PROCEDE DE REGULATION DE LA PRESSION DE SURALIMENTATION D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] La présente invention concerne un procédé de régulation de la pression de suralimentation d'un moteur thermique d'un véhicule équipé d'un turbocompresseur, à l'aide d'un modèle comportemental embarqué dans un calculateur du véhicule. [0002] La plupart des véhicules Diesel et une partie importante des véhicules munis d'un moteur à essence sont équipés d'un turbocompresseur destiné à augmenter la pression des gaz d'admission et un meilleur remplissage des cylindres en air. Un turbocompresseur comporte principalement un compresseur entrainé par une turbine placée dans la ligne des gaz d'échappement. Ainsi une partie de l'énergie cinétique et de l'énergie thermique des gaz d'échappement est récupéré par le compresseur. [0003] La figure 1 (art antérieur) représente un exemple d'architecture de la ligne d'admission d'air frais et de la ligne d'échappement des gaz brûlés d'un moteur Diesel. Ce dernier comporte un bloc moteur 10 à quatre cylindres, une ligne d'admission d'air frais 12 et une ligne d'échappement 14 des gaz brûlés. La ligne d'admission d'air 12 est composée successivement, dans le sens de circulation de l'air, d'un filtre à air 16, d'un débitmètre et thermomètre 18, d'un compresseur 20 de turbocompresseur, d'une vanne de by-pass 22, d'un refroidisseur d'air de suralimentation 24 et d'une vanne 26. La ligne d'échappement 14 comporte successivement, dans le sens de circulation des gaz, une turbine 28 à géométrie variable muni de moyens 30 permettant de faire varier la section d'entrée des gaz d'échappement dans la turbine 28, laquelle est reliée par un arbre 32 au compresseur 20, un pot catalytique 34, un filtre à particules 36, un dispositif 38 de récupération de chaleur des gaz d'échappement pour aider au chauffage de l'habitacle, et un silencieux 40. The present invention relates to a method for regulating the supercharging pressure of a heat engine of a vehicle equipped with a turbocharger, with the aid of a method for regulating the supercharging pressure of a heat engine. a behavioral model embedded in a vehicle calculator. Most diesel vehicles and a significant portion of vehicles with a gasoline engine are equipped with a turbocharger for increasing the pressure of the intake gas and a better filling of the cylinders in air. A turbocharger mainly comprises a compressor driven by a turbine placed in the exhaust line. Thus part of the kinetic energy and thermal energy of the exhaust gas is recovered by the compressor. Figure 1 (prior art) is an example of architecture of the fresh air intake line and the exhaust line of the burnt gases of a diesel engine. The latter comprises a four-cylinder engine block 10, a fresh air intake line 12 and an exhaust line 14 of the flue gases. The air intake line 12 is successively composed, in the direction of air flow, of an air filter 16, a flow meter and thermometer 18, a turbocharger compressor 20, a by-pass valve 22, a charge air cooler 24 and a valve 26. The exhaust line 14 comprises successively, in the direction of flow of gas, a turbine 28 with variable geometry provided with means 30 to vary the inlet section of the exhaust gas in the turbine 28, which is connected by a shaft 32 to the compressor 20, a catalytic converter 34, a particulate filter 36, a device 38 for recovering heat from exhaust gas to help warm the cabin, and a muffler 40.
Une boucle EGR 42 haute pression de recirculation des gaz d'échappement relie la ligne d'échappement 14 à la ligne d'admission d'air 12. [0004] Le compresseur 20 aspire l'air, le comprime et l'envoie dans les cylindres, éventuellement à travers le refroidisseur 24. La suralimentation en air dans les cylindres permet d'améliorer leur remplissage et donc la puissance du moteur. [0005 Cependant la pression de suralimentation doit être soigneusement contrôlée et être adaptée aux conditions de fonctionnement du moteur et, surtout pour les moteurs Diesel, à la pression maximale que peuvent supporter les organes mécaniques, tels que la culasse. Pour les moteurs à essence, la limitation de pression de suralimentation est nécessaire afin d'éviter les phénomènes d'auto-allumage et de détonation. La pratique est donc de réguler la pression de suralimentation en fonction de valeurs de consigne prédéterminées. [0006] Pour ce faire, il est nécessaire de mesurer certains paramètres à l'aide de capteurs. Ainsi, dans la ligne d'admission d'air, la température TO et la pression PO au niveau du filtre à air 16 sont mesurées à l'aide de capteurs 31 ; le débit dm1 et la température Ti en amont du compresseur 20 sont mesurées à l'aide du thermomètre et débitmètre 18 ; la pression P22 et la température T21 sont mesurées à l'aide de capteurs 33 situés en amont des cylindres du moteur 10 et en aval du refroidisseur d'air 24. Dans la ligne d'échappement 14, un capteur 35 mesure la variation de la section d'entrée des gaz d'échappement dans la turbine 28 ; la chute de pression OP dans le filtre à particules 36 et la température des gaz dans le filtre sont mesurées à l'aide de capteurs 37. [0007] La figure 2 (art antérieur) représente schématiquement un exemple de structure de régulation de pression de suralimentation d'un moteur Diesel. Cette structure se compose de trois blocs : un bloc de prépositionnement statique 44 qui détermine le prépositionnement des moyens 30 qui agissent sur la turbine 28 pour faire varier la section d'admission des gaz d'échappement dans la turbine, un bloc 46 de consignes de pression de suralimentation et un correcteur 48 de type régulateur PID (pour Proportionnel, Intégral, Dérivé). [0008] Le prépositionnement correspond à la position des moyens 30 en régime moteur stabilisé (régime établi). Il dépend aussi