FR2995355A1 - Procede de commande d'un moteur thermique equipe d'une double suralimentation - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur thermique (1) équipé d'un système de suralimentation, ledit système de suralimentation comprenant un turbocompresseur (2) et un compresseur mécanique (3) et un circuit de dérivation disposé en parallèle dudit compresseur mécanique comportant une vanne commandée de by-pass (4). Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes : a) on acquiert une consigne de pression de suralimentation P ; b) on transforme ladite consigne de pression de suralimentation P en une consigne d'ouverture Bypass de ladite vanne de by-pass (4) au moyen d'un modèle de remplissage du volume de suralimentation compris entre les soupapes d'admission dudit moteur (1) d'une part et le compresseur mécanique (3) et la vanne de by-pass (4) d'autre part ; et c) on commande ladite vanne de by-pass (4) selon ladite consigne d'ouverture Bypass de ladite vanne de by-pass.
Description
La présente invention concerne le domaine de la commande de moteurs thermiques, en particulier pour des moteurs thermiques équipés d'une double suralimentation. On appelle suralimentation d'un moteur, le fait d'augmenter la quantité du mélange d'air et de carburant au sein des cylindres du moteur par rapport à un fonctionnement normal. La suralimentation, et a fortiori la double suralimentation permettent d'augmenter le rendement d'un moteur thermique sans modifier la vitesse de rotation. En effet, le couple moteur (et par conséquent la puissance) dépend de l'angle formé entre la bielle et le vilebrequin, de la pression des gaz à l'intérieur du cylindre, nommée Pression Moyenne Effective (ou PME) et de la pression de la quantité de carburant introduite. Par exemple, pour un moteur à essence, si on augmente la quantité d'essence introduite dans le cylindre, il faut aussi augmenter proportionnellement la masse d'air (comburant) pour assurer une combustion complète de ce carburant (on conserve le même rapport air/carburant). Pour obtenir cette suralimentation, on augmente la masse de gaz à l'admission, ce qui permet d'augmenter la quantité de carburant. Pour cela, on comprime le mélange gazeux à l'admission du moteur (comprenant essentiellement de l'air et optionnellement des gaz brûlés). Cette compression peut être réalisée par le compresseur d'un turbocompresseur qui est entraîné par les gaz d'échappement au moyen d'une turbine, ou la compression peut être effectuée par un compresseur mécanique distinct, qui peut être entraîné par le vilebrequin du moteur. On appelle double suralimentation lorsque le mélange gazeux à l'admission est comprimé deux fois : par exemple, une première fois par un compresseur du turbocompresseur et une deuxième fois par un compresseur mécanique situé dans le circuit d'admission du moteur. Classiquement, le compresseur mécanique, contrôlé dynamiquement, compense l'inertie du turbocompresseur. Afin de contrôler la pression de l'air à l'admission, appelée pression de suralimentation, il est envisageable de modifier le comportement des deux compresseurs. D'une part, pour contrôler l'air passant dans le compresseur mécanique, on commande une vanne, dite vanne de by-pass, qui est placée en parallèle du compresseur et dévie l'air vers le compresseur en fonction de son ouverture qui est commandée. En outre, lorsque le compresseur est entraîné par le vilebrequin du moteur, un embrayage commandé est inséré entre un réducteur et le compresseur mécanique. L'embrayage permet l'activation ou la désactivation du compresseur mécanique. Classiquement, le compresseur mécanique est désactivé pour les régimes du moteur élevés (le régime limite dépend du rapport d'entraînement entre le vilebrequin et le compresseur mécanique). D'autre part, pour contrôler la compression d'air par le turbocompresseur, celui-ci est équipé d'une turbine à géométrie variable (VGT), dont la modification commandée de la géométrie entraîne une modification de la vitesse de rotation du turbocompresseur et donc une modification de la compression.
