FR2989117A1 - Systeme de suralimentation pour moteur a combustion interne et procede de gestion associe - Google Patents

Abstract

Un système de suralimentation comprend un turbocompresseur (37) équipé d'au moins un premier capteur (14) de température de gaz (T ), d'un débitmètre (15) et d'un premier capteur (19) de pression de gaz (P ), et comprend une turbine à ailettes orientables par un actionneur. Le système comprend une unité de commande électronique (2) reliée à un second capteur (16) placé de manière à mesurer la pression (P de gaz dans un collecteur d'admission (40) du moteur (30), et à un estimateur (17) du régime de rotation (N ) du moteur. L'unité de commande électronique (2) est configurée pour calculer la consigne de position (u) de l'actionneur en utilisant une ou plusieurs cartographies (3, 13), chacune des cartographies utilisées ayant pour valeurs d'entrée une (W ), ou deux (N -W , N -TSR), coordonnées, dont chacune dépend d'au moins une caractéristique spécifique au régime de fonctionnement actuel du turbocompresseur.

Description

B12-0479FR 1 Système de suralimentation pour moteur à combustion interne et procédé de gestion associé L'invention concerne les systèmes de suralimentation de moteurs à combustion interne, par exemple des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles, et plus particulièrement les systèmes de contrôle de tels turbocompresseurs. Le turbocompresseur est un organe du système d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne. Il comprend un compresseur pour compresser l'air admis dans le moteur et une turbine qui fournit de l'énergie mécanique au compresseur, la turbine étant entraînée par les gaz d'échappement. existe deux types de turbocompresseurs, les turbocompresseurs à géométrie fixe et les turbocompresseurs à géométrie variable. Dans les turbocompresseurs à géométrie variable, on peut agir sur la vitesse de rotation de la turbine en ajustant l'inclinaison des ailettes de la turbine. Dans les turbocompresseurs à géométrie fixe, on peut, au contraire, agir sur la vitesse de rotation de la turbine grâce à une vanne de décharge montée en parallèle de la turbine (parfois appelée « waste gate ») et qui permet de détourner l'air d'échappement de la turbine. L'invention concerne les turbocompresseurs à géométrie variable. L'inclinaison des ailettes de la turbine permettant l'ajustement du débit est obtenue au moyen d'un actionneur.

La durcissement des normes de dépollution amène de plus en plus souvent à insérer un filtre à particules dans le circuit d'échappement, ce qui réduit le taux de détente de la turbine du turbocompresseur et se traduit par la nécessité de réguler d'autant plus finement l'actionneur de la turbine. Dans les systèmes existants, la régulation de la position des ailettes est assurée en combinant les résultats d'une multitude de cartographies permettant chacune de prendre en compte des conditions environnementales (température et pression de l'air extérieur au véhicule, avec des paramètres liés plus spécifiquement au mode de fonctionnement du turbocompresseur, telle que la consommation instantanée de carburant, le régime et le couple instantané du moteur alimenté par le turbocompresseur. Les résultats lus dans les différentes cartographies sont multipliés ou additionnés entre eux de manière empirique, pour obtenir une première valeur de consigne de position des ailettes. Un régulateur, prenant par exemple en compte l'écart entre une pression de consigne de suralimentation et une pression mesurée de suralimentation, peut venir compléter le prépositionnement obtenu en combinant les lectures des différentes cartographies. Ce mode de régulation implique de réaliser en amont de nombreux essais pour déterminer les différentes cartographies. Les dispersions de fabrication, ainsi que les évolutions dans le temps du turbocompresseur, font que ces cartographies ne peuvent être optimales pour tous les véhicules dérivés du modèle nominal utilisé pour l'identification des cartographies. L'invention a pour but de proposer un système de régulation d'un turbocompresseur qui permet de réduire ces imprécisions, voire de compenser leur dérive dans le temps, sans augmenter la complexité globale du système de régulation.

A cette fin, l'invention propose d'assurer au moins une partie de la régulation (partie de prépositionnement en boucle ouverte) par un système de régulation s'appuyant sur un modèle théorique du turbocompresseur. Des cartographies sont toujours utilisées, mais relient certaines des variables physiques internes de fonctionnement du turbocompresseur à d'autres variables internes de fonctionnement du turbocompresseur, pour les parties de calcul du modèle théoriques qui ne peuvent s'exprimer de manière simple par des équations algébriques. Ainsi, l'invention propose un système de suralimentation pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, le système comprenant un turbocompresseur équipé d'au moins un premier capteur de température de gaz, d'un débitmètre et d'un premier capteur de pression de gaz, et comprenant une turbine à ailettes orientables par un actionneur, le système comprenant une unité de commande électronique reliée à un second capteur de pression placé de manière à mesurer la pression de gaz dans un collecteur d'admission du moteur, et à un estimateur du régime de rotation du moteur, l'unité de commande électronique étant configurée pour calculer une consigne de position de l'actionneur, caractérisé en ce que l'unité de commande électronique est configurée pour calculer la consigne de position à partir des valeurs délivrées par le capteur de température, par les deux capteurs de pression, par le débitmètre et l'estimateur de régime du moteur, et d'une consigne de pression de suralimentation dans un collecteur du moteur, en utilisant une ou plusieurs cartographies, chacune des cartographies utilisées ayant pour valeurs d'entrée une, ou deux, coordonnées, dont chacune dépend d'au moins une variable spécifique au régime de fonctionnement actuel du turbocompresseur. Par variable spécifique au régime de fonctionnement du turbocompresseur, on entend une valeur calculée en prenant en compte au moins l'un parmi un régime de rotation de l'arbre du turbocompresseur, une pression ou une température de gaz à l'intérieur du turbocompresseur, ou un débit de gaz au travers du compresseur ou de la turbine du turbocompresseur. On ne considère pas comme variable spécifique du fonctionnement du turbocompresseur, la pression et de la température atmosphériques, indépendantes du fonctionnement du turbocompresseur. On peut éventuellement considérer comme des variables spécifiques du fonctionnement du turbocompresseur, le couple et le régime de rotation du moteur. De manière préférentielle, les valeurs lues dans la ou les cartographies sont utilisées par l'unité de commande pour calculer une variable intermédiaire spécifique au fonctionnement du turbocompresseur, certaines de ces variables intermédiaires pouvant être utilisées par l'unité de commande conjointement à d'autres variables spécifiques de' fonctionnement du turbocompresseur, pour déterminer la consigne de position de position de l'actionneur. NB : par "calculé à partir des valeurs x, y, z" on entend calculé en utilisant les valeurs x, y, z, sans exclure l'utilisation de valeurs supplémentaires pour le calcul mentionné.

De préférence, l'unité de commande électronique comprend un convertisseur configuré pour délivrer une consigne de position de l'actionneur en fonction de la pression délivrée par le second capteur de pression, et en fonction d'un taux de détente adimensionnel élaboré par l'unité de commande en fonction de la consigne de pression de suralimentation, le taux de détente étant lui-même élaboré à partir des valeurs délivrées respectivement par le débitmètre, le capteur de température, et l'estimateur de régime du moteur, l'unité de commande étant configurée pour élaborer le taux de détente en utilisant la ou les cartographies. Avantageusement, l'unité de commande électronique comprend un premier estimateur configuré pour délivrer un premier taux de détente calculé en fonction de la consigne de pression de suralimentation et des valeurs délivrées respectivement par le débitmètre, le capteur de température, l'estimateur de régime du moteur, et l'unité de commande comprend un régulateur configuré pour délivrer un second taux de détente calculé en fonction de la consigne de pression de suralimentation, de la valeur de pression délivrée par le second capteur et du débit délivré par le débitmètre, le convertisseur étant configuré pour prendre en compte la somme du premier et du second rapports de détente lors du calcul de la consigne de position. De manière préférentielle, le premier capteur de température de gaz est placé de manière à mesurer une température de gaz entrant dans le compresseur du turbocompresseur, le débitmètre est placé de manière à mesurer le débit de gaz traversant le compresseur, et le premier capteur de pression de gaz est placé de manière à mesurer une pression de gaz sortant de la turbine du turbocompresseur. L'unité de commande électronique peut comprendre un premier calculateur configuré pour calculer un régime de rotation du turbocompresseur, et une puissance consigne de turbine, à partir de la consigne de pression de suralimentation, du débit délivré par le débitmètre, de la première température de gaz, et du régime de rotation du moteur. L'unité de commande peut en outre comprendre une première cartographie d'efficacité turbine à deux entrées dont une des valeurs d'entrée est calculée à partir du régime de rotation du turbocompresseur, l'estimateur étant configuré pour calculer le premier taux de détente, en fonction de la puissance consigne de turbine délivrée par le premier calculateur, et d'une valeur d'efficacité turbine lue dans la première cartographie. NB : les valeurs de régime de rotation du turbocompresseur, de puissance consigne de turbine, de premier et de second taux de détente sont ainsi désignés parce qu'ils sont homogènes respectivement à une régime de rotation, une puissance, et sont sans dimension pour les rapports de détente, et parce que les équations et cartographies mises en oeuvre par l'unité de commande électronique afin de calculer ces grandeurs peuvent être choisies comme si ces grandeurs représentaient respectivement un régime de rotation estimé du turbocompresseur, une puissance que la turbine devrait délivrer pour atteindre la consigne de pression de suralimentation, une valeur calculée de taux de détente calculée à partir de la puissance consigne de turbine et une valeur corrective de taux de détente. Ces valeurs ne coïncident donc pas nécessairement avec les grandeurs physiques du même nom, même si elles sont réputées s'en approcher.