du point de fonctionnement, des conditions expérimentales et du mode de combustion. Le bloc de prépositionnement 44 fournit une valeur de prépositionnement 50 au correcteur 48, cette valeur étant déterminée en fonction du point de fonctionnement considéré 52 du moteur (ce point étant défini, à l'instant considéré, par le couple 54 demandé par le conducteur et par la vitesse de rotation 56 du moteur) et en fonction de différents paramètres 58: la température du liquide de refroidissement Teau, la pression atmosphérique Patm et la température ambiante Tamb. La valeur de positionnement 50 est alors déterminée à partir de cartographies 60 qui sont préalablement définies par des essais au banc et enregistrées dans une mémoire d'un calculateur de bord. [0009 Le bloc de consignes 46 fournit au correcteur PID 48 une consigne 62 de pression de suralimentation qui est déterminée à partir du point de fonctionnement 64 demandé par le conducteur (en fonction du couple 66 et du régime moteur 68). La consigne est corrigée pour tenir compte des paramètres 70, constitués par la température du liquide de refroidissement Teau, la pression atmosphérique Patm et la température ambiante Tamb. [oo1o] Le correcteur 48 régule la valeur de positionnement des moyens 30, et donc la pression de suralimentation, à partir de la valeur de consigne 46 et de la pression de suralimentation (P2 mes) 69 mesurée en aval de la vanne 26. Le correcteur 48 peut être un régulateur PID avec des coefficients de proportionnalité 72, d'intégral 74 et de dérivée 76. Les caractéristiques 78 du point de fonctionnement sont entrées dans un bloc de calcul 80 desdits coefficients. Les sorties des actions de proportionnalité, d'intégral et de dérivée sont additionnées en 82 avec la valeur de prépositionnement 50 pour fournir la valeur de la pression de suralimentation à la sortie 84 du correcteur 48. [0011] Ce système de régulation de la figure 2 présente des inconvénients. An EGR loop 42 high exhaust gas recirculation connects the exhaust line 14 to the air intake line 12. The compressor 20 draws air, compresses it and sends it into the cylinders, possibly through the cooler 24. The supercharging of air in the cylinders improves their filling and therefore the power of the engine. [0005] However, the boost pressure must be carefully controlled and be adapted to the operating conditions of the engine and, especially for diesel engines, to the maximum pressure that can support the mechanical members, such as the cylinder head. For gasoline engines, boost pressure limitation is necessary to avoid self-ignition and detonation phenomena. The practice is therefore to regulate the supercharging pressure according to predetermined set values. To do this, it is necessary to measure certain parameters using sensors. Thus, in the air intake line, the temperature TO and the pressure PO at the level of the air filter 16 are measured using sensors 31; the flow dm1 and the temperature Ti upstream of the compressor 20 are measured using the thermometer and flow meter 18; the pressure P22 and the temperature T21 are measured using sensors 33 situated upstream of the cylinders of the engine 10 and downstream of the air cooler 24. In the exhaust line 14, a sensor 35 measures the variation of the inlet section of the exhaust gas in the turbine 28; the pressure drop OP in the particulate filter 36 and the temperature of the gases in the filter are measured using sensors 37. [0007] FIG. 2 (prior art) schematically represents an example of a pressure regulation structure of supercharging of a diesel engine. This structure consists of three blocks: a static prepositioning block 44 which determines the prepositioning of the means 30 which act on the turbine 28 to vary the intake section of the exhaust gases in the turbine, a block 46 of instructions of boost pressure and a corrector 48 PID regulator type (for Proportional, Integral, Derivative). The prepositioning corresponds to the position of the means 30 in stabilized engine speed (steady state). It also depends on the operating point, the experimental conditions and the combustion mode. The prepositioning block 44 supplies a prepositioning value 50 to the corrector 48, this value being determined as a function of the operating point considered 52 of the engine (this point being defined, at the instant in question, by the torque 54 required by the driver and by the speed of rotation 56 of the engine) and according to various parameters 58: the temperature of the coolant water, the atmospheric pressure Patm and the ambient temperature Tamb. The positioning value 50 is then determined from maps 60 which are previously defined by bench tests and recorded in a memory of an on-board computer. [0009 The setpoint block 46 provides the PID corrector 48 a 62 charge pressure setpoint which is determined from the operating point 64 requested by the driver (depending on the torque 66 and the engine speed 68). The setpoint is corrected to take into account the parameters 70, constituted by the temperature of the coolant water, the atmospheric pressure Patm and the ambient temperature Tamb. [0o1o] The corrector 48 regulates the positioning value of the means 30, and therefore the boost pressure, from the setpoint value 46 and the boost pressure (P2 mes) 69 measured downstream of the valve 26. corrector 48 may be a PID controller with proportionality coefficients 72, integral 74 and derivative 76. The operating point characteristics 78 are inputted into a calculation block 80 of said coefficients. The outputs of the proportionality, integral and derivative actions are summed at 82 with the prepositioning value 50 to provide the value of the boost pressure at the output 84 of the corrector 48. [0011] This control system of the FIG. 2 has drawbacks.