Pour les régimes stabilisés, le compresseur mécanique apparait très coûteux d'un point de vue énergétique lorsqu'il est en liaison direct avec le vilebrequin. Ce qui se traduit par une augmentation de la consommation du moteur. D'un point de vue transitoire, il apparaît que la pression de suralimentation est le résultat de deux grandeurs contrôlées par la turbine VGT et par la vanne de by-pass : la pression en aval du turbocompresseur (c'est-à-dire en amont du compresseur mécanique) et le taux de compression du compresseur mécanique. Ces deux grandeurs ayant des temps de réponse différents : la pression amont compresseur mécanique étant lente par rapport au taux de compression du compresseur mécanique due à l'inertie du turbocompresseur, la commande de la double suralimentation doit piloter les deux composants de manière à assurer une rapidité de réponse. Un procédé de contrôle de la double suralimentation doit alors répondre aux trois objectifs suivants : - assurer la pression de suralimentation requise pour atteindre la charge demandée par le conducteur. Cette régulation doit être la plus rapide possible et ne doit engendrer ni oscillation, ni dépassement important (par exemple de plus de 150 mbar). - respecter le point de fonctionnement optimal du point de vue de la consommation, c'est-à-dire désactiver le compresseur mécanique lorsqu'il n'est pas nécessaire pour atteindre la pression requise. - être robuste vis-à-vis des dispersions des différents capteurs et des composants du système de suralimentation, c'est-à-dire continuer de respecter le cahier des charges en présence de ces dispersions. Le brevet EP 1 844 222 B1 décrit un moteur thermique équipé d'une double suralimentation et un procédé de commande de la double suralimentation. Le moteur décrit dans ce document comprend un clapet supplémentaire commandé entre le turbocompresseur et le compresseur mécanique, ce qui rend le système plus complexe à réaliser et à commander (le nombre d'actionneurs à commander est plus élevé). En outre, le procédé de commande décrit dans ce document ne prend pas en compte le comportement physique des débits gazeux à l'admission. Pour répondre à ces problèmes, l'invention concerne un procédé de commande d'un moteur thermique équipé d'une double suralimentation, dans lequel on commande la vanne de by-pass en déterminant une consigne d'ouverture de cette vanne au moyen d'un modèle de remplissage du volume de suralimentation. Le modèle permet de tenir compte du comportement physique des débits gazeux à l'admission. De plus, la consigne d'ouverture permet de commander la double suralimentation de manière rapide, robuste et optimale énergétiquement.
Le procédé selon l'invention L'invention concerne un procédé de commande d'un moteur thermique équipé d'un système de suralimentation, ledit système de suralimentation comprenant un turbocompresseur et un compresseur mécanique pour comprimer un mélange gazeux à l'admission dudit moteur et un circuit de dérivation disposé en parallèle dudit compresseur mécanique comportant une vanne commandée de by-pass. Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes : a) on acquiert une consigne de pression de suralimentation PssurPai ; b) on transforme ladite consigne de pression de suralimentation PssuPrai en une consigne d'ouverture BypasssP de ladite vanne de by-pass au moyen d'un modèle de remplissage du volume de suralimentation compris entre les soupapes d'admission dudit moteur d'une part et le compresseur mécanique et la vanne de by-pass d'autre part ; et c) on commande ladite vanne de by-pass selon ladite consigne d'ouverture BypasssP de ladite vanne de by-pass. Selon l'invention, on détermine une pression Pavcm et une température Tavcm en amont dudit compresseur mécanique ainsi qu'une pression P sural et une température Tsurai de suralimentation à l'admission dudit moteur, ledit modèle de remplissage du volume de suralimentation reliant la pression de suralimentation P sural à l'ouverture Bypass de ladite vanne de by-pass au moyen de ladite pressionPavcm et de ladite température Ta',' en amont dudit compresseur mécanique ainsi que ladite température Tsurai de suralimentation. Avantageusement, ladite pression P sural et ladite température Tsurai de suralimentation sont déterminées au moyen de capteurs respectivement de pression et de température disposés en amont du collecteur d'admission dudit moteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite pression Pav,,,i et ladite température Tavcm en amont dudit compresseur mécanique sont déterminées au moyen de capteurs respectivement de pression et de température disposés en amont dudit compresseur mécanique. En variante, ladite pression Pay= et ladite température Tavcm en amont dudit compresseur mécanique sont déterminées au moyen d'un estimateur dépendant de ladite pression P sural et ladite température Tsurai de suralimentation.