L'unité de commande électronique peut être configurée pour évaluer une troisième valeur de pression en soustrayant à une valeur estimée de pression atmosphérique, une valeur cartographiée en fonction du débit de gaz traversant le compresseur, et pour prendre en compte cette troisième valeur de pression, d'une part au niveau du premier calculateur pour le calcul du régime de rotation du turbocompresseur et de la puissance consigne de turbine, et d'autre part au niveau du régulateur pour le calcul du second taux de détente. Selon un mode de réalisation avantageux, l'unité de commande électronique est en outre configurée pour évaluer une seconde température et un second débit, et pour utiliser ces deux valeurs, premièrement, pour élaborer les coordonnées d'entrée de la première cartographie, deuxièmement, au niveau de l'estimateur pour calculer le premier taux de détente, et troisièmement au niveau du convertisseur pour calculer la consigne de position. Par seconde valeur de température, seconde valeur de débit et troisième valeur de pression, on entend des valeurs mesurées ou estimées de manière à pouvoir être homogènes respectivement à une température, un débit et une pression. La seconde valeur de température peut par exemple être calculée de manière à correspondre sensiblement à une température de gaz à l'entrée de la turbine. La seconde valeur de débit peut par exemple être calculée de manière à correspondre sensiblement au débit de gaz traversant la turbine. Le régulateur peut être configuré pour calculer le second taux de détente à partir de la différence entre un premier taux de compression et un second taux de compression. Le premier taux de compression est alors calculé par le régulateur à partir de la pression estimée dans le collecteur, de la troisième valeur de pression et d'une valeur estimée à partir du débit délivré par le débitmètre. Le second taux de compression de consigne est alors calculé par le régulateur à partir de la troisième valeur de pression, de la valeur, et de la valeur de pression de consigne du collecteur. Selon un premier mode de réalisation, l'unité de commande électronique est configurée pour calculer la consigne de position à partir d'une valeur d'efficacité turbine consignée dans une cartographie, et qu'elle lit en fonction d'une première coordonnée de fonctionnement et d'une seconde coordonnée de fonctionnement, la première coordonnée de fonctionnement étant calculée à partir du régime de rotation du turbocompresseur, et la seconde coordonnée de fonctionnement étant calculée à partir de la pression de gaz délivrée par le premier capteur, et à partir du taux de détente envoyé par ailleurs vers le convertisseur. Par exemple, l'unité de commande électronique peut être configurée pour déterminer la première coordonnée en fonction du régime du turbocompresseur et de la seconde température, et pour déterminer la seconde coordonnée en fonction de la seconde température, du second débit, de la pression délivrée par le premier capteur de pression, et à partir du taux de détente envoyé par ailleurs vers le convertisseur.

Selon un second mode de réalisation, l'unité de commande électronique peut être configurée pour calculer la consigne de position à partir d'une valeur d'efficacité turbine consignée dans une cartographie et qu'elle lit en fonction d'une première coordonnée de fonctionnement et d'une seconde coordonnée de fonctionnement. La première coordonnée de fonctionnement et la seconde coordonnée de fonctionnement sont chacune calculées par l'unité de commande en prenant en compte le régime de rotation du turbocompresseur. L'unité de commande est en outre configurée pour actualiser les valeurs de la cartographie au cours du roulage du véhicule, en fonction de valeurs successives d'efficacité turbine corrigées que l'unité de commande calcule en prenant en compte la valeur de taux de détente envoyée par ailleurs vers le convertisseur. Dans ce second mode de réalisation, l'unité de commande électronique peut être configurée pour déterminer la première coordonnée en fonction du régime du turbocompresseur et de la seconde température, et pour déterminer la seconde coordonnée en fonction du régime de rotation du turbocompresseur, de la seconde température, et du second débit.

Dans ce second mode de réalisation, la seconde coordonnée est de préférence obtenue en multipliant le régime de rotation du turbocompresseur par une température de référence constante, et en divisant ce produit par le second débit des gaz et par la seconde température.

Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de gestion d'un turbocompresseur pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, dans lequel on calcule une consigne de position d'ailettes d'une turbine du turbocompresseur, à partir d'une consigne de pression de suralimentation, du régime et du couple estimés du moteur, de valeurs délivrées par au moins un capteur de température, deux capteurs de pression, un débitmètre, en utilisant une ou plusieurs cartographies, chacune des cartographies utilisées ayant pour valeurs d'entrée une, ou deux, coordonnées, dont chacune dépend d'au moins une variable spécifique au régime de fonctionnement du turbocompresseur. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un moteur équipé d'un système turbocompresseur selon l'invention, - la figure 2 illustre quelques éléments remarquables du système de la figure 1, et leurs interactions, - la figure 3 illustre une partie d'un système de régulation selon l'invention, selon un premier mode de réalisation, - la figure 4 illustre une partie d'un système de régulation selon l'invention, selon un second mode de réalisation.

Tel qu'illustré sur la figure 1, un moteur à combustion interne 30 est muni d'un turbocompresseur 37 comprenant un compresseur 32 et une turbine 33 montés sur un arbre commun. De l'air frais A est filtré par un filtre à air 31. L'air filtré issu du filtre 31 est comprimé par le compresseur 32. L'air comprimé est ensuite refroidi par un échangeur 34 et injecté via une vanne 39 alimentant un collecteur d'admission 40 assurant une même pression d'air arrivant aux cylindres 41 du moteur 30. Une partie de l'air injecté est détournée via un court circuit muni d'un refroidisseur 35 et d'une vanne 36. La turbine 33 du turbocompresseur 37 est entraînée par les gaz d'échappement du moteur. La turbine 33 entraîne en rotation le compresseur 32. La turbine 33 est une turbine dont les ailettes peuvent être inclinées de manière variable par un actionneur (non représenté) de manière à pouvoir imposer différentes vitesses de rotation de la turbine pour un même débit de gaz d'échappement traversant la turbine. Le court circuit 35 représente ici un système de recirculation partielle des gaz d'échappement (EGR) à haute pression, ou "EGR HP". L'invention peut aussi être appliquée à des systèmes comprenant un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression, ou "EGR BP", dans lequel une partie des gaz d'échappement est réinjectée en amont du compresseur. Le turbocompresseur 37 est relié à une unité de commande électronique 2, elle-même reliée à un estimateur 17 du régime de rotation Ne du moteur 30 et à un estimateur 18 du couple Ce développé par le moteur 30. Selon les variantes de réalisations, l'unité de commande 2, au lieu d'être reliée à un estimateur de couple 18 peut être reliée à une unité d'injection (non représentée) transmettant à l'unité de commande 2 la valeur instantanée FIMsp de consigne de débit de carburant injecté dans le moteur 30. Le turbocompresseur 37 est équipé d'un premier capteur de température 14 disposé de manière à mesurer la température Tue de gaz en amont du compresseur, par exemple entre le filtre à air 31 et le compresseur, d'un débitmètre 15 disposé de manière à mesurer le débit de gaz traversant le compresseur 32, et d'un premier capteur de pression 19 disposé de manière à pouvoir mesurer la pression de gaz en aval de la turbine 33, par exemple entre la turbine 33 et un filtre à particules (non représenté). Le premier capteur de température, le débitmètre et le premier capteur de pression sont reliés à l'unité de commande électronique 2. L'unité de commande électronique 2 est également reliée à un second capteur 16 disposé de manière à pouvoir mesurer la pression Pspg des gaz présents dans le collecteur d'admission 40. L'unité de commande électronique 2 peut être en outre reliée à un capteur de température (non représenté) de l'air extérieur au véhicule, et à une unité de supervision qui transmet entre autres à l'unité de commande 2, une valeur de consigne Pspg,sp de pression de gaz souhaitée dans le collecteur 40. Pspg,sp est parfois aussi appelée par la suite pression de suralimentation de consigne. L'unité de commande électronique 2 peut en outre être reliée à un capteur de pression atmosphérique Patm (non représenté) capteur qui peut par exemple être intégré à un calculateur d'injection. L'unité de commande peut également être reliée à un capteur (non représenté) de température Tadm d'air à l'admission, qui est par exemple placé dans le débitmètre 15.