Tout d'abord, il nécessite une mise au point importante afin de déterminer les cartographies 60 du bloc de positionnement statique 44. Les valeurs des prépositionnements, des corrections, des gains du régulateur doivent être déterminées pour chaque mode de combustion ce qui nécessite de nombreux essais. La longue durée de mise au point est corrélée avec un nombre important de cartographies nécessaires et par conséquent la taille mémoire logicielle attribuée à cette fonction est importante. De plus, la gestion des dépassements de consignes (« overshoots », phénomène bien connu des systèmes de régulation rapide) impose une limitation de la dynamique du système de régulation. Un dépassement de consigne peut conduire à une augmentation des émissions polluantes ou nuire à la fiabilité du système. De même, le réglage de la régulation est effectué avec des véhicules prototypes et n'est pas modifié au cours du temps. Il est donc possible, et même probable, que les valeurs des paramètres (par exemple, les gains du correcteur PID) attribuées avec des véhicules neufs ne conviennent plus avec la dérive des performances du système au cours du temps. [0012] La présente invention concerne un procédé de régulation qui ne présente pas au moins l'un des inconvénients de l'art antérieur. L'invention permet, sans ajout de capteurs supplémentaires, de contrôler le système de régulation de manière performante et robuste, d'économiser du temps de mise au point et de s'adapter aux variations des conditions environnementales. [0013] De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de régulation de la pression de suralimentation d'un moteur thermique équipé d'un 30 turbocompresseur et de moyens permettant de faire varier la pression P2 des gaz d'admission du moteur en aval du compresseur, procédé selon lequel pour différents points de fonctionnement du moteur et en fonction de différents paramètres lesdits moyens sont prépositionnés et des consignes de pression P2 sont déterminées, le procédé étant mis en oeuvre pour des phases successives de fonctionnement du moteur. Selon l'invention, le procédé comporte les étapes suivantes : • calculer une valeur de prépositionnement desdits moyens; • mesurer la valeur P2mes de la pression des gaz en aval du compresseur ; • déterminer la différence entre la consigne de pression et P2mes ; • réguler ladite différence afin d'obtenir une correction de position desdits moyens; et • associer ladite correction de position à ladite valeur de prépositionnement calculée afin d'obtenir une consigne de position 15 desdits moyens. [0014] Selon le mode de réalisation préféré : • on limite la consigne de P2 correspondant au fonctionnement considéré du moteur en calculant une valeur P2max de consigne de pression maximale atteignable par le moteur à l'instant considéré; 20 • on détermine la différence E entre P2max et P2mes ; • on régule ladite valeur de E afin d'obtenir une correction de position desdits moyens. Lesdits moyens peuvent comporter principalement un actionneur permettant de faire varier le débit de gaz traversant la turbine du 25 turbocompresseur. [0015] Selon le mode de réalisation préféré : • Ladite valeur de prépositionnement desdits moyens peut être déterminée en calculant un taux de détente UT , puis en transformant ledit taux de détente en valeur de positionnement desdits moyens à l'aide d'un abaque représentant le débit de gaz traversant la turbine du turbocompresseur en fonction du taux de détente pour différentes positions de l'actionneur. • Ladite valeur P2max de consigne de pression maximale peut être déterminée en calculant la puissance PT reçue par la turbine du turbocompresseur et en effectuant un bilan de puissance sur l'arbre du turbocompresseur. Ladite puissance PT peut être déterminée en fonction des paramètres suivants : le débit de gaz Qg traversant la turbine, la capacité massique à pression constante Cpg des gaz brûlés, la température T3 des gaz en amont de la turbine du turbocompresseur, le taux de détente UT de la turbine et le gamma g (yg) des gaz brûlés. Ledit bilan de puissance permet d'exprimer la pression P2 en fonction de la puissance reçue par la turbine PT, le régime N du turbocompresseur, le débit d'air Qa traversant le turbocompresseur, la température Ti en amont du turbocompresseur et le rendement r]c du turbocompresseur. • Ladite valeur de E peut être régulée à l'aide d'un régulateur, de préférence de type PID. Les termes proportionnel, intégral et dérivé du régulateur sont respectivement le produit d'un gain proportionnel Kp, intégral Ki et dérivé Kd, lesquels peuvent être multipliés par l'écart entre la trajectoire et la mesure afin de déterminer la correction de position pour l'asservissement de la pression P2. • Ladite correction de position est additionnée à ladite valeur de prépositionnement calculée afin d'obtenir ladite consigne de positionnement desdits moyens. [0016] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : • la figure 1 (art antérieur) montre un exemple d'architecture connue de la ligne d'admission d'air frais et de la ligne d'échappement des gaz brûlés d'un moteur Diesel ; • la figure 2 (art antérieur) représente schématiquement un exemple de structure connue de régulation de pression de suralimentation d'un 10 moteur Diesel ; • la figure 3 illustre le procédé de régulation de la pression de suralimentation conforme à la présente invention ; • la figure 4 illustre une étape de l'invention, l'obtention de la pression P3 en amont de la turbine du turbocompresseur à l'aide d'un abaque. 15 • la figure 5 illustre l'une des étapes de l'invention, à savoir le procédé de limitation de la consigne de suralimentation ; et • la figure 6 représente schém atiquement la structure d'un correcteur PID avantageusement utilisé pour la mise en oeuvre de l'invention. 