En outre, ledit compresseur mécanique est entraîné par le vilebrequin dudit moteur au moyen d'un réducteur et d'un embrayage) commandé en fonction de ladite consigne d'ouverture BypasssP de ladite vanne de by-pass. Avantageusement, on commande ledit embrayage en réalisant les étapes suivantes : i) on détermine le régime du moteur Ne ; et ii) on commande ledit embrayage de telle sorte que : - si la consigne d'ouverture BypasssP de ladite vanne de by-pass correspond à une ouverture incomplète de ladite vanne et si ledit régime du moteur Ne est inférieur à un seuil prédéterminé, alors on embraye ; - sinon on débraye. De manière avantageuse, ledit seuil prédéterminé est déterminé en fonction de la vitesse maximale admissible par ledit compresseur mécanique et du rapport de réduction 'cm entre ledit vilebrequin et ledit compresseur mécanique. Selon l'invention, ledit modèle de remplissage est déterminé au moyen d'une équation de remplissage dudit volume de suralimentation définie par une formule de conservation des i débits du type : Psural = RT. ral gm - Dbp - Dasp) avec P sural la dérivée de ladite pression de V sural suralimentationsural par rapport au temps, R la constante des gaz parfait, Vsura, le volume P de suralimentation, km le débit arrivant dudit compresseur mécanique, Dbp le débit sortant _ à travers ladite vanne de by-pass qui est fonction de l'ouverture de ladite vanne de by-pass et D asp le débit aspiré sortant vers les cylindres dudit moteur. De préférence, ledit débit Dbp sortant à travers ladite vanne de by-pass (4) est déterminé par une relation de pertes de charges au niveau de ladite vanne de by-pass (4), notamment par une équation de Barré Saint Venant, du type : D bp = A bp (Bypass )x f (I) avcm 9 de la vanne de by-pass et f le débit par unité de surface défini par une formule du type : P sural ,T avaa,) avec Abp(Bypass) la surface d'ouverture ., PsurapT. f (P \ P i [-Paveni yi .ra P sural \ 1= m V RTavc', ( 1 Vavcmjr P Si [Pavcmj>[ 2 y-1 sural j Psural - Y +1 2 Y y+1 / a y+1 Y y-1r+1 2 j si [Pavc. j < 2 j y +1 Psurca - y +1 vec y le rapport des capacités massiques des gaz.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit modèle de remplissage est un modèle de remplissage en boucle ouverte qui s'écrit par une relation du type : Bypass sP = PsP + ercm x Ne, P cni) a u aPrai + x Ne, sural 1 r sural P D:sp 24-4 Pavcm j )i bp \f(P Psurai ,Ta'c'i) RT sural vec r cm le rapport de réduction entre le compresseur mécanique et le vilebrequin, pcm la densité des gaz passant à travers le compresseur mécanique donnée par pcm = acvm RTaci,'i le débit volumétrique dudit compresseur mécanique, Dasep la consigne de débit de gaz aspiré par les cylindres dudit moteur et (5/D les pertes de charge dans un refroidisseur à air situé entre ledit turbocompresseur et ledit compresseur mécanique. Alternativement, ledit modèle de remplissage est un modèle de remplissage en boucle 10 fermée qui s'écrit par une relation du type Bypasse -=- ( . , ^\ 1Pe +a9(1- - N p ) r sural )5 sp _L 's- AT sural cm e , cm m ' ' e > p am - D Z R , PI - sural ' PI PaVCM ) ) ) PssuPral)- K1 (Psural Pssfralkit rcm le rapport de réduction entre le compresseur mécanique et le vilebrequin, pcm la densité des gaz passant à travers le compresseur mécanique donnée par pcm = Pacvm 0 le débit volumétrique dudit R Tacvm 15 compresseur mécanique, D as" p la consigne de débit de gaz aspiré par les cylindres dudit moteur, cip les pertes de charge dans un refroidisseur à air situé entre ledit turbocompresseur et ledit compresseur mécanique, K et K p des paramètres de calibration de la boucle de retour. 20 Présentation succincte des figures D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après. La figure 1 illustre un moteur thermique équipé d'une double suralimentation. 