La figure 2 illustre certains éléments remarquables faisant partie de l'unité de commande 2 ainsi que leurs interactions. L'unité de commande 2 comprend un premier calculateur 20, un générateur 12 de consigne de taux de détente, et un convertisseur 7.

L'unité de commande électronique 2, outre les connexions déjà décrites sur la figure 1, peut recevoir d'une autre unité de commande (non représentée) trois variables « hybrides » , soit une troisième pression P,,,, un second débit Wt et une seconde température Tut, assimilables respectivement à une pression, à un débit de gaz et à une température, et qui sont par exemple déduites des mesures effectuées par les capteurs 14, 15, 16, 17, 18, 19, en croisant leurs valeurs de mesure avec d'autres paramètres de fonctionnement du turbocompresseur 37. Selon une variante de réalisation, les valeurs Puc, Wc, Tut peuvent être calculées par l'unité de commande électronique 2 elle- même. Les valeurs Puc, Wt, Tut sont construites de manière à pouvoir correspondre sensiblement à une pression en amont du compresseur, à un débit de gaz traversant la turbine, et à une température de gaz mesurée en amont de la turbine. La troisième pression Puc est par exemple calculée en utilisant l'équation 1 définie plus bas, en soustrayant à la pression atmosphérique une valeur cartographiée en fonction du débit de gaz traversant le compresseur. La seconde température Tut est par exemple lue dans une cartographie en fonction du régime Ne de rotation du moteur, et du débit de carburant FIMsp, injecté dans le moteur. Le second débit Wt est par exemple calculé selon l'équation 2 détaillée plus bas, en ajoutant au débit de gaz traversant le compresseur, un premier terme proportionnel au débit de carburant FIMsp injecté dans le moteur et au régime Ne de rotation du moteur, et en lui retranchant un second terme proportionnel au quotient de la dérivée 15spg de la pression de consigne dans le collecteur par la température d'air Tadm mesurée à l'admission, par exemple en amont du compresseur. Le générateur 12 de consigne de taux de détente comprend un premier calculateur 21 apte à déterminer un rendement turbine de consigne nt et configuré pour délivrer cette valeur nt à un premier estimateur 4 appartenant également au générateur 12. Le générateur 12 comprend également un régulateur 11. Le premier estimateur 4 et le régulateur 11 envoient respectivement une première valeur PRt,sp,01, assimilable à une consigne de taux de détente en boucle ouverte, et une seconde valeur PRt,sp,,t, assimilable à une consigne de détente en boucle fermée. Les deux valeurs sont envoyées sur deux entrées d'un sommateur 5, dont la sortie est reliée à une entrée du convertisseur 7. Le convertisseur 7 est configuré pour calculer une consigne de position « u » qui est envoyée à l'actionneur associé aux ailettes de la turbine 33 du compresseur 37. Le convertisseur 7 calcule la consigne de position « u » en fonction du second débit Wt de la seconde température Tut et de la pression Pdt mesurée en aval de la turbine par le premier capteur 19.

Le premier calculateur 20 reçoit en entrée les données délivrées par les capteurs 14, 15, 17 ainsi que la consigne de pression de suralimentation Pspg,sp émanant du superviseur 42. Il reçoit également en entrée la troisième valeur de pression estimée Pu,. A partir de ces valeurs, le premier calculateur 20 calcule une valeur POWt,sp assimilable à une puissance de consigne de la turbine 33, et une valeur Nt, assimilable à une vitesse de rotation d'un arbre du turbocompresseur. La valeur Nt, est calculée en particulier à partir des équations 5 et 10 détaillées plus bas. La valeur POWt,sp est calculée en particulier à l'aide des équations 4, 9, 11 et 15 détaillées plus bas. La valeur Nt, est envoyée vers le premier calculateur 21. La valeur POWt,sp est envoyée vers le premier estimateur 4. Le premier calculateur 20 peut utiliser une cartographie 13 pour calculer une valeur 4130001 assimilable à une perte de charge, et utilisée également par le régulateur 11. Selon une variante de réalisation, le premier calculateur 20 peut recevoir en entrée directement la valeur APc001. Le premier estimateur 4 est configuré pour calculer la première valeur de détente en boucle ouverte PRt,sp,ot en fonction du second débit Wt, de la seconde température Tut, de la consigne de puissance turbine POWt,sp, ainsi que de la valeur de rendement turbine lit délivrée par le premier calculateur 21. Le calcul de la valeur de détente en boucle ouverte peut être fait par exemple en inversant l'équation 25 détaillés plus bas. Le calculateur 21 comprend un second calculateur 22 configuré pour calculer deux coordonnées de fonctionnement Cl et C2 du turbocompresseur 37, à partir du régime de rotation estimé Ntc, du second débit Wt, de la seconde température estimée Tut, et, suivant les variantes de réalisation, de la pression Pdt délivrée par le premier capteur de pression 19.

Les deux coordonnées Cl et C2 sont ensuite utilisées par le premier calculateur 21 pour extraire la valeur qt d'une cartographie 3. Le régulateur 11 reçoit en entrée la consigne de pression de suralimentation Pspg,sp, ainsi que la valeur mesurée de pression de suralimentation P - spg,mes délivrée par le capteur 16. Il reçoit également la troisième valeur "hybride" de pression 131,, et la valeur 413,001 lue dans la cartographie 13 à partir du débit compresseur W, délivré par le débitmètre 15. A partir de ces valeurs, le régulateur 11 détermine une valeur de consigne de détente PRt,sp,c1 en boucle ouverte, qui est envoyée vers le sommateur 5.

La consigne de position « u » est donc déterminée par l'unité de commande électronique 2, à partir des valeurs délivrées par les capteurs 14, 15, 16, 17, 19, la consigne de pression de suralimentation Pspg,sp, et de trois variable « hybrides » correspondant respectivement à une troisième valeur de pression 13',, une seconde valeur de débit Wt et une seconde valeur de température Tut. Le calcul de la position « u » de consigne des ailettes de ma turbine 33 est fait à partir d'une consigne de taux de détente PRt,sp. La consigne de taux de détente PRt,sp est élaborée par l'unité de commande 2 à partir d'une estimation intermédiaire de régime de rotation du turbocompresseur, d'une estimation intermédiaire de puissance de consigne de la turbine et d'une estimation de rendement de la turbine cartographiée en fonction de deux coordonnées, dont une coordonnée au moins prend en compte le régime estimé de rotation Ntc du turbocompresseur.

La figure 3 illustre un exemple de réalisation d'un générateur 12 de consigne de taux de détente PRt,sp. Le générateur 12 comprend notamment le troisième calculateur Cl, le quatrième calculateur C2, la cartographie 3, le premier estimateur 4 en boucle ouverte, le sommateur 5, le régulateur 11, et le convertisseur 7. Le régulateur 11 comprend un premier estimateur de taux de compression 9a, un second estimateur de taux de compression 9b, un contrôleur 6, et un soustracteur 10. Le second calculateur de coordonnées 22 reçoit sur une première entrée numérique ou analogique la valeur de température Tut représentant par exemple une température en amont de la turbine 33. Cette valeur de température Tut est communiquée sur une entrée de l'estimateur 4, ainsi que sur une entrée du troisième calculateur Cl, et également sur une entrée du quatrième calculateur C2.