20 [0017] Les dessins annexés pourront non seulement servir à compléter l'invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. [0018] Selon une caractéristique de l'invention, le précontrôle cartographique 60 de la partie prépositionnement statique 44 de la figure 2 (art antérieur) est calculé à l'aide d'un modèle physique. De plus, une 25 limitation de consigne peut être calculée, cette limitation et le prépositionnement calculé étant avantageusement utilisés pour déterminer la pression de consigne de suralimentation. [0019] La mise en oeuvre du procédé de l'invention va être décrite pour un exemple d'architecture d'un moteur Diesel représenté sur la figure 1. Dans cet exemple, on suppose que la variation de la pression P2 des gaz d'admission du moteur, en aval du compresseur, peut être réalisée grâce à l'utilisation d'un turbocompresseur à géométrie variable ou avec une soupape montée sur le carter du turbocompresseur et qui permet de dévier une partie des gaz d'échappement en contournant la turbine du turbocompresseur (ce dispositif est désigné par l'homme du métier par l'appellation anglaise « waste gate »). Cette soupape est généralement manoeuvrée à l'aide d'une biellette reliée à un moteur électrique commandé à l'aide d'un calculateur (par exemple le calculateur de contrôle moteur). Le terme « actionneur » utilisé par la suite désigne les moyens de faire varier la géométrie du turbocompresseur ou désigne ladite biellette ou tout moyen équivalent. La position de l'actionneur permet de faire varier la vitesse de rotation de la turbine, et donc celle du compresseur, et donc de faire varier la pression P2 des gaz en aval du compresseur. [0020] La figure 3 montre un schéma-bloc de la structure de régulation proposée et illustre les étapes principales du procédé. La structure se compose de trois blocs : un bloc de précontrôle dynamique 86, un bloc de limitation de la consigne 88 et un bloc régulateur 90. [0021] Le précontrôle dynamique 86 a pour but d'aider le régulateur 90 en lui fournissant une valeur de prépositionnement de l'actionneur qui correspond à une valeur de consigne. Ce prépositionnement est ensuite corrigé grâce au régulateur 90 afin d'atteindre la pression de régulation souhaitée. Selon une caractéristique de l'invention, le prépositionnement statique de l'art antérieur effectué à l'aide de cartographies est remplacé par un calcul à l'aide d'un modèle physique. Cependant, en agissant ainsi le prépositionnement n'est plus statique mais devient dynamique : on créé alors un effet dynamique qui est équivalent au terme (ou gain) proportionnel d'un régulateur PID. Afin de contrer la différence de dynamique ou la grande réactivité du système, on peut introduire une limitation de la consigne (bloc 88) qui compense le surplus de dynamique issue du calcul. La consigne est ainsi transformée en une valeur de consigne physiquement atteignable par le système. [0022] Les variables utilisées dans le modèle de contrôle de suralimentation sont les suivantes: First, it requires an important focus to determine the maps 60 of the static positioning block 44. The values of the presets, corrections, gains of the regulator must be determined for each mode of combustion which requires many trials. The long focus time is correlated with a large number of necessary maps and therefore the software memory size assigned to this function is important. In addition, the management of overshoots ("overshoots", a well-known phenomenon of rapid control systems) imposes a limitation of the dynamics of the control system. Exceeding the set point may lead to an increase in polluting emissions or affect the reliability of the system. Likewise, the regulation regulation is carried out with prototype vehicles and is not modified in the course of time. It is therefore possible, and even probable, that the parameter values (for example, the PID corrector gains) allocated with new vehicles are no longer appropriate with the drift in system performance over time. The present invention relates to a control method which does not have at least one of the disadvantages of the prior art. The invention makes it possible, without the addition of additional sensors, to control the control system in a powerful and robust manner, to save development time and to adapt to variations in environmental conditions. More specifically, the invention relates to a method for regulating the supercharging pressure of a heat engine equipped with a turbocharger and means making it possible to vary the pressure P2 of the engine intake gases by compressor downstream, process according to which for different operating points of the engine and according to different parameters said means are prepositioned and P2 pressure setpoints are determined, the method being implemented for successive phases of operation of the engine. According to the invention, the method comprises the following steps: • calculating a prepositioning value of said means; • measure the P2mes value of the gas pressure downstream of the compressor; • determine the difference between the pressure setpoint and P2mes; Regulating said difference in order to obtain a position correction of said means; and • associating said position correction with said calculated prepositioning value to obtain a position setpoint 15 of said means. According to the preferred embodiment: • the setpoint of P2 corresponding to the considered operation of the engine is limited by calculating a value P2max of the maximum pressure setpoint attainable by the engine at the instant in question; The difference E between P2max and P2mes is determined; Said value of E is regulated so as to obtain a position correction of said means. Said means may mainly comprise an actuator making it possible to vary the flow rate of gas passing through the turbine of the turbocharger. According to the preferred embodiment: Said prepositioning value of said means can be determined by calculating an expansion ratio UT, then converting said expansion ratio into a positioning value of said means by means of an abacus representing the flow rate of gas passing through the turbine of the turbocharger as a function of the expansion ratio for different positions of the actuator. • Said maximum pressure set point