25 La figure 2 illustre les zones d'utilisation d'un compresseur mécanique dans un plan régime, couple. , 0 AbP -1 f(Pavcm PssuPral Tcm avec gpi =- -K .ural La figure 3 illustre un moteur thermique instrumenté selon un mode de réalisation de l'invention. Les figures 4a) à 4c) illustrent la pression de suralimentation, l'ouverture de la vanne de by-pass et l'ouverture de la turbine VGT pour une commande en boucle ouverte selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention pour un régime de 1000 tr/min. Les figures 5a) à 5c) illustrent la pression de suralimentation, l'ouverture de la vanne de by-pass et l'ouverture de la turbine VGT pour une commande en boucle ouverte selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention pour un régime de 2500 tr/min. Les figures 6a) à 6c) illustrent la pression de suralimentation, l'ouverture de la vanne de by-pass et l'ouverture de la turbine VGT pour une commande en boucle ouverte selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min. Les figures 7a) à 7d) illustrent la pression de suralimentation, l'ouverture de la vanne de by-pass, l'ouverture de la turbine VGT et la pression moyenne effective (PME) pour une commande en boucle ouverte selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min avec des variations de pression atmosphérique. Les figures 8a) à 8d) illustrent la pression de suralimentation, l'ouverture de la vanne de by-pass, l'ouverture de la turbine VGT et la pression moyenne effective (PME) pour une commande en boucle ouverte selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min avec des variations de température atmosphérique. Les figures 9a) à 9d) illustrent la pression de suralimentation, l'ouverture de la vanne de by-pass, l'ouverture de la turbine VGT et la pression moyenne effective (PME) pour une commande en boucle ouverte selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min avec des variations de quantité de carburant injecté. Les figures 10a) à 10c) illustrent la pression de suralimentation, l'ouverture de la vanne de by-pass et de la turbine VGT (sur la même figure) et la pression moyenne effective (PME) pour une commande en boucle ouverte selon un mode de réalisation du procédé selon l'invention pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500, et 3000 tr/min prenant en compte des dispersions au niveau des capteurs et des composants du système de suralimentation. Les figures 11a) et 11b) représentent la valeur absolue de l'erreur statique de la pression de suralimentation sur mille essais dispersés pour une commande en boucle ouverte selon un mode de réalisation de l'invention.
Les figures 12a) à 12c) correspondent aux figures 6a) à 6c) pour une commande en boucle fermée selon un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention. Les figures 13a) à 13c) correspondent aux figures 10a) à 10c) pour une commande en boucle fermée selon un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention.
Les figures 14a) et 14b) correspondent aux figures lia) et 11 b) pour une commande en boucle fermée selon un deuxième mode de réalisation du procédé selon l'invention. Les figures 15a) à 15c) illustrent respectivement le régime, la pression de suralimentation et les positions des actionneurs pour un pied au plancher à partir de 1000 tr/min.
Les figures 16a) et 16b) illustrent la pression de suralimentation et l'accélération du véhicule pour un pied au plancher à partir de 1000 tr/min pour différents rapports de boîte de vitesse. Les figures 17a) à 17c) correspondent aux figures 15a) à 15c) pour un régime moteur de 2500 tr/min.
Les figures 18a) et 18b) correspondent aux figures 16a) et 16b) pour un régime moteur de 2500 tr/min. Description détaillée de l'invention Le procédé selon l'invention permet de commander un moteur pourvu d'une double suralimentation comprenant un compresseur d'un turbocompresseur et un compresseur mécanique, en parallèle duquel est montée une vanne de by-pass. La figure 1 représente un moteur thermique équipé d'une double suralimentation pouvant être commandé par le procédé selon l'invention. Un moteur (1) est équipé d'un circuit d'admission et d'un circuit d'échappement. Dans le circuit d'admission sont disposés dans le sens de la circulation de l'air : un filtre à air (7), le compresseur du turbocompresseur (2), un premier refroidisseur d'air suralimenté (6), un compresseur mécanique (3) et un deuxième refroidisseur d'air suralimenté (5). En parallèle du compresseur mécanique est disposé un circuit de dérivation, dit circuit de by-pass, comprenant une vanne de by-pass (4). Dans le circuit d'échappement, on retrouve la turbine du turbocompresseur (2), cette turbine est à géométrie variable (VGT).