Le troisième calculateur Cl reçoit sur une autre de ses entrées le régime de régime de rotation Nt, représentant par exemple le régime de rotation du turbocompresseur 37, et calcule à partir des valeurs Ntc, et de la température Tut une valeur corrigée de régime de rotation Cette valeur Nt,cor est envoyée comme première coordonnée de lecture vers la cartographie 3. Le quatrième calculateur C2 reçoit, outre la valeur de température Tut, la valeur de pression Pdt délivrée par le premier capteur de pression 19, ainsi que la seconde valeur de débit Wt représentant par exemple un débit de gaz traversant la turbine, et reçoit sur une quatrième entrée une valeur PRcsp prélevée en sortie du sommateur 5, et qui représente par exemple une consigne de taux de détente de la turbine 33. A partir des valeurs Pdt, PRt,sp Wt et Tut, le quatrième calculateur C2 calcule une valeur Wt,cor qui peut être considérée comme une valeur de débit corrigée de gaz traversant la turbine, qui est envoyée comme seconde coordonnée de lecture vers la cartographie 3. A partir des deux coordonnées Nt,cor et Wt,cor reçues par la cartographie 3, celle-ci délivre à l'estimateur 4 une variable rit, sans dimensions, pouvant représenter une valeur consigne d'efficacité ou, en d'autres termes, un rendement, de la turbine 33. A partir de la valeur de rendement rit, de la température Tut, du débit turbine Wt et de la valeur POWt,sp de puissance de consigne de la turbine 33, l'estimateur 4 calcule une première valeur de taux de détente PRt,sp,01 qu'il envoie sur une première entrée du sommateur 5. La puissance de consigne POWt,sp de la turbine 33 peut être calculée notamment à partir d'une puissance de consigne POW,,sp du compresseur 32, et d'un régime de rotation de consigne Nt,,,p, du compresseur, comme indiqué plus bas à l'équation 11. Le régime de rotation de consigne Nt,,,p, du turbocompresseur est lui-même estimé à partir d'une consigne de taux de compression PR,,sp, comme indiqué plus bas à l'équation 8. La valeur PRt,sp,01 est une première estimation (ou estimation en boucle ouverte) de consigne de taux de détente destinée à la turbine 33. Le sommateur 5 reçoit sur une seconde entrée une valeur PRt,sp,c1 calculée par le contrôleur 6 à partir de la différence entre un taux de compression de consigne PR,,sp du compresseur, et un taux de compression estimé PRc est du compresseur. Le contrôleur 6 reçoit la différence entre les deux taux de compression d'un soustracteur 10, dont une première entrée est reliée au premier estimateur de taux de compression 9a, et dont une seconde entrée est reliée au second estimateur de taux de compression 9b. Le mode de calcul des deux taux de compression est donné plus bas, (voir équations 4 et 5). Le premier taux de compression PR'st délivré par le premier estimateur 9a est calculé en fonction de la seconde valeur de pression Pu, qui représente par exemple une pression estimée en amont du compresseur 32, de la valeur A13,001 lue dans la cartographie 13, qui représente par exemple une perte de charge liée au refroidisseur 35, et de la pression Pspg,mes délivrée par le capteur 16. Le second taux de compression délivré par le second estimateur 9b est calculé en fonction de la seconde valeur de pression Pue, de la valeur A13,001, et de la valeur de consigne Pspg,sp , qui est substituée à la valeur Pspg,mes spg,mes dans les formules de calcul ayant servi au calcul du premier taux de compression. Le contrôleur 6 délivre au sommateur 5 une valeur de consigne "en boucle fermée" PRtsp,c1 qui vient s'ajouter au terme de consigne "en boucle ouverte" PRt,sp,o1 La sortie du sommateur 5 est une valeur corrigée PRt,sp de taux de détente de consigne qui est envoyée vers le convertisseur 7. Le convertisseur 7 calcule une consigne de position "u" envoyée à un actionneur actionnant les ailettes de la turbine 33 du turbocompresseur 37. Le convertisseur 7 calcule la consigne de position "u" en fonction du second débit estimé Wt de la turbine, de la température Tut en amont de la turbine, de la pression Pdt en aval de la turbine, et de la valeur délivrée par le sommateur 5. La figure 4 illustre un exemple de réalisation d'un générateur 12 de consigne de taux de détente PRt,sp. Le générateur 12 comprend notamment le troisième calculateur Cl, le quatrième calculateur C2, la cartographie 3, le premier estimateur 4 en boucle ouverte, le sommateur 5, le régulateur 11, le convertisseur 7, et un estimateur 8d'efficacité corrigée TI itcor Le régulateur 11 est identique au régulateur décrit dans le mode de réalisation de la figure 3. Le second calculateur de coordonnées 22 reçoit sur une première entrée numérique ou analogique la valeur de température Tut représentant par exemple une température en amont de la turbine 33. Cette valeur de température Tut est communiquée sur une entrée de l'estimateur 4, ainsi que sur une entrée du troisième calculateur Cl et également sur une entrée du quatrième calculateur C2. Le troisième calculateur Cl reçoit sur une autre de ses entrées le régime de régime de rotation Nt, représentant par exemple le régime de rotation du turbocompresseur 37, et calcule à partir des valeurs Ntc, et de la température Tut une valeur corrigée de régime de rotation NI,C01". Cette valeur Nt,cor est envoyée comme première coordonnée de lecture vers la cartographie 3. Le quatrième calculateur C2 reçoit, outre la valeur de température Tut, la valeur de débit Wt représentant par exemple un débit de gaz traversant la turbine 33, et reçoit sur une troisième entrée la même valeur de régime Nt, que le troisième calculateur Cl. A partir des valeurs Wt, Nt, et Tut, le quatrième calculateur C2 calcule une variable réduite TSR qui est envoyée comme seconde coordonnée de lecture vers la cartographie 3. A partir des deux coordonnées Nt,cor et TSR reçues par la cartographie 3, celle-ci délivre à l'estimateur 4 une variable rit, sans dimensions, pouvant représenter une efficacité ou, en d'autres termes, un rendement, de la turbine 33.

A partir de la valeur de rendement rit, de la température Tut, du débit turbine Wt et de la valeur POWt,sp de puissance de consigne de la turbine 33, l'estimateur 4 calcule une première valeur de taux de détente PRt,sp,01 qu'il envoie sur une première entrée du sommateur 5. La puissance de consigne POWt,sp de la turbine 33 peut être calculée notamment à partir d'une puissance de consigne POW,,,p du compresseur 32, et d'un régime de rotation de consigne Nt,,,p, du compresseur, comme indiqué plus bas à l'équation 11. Le régime de rotation de consigne Nt,,,p, du turbocompresseur est lui-même estimé à partir d'une consigne de taux de compression PR,,,p, comme indiqué plus bas à l'équation 8. La valeur PRt,sp,01 est une première estimation (ou estimation en boucle ouverte) de consigne de taux de détente destinée à la turbine 33. Le sommateur 5 reçoit sur une seconde entrée une valeur PRt,sp,,t calculée par le régulateur 11.

La sortie du sommateur 5 est une valeur corrigée PRt,sp de taux de détente de consigne qui est envoyée vers le convertisseur 7. Le convertisseur 7 calcule une consigne de position "u" envoyée à un actionneur actionnant les ailettes de la turbine 33 du turbocompresseur 37. Le convertisseur 7 calcule la consigne de position "u" en fonction du débit de la turbine Wt, de la température Tut en amont de la turbine, de la pression Pdt en aval de la turbine, et de la valeur délivrée par le sommateur 5. L'estimateur d'efficacité 8 calcule, à partir de la valeur PRcsp délivrée en sortie du sommateur 5, de la seconde température Tut, du second débit Wt estimé de la turbine, et de la consigne POWt,sp de puissance de la turbine, suivant une expression détaillée plus loin (voir équation 26), une valeur corrigée d'efficacité turbine ri -,t,cor - Cette valeur corrigée d'efficacité turbine tcor ri est ensuite utilisée pour i mettre à jour la cartographie 3. La mise à jour de la cartographie 3 s'effectue suivant une technique d'apprentissage connue, de manière à prendre en compte les nouvelles valeurs déterminées au cours du roulage du véhicule riccor sans dégrader la régularité de la surface cartographiée.