value P2max can be determined by calculating the power PT received by the turbine of the turbocharger and performing a power budget on the turbocharger shaft. Said power PT can be determined according to the following parameters: the flow rate of gas Qg through the turbine, the constant pressure mass capacity Cpg of the flue gases, the temperature T3 of the gases upstream of the turbine of the turbocharger, the expansion rate UT turbine and gamma g (yg) flue gases. Said power balance makes it possible to express the pressure P2 as a function of the power received by the turbine PT, the speed N of the turbocharger, the flow rate of air Qa passing through the turbocharger, the temperature Ti upstream of the turbocharger and the efficiency r c turbocharger. Said value of E can be regulated using a regulator, preferably of the PID type. The proportional, integral and derivative terms of the regulator are respectively the product of a proportional gain Kp, integral Ki and derivative Kd, which can be multiplied by the difference between the trajectory and the measurement in order to determine the position correction for the control of the pressure P2. Said position correction is added to said calculated prepositioning value in order to obtain said positioning instruction of said means. Other advantages and features of the invention will become apparent from the following description of an embodiment of the invention, given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings and in which: FIG. 1 (prior art) shows an example of known architecture of the fresh air intake line and the exhaust gas exhaust line of a diesel engine; FIG. 2 (prior art) schematically represents an example of a known supercharging pressure regulation structure of a diesel engine; FIG. 3 illustrates the method of regulating the boost pressure according to the present invention; • Figure 4 illustrates a step of the invention, obtaining the pressure P3 upstream of the turbine of the turbocharger using an abacus. FIG. 5 illustrates one of the steps of the invention, namely the method for limiting the supercharging setpoint; and FIG. 6 schematically represents the structure of a PID corrector advantageously used for the implementation of the invention. [0017] The accompanying drawings may serve not only to complete the invention, but also to contribute to its definition, if appropriate. According to one characteristic of the invention, the cartographic precontrol 60 of the static prepositioning portion 44 of FIG. 2 (prior art) is calculated using a physical model. In addition, a set point limitation can be calculated, this limitation and the calculated prepositioning being advantageously used to determine the supercharging set pressure. The implementation of the method of the invention will be described for an exemplary architecture of a diesel engine shown in FIG. 1. In this example, it is assumed that the variation of the pressure P2 of the gases of FIG. engine intake, downstream of the compressor, can be achieved through the use of a variable geometry turbocharger or with a valve mounted on the turbocharger housing and which deflects a portion of the exhaust gas bypassing the turbine turbocharger (this device is designated by the skilled person by the English name "waste gate"). This valve is usually operated using a rod connected to an electric motor controlled using a computer (for example the engine control computer). The term "actuator" used hereafter refers to the means of varying the geometry of the turbocharger or designates said rod or equivalent means. The position of the actuator makes it possible to vary the speed of rotation of the turbine, and therefore that of the compressor, and thus to vary the pressure P2 of the gases downstream of the compressor. Figure 3 shows a block diagram of the proposed control structure and illustrates the main steps of the method. The structure consists of three blocks: a dynamic precontrol block 86, a set limit block 88 and a regulator block 90. The purpose of the dynamic precontrol 86 is to assist the regulator 90 by providing a value prepositioning the actuator which corresponds to a set value. This prepositioning is then corrected thanks to the regulator 90 in order to reach the desired control pressure. According to one characteristic of the invention, the static prepositioning of the prior art performed using maps is replaced by a calculation using a physical model. However, by doing so the prepositioning is no longer static but becomes dynamic: a dynamic effect is created that is equivalent to the proportional (or gain) term of a PID regulator. In order to counteract the dynamic difference or the high reactivity of the system, it is possible to introduce a limitation of the setpoint (block 88) which compensates for the excess of dynamics resulting from the calculation. The setpoint is thus transformed into a setpoint value that is physically attainable by the system. The variables used in the supercharging control model are as follows:
~a : Débit d'air traversant le compresseur ~ a: Air flow through the compressor
Qg : Débit d'air traversant la turbine a : Capacité massique à pression constante des gaz frais g : Capacité massique à pression constante des gaz brulés T : Température amont compresseur T3 : Température amont turbine Pression amont compresseur P2 Pression aval compresseur 15 P3 : Pression amont turbine P4 Pression aval turbine Ya gamma des gaz frais Yg gamma des gaz brulés 2-eT taux de détente turbine 20 : rendement compresseur rendement turbine Pcomp : Puissance compresseur turb : Puissance turbine Cp Cp 'o Qg: Air flow through turbine a: Constant pressure mass capacity of fresh gases g: Constant pressure mass capacity of burnt gases T: Compressor upstream temperature T3: Turbine upstream temperature Compressor upstream pressure P2 Compressor downstream pressure 15 P3: Pressure upstream turbine P4 Downstream pressure turbine Ya gamma fresh gas Yg gamma burned gas 2-eT expansion rate turbine 20: efficiency compressor efficiency turbine Pcomp: Power compressor turb: Power turbine Cp Cp 'o
J : Inertie de l'arbre turbocompresseur N Régime turbo Kp : Gain proportionnel KI : Gain intégral G`uvgt) : Grandeur représentant la section efficace fonction de la position VNT. r : constante spécifique des gaz parfaits Se : Section efficace VNT (« Variable Nozzle Turbine » en anglais qui peut se traduire par turbine à géométrie variable). 10 J: Inertia of turbocharger shaft N Turbo speed Kp: Proportional gain KI: Integral gain G`uvgt): Size representing the effective cross section according to the VNT position. r: specific constant of perfect gases SE: VNT ("Variable Nozzle Turbine") effective section that can be translated by turbine with variable geometry. 10
[0023] Le prépositionnement déterminé dans le bloc précontrôle dynamique 86 est calculé de la façon suivante : 15 [0024] Calcul de la puissance compresseur Pacomp sur le point de fonctionnement ciblé d: Pcomp = Qa • Cpa • T / d ~Yaù1 12 Ya 1 P/ 1 rI c d 20 [0025] Le rendement dans cette équation est le rendement du compresseur correspondant aux débits d'air et à la pression de suralimentation de consigne. Il est déterminé, à partir du champ compresseur fourni par le constructeur du turbocompresseur à partir des valeurs de Qa constructeur et de PiC. 25 11 [0026] Ensuite on fait un bilan de puissance entre la puissance compresseur désirée et la puissance transmise à la turbine sur le point courant : pd _ 10 comp ùPrb (Eq 1) [0027] Or on sait que la puissance turbine est donnée par : Y g Purb ù Qg • Cp g • T3 1ù71-T A,1ùYg 'iT 15 [0028] L'équation 1 après développement amène à l'égalité suivante : Qa 'Cpa'T (pd\ Ya 2 ya -1 1 -1 d 11c Qg'Cpg.T3' Yg Ygù1) (Eq.2) [0029] Ensuite on traduit ce taux de détente de consigne en consigne de position de l'actionneur selon la carte turbine du constructeur. Le taux de détente de consigne TrT est une grandeur qui représente le rapport P3/P4 des pressions respectivement en amont P3 et en aval P4 de la turbine. [0030] La loi de commande obtenue représente un précontrôle avec un effet proportionnel. En effet, on égalise une puissance compresseur de consigne avec une puissance turbine actuelle. [0031] La transformation du taux de détente désiré en consigne de position actionneur est effectuée à l'aide des cartes turbines des constructeurs. C'est ce qui est illustré sur la figure 4 qui représente en ordonnée le débit Qcorr (en kg/s) et en abscisse le rendement UT. Les différentes courbes, qui représentent la perméabilité de la turbine pour une ouverture donnée, correspondent à une ouverture de turbine variant de 100% (courbe avec les plus fortes valeurs de Qcorr) à 0% (courbe avec les plus faibles valeurs de Qcorr) en passant successivement par 83%, 66%, 50%, 33% et 16%. Le débit de la turbine est indiqué par Qt, le rapport de détente P3/P4 correspondant au couple débit turbine-position de l'actionneur. Le rendement TrT et le débit Qtcorr , à un instant t, sont donnés par les équations suivantes : P3=- P4 T3 ,\ i 298 Qtcorr = g P3 100000 [0032] La limitation de consigne de pression de suralimentation (bloc 88 de la figure 3) est illustrée sur la figure 5. Le précontrôle dynamique obtenu par25 le calcul présentant un effet proportionnel, il peut alors être judicieux de soulager la contrainte sur la variable régulée (la pression de suralimentation) en corrigeant non pas l'erreur entre la consigne de pression et la mesure, mais en corrigeant l'erreur sur la pression maximale atteignable et la mesure. The prepositioning determined in the dynamic precontrol block 86 is calculated as follows: [0024] Calculation of the Pacomp compressor power at the targeted operating point d: Pcomp = Qa • Cpa • T / d ~ Yaù1 12 Ya The efficiency in this equation is the efficiency of the compressor corresponding to the air flow rates and the set supercharging pressure. It is determined from the compressor field supplied by the manufacturer of the turbocharger from the values of Qa constructor and PiC. Then, a power balance is made between the desired compressor power and the power transmitted to the turbine at the current point: pd _ 10 comp ùPrb (Eq 1) [0027] However, it is known that the turbine power is given The equation 1 after development leads to the following equality: Qa 'Cpa'T (pd \ Ya 2 ya -1 -1 -1 d 11c Qg'Cpg.T3 'Yg Ygù1) (Eq.2) [0029] Then we translate this rate of relaxation of setpoint position of the actuator position according to the turbine board of the manufacturer. The set expansion rate TrT is a quantity which represents the ratio P3 / P4 of the upstream and downstream pressures P3 and P4 respectively of the turbine. The control law obtained represents a precontrol with a proportional effect. Indeed, it equalizes a set compressor power with a current turbine power. The conversion of the desired expansion ratio to actuator position reference is performed using the turbine maps of the manufacturers. This is illustrated in FIG. 4, which represents, on the ordinate, the flow rate Qcorr (in kg / s) and in the abscissa the yield UT. The different curves, which represent the permeability of the turbine for a given opening, correspond to a turbine opening varying from 100% (curve with the highest values of Qcorr) to 0% (curve with the lowest values of Qcorr). passing successively by 83%, 66%, 50%, 33% and 16%. The flow rate of the turbine is indicated by Qt, the expansion ratio P3 / P4 corresponding to the turbine-position torque of the actuator. The yield TrT and the flow rate Qtcorr, at a time t, are given by the following equations: P3 = - P4 T3, \ i 298 Qtcorr = g P3 100000 [0032] The boost pressure setpoint limitation (block 88 of the FIG. 3) is illustrated in FIG. 5. The dynamic precontrol obtained by the calculation having a proportional effect, it may then be advisable to relieve the stress on the regulated variable (the boost pressure) by correcting not the error between the pressure setpoint and the measurement, but correcting the error on the maximum achievable pressure and the measurement.
Grâce à cette méthode, l'ordre de grandeur de l'erreur sur la variable régulée communiquée au régulateur PID (bloc 90) est beaucoup plus faible. Cela autorise l'utilisation de coefficients proportionnel, intégral et dérivé moins nombreux et plus simples à calibrer. [0033] La limitation de la consigne de suralimentation se fait aussi par un modèle physique, par le biais d'un bilan puissance sur l'arbre turbocompresseur effectué sur le point courant. La puissance PT reçue par la turbine est calculée à partir de l'équation 92 de la figure 5, ce qui permet de calculer, à l'aide de l'équation 94 de la figure 5, la pression de suralimentation maximale P2; atteignable pendant le transitoire. Cette équation 94 permet d'exprimer P2 en fonction de PT, du régime turbo N, du débit d'air Qa traversant le compresseur, de la température TI en amont du compresseur et du rendement du compresseur r]c. L'abaque 93 donne une valeur de régime du turbocompresseur en fonction d'un couple de point de fonctionnement du moteur. La courbe 95 indique un régime constant. [0034] Le graphe représenté en bas à droite de la figure 5 montre la consigne de pression de suralimentation P2sp (« sp » étant pour set point), ici un échelon de pression ; la pression de suralimentation maximale atteignable P2i le long du transitoire de pression et la consigne de pression limitée P2*= min(P2i, P2sp) envoyé au régulateur (bloc 90 de la figure 3). [0035] Les entrées nécessaires au calcul initial sont, soit des informations recueillies à l'aide de capteurs (par exemple les capteurs de débit et pression 31, 33, 35 et 37), soit des informations modélisées. [0036] On remarquera que la limitation de la consigne de suralimentation par la pression maximale atteignable est avantageuse mais elle n'est pas obligatoire pour la mise en oeuvre de l'invention, le précontrôle dynamique étant compatible avec les régulateurs PID traditionnels. [0037] En revenant à la figure 3, le bloc 88 de limitation de consigne délivre à sa sortie 96 la valeur minimale entre P2sp et P2max. Cette valeur est envoyée à l'entrée 98 d'un circuit de soustraction 100 qui effectue la différence E entre ladite valeur minimale et la pression de suralimentation mesurée P2mes. La différence E est envoyée à l'entrée 102 du régulateur 90. De façon simplifiée, le régulateur 90 délivre en 104 une valeur de correction de position pour l'asservissement de P2, cette valeur étant additionnée dans un circuit 106 avec le prépositionnement 108 fourni par le précontrôle dynamique 86 pour donner la consigne de position 110 de l'actionneur, laquelle est communiquée au système 112 de contrôle du turbocompresseur et du moteur. [0038] La figure 6 représente schématiquement le régulateur du bloc 90 de la figure 3. Ce régulateur de la pression de suralimentation P2 est un correcteur classique de type PID. Le circuit d'entrée 120 correspond au circuit 100 de la figure 3. La pression de consigne de suralimentation Min(P2sp, P2max) est appliquée à l'une des deux entrées du circuit 120, l'autre entrée recevant la pression de suralimentation mesurée Pmes qui est soustraite à la pression Min(P2sp, P2max) dans le circuit 120. Ce dernier délivre donc la différence E qui est traitée dans le régulateur. [0039] Le régulateur PID comporte trois circuits classiques de gains (ou coefficients): le circuit 122 pour le terme de proportionnalité Kp, le circuit 124 pour le terme d'intégration Ki et le circuit 126 pour le terme de dérivation Kd. Thanks to this method, the order of magnitude of the error on the regulated variable communicated to the PID regulator (block 90) is much smaller. This allows the use of proportional, integral and derived coefficients that are less numerous and simpler to calibrate. The limitation of the supercharging instruction is also done by a physical model, through a power balance on the turbocharger shaft performed on the current point. The power PT received by the turbine is calculated from equation 92 of FIG. 5, which makes it possible to calculate, using equation 94 of FIG. 5, the maximum supercharging pressure P2; attainable during the transient. This equation 94 makes it possible to express P2 as a function of PT, the turbo speed N, the air flow rate Qa passing through the compressor, the temperature TI upstream of the compressor and the efficiency of the compressor r] c. Chart 93 gives a value of turbocharger speed as a function of a couple of operating points of the engine. Curve 95 indicates a steady state. The graph shown at the bottom right of Figure 5 shows the boost pressure setpoint P2sp ("sp" being for set point), here a pressure step; the maximum achievable boost pressure P2i along the pressure transient and the limited pressure set point P2 * = min (P2i, P2sp) sent to the regulator (block 90 of Figure 3). The inputs required for the initial calculation are either information collected using sensors (for example the flow and pressure sensors 31, 33, 35 and 37), or modeled information. It will be noted that the limitation of the supercharging setpoint by the maximum achievable pressure is advantageous but it is not mandatory for the implementation of the invention, the dynamic precontrol being compatible with traditional PID regulators. Returning to FIG. 3, the setpoint limitation block 88 delivers at its output 96 the minimum value between P2sp and P2max. This value is sent to the input 98 of a subtraction circuit 100 which makes the difference E between the said minimum value and the measured boost pressure P2mes. The difference E is sent to the input 102 of the regulator 90. In a simplified manner, the regulator 90 delivers at 104 a position correction value for the control of P2, this value being added in a circuit 106 with the prepositioning 108 provided. by dynamic precontrolling 86 to give the position command 110 of the actuator, which is communicated to the control system 112 of the turbocharger and the engine. FIG. 6 schematically represents the regulator of the block 90 of FIG. 3. This regulator of the supercharging pressure P2 is a conventional corrector of the PID type. The input circuit 120 corresponds to the circuit 100 of FIG. 3. The supercharging charge pressure Min (P2sp, P2max) is applied to one of the two inputs of the circuit 120, the other input receiving the measured supercharging pressure. Pmes which is subtracted from the pressure Min (P2sp, P2max) in the circuit 120. The latter thus delivers the difference E which is processed in the regulator. The PID regulator comprises three conventional gain circuits (or coefficients): the circuit 122 for the proportionality term Kp, the circuit 124 for the integration term Ki and the circuit 126 for the derivation term Kd.
Un circuit 128 filtre le signal de dérivation. Les valeurs du débit d'air Qg traversant la turbine et du régime moteur N sont entrées en 129 dans un circuit 130 de calcul des coefficients. Les trois signaux provenant de ces trois circuits de proportionnalité, d'intégrale et de dérivation sont additionnés dans un circuit 132 avec la valeur de prépositionnement 108 pour donner en sortie 134 la valeur de consigne de position de l'actionneur. [0040] Les termes proportionnel, intégral et dérivé sont respectivement le produit d'un gain proportionnel, intégral et dérivé multiplié par l'écart entre la trajectoire et la mesure. [0041] La fonction de transfert du régulateur PID discret utilisé est donnée 5 par l'équation suivante : [0042] le paramètre z représentant E dans un domaine de Laplace 10 discrétisé. [0043] La correction de consigne de position est égale à : Kp*Err+ Ki*(Err+Err-1)+ Kd*(Err-Err-1) Err étant l'erreur de la variable régulée, Err-1 étant l'erreur au pas de calcul précédent, 15 Kp étant le gain proportionnel, Ki le gain intégral et Kd le gain dérivé. [0044] Le régulateur nécessite de cartographier ces gains, c'est-à-dire de les faire varier suivant le point de fonctionnement du moteur. [0045] En revanche, si la variable régulée est la pression atteignable, le nombre de point support nécessaire pour cartographier ces gains est plus 20 faible. [0046] Le procédé permet un gain de temps de mise au point et une économie financière puisque la calibration d'un contrôleur de suralimentation classique coûte cher en ressources : heures de banc moteur, personnel, essais dans différentes conditions climatiques (froid, altitude, etc..). De plus, 25 la régulation effectuée sur une pression de suralimentation atteignable permet de soulager l'effort de calibration du régulateur PID habituellement utilisée. De même, le calculateur de contrôle du moteur n'est pas surchargé par la multiplication des cartographies nécessaires avec les méthodes de l'art antérieur. On peut également remarquer que le procédé de l'invention peut s'appliquer à un système équipé d'une simple boucle EGR de recirculation des gaz d'échappement ou d'une double boucle haute et basse pression. [0047] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, dans le mode de mise en oeuvre décrit la consigne de pression est limitée par la pression atteignable ; cette limitation est avantageuse mais elle n'est pas obligatoire car le précontrôle dynamique est compatible avec un régulateur PID traditionnel. A circuit 128 filters the bypass signal. The values of the air flow Qg through the turbine and the engine speed N are entered at 129 in a circuit 130 for calculating the coefficients. The three signals from these three proportionality, integral and bypass circuits are added in a circuit 132 with the prepositioning value 108 to output the position setpoint value of the actuator 134. The proportional, integral and derivative terms are respectively the product of a proportional, integral and derivative gain multiplied by the difference between the trajectory and the measurement. [0041] The transfer function of the discrete PID regulator used is given by the following equation: the parameter z representing E in a discretized Laplace domain. The position setpoint correction is equal to: Kp * Err + Ki * (Err + Err-1) + Kd * (Err-Err-1) Err being the error of the regulated variable, Err-1 being the at the previous computation step, 15 Kp being the proportional gain, Ki the integral gain and Kd the derivative gain. The controller requires mapping these gains, that is to say, to vary according to the operating point of the engine. On the other hand, if the regulated variable is the achievable pressure, the number of support points needed to map these gains is smaller. The method allows a gain of time of development and a financial saving since the calibration of a conventional supercharger is expensive in terms of resources: engine bench hours, personnel, tests in different climatic conditions (cold, altitude, etc. ..). In addition, the regulation performed on an achievable boost pressure makes it possible to relieve the calibration effort of the PID regulator usually used. Similarly, the engine control computer is not overloaded by the multiplication of the maps required with the methods of the prior art. It may also be noted that the method of the invention can be applied to a system equipped with a simple exhaust gas recirculation EGR loop or a double high and low pressure loop. Other embodiments than those described and shown may be designed by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. For example, in the embodiment described the pressure set point is limited by the pressure attainable; this limitation is advantageous but it is not mandatory because the dynamic precontrol is compatible with a traditional PID regulator.