Le compresseur mécanique (3) est entraîné par le vilebrequin du moteur (1) par des moyens de transmission, notamment une courroie, et au moyen d'un embrayage (11). Les refroidisseurs d'air suralimenté (5, 6) permettent de refroidir l'air qui a été chauffé lors des compressions successives. En outre, tel que représenté, le moteur peut comprendre un circuit de recirculation (8) des gaz d'échappement (EGR) comprenant un refroidisseur (10) et une vanne (9), dite vanne EGR. Les gaz brûlés qui circulent se mélangent à l'air frais entre le filtre à air (7) et le compresseur du turbocompresseur (2). Le moteur (1) tel que représenté comprend quatre cylindres. Ces deux dernières caractéristiques (EGR et nombre de cylindres) sont indépendantes du procédé de commande selon l'invention et ne sont pas limitatives. Le procédé selon l'invention est également adapté au moteur thermique pourvu d'une double suralimentation pour lequel le compresseur mécanique n'est pas entraîné par le vilebrequin du moteur, mais par exemple par un moteur électrique. La figure 2 montre dans un diagramme couple C en fonction du régime moteur Ne différentes zones d'utilisation de la double suralimentation. Dans la zone Z1, pour des faibles couples, on est en fonctionnement dit atmosphérique ; c'est-à-dire la pression d'admission est à la pression atmosphérique, ce qui correspond au fonctionnement classique du moteur thermique sans suralimentation. Dans la zone Z2, à bas régime, le turbocompresseur ne suffit pas à augmenter la pression de suralimentation, on utilise la vanne de by-pass, l'actionneur VGT étant alors positionné à l'optimum de rendement de la turbomachine. Pour réduire la consommation, quand c'est possible, on utilise le moins possible le compresseur mécanique, c'est-à-dire qu'on réalise la charge grâce au turbocompresseur via l'actionneur VGT (zone Z4). Dans la zone hachurée Z3, on utilise le compresseur mécanique seulement pour les régimes transitoires pour compenser la lenteur du turbocompresseur. Sur cette figure, S désigne un seuil prédéterminé au delà duquel le compresseur mécanique n'est pas utilisé, S est déterminé en fonction de la vitesse maximale admissible par le compresseur mécanique (issues de données constructeur) et des caractéristiques du rapport de réduction entre le vilebrequin et le compresseur mécanique.On peut choisir ce seuil S sensiblement égal à 3000 tr/min. Le procédé selon l'invention concerne la commande d'un moteur thermique équipé d'une double suralimentation. Pour commander le moteur thermique, on réalise les étapes suivantes : 1) détermination des pressions et températures au sein du circuit d'admission 2) acquisition d'une consigne de pression de suralimentation 3) construction d'un modèle de remplissage 4) calcul de la consigne d'ouverture de la vanne de by-pass 5) commande de la vanne de by-pass 6) activation du compresseur mécanique. La dernière étape d'activation du compresseur mécanique est une étape optionnelle qui est valable uniquement si le compresseur mécanique est entraîné par le vilebrequin du 35 moteur au moyen d'un embrayage.