Le mode de calcul des différentes grandeurs est exposé ci-après. Lexique des nrincinales grandeurs utilisées : Grandeur Unité Description Pspg [mbar] Pression (mesurée) dans le collecteur par le 2nd capteur, ou "pression de suralimentation" Pic [mbar] Pression en amont du compresseur ("3e pression", estimée) P ut Pression en amont de la turbine (estimée) [mbar] 1, [mbar] Pression en aval du compresseur (estimée) [mbar] Par [mbar] Pression en aval de la turbine (mesurée, par le premier capteur) P [mbar] Pression atmosphérique (mesurée) aim PR, H Taux de compression Pucl Pdc PR, H Taux de détente PutIP,,, Ne [rpm] Régime du moteur (mesuré) N, [rpm] Régime du turbocompresseur cote [rad/s] Régime du turbocompresseur J [Kg/m2] Inertie du turbocompresseur W [Kg/s] Débit du compresseur (mesurée) c w [Kg/s] Débit de la turbine c2nd débit", estimé) t 1c H Efficacité/rendement du compresseur 11 H Efficacité/rendement de la turbine (cartographiée, ou calculée selon équ.26) T [°K] Température en amont du compresseur (mesurée) .,. T., =T', [°K] Température en amont de la turbine = à l'échappement ("2nde température", estimée) Tadm [°K] Température de l'air à l'admission (mesurée) c p,adm [J/(Kg-°K)] Capacité thermique massique à l'admission c p,exh [J/(Kg-°K)] Capacité thermique massique à l'échappement 'Y __'Y ech H Rapport des capacités thermiques massiques POW, [W] Puissance de la turbine (valeur de consigne estimée) POW. [W] Puissance du compresseur APcool mbars Perte de charge du refroidisseur 35 Rair 8,314 J Mol-1K-1 Constante des gaz parfaits u (Par ex rad ou mm, Consigne de position de l'actionneur ou sans unités*) (*) la consigne de position peut être sans unités si c'est une position relative de l'actionneur par rapport à sa plage de déplacement De manière générale dans ce qui suit, X.,' est une variable mesurée à l'aide d'un ou plusieurs capteurs; Xest est une variable estimée à partir d'une ou plusieurs variables mesurées, à l'aide de cartographies éventuelles ; Xsp ("set point") est une variable de consigne, élaborée au moins en partie à partir de grandeurs émanant du conducteur du véhicule, XcOr est une variable corrigée, calculée à partir d'une variable mesurée ou estimée de manière à pouvoir utiliser celle-ci de manière plus pertinente dans les cartographies disponibles. Le lien entre le taux de compression et le taux de détente se fait grâce au bilan d'énergie au niveau du turbocompresseur qui est un modèle physique fiable et indépendant du mode de fonctionnement moteur.

Les variables utilisées comme "mesures" dans la stratégie de contrôle peuvent se décomposer trois catégories : - les variables directement mesurées - les variables directement estimées - les variables "hybrides" qui peuvent être estimées ou mesurées en fonction du fonctionnement du reste de l'air system. En plus de la pression de suralimentation de consigne, on utilise un débit du compresseur de consigne. Variables mesurées utilisées Ces variables sont : - Régime moteur Ne, - Débit carburant FIM - Pression atmosphérique Pa',, - Pression aval turbine Pd' - Pression collecteur P., g . - Variables "hybrides" utilisées Ces variables sont : - Débit passant à travers le compresseur Wc, - Température amont compresseur T. Les conditions d'utilisation de ces variables sont différentes selon que l'on est dans une configuration EGR HP ou EGR BP. Dans le cas de l'EGR HP, un débitmètre d'air est utilisé comme information de débit du compresseur et un capteur de température d'air extérieur est utilisé comme information de la température en amont du compresseur. Dans le cas contraire (EGR BP, ou pas d'EGR), le débit du compresseur est estimé via le remplissage, et la température en amont du compresseur est estimée via un bilan enthalpique utilisant le capteur de température d'air à l'entrée du moteur. Variables estimées utilisées Ces variables sont : - La pression en amont du compresseur Puc, - La température en amont de la turbine T.' - Le débit à l'échappement W. Estimation de la pression en amont du compresseur P. : Pour l'estimation de la pression en amont du compresseur, on considère la perte de charge du filtre à air. Cette perte de charge est estimée avec une cartographie qui dépend du débit d'air par l'équation : Pu, Patm - ff'(W ) (équation 1) où Patm est la pression atmosphérique, ffaa est la valeur cartographique. Estimation de la température en amont de la turbine Tut : La température en amont de la turbine, T.' est estimée grâce à une cartographie qui dépend du régime du moteur et du débit du carburant. Cette cartographie est pré calibrée grâce à des essais réalisés sur banc moteur. La calibration est ensuite affinée par des essais sur véhicule.

Estimation du débit à l'échappement (ou débit de la turbine) W_ En fonctionnement stabilisé, le débit de la turbine est égal au débit du compresseur plus le débit du carburant. En fonctionnement dynamique, ce bilan est affecté par les termes de dynamique de la ligne d'air et de l'échappement. Pour modéliser cette dynamique, on écrit le débit de la turbine comme suit : Wr= W ± 0.00012 FIM sp *Ne Pspgr/tot (équation 2) RairTadm Equation valable pour un moteur à 4 cylindres Où Tadm est la température de gaz à l'admission. FIMsp est le débit du carburant (en mg/coup). Vtot est une variable de calibration qui permet de représenter les effets dynamiques sur le débit. Calcul de la consigne de débit du compresseur W'& Les conditions de calcul de cette variable sont différentes selon que l'on est dans une configuration EGR HP ou EGR BP. Dans le cas de l'EGR HP, on prend directement la consigne qui sert de consigne à l'EGR HP. Dans le cas contraire (EGR BP ou sans EGR), la consigne de débit du compresseur est calculée sur la base de l'équation de remplissage du moteur. L'équation qui résume le calcul est la suivante : P V N (équation 3) spg,sp cyl e ' adm,sp, N e) Wc 'sP 120R T air adm Où : - Vcy, [m3] est la cylindrée du moteur, - Ivoi est le rendement volumétrique. Cette cartographie est identifiée à partir des essais en stabilisé. - pachn[Kg/m3] est la densité d'air dans le répartiteur d'admission 40 (obtenue en divisant la pression de l'air dans le répartiteur par la température de l'air dans le répartiteur et par la constante des gaz parfaits). Les différentes étapes du calcul à partir de ces valeurs calculées ou estimées sont les suivantes : 1) De la pression de suralimentation au taux de compression Cette première étape de calcul a pour but de transformer la pression de suralimentation en taux de compression. L'intérêt de cette transformation est de se mettre dans le référentiel du compresseur.

Pour le calcul du taux de compression, on considère la perte de charge du refroidisseur d'air. Cette perte de charge est estimée avec une cartographie qui dépend du débit d'air. Les taux de compression de consigne et estimé sont calculés avec la consigne et la mesure de pression de suralimentation, respectivement Pspg,s, et Pspg,mes - Le calcul de la consigne et de l'estimation du taux de compression est effectué par les équations : P +APc ool Calcul du taux de PRsPg 'si) compression de consigne (équation 4) c sp - Puc p ''mes + APcoo/ s Calcul du taux de PR compression de consigne (équation 5) c est = P uc APcool - icool(WC) Calcul de la perte de charge du RAS (refroidisseur d'air de suralimentation (35)) (équation 6) Ce calcul s' effectue dans un bloc de calcul dont les entrées/sorties sont : Entrées : - Pression de suralimentation de consigne Pspgsp - Pression de suralimentation mesurée Pspg ,mes - Débit du compresseur Wc. - Pression en amont du compresseur P., - Température en amont du compresseur Tu, - Cartographie f , cool Sorties : - Taux de compression de consigne PR,,sp - Taux de compression estimé PR,,es, Le taux de compression de consigne est limité afin de garantir à terme de ne pas dépasser un régime de turbocompresseur limite. Pour cela, on calcule PRc,max grâce à la formule : 15 Dans \ u, fNt (équation 7) Ntc,max = fNt (PRc,max Ne) , permet de calculer le ref ,c cette équation, la fonction régime du turbocompresseur en fonction du taux de compression et du régime du moteur. Cette limitation permet de ne pas avoir de sur-régime pour le turbocompresseur en cas de variation de la pression atmosphérique. En inversant la fonction fNt par rapport au taux de 20 compression, on obtient le taux de compression limite en fonction de la limite du compresseur et du fonctionnement du moteur. 2) Du taux de compression au régime du turbocompresseur Cette deuxième étape de calcul a pour but de lier le régime du 25 turbocompresseur avec le taux de compression. L'intérêt de cette transformation est de se mettre dans le référentiel du turbocompresseur. Pour la consigne et l'estimation du régime du turbocompresseur, on utilise les cartographies constructeur et moteur 30 pour obtenir le régime du turbocompresseur corrigé en fonction du régime moteur et du taux de compression. En effet, en exprimant le 10 débit du compresseur comme étant le débit aspiré par le moteur, on obtient : rivol(P adm,sp, N Tu, 120R,',, Tadm TP ef ,c spgV cylN e Tue Pref T P ref ,c uc PR, = fc n N,' (équation 8) En inversant cette fonction, on obtient le régime du turbocompresseur corrigé en fonction du taux de compression et du régime du moteur. Cette fonction est notée fNt. On a donc : N = f (PR Ne) tc,sp Nt c,sp e N tc,est = f Nt (PRc,est N e) (équation 9) (équation 10) Tic Tref ,c Tic Tref ,c où Tue est la température en amont du compresseur et Tref, c la température de référence du compresseur. Ce calcul se fait dans un bloc dont les entrées et les sorties sont les suivantes : Entrées : - Régime moteur Ne, - Taux de compression estimé PRc,est - Taux de compression de consigne PRe,sp , - Température mesurée en amont du compresseur Sorties : - Régime de consigne du turbocompresseur N te, s p, - Régime estimé du turbocompresseur N te,es, . 3) Vers une consigne de puissance du compresseur Cette étape de calcul a pour but de lier les précédents calculs afin de construire une consigne de puissance du compresseur. L'expression de la puissance du compresseur est donnée par : Tc. 1 ( y-1 \ le compresseur, du compresseur, POWc C p,adm PRC -1 (équation 11) 11c où : - Wc est le débit passant à travers - Tucest la température en amont - tic est une efficacité du compresseur, - PRcest le taux de compression, -cp,adm est la capacité thermique massique des gaz l'admission, - y est le rapport des capacités thermiques massiques à l'admission. Il convient d'utiliser dans ce calcul des valeurs de consignes ou des valeurs mesurées/estimées. Il en est de même pour le calcul de la puissance de la turbine qui utilise un débit et une efficacité de la turbine. Dans le calcul de la puissance de consigne, on utilise de préférence toutes les valeurs de consigne possibles. La puissance de consigne du compresseur se calcule alors sous la forme : POWc,sp c,spTuc Cp adm PR 7 -1 c,sp (équation 12) J Equation de la puissance de consigne du compresseur L'efficacité du compresseur est lue dans une cartographie fcm , généralement fournie par le fournisseur du compresseur, et construite 11c,sp partir de deux variables réduites d'entrées N tsp ref ,c et /umc c,sp Ttic Pref ,c sous la forme suivante : T P ref ,c uc = c,sp Tuc Pref ,c (équation 13) c,sp N1,sp\ ref,c T P Tuc ref,c uc J OÙ Tref,c et Pref,c sont respectivement une température et une pression de référence fixées lors de la mise en place de la cartographie. Le calcul de la puissance de consigne du compresseur calcul peut se faire dans un bloc (non représenté) dont les entrées/sorties sont : Entrées : -Taux de compression de consigne -Débit de consigne du compresseur Wc,sp, -Régime de consigne du turbocompresseur Nrsp -Température et pression en amont du compresseur T.,. et Ptic. Sortie : Puissance de consigne du compresseur POWc,. 4) Vers une consigne de puissance de la turbine Cette étape de calcul a pour but de passer d'une consigne de puissance du compresseur à une consigne de puissance de la turbine grâce au bilan de puissance sur l'arbre du turbocompresseur. L'utilisation du terme dynamique apporte un gain sur le temps de réponse de la boucle de suralimentation (effet d'anticipation). Le bilan de puissance sur l'arbre est donné par : POW = POWc + -d (1AoTc,2) (équation 14) dt 2 où : - POWcest la puissance du compresseur, - POWtest la puissance de la turbine, - coTcest le régime du turbocompresseur (en rad/s), - Jest l'inertie en rotation des éléments liés à l'arbre du turbocompresseur.

La consigne de puissance de la turbine se calcule donc en fonction de la puissance de consigne du compresseur et de la variation d'énergie cinétique de consigne. Elle s'écrit donc : 71 2 POW = POW ' + (-30) 'IN ,sp dt (équation 15) Ce calcul se fait dans un bloc dont les entrées/sorties sont : Entrées : - Puissance de consigne du compresseur POW,,,p, - Régime de consigne du turbocompresseur N',,,p. Sorties : - Puissance de consigne de la turbine POW,,,, p. 5) Vers une consigne de taux de détente en boucle ouverte PR,,,p,o, Cette étape de calcul a pour but de passer d'une consigne de puissance turbine à une consigne de taux de détente. Le calcul de la puissance de la turbine est décrit par : ( 1-7 POW, =WITutfitC p,exh 1- PR, (équation 16) où : - Wtest le débit passant à travers la turbine, - Tutest la température en amont de la turbine, - Th est l'efficacité de la turbine, - PR, est le taux de détente, - Cpexh est la capacité thermique massique à l'échappement, - Y est le rapport des capacités thermiques massiques à l'échappement. Dans le cas d'un turbocompresseur à géométrie variable, la puissance de la turbine dépend aussi de la position des ailettes, ce qui implique une cartographie en trois dimensions : =fitNt ,cor PRI) (équation 17) Il est préférable de se passer de la recopie de la position des ailettes pour la commande et donc de supprimer cette dépendance dans les cartographies. Il est à noter qu'on a le même type de dépendance avec le débit turbine comme on peut le voir dans l'expression : WW = f (u, N PR) ,cor ift t , cor t (équation 18) où W t,cor est le débit turbine corrigé. La dépendance par rapport à la position des ailettes peut donc s'éliminer en concaténant les deux équations précédentes. On obtient une efficacité qui ne dépend plus de la position des ailettes (et donc de la commande) mais qui est toujours de dimension 3. On obtient ainsi : = frit (N t ,cor t ,cor P RI) (équation 19) où Th est une efficacité de la turbine indépendante de la position des ailettes. Cependant, dans la stratégie présentée, la pression l'échappement et donc le taux de détente n'est qu'une variable intermédiaire de calcul. Une grande précision n'est en général pas requise. Un seul cas nécessite une bonne maîtrise de la pression à l'échappement, c'est la limitation en transitoire. L'impératif est donc d'avoir une cartographie d'efficacité de turbine cohérente sur le champ moteur et précise pour les pressions à l'échappement élevées.

On peut donc simplifier l'efficacité pour obtenir une dépendance vis-à-vis de seulement deux paramètres. Or on constate que : - l'efficacité de la turbine dépend peu, à position ailettes fixe, du taux de détente. - le débit de la turbine dépend peu, à position ailettes fixe, du régime du turbocompresseur.

On peut donc simplifier la dépendance vis-à-vis du taux de détente et écrire : = f (Nt,cor ,W ,cor) (équation 20) C'est cette forme de cartographie 3 qui est utilisée dans le mode de réalisation illustré en figure 3. 6) Vers une consigne de taux de détente en boucle fermée PRt,sp,c1 Un contrôleur est nécessaire pour compenser les erreurs de modèle. Il est à noter que plus le modèle utilisé est précis, moins l'action du contrôleur sera nécessaire et importante. La stratégie basée sur un modèle est suffisamment performante pour qu'un régulateur du type Proportionnel/Intégral (PI) à gains fenêtrés constants soit suffisant. Entrées/ Sorties du bloc La sortie du contrôleur est une correction du taux de détente PRt,s,,c/), une entrée du contrôleur est une erreur de taux de compression, ce qui permet de limiter la variation de gain statique entre les valeurs d'entrée et de sortie. Les entrées/sorties sont Entrées : - Taux de compression de consigne PR,p - Taux de compression estimé PRc,es, Sorties : - Taux de détente de consigne en boucle fermé PR,,,,p,' Le contrôleur est représenté sur la figure 2 par l'ensemble {contrôleur 6 + soustracteur 10} 7) Vers une consigne de position usp (consigne de position de l'actionneur des ailettes de la turbine 33) Le modèle de débit turbine est donné par: Tut Pref = S(uvgt)(1)t(PR,)PR, I T P ref ,f cit (équation 21) Où S et (IV sont des fonctions connues, par exemple sous forme de cartographies T'f et Pref, sont respectivement une température de référence et une pression de référence associées avec une cartographie. La consigne de position u se calcule donc en inversant le modèle présenté. Elle s'écrit donc : ( It't(PRtsp)PRt ,sp 1,sp = S (équation 22) , Tut Pref ,t " t ref ,t Pdt Il est à noter que dans la stratégie de contrôle, le bilan de puissance de la turbine se fait avec les mesures/estimations afin d'avoir un comportement cohérent et précis à l'échappement.

Les entrées/sorties du convertisseur 7 sont : Entrées : - Taux de détente de consigne PRtsp =PRt,sp,or+PRtsp~r - Débit de la turbine estimé W, - Température à l'échappement estimée Tay, - Pression en aval de la turbine, mesurée I. Sorties : - Position de consigne Autre choix des coordonnées de la cartographie 3 Dans le mode de réalisation illustré en figure 4, on définit une variable réduite ou TSR (« tip speed ratio ») par le rapport entre le régime du turbocompresseur et le débit de la turbine normalisé par rapport à la température à l'échappement.

TSR = NicTref ,t WtTut (équation 23) avec Tut la température en amont de la turbine et Treft une température de référence de la turbine. Treft qui est par exemple une constante fournie par le constructeur de la turbine.

La cartographie d'efficacité de la turbine peut alors être exprimée sous la forme : = (TSR,N ,,cor) (équation 24) Ce changement de variable permet d'obtenir une surface cartographiée plus régulière que, par exemple, une cartographie exprimée en fonction de Nt,cor et Wt,cor et donc permet une interpolation entre deux points plus précise. En outre, la variable TSR est calculée directement à partir de variables estimées indépendamment du calcul des valeurs de consigne : la lecture de cette cartographie ne nécessite donc pas de boucle de correction sur une des coordonnées de lecture. Une telle boucle de correction est utilisée dans certaines méthodes utilisant Wt,cor, comme une des coordonnées de la cartographie, et peut alors causer des instabilités du système de calcul. On peut estimer le rendement de la turbine corrigé ri it,cor de la manière suivante : L'expression de la puissance de la turbine est donnée par l'équation : 1 Y ech P°Wt =WtTutiltc p,exh 1- PR,'Y'' (équation 25) Cette équation est utilisée pour calculer la consigne de taux de détente à partir de la consigne de la puissance de la turbine en boucle ouverte (terme du pré-positionnement). L'équation est inversée pour calculer le rendement de la turbine corrigé. rlt,cor = (tom 'h (équation 26) WiT,'(1-(PRim+PR,,a) / Une fois que le turbocompresseur atteint un mode de fonctionnement stable, le rendement de la turbine corrigé calculé selon l'expression ci-dessus peut être mémorisé dans la cartographie pour faire évoluer celle-ci et la rapprocher des conditions réelles de fonctionnement du turbocompresseur. La méthode d'apprentissage peut être choisie parmi différentes méthodes connues. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et peut se décliner en de nombreuses variantes. Les capteurs 14, 15, 16, 19 pourraient être placés en des endroits différents de ceux proposés, les valeurs T', Wc, P spg,mes, Pdt étant alors recalculées en prenant en compte ces autres valeurs mesurées. Un système de saturation peut être prévu entre le sommateur et le convertisseur 7 pour imposer un taux de détente de consigne compris entre une valeur minima et une valeur maxima dépendant des autres paramètres de fonctionnement du moteur 30, par exemple dépendant du rapport de compression PR, estimé, de la pression Pdt en aval de la turbine, et de valeurs maximales et minimales de rapports de détente admissibles, eux-mêmes fonction du point de fonctionnement (Ne, Ce) du moteur 30 (ou du régime de rotation Ne et du débit de carburant FIM,p injecté dans la moteur). Une telle limitation formulée en terme de taux de détente de consigne se fait sans introduire de capteurs supplémentaire par rapport aux autres capteurs déjà mentionnés, contrairement à d'autres procédures de limitation qui sont proposées sur la base d'une mesure du régime du turbocompresseur, et qui nécessitent un capteur de régime onéreux. Les équations faisant intervenir le débit de carburant peuvent être remplacées par des équations faisant intervenir le couple Ce du moteur, l'un et l'autre étant directement proportionnels. Le système de suralimentation selon l'invention, en utilisant un modèle physique du turbocompresseur, permet de limiter le nombre de cartographies à identifier lors de la conception du moteur et la mise en place du système de gestion de son turbocompresseur. Elle permet également d'avoir un système de régulation dont la dynamique de réaction aux fluctuations de condition de roulage se rapproche du système réel, ce qui permet d'améliorer la convergence de la régulation. Pour un moteur dont les caractéristiques (notamment la cartographie 3) serait parfaitement connue (moteur ayant servi à réaliser la cartographie par exemple), le régulateur 11 pourrait même être omis. La changement de variable proposé, consistant à cartographier l'efficacité de la turbine en fonction des deux variables Nt,COr et TSR, et en particulier en fonction de la variable TSR, peut être utilisé dans des système de pilotage de turbine sans apprentissage. Ce changement de variable permet de limiter les erreurs d'interpolation lors de la lecture de la cartographie, car la surface d'efficacité obtenue dans ce repère particulier est plus régulière, ses variations s'effectuant à l'échelle des domaines de travail de la première et seconde coordonnées, et non sur un sous ensemble restreint de coordonnées de travail -ce qui est le cas pour d'autres choix de système de coordonnées-.

Le système de régulation selon l'invention peut être utilisé aussi bien pour des systèmes avec recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression (EGR HP) que pour des systèmes avec recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression (EGR BP). Il ne nécessite qu'un nombre minimal de capteurs de pression (un capteur de pression dans le collecteur d'admission). Le système de régulation proposé permet de limiter le coût des essais préalables à la mise en service du turbocompresseur, puisque celui-ci affine sa précision lors des premiers roulages du véhicule. En outre, on limite les dérives du système liées à l'évolution dans le temps (évolutions liées à l'usure, aux variations de température et de conditions atmosphériques...).

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Système de suralimentation pour moteur (30) à combustion interne de véhicule automobile, comprenant un turbocompresseur (37) équipé d'au moins un premier capteur (14) de température de gaz (Tu,), d'un débitmètre (15) et d'un premier capteur (19) de pression de gaz (Pdt), et comprenant une turbine (33) à ailettes orientables par un actionneur, le système comprenant une unité de commande électronique (2) reliée à un second capteur de pression (16) placé de manière à mesurer la pression (Pspg) de gaz dans un collecteur d'admission (40) du moteur (30), et à un estimateur (17) du régime de rotation (Ne) du moteur, l'unité de commande électronique (2) étant configurée pour calculer une consigne de position (u) de l'actionneur, caractérisé en ce que l'unité de commande électronique (2) est configurée pour calculer la consigne de position (u) à partir des valeurs délivrées par le capteur de température, par les deux capteurs de pression, par le débitmètre et l'estimateur (17) de régime du moteur, et d'une consigne (Pspg,sp) de pression de suralimentation dans un collecteur (40) du moteur (30), en utilisant une ou plusieurs cartographies (3, 13), chacune des cartographies utilisées ayant pour valeurs d'entrée une (W,), ou deux (Nt,cor-Wt,cor, Nt,COr TSR), coordonnées, dont chacune dépend d'au moins une variable spécifique au régime de fonctionnement actuel du turbocompresseur.
2. 2. Système de suralimentation selon la revendication 1, dans lequel l'unité de commande électronique (2) comprend un convertisseur (7) configuré pour délivrer une consigne de position (u) de l'actionneur en fonction de la pression (Pdt ) délivrée par le second capteur de pression (19), et en fonction d'un taux de détente (PRtsp) adimensionnel élaboré par l'unité de commande (2), la taux de détente étant lui-même élaboré en fonction de la consigne de pression de suralimentation (Pspg,sp), des valeurs (Wc, Tuc, Ne) délivrées respectivement par le débitmètre (15), le capteur de température (14), et l'estimateur (17) de régime du moteur, l'unité de commande étantconfigurée pour élaborer le taux de détente (PRt,sp) en utilisant la ou les cartographies (3, 13).
3. 3. Système de suralimentation selon la revendication 2, dans lequel l'unité de commande électronique (2) comprend un premier estimateur (4) configuré pour délivrer un premier taux de détente (PRt,sp,01) calculé en fonction de la consigne de pression de suralimentation (13 spg,sp) et des valeurs (Wc, Tue, Ne) délivrées respectivement par le débitmètre (15), le capteur de température (14), l'estimateur (17) de régime (Ne) du moteur, et l'unité de commande (2) comprend un régulateur (11) configuré pour délivrer un second taux de détente (PRt,sp,01) calculé en fonction de la consigne de pression de suralimentation (13 spg,sp), de la valeur de pression (P spg,mes) délivrée par le second capteur (16) et du débit (Wc) délivré par le débitmètre, le convertisseur (7) étant configuré pour prendre en compte la somme (PRt,sp) du premier et du second rapports de détente lors du calcul de la consigne de position (u).
4. 4. Système de suralimentation selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le premier capteur (14) de température de gaz (Tuc) est placé de manière à mesurer une température de gaz entrant dans le compresseur (32) du turbocompresseur (37), le débitmètre (15) est placé de manière à mesurer le débit de gaz traversant le compresseur (32), et le premier capteur (16) de pression de gaz (Pdt) est placé de manière à mesurer une pression de gaz sortant de la turbine (33) du turbocompresseur (37).
5. 5. Système de suralimentation selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel l'unité de commande électronique (2) comprend un premier calculateur (20) configuré pour calculer un régime de rotation (NO du turbocompresseur et une puissance (POWt) consigne de turbine, à partir de la consigne de pression de suralimentation (Pspg,sp), du débit (Wc) délivré par le débitmètre (15), de la première température de gaz (Tu,), et du régime de rotation (Ne) du moteur, l'unité de commande (2) comprenant en outre une première cartographie (3) d'efficacité turbine à deux entrées dont une des valeurs d'entrée est calculée à partir du régime de rotation (NO duturbocompresseur, l'estimateur (4) étant configuré pour calculer le premier taux de détente (PRt,sp,01), en fonction de la puissance (POWt) consigne de turbine délivrée par le premier calculateur, et d'une valeur d'efficacité turbine (nt) lue dans la première cartographie (3).
6. 6. Système de suralimentation selon la revendication 5, dans lequel l'unité de commande électronique (2) est en outre configurée pour évaluer une troisième valeur de pression (Pue) en soustrayant à une valeur estimée de pression atmosphérique, une valeur cartographiée en fonction du débit de gaz (Wc) traversant le compresseur, et pour prendre en compte cette troisième valeur de pression, d'une part au niveau du premier calculateur (20) pour le calcul du régime de rotation (NO du turbocompresseur, et de la puissance (POWt) consigne de turbine, et d'autre part au niveau du régulateur (11) pour le calcul du second taux de détente.
7. 7. Système de suralimentation selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel l'unité de commande électronique (2) est en outre configurée pour évaluer une seconde température (Tut) et un second débit (Wt), et pour utiliser ces deux valeurs , premièrement, pour élaborer les coordonnées d'entrée de la première cartographie (3), deuxièmement, au niveau de l'estimateur (4) pour calculer le premier taux de détente, et troisièmement au niveau du convertisseur (7) pour calculer la consigne de position (u).
8. 8. Système de suralimentation selon la revendication 6 ou la revendication 7 combinée à la revendication 6, dans lequel le régulateur est configuré pour calculer le second taux de détente (PRt,sp,c1) à partir de la différence entre un premier taux de compression (PRc,est) et un second taux de compression (PRc,spg), le premier taux de compression étant calculé par le régulateur à partir de la pression (P spg,mes) estimée dans le collecteur (40), de la troisième valeur de pression (Puc) et d'une valeur (413,001) estimée à partir débit (Wc) délivré par le débitmètre (15), et le second taux de compression (PRc,est) de consigne étant calculé par le régulateur à partir de la troisième valeur de pression (Pu,), de la valeur (413,001), et de la valeur de pression de consigne (Pspg,sp) du collecteur..
9. 9. Système de suralimentation selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel l'unité de commande électronique est configurée pour calculer la consigne de position (u) à partir d'une valeur d'efficacité turbine (rit) consignée dans une cartographie (3), et qu'elle lit en fonction d'une première coordonnée de fonctionnement (Nt,COr 1 et d'une , seconde coordonnée de fonctionnement (Wccor), la première coordonnée (Nt,cor) de fonctionnement étant calculée à partir du régime de rotation (NO du turbocompresseur, et la seconde coordonnée de fonctionnement (Wt,cor) étant calculée à partir de la pression de gaz (Pdt) délivrée par le premier capteur (19), et à partir du taux de détente (PRt,,p) envoyé par ailleurs vers le convertisseur (7).
10. 10. Système selon les revendications 7 et 9 combinées, dans lequel l'unité de commande électronique (2) est configurée pour déterminer la première coordonnée (Nt,cor) en fonction du régime du turbocompresseur (NO et de la seconde température (Tut), et pour déterminer la seconde (Wt,cor) coordonnée en fonction de la seconde température (Tut), du second débit (Wt), de la pression (Pdt) délivrée par le premier capteur de pression (19), et à partir du taux de détente (PRcsp) envoyé par ailleurs vers le convertisseur (7).
11. 11. Système de suralimentation selon l'une des revendications 5 à 8, dans lequel l'unité de commande électronique est configurée pour calculer la consigne de position (u) à partir d'une valeur d'efficacité turbine (rit) consignée dans une cartographie (3) et qu'elle lit en fonction d'une première coordonnée de fonctionnement (Nt,cor) et d'une seconde coordonnée de fonctionnement (TSR), la première coordonnée de fonctionnement (Nt,COr 1 et la seconde coordonnée de fonctionnement , étant chacune calculée par l'unité de commande (2) en prenant en compte le régime de rotation (NO du turbocompresseur, l'unité de commande (2) étant configurée pour actualiser les valeurs (rit) de la cartographie (3) au cours du roulage du véhicule, en fonction de valeurs successives d'efficacité turbine corrigées (qt,cor) que l'unité de commande calcule en prenant en compte la valeur de taux de détente (PRcsp) envoyée par ailleurs vers le convertisseur (7).
12. 12. Système selon les revendications 7 et 11 combinées, dans lequel l'unité de commande électronique (2) est configurée pour déterminer la première coordonnée (Nt,cor) en fonction du régime du turbocompresseur (NO et de la seconde température (Tut), et pour déterminer la seconde (TSR) coordonnée en fonction du régime de rotation (NO du turbocompresseur, de la seconde température (Tut), et du second débit (Wt).
13. 13. Système selon la revendication 12, dans lequel la seconde coordonnée (TSR) est obtenue en multipliant le régime (NO de rotation du turbocompresseur par une température de référence constante, et en divisant ce produit par le second débit des gaz (Wt) et par la seconde température (Tut).
14. 14. Procédé de gestion d'un turbocompresseur pour moteur (30) à combustion interne de véhicule automobile, dans lequel on calcule une consigne (u) de position d'ailettes d'une turbine (33) du turbocompresseur (37), à partir d'une consigne de pression de suralimentation (Pspg,sp), du régime (Ne) et du couple (Ce) estimés du moteur, de valeurs délivrées par au moins un capteur de température, deux capteurs de pression, un débitmètre, en utilisant une ou plusieurs cartographies (3, 13), chacune des cartographies utilisées ayant pour valeurs d'entrée une (W,), ou deux (Nt,cor-Wt,cor, Nt,COr T SR), coordonnées, dont chacune dépend d'au moins une caractéristique spécifique au régime de fonctionnement du turbocompresseur.