'admission 4 en provenance de l'atmosphère extérieure. L'air d'admission est comprimé dans un compresseur 6 faisant parti d'un turbocompresseur 8. La turbine alimente le moteur à une pression supérieure à la pression atmosphérique. En sortie de moteur 2, les gaz d'échappement traversent un mécanisme de modulation d'énergie 10. Selon une première variante de réalisation, le mécanisme de modulation de l'énergie des gaz d'échappement est constitué par un mécanisme apte à orienter les ailettes d'une turbine 12 de façon à faire varier la pression et l'incidence des gaz sur la roue de la turbine. Selon une autre variante de réalisation le mécanisme de modulation de l'énergie des gaz d'échappement est constitué par une dérivation (« waste gate ») et qui permet de faire varier le débit traversant la roue. Les gaz d'échappement traversent la turbine 12. La turbine 12 est montée sur un axe commun avec le compresseur 6. Ainsi, le travail fourni par les gaz d'échappement est transmis au gaz d'admission. Après la turbine 12 les gaz d'échappement sont évacués à l'atmosphère 14. Le véhicule comprend une unité de 6 contrôle moteur 16 disposant d'une mémoire. L'unité de contrôle moteur 16 délivre un signal de commande 18 à un élément de transformation convertissant le signal en énergie mécanique. Dans l'exemple de réalisation représenté l'élément de transformation est constitué par une électrovanne 20. L'électrovanne 20 pilote le mécanisme de modulation d'énergie 10 arrivant à la turbine du turbocompresseur 8. L'électrovanne 20 est reliée d'une part à une source de pression ou de vide 22. D'autre part, elle est mise à l'air libre par la canalisation 24. Le mécanisme qui permet de contrôler le flux entrant dans la turbine est un actionneur pneumatique qu'il faut piloter en pression. Ce pilotage est assuré par une électrovanne modulatrice, elle-même pilotée par un signal de commande de type RCO (rapport cyclique d'ouverture). Pour maitriser le pilotage du turbocompresseur, il faut contrôler finement l'énergie qui arrive sur la turbine. Il faut donc contrôler finement le mécanisme de modulation. Toutefois, dans les dispositifs de pilotage de turbocompresseur actuellement connus, les différents éléments du système de pilotage particulièrement l'électrovanne présentent des dispersions de leurs caractéristiques. Si l'on imagine un graphique dans lequel le signal RCO figure en abscisse et la dépression en ordonnée, on obtient une courbe propre à chaque électrovanne qui indique pour quelle valeur de la dépression on obtient un niveau de RCO donné. Compte tenu des dispersions de fabrication, cette courbe ne sera pas la même d'une électrovanne à l'autre. La courbe qui représente 7 comment une électrovanne donnée transforme un signal RCO en dépression est propre à chaque électrovanne. L'objet de l'invention est précisément d'enregistrer l'allure de cette courbe et de coder cette allure dans un code puis de relire ce code pour tenir compte de la courbe en corrigeant la dispersion. L'électrovanne possède également des caractéristiques dynamiques. Par exemple, on peut regarder combien de temps elle met pour passer de 0% à 100% de RCO. Ce saut de RCO se traduit normalement par un passage de 0 mbar à la valeur de la dépression correspondant à 100% de RCO, par exemple 650mbar. Toutefois, quand on envoie la commande en RCO, la dépression passe effectivement de 0 à 650 mbar, mais dans un temps donné qui est le temps de retard entre la réalisation de la commande et la commande qui a été envoyée. C'est ce qu'on appelle le transfert. Si, au lieu d'appliquer une variation brutale de RCO, on fait varier le RCO en appliquant une rampe qui va de 0% à 100 % en fonction du temps (par exemple 1% de RCO par milliseconde) l'électrovanne va répondre par une rampe qui sera la rampe de dépression. Cette courbe est une autre caractéristique de l'électrovanne. Si l'on applique un signal de commande qui varie, l'électrovanne qui réagit à ce signal essaie de suivre le plus fidèlement possible ce qu'on lui a demandé de faire. Toutefois, comme on l'a expliqué précédemment, toutes les électrovannes sont différentes et, par suite pour un signal de commande donné, on n'aura pas le même suivi de consigne d'une électrovanne à l'autre. 8 L'invention propose de caractériser au travers d'une courbe statique, ou d'une courbe de réponse à saut un RCO ou à une rampe de RCO, l'électrovanne et d'enregistrer ces caractéristiques dans un code et de les prendre ensuite en compte dans le pilotage par l'intermédiaire du logiciel qui contrôle l'électrovanne. On entre dans la mémoire du logiciel, le fait que, avec une électrovanne donnée, quand le signal de commande applique 50% de RCO l'électrovanne donne une dépression de 600 mbar par exemple mais avec une autre électrovanne donnée, la dépression est de 400 mbar seulement. Comme le logiciel recherche un niveau de dépression, il peut prendre la caractéristique en compte et envoyer le signal de RCO qui correspond. Si le logiciel veut précisément 500 mbar de dépression sur une électrovanne, il va envoyer 40% de RCO sur une électrovanne et sur une autre il va envoyer 60% de RCO, par exemple.
On a représenté sur la figure 2 la caractéristique statique « signal de commande pression ou dépression » entre 0% et 100 % de RCO du signal de commande. La dépression est bien la caractéristique statique, à savoir comment réagit l'électrovanne à un signal de commande de façon statique. La courbe 30 représente une électrovanne qui pour 0% de commande reste à la pression atmosphérique. Pour cette courbe, la dépression évolue relativement lentement jusqu'à obtenir 650 mbar de dépression pour 100% de RCO. A l'inverse, les courbes 32 et 34 même pour 0% de signal de commande fuient un petit peu et 9 génèrent de la dépression. Elles vont arriver à 100% du signal de commande en générant sensiblement 720 mbar pour la courbe 32 et 780 mbar pour la courbe 34. La courbe 32 correspond au comportement moyen des électrovannes. Les courbes 30 et 34 correspondent au comportement minimum et maximum des électrovannes. Une électrovanne a le droit de se situer n'importe où dans ce gabarit. L'invention propose d'entrer ces courbes là dans la mémoire de l'unité de contrôle du moteur mais potentiellement aussi les caractéristiques dynamiques, comme on l'a expliqué précédemment. Par exemple, la réponse en pression ou en dépression à un signal carré ou à une rampe. On a représenté sur la figure 3 un exemple de marquage de type data matrix. Ce marquage est comparable à un code barre. Toutefois, le code, au lieu d'être sur une dimension est sur deux dimensions. Le code data matrix permet d'avoir une grande quantité d'information sur une surface beaucoup plus petite que le code barre, de l'ordre de 1 centimètre carré. A la place d'un code barre ou d'un code data matrix, le code pourrait être écrit sous forme alphanumérique. Toutefois, ceci suppose un opérateur pour saisir le code alors qu'un code barre ou un code data matrix peuvent être lu de manière automatique par un lecteur qui enregistre ce qu'il lit.
Claims (5)
- REVENDICATIONS1. Système de pilotage d'un turbocompresseur de moteur thermique comprenant une unité de contrôle du moteur (16) disposant d'une mémoire et délivrant un signal de commande (18), un élément de transformation (20) convertissant le signal de commande en énergie mécanique, un mécanisme de modulation de l'énergie arrivant à la turbine (12) du turbocompresseur (8), caractérisé en ce qu'un code est apposé physiquement sur l'élément convertissant le signal de commande en énergie mécanique, ce code reprenant les caractéristiques de la conversion en fonction de la valeur de différents paramètres extérieurs comme la tension d'alimentation de l'élément de conversion ou la température extérieure afin qu'ils soient lus ou saisis et que les caractéristiques soient mémorisées dans l'unité de commande (16) puis utilisées afin de générer le signal de commande (18).
- 2. Système de pilotage d'un turbocompresseur de moteur thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les caractéristiques de l'élément convertissant le signal de commande en énergie mécanique sont exprimées au travers de critères choisis dans le groupe comprenant notamment le temps de réponse à des échelons de signal de commande, le temps de réponse nécessaire pour passer 11 d'une pression ou d'une dépression à une autre sur une rampe de commande donnée et la caractéristique statique « signal de commande - pression ou dépression » entre 0 % et 100 % du signal de commande pour différentes tensions d'alimentation et températures extérieures.
- 3. Système de pilotage d'un turbocompresseur de moteur thermique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les caractéristiques de l'élément convertissant le signal de commande (18) en énergie mécanique sont codés à l'aide d'un code de type code barre ou data matrix.
- 4. Système de pilotage d'un turbocompresseur de moteur thermique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les caractéristiques de l'élément convertissant le signal de commande en énergie mécanique (18) sont résumées au travers d'un repère indiquant la classe de l'élément.
- 5. Procédé de pilotage d'un turbocompresseur de moteur thermique, comprenant une unité de contrôle du moteur (16) disposant d'une mémoire et délivrant un signal de commande (18), un élément de transformation (20) convertissant le signal de commande (18) en énergie mécanique, un mécanisme de modulation de l'énergie (10) arrivant à la turbine (12) du turbocompresseur (8), caractérisé en ce que : 512 on appose physiquement sur l'élément convertissant le signal de commande en énergie mécanique (20) un code reprenant les caractéristiques de sa chaîne de transfert ; - on saisit ce code dans la mémoire de l'unité de contrôle du moteur (16) ; - on adapte le signal de commande émis par l'unité de contrôle du moteur aux caractéristiques de la chaîne de transfert de l'élément.
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