Notations Au cours de la description, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens de l'écoulement des gaz à l'admission et à l'échappement. De plus, les notations suivantes sont utilisées : - Pavcm ,T avcm : pression et température en amont du compresseur mécanique (3), en sortie du premier refroidisseur d'air suralimenté (6). Psural T sural : pression et température de suralimentation à l'admission du moteur (1) et en aval du compresseur mécanique (3). - V" sural : volume de suralimentation compris entre les soupapes d'admission du moteur (1) d'une part et le compresseur mécanique (3) et la vanne de by-pass (4) d'autre part. - Pappm : pression en aval du compresseur mécanique (3) et en amont du deuxième refroidisseur à air suralimenté (5). - Bypass : position d'ouverture de la vanne de by-pass (4). - N : régime du moteur (1). - Vsurai : volume de suralimentation compris entre les soupapes d'admission du moteur d'une part, et le compresseur mécanique (3) et la vanne de by-pass (4) d'autre part. - R : constante spécifique des gaz parfaits, qui est la même pour tous les gaz concernés ici (air et gaz d'échappement), et qui vaut 288 J/kg/K. - Dcm : débit massique d'air en sortie du compresseur mécanique (3). - Dbp : débit massique d'air traversant la vanne de by-pass (4). -D asp : débit massique d'air aspiré par les cylindres du moteur (1). - Abp : surface d'ouverture de la vanne de by-pass (4). - y : rapport des capacités massiques des gaz, on considère pour le mélange gazeux (air et gaz d'échappement) que 7 1,4 . - ran : rapport de réduction entre le compresseur mécanique (3) et le vilebrequin (lorsque le compresseur mécanique est entraîné par le moteur). - pc. : densité des gaz passant à travers le compresseur mécanique (3) donnée par pc',= Pacvm RTa'm - 0 : débit volumétrique du compresseur mécanique (3). Le débit volumétrique est obtenu à partir d'une cartographie, qui peut faire partie des données fournies par le fournisseur du compresseur mécanique (3). - SP : pertes de charge dans le refroidisseur d'air suralimenté (6) situé entre le turbocompresseur (2) et le compresseur mécanique (3). Ce terme de pertes de charge est cartographié en fonction du régime du compresseur mécanique et de la densité des gaz. - K et K p : paramètres de calibration de la boucle de retour pour le mode de réalisation en boucle fermée. - PME : pression moyenne effective, elle correspond au rapport entre le travail fourni par le moteur (1) durant un cycle et la cylindrée du moteur (1). - VGT : ouverture de la turbine du turbocompresseur (2). Ces notations, indexées par la mention -sP , représentent les consignes associées aux grandeurs considérées. La mention .--"oes indique les valeurs mesurées, la mention -"e indique les valeurs nominales, la mention -die correspond aux valeurs avec dispersion. La dérivée par rapport au temps est indiquée par un point au dessus de la variable considérée. Étape 1) détermination des pressions et températures au sein du circuit d'admission Afin de commander la suralimentation et notamment l'ouverture de la vanne de by- pass, le procédé selon l'invention nécessite la connaissance de grandeurs physiques au sein du circuit d'admission. Il s'agit de la pression P. et de la température Ta''i en amont dudit compresseur mécanique (3) ainsi que la pression P sural et la température T.,/ de suralimentation à l'admission dudit moteur (1). Ces grandeurs physiques peuvent être mesurées au moyen de capteurs de pression et de températures ou déterminées au moyen d'estimateur. Selon un mode de réalisation illustré en figure 3, on dispose quatre capteurs au sein du circuit d'admission. On mesure une pression Pay,m et une température Tavc,, en sortie du premier refroidisseur d'air suralimenté (6) et on mesure une pression P sural et une température Tsurai de suralimentation en sortie du deuxième refroidisseur à air suralimenté (5). Alternativement, on mesure uniquement une pression P sural et une température Tsurai de suralimentation en sortie du deuxième refroidisseur à air suralimenté (5) et on détermine une pression P et une température T. au moyen d'un estimateur. Par exemple, pourcm estimer la pression P c. on utilise un estimateur basé sur un modèle dynamique dans le volume en amont du compresseur mécanique faisant intervenir la loi de conservation des débits et pour déterminer la température Tay,m on utilise une cartographie du refroidisseur à air suralimenté (6) et la pression estimée P avaa, Étape 2) acquisition d'une consigne de pression de suralimentation On acquiert une consigne de pression de suralimentation Pssa-Prai qui permet d'atteindre le comportement (couple) demandé au moteur. Cette consigne est donnée par l'étage supérieur du contrôle moteur. Elle est usuellement cartographiée en fonction de la consigne de PMI (Pression Moyenne Indiquée qui est la pression spécifique moyenne sur la surface de piston durant une course double compression-expansion) ainsi que du régime moteur. Étape 3) construction du modèle de remplissaqe On construit un modèle de remplissage du volume de suralimentation. Le volume de suralimentation est délimité d'une part par les soupapes d'admission du moteur et d'autre part par le compresseur mécanique (3) et la vanne de by-pass (4). Le modèle de remplissage relie la pression de suralimentation P sural à l'ouverture Bypass de la vanne de by-pass (4) au moyen de la pression P awaz et de la température T aven, en amont du compresseur mécanique (3) ainsi que ladite température T sural de suralimentation. Le modