FR2959032A1 - Procede et dispositif de gestion d'un actionneur de volet pour commander un debit massique - Google Patents
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Abstract
Procédé de commande d'un débit massique notamment d'un débit massique de gaz dans un système de moteur (4) comprenant un moteur à combustion interne, à l'aide d'un générateur de réglage (2) notamment d'un actionneur de volet pour un signal d'actionnement (4) notamment d'un volet. Le procédé comprend les étapes suivantes : - fournir (S1) une grandeur de réglage qui indique le débit massique que doit régler l'organe de réglage (4), - si la grandeur de réglage est supérieure à un seuil de réglage prédéfini, commander (S3) le générateur de réglage (2) sur une position de l'organe de réglage (4) associé à la grandeur de réglage, si la grandeur de réglage est inférieure à un seuil prédéfini de grandeur de réglage, commander (S4) le générateur de réglage (2) pour que l'organe de réglage (4) se trouve dans une position de fermeture, la force de fermeture de l'organe de réglage (4) étant réglée en fonction de la grandeur de réglage.
Description
1 Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de commande d'un débit massique notamment d'un débit massique de gaz dans un système de moteur comprenant un moteur à combustion interne, à l'aide d'un générateur de réglage notamment d'un actionneur de volet pour un signal d'actionnement notamment d'un volet. L'invention se rapporte également à un actionneur de volet pour commander un débit massique notamment pour commander un débit massique de gaz dans un segment d'alimentation en air ou dans un segment d'évacuation de gaz d'échappement d'un système de moteur équipant un véhicule automobile. L'invention se rapporte également à un procédé de gestion de la commande de l'actionneur de volet. Etat de la technique Les moteurs à combustion interne actuels ont un segment d'alimentation en air et un segment d'évacuation des gaz d'échappement traversés par des débits massiques de gaz. Le segment d'alimentation en air assure le transfert de l'air ambiant vers les cylindres du moteur à combustion interne ; le segment d'évacuation des gaz d'échappement sert à évacuer les gaz de combustion des cylindres. Pour commander ces débits massiques de gaz on utilise des actionneurs de volet tels que par exemple un actionneur de volet d'étranglement qui commande le volet d'étranglement ou encore un actionneur de volet d'évacuation pour le volet d'évacuation dans la conduite de contournement d'un turbocompresseur, un actionneur de soupape commandant la soupape de recyclage des gaz d'échappement. Un tel actionneur de volet comporte en général une installation fournissant un message ou un signal de retour de position permettant de régler ou de positionner l'organe de réglage de l'actionneur de volet notamment un volet de commande installé dans le débit massique de gaz que l'on règle. Lorsqu'on utilise un tel actionneur de volet pour régler la pression en amont ou en aval du volet on procède usuellement par régulation de pression effectuée par l'appareil de gestion du moteur en calculant une position de consigne pour l'actionneur du volet. Une telle
2 régulation de pression peut par exemple régler la pression d'alimentation au niveau du segment d'alimentation en air entre l'installation de suralimentation et le volet d'étranglement. La position de consigne de l'organe d'actionnement du volet d'étranglement se règle soit à l'aide du signal de retour de position selon une régulation commandée soit par l'actionneur de volet si celui-ci est muni d'une installation de régulation correspondante soit également par l'appareil de commande ou de gestion du moteur. De tels actionneurs de volet ont des points de fonctionnement pour lesquels la mesure de position du signal de retour de position indique un actionneur de position quasiment fermé. On peut toutefois constater, notamment dans le cas d'un actionneur de porte d'évacuation d'un turbocompresseur installé dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, que la chute de pression sur le volet change néanmoins avec la force de fermeture c'est-à-dire la force de fermeture de l'actionneur de volet, même lorsque celui-ci est quasiment fermé ou que la mesure de position indique qu'il est quasiment fermé. Cela signifie que même si la mesure de position indique que l'actionneur de volet est complètement fermé, un débit massique de gaz traverse l'actionneur de volet. Si l'on continue d'augmenter la force de fermeture on peut réduire le débit massique de gaz ou le couper complètement. Cela peut provenir d'une contre-pression de gaz variant de manière périodique qui soulève le volet, de manière dynamique en s'opposant à la force de fermeture, et cela légèrement à partir de la position fermée et/ou cela peut dépendre de l'étanchéité du volet au niveau de ses bords d'appui (cet échantillon dépend de la force de compression). Le résultat est que dans la position du volet qui indique que le volet est complètement fermé, le débit massique de gaz traversant l'actionneur de volet dépend de la force de fermeture. La position du volet mesurée par une mesure de position ne constitue de ce fait pas une grandeur fiable pour pouvoir régler de manière précise le débit massique de gaz sur le volet pour tous les points de fonctionnement.
3 But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé de gestion d'un actionneur de volet et de développer un système d'actionneur de volet dans la zone de passage dans laquelle les débits massiques de gaz se règlent puissent être réglés de façon précise notamment la zone correspondant au faible débit massique de gaz. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention a pour objet un procédé de réglage d'un actionneur de volet du type défini ci-dessus caractérisé par les 10 étapes suivantes : - fournir une grandeur de réglage qui indique le débit massique que doit régler l'organe de réglage, - si la grandeur de réglage est supérieure à un seuil de réglage prédéfini, commander le générateur de réglage sur une position de 15 l'organe de réglage associé à la grandeur de réglage, - si la grandeur de réglage est inférieure à un seuil prédéfini de grandeur de réglage, commander le générateur de réglage pour que l'organe de réglage se trouve dans une position de fermeture, la force de fermeture de l'organe de réglage étant réglée en fonction de la 20 grandeur de réglage. Une caractéristique du procédé développé ci-dessus est de commander le générateur d'actionnement dans une première plage de fonctionnement de façon que l'organe d'actionnement prenne une position définie. Si l'on veut avoir de petits débits massiques d'un milieu 25 à commander, on déplace le générateur d'actionnement dans une position de fermeture ou on le laisse dans cette position et à partir de là, on commande le réglage d'une pression de fermeture pour régler la force de fermeture. La force de fermeture définit le débit massique passant sur l'organe de réglage. 30 En outre le générateur de réglage comporte un moyen d'entraînement qui permet de régler la force de fermeture en réglant une grandeur de commande dépendant de la grandeur de réglage comme par exemple l'intensité de commande, la tension de commande, la pression de commande du moyen d'entraînement.
4 Selon un mode de réalisation, on prédéfinit le seuil de la grandeur de réglage en fonction de la différence de pression sur l'organe de réglage et/ou en fonction de la viscosité du fluide à commander. La commande du générateur de réglage selon une position associée à la grandeur de réglage peut se faire à l'aide d'une régulation de position du générateur de réglage en utilisant un signal de retour de position qui donne une indication relative à la position instantanée de l'organe de réglage. En particulier on peut prédéfinir le seuil de la grandeur io de réglage par un débit massique qui se règle en utilisant la position de l'organe de réglage se réglant par la régulation de position. On peut en outre associer la grandeur de réglage, la différence de pression sur l'organe de réglage à une grandeur de commande servant à commander le générateur de réglage à l'aide d'un 15 champ de caractéristiques. Selon un autre développement, l'invention a pour objet un dispositif de commande : - réalisé pour recevoir une grandeur de réglage qui indique le débit massique à régler par l'organe de réglage, 20 - il est réalisé pour commander le générateur de réglage selon une position de l'organe de réglage associé à la grandeur de réglage si la grandeur de réglage est plus grande qu'un seuil prédéfini de grandeur de réglage, et - pour commander le générateur de réglage de façon que l'organe de 25 réglage se trouve dans une position de fermeture, la force de fermeture de l'organe de réglage étant réglée en fonction de la grandeur de réglage si la grandeur de réglage est inférieure à un seuil prédéfini de grandeur de réglage. Selon un autre développement l'invention concerne un 30 système de réglage comportant un générateur de réglage pour régler un organe de réglage installé dans un débit massique ainsi qu'un dispositif tel que défini ci-dessus. En outre le générateur de réglage est conçu pour régler une soupape ou porte d'évacuation d'un turbocompresseur de gaz 35 d'échappement. Selon une autre caractéristique, l'invention a pour objet un produit programme d'ordinateur comportant un code programme qui exécute le procédé défini ci-dessus lorsque le programme est appliqué par une unité de traitement de données. 5 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation préférentiels représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un système de réglage de volet comportant un appareil de commande pour gérer un actionneur de volet, et - la figure 2 montre un ordinogramme explicitant le procédé de gestion d'un actionneur de volet. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un système d'actionneur de volet 1 comprenant un actionneur de volet 2 comme générateur de réglage. Un tel actionneur de volet 2 peut être par exemple l'actionneur du volet d'étranglement installé dans le segment d'alimentation en air d'un véhicule automobile ou encore l'actionneur de volet d'évacuation installé dans la conduite de contournement ou de dérivation de la turbine d'un turbocompresseur de gaz d'échappement dans le segment d'évacuation des gaz d'échappement. Un tel actionneur de volet 2 peut s'utiliser par exemple dans le cas d'un volet d'évacuation d'une conduite de contournement de la turbine d'un turbocompresseur de gaz d'échappement ou d'une conduite de dérivation d'une soupape de dérivation d'un turbocompresseur à deux étages. Toutefois l'utilisation d'un tel système d'actionneur de volet n'est pas limitée à de telles applications mais peut également s'utiliser dans un système d'actionneurs de volet dans lequel chaque actionneur de volet est installé dans un segment de conduite d'alimentation en air ou un segment d'évacuation des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne ou autre système nécessitant la commande des débits massiques de fluide. L'actionneur de volet 2 sert à commander le débit 35 massique d'un fluide dans une conduite 3. L'actionneur de volet 2
6 comporte à cet effet, comme organe d'actionnement, un volet 4 installé dans la conduite 3 pour commander le passage de fluide. Le volet 4 est principalement relié en son milieu à un arbre de réglage 5 suivant un montage à rotation. Le volet 4 est conçu pour couper complètement la conduite 3 en position de fermeture et qu'en position d'ouverture il règle selon la position du volet 4 c'est-à-dire suivant l'angle de réglage, l'angle de basculement ou analogue et suivant la différence de pression entre la zone en amont du volet 4 et la zone en aval du volet 4. Bien que dans le présent exemple de réalisation le volet 4 soit pratiquement centré sur l'arbre de réglage 5, on peut également avoir d'autres formes de volet 4 notamment des volets qui ne sont montés pivotants que d'un côté. L'arbre de réglage 5 est entraîné par un moyen d'entraînement 6. Le moyen d'entraînement 6 peut comporter une transmission (non représentée) pour coupler l'arbre de sortie d'un moteur électrique du moyen d'entraînement 6 à l'arbre de réglage 5. En outre un capteur de position 7 est par exemple prévu sur l'arbre de réglage 5 par exemple à l'extrémité de l'arbre de réglage 5 en regard du volet 4 et qui détecte la position du volet 4 sous la forme d'un angle de réglage d'une section d'ouverture ou analogue comme indication de position et fournit une grandeur correspondante de l'angle de réglage. Dans le cas d'un appareil de commande 10 qui commande le moyen d'entraînement 6 pour régler la position du volet 4 en fonction d'une grandeur de réglage prédéfinie S correspondant principalement à un débit massique à régler. La grandeur de réglage peut être un angle de réglage ou une position de réglage du volet 4, un courant de commande du volet 4 si le moyen d'entraînement 6 est un moyen électrique, indiquer le débit massique de la veine de gaz à régler. La commande du moyen d'entraînement 6 se fait selon le procédé présenté dans l'ordinogramme de la figure 2.
Selon l'étape S1, l'appareil de commande 10 reçoit une grandeur de réglage S qui peut être une indication du débit massique à régler. En variante la grandeur de réglage S peut également être une mesure de la position d'ouverture souhaitée de l'actionneur de volet 2. Dans l'étape S2 on vérifie si la grandeur de réglage S est supérieure à un seuil prédéfini de grandeur de réglage ou non. Si la
7 grandeur de réglage S est supérieure au seuil prédéfini de la grandeur de réglage (alternative : oui) alors dans l'étape S3 on règle le volet 4 selon une régulation de position ou de pause implémentée dans l'appareil de commande 10.
Pour réaliser la régulation de pause ou de positionnement on utilise la grandeur de mesure de l'angle de réglage, la section d'ouverture ou analogue, fournie en retour par le capteur de position 7 comme indication de réglage pour le couplage en retour de la position. La différence entre l'indication de position fournie par le capteur de position 7 et la grandeur de réglage prédéfinie qui indique une position de consigne correspondante sert d'écart de régulation. Si la grandeur de réglage S indique un débit massique, on peut en déduire la position nécessaire à partir de l'équation d'étranglement et connaissant la chute ou différence de pression sur le volet (de part et d'autre du volet). Si dans l'étape S2 on constate que la grandeur de réglage est inférieure au seuil de grandeur de réglage (alternative : non) alors dans l'étape S4, en fonction de la grandeur de réglage S reçue, on déplace le volet 4 dans sa position de fermeture et on règle la force de fermeture en fonction de la grandeur de réglage S. Le réglage de la force de fermeture peut se faire par exemple en alimentant le moteur électrique du moyen d'entraînement 6 avec une intensité appropriée. Le moteur électrique est couplé au volet 4 de sorte qu'en alimentant le moteur électrique pour le mettre en position de fermeture, le volet pressé contre une butée correspondante de la conduite 3. Lorsqu'on utilise comme moyen d'entraînement 6 un moteur électrique, plus l'intensité du courant fourni au moteur est élevée et plus important sera le couple de réglage fourni par le moteur électrique et plus forte sera la force de fermeture par laquelle le volet 4 est pressé contre la butée.
La force de fermeture à régler est choisie que pour une grandeur de réglage S qui indique un débit massique égal à zéro, on choisit une force de fermeture maximale. La force de fermeture maximale résulte de la consommation maximale d'énergie, prédéfinie pour le moyen d'entraînement et/ ou de l'intensité de réglage prédéfinie
8 ou autorisée au maximum pour alimenter le moteur électrique ; elle peut s'obtenir par exemple par une mesure appropriée. Comme le débit massique à régler dépend de la différence de pression de la zone de la conduite 3 en amont du volet 4 et de la zone de la conduite 3 en aval du volet 4 ainsi que de la viscosité du fluide réglé, le cas échéant, suivant la nature de la grandeur de réglage S, le seuil de la grandeur de réglage dépendra du rapport des pressions sur le volet et de la viscosité du milieu de sorte qu'il n'y aura pratiquement pas de saut des grandeurs de réglage S pour les débits massiques à régler au niveau du seuil de la grandeur de réglage. De façon générale le débit massique produit par la force de fermeture minimum (alimentation minimale) et le débit massique défini par la grandeur de réglage du volet 4 qui se règle par la régulation de position, seront les mêmes pour tous les points de fonctionnement c'est-à-dire pour les différences de pression et dans une plage de viscosité. De façon préférentielle, l'appareil de commande 10 implémente un champ de caractéristiques pour qu'en fonction de la différence de pression sur le volet, en fonction de la viscosité du milieu (dans la mesure où le volet est destiné à commander des milieux ou fluides avec des viscosités différentes) et en fonction de la force de fermeture on aura un débit massique. De cette manière et en fonction d'une différence de pression connue (différence mesurée ou modélisée) et en fonction d'un débit massique à régler, on pourra déterminer la force de fermeture requise ou l'intensité nécessaire du courant alimentant le moteur.30 NOMENCLATURE NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 système d'actionneur de volet 2 actionneur de volet/ générateur de volet 3 conduite 4 volet 5 arbre de réglage 6 moyen d'entraînement 7 capteur de position 10 appareil de commande15
Claims (1)
- REVENDICATIONS1 °) Procédé de commande d'un débit massique notamment d'un débit massique de gaz dans un système de moteur (4) comprenant un moteur à combustion interne, à l'aide d'un générateur de réglage (2) notamment d'un actionneur de volet pour un signal d'actionnement (4) notamment d'un volet, procédé comprenant les étapes suivantes : - fournir (S 1) d'une grandeur de réglage qui indique le débit massique que doit régler l'organe de réglage (4), - si la grandeur de réglage est supérieure à un seuil de réglage prédéfini, commander (S3) le générateur de réglage (2) sur une position de l'organe de réglage (4) associé à la grandeur de réglage, - si la grandeur de réglage est inférieure à un seuil prédéfini de grandeur de réglage, commander (S4) le générateur de réglage (2) pour que l'organe de réglage (4) se trouve dans une position de fermeture, la force de fermeture de l'organe de réglage (4) étant réglée en fonction de la grandeur de réglage. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur de réglage (2) comporte un moyen d'entraînement et la force de fermeture se règle par le réglage d'une grandeur de commande dépendant de la grandeur de réglage comme par exemple l'intensité de commande, la tension de commande, la pression de commande du moyen d'entraînement. 3°) Procédé selon la revendication fou 2, caractérisé en ce que le seuil de la grandeur de réglage est prédéfini en fonction de la 30 différence de pression sur l'organe de réglage (4) et/ou en fonction de la viscosité du fluide à commander. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 11 la commande du générateur de réglage (2) selon une position de l'organe de réglage (4) associé à la grandeur de réglage se fait à l'aide d'une régulation de position du générateur de réglage (2) en utilisant un signal de retour qui donne une indication relative à la position instantanée de l'organe de réglage (4). 5°) Procédé selon la revendication 4, selon lequel le seuil de la grandeur de réglage est prédéfini par le débit massique 10 réglable en utilisant la régulation de position pour la position réglable de l'organe de réglage (4). 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 15 on associe la grandeur de réglage à la différence de pression sur l'organe de réglage à une grandeur de commande du générateur de réglage (2) à l'aide d'un champ de caractéristiques. 7°) Dispositif de commande du débit massique notamment d'un débit 20 massique de gaz dans un système de moteur (1) équipé d'un moteur à combustion interne à l'aide d'un générateur de réglage (2) notamment d'un organe de réglage de volet (2) pour un organe de réglage (4) notamment un volet, dispositif caractérisé en ce que 25 - il est réalisé pour recevoir une grandeur de réglage qui indique le débit massique à régler par l'organe de réglage (4), - il est réalisé pour commander le générateur de réglage (2) selon une position de l'organe de réglage (4) associé à la grandeur de réglage si la grandeur de réglage est plus grande qu'un seuil prédéfini de 30 grandeur de réglage, - pour commander le générateur de réglage (2) de façon que l'organe de réglage (4) se trouve dans une position de fermeture, la force de fermeture de l'organe de réglage (4) étant réglée en fonction de la grandeur de réglage si la grandeur de réglage est inférieure à un 35 seuil prédéfini de grandeur de réglage.12 8°) Système de réglage (1) caractérisé en ce qu' il comprend : - un générateur de réglage (2) pour régler un organe de réglage (4) 5 installé dans un débit massique, et - un dispositif réalisé pour recevoir une grandeur de réglage qui indique le débit massique à régler par l'organe de réglage (4), - réalisé pour commander le générateur de réglage (2) selon une position de l'organe de réglage (4) associé à la grandeur de réglage si 10 la grandeur de réglage est plus grande qu'un seuil prédéfini de grandeur de réglage, - pour commander le générateur de réglage (2) de façon que l'organe de réglage (4) se trouve dans une position de fermeture, la force de fermeture de l'organe de réglage (4) étant réglée en fonction de la 15 grandeur de réglage si la grandeur de réglage est inférieure à un seuil prédéfini de grandeur de réglage. 9°) Système de réglage (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que 20 le générateur de réglage (2) est réalisé pour régler la soupape formant la porte d'évacuation d'un turbocompresseur de gaz d'échappement. 10°) Produit programme d'ordinateur comportant un code programme exécutant un procédé selon l'une des revendications 1 à 6 lorsqu'il est 25 appliqué par une unité de traitement de données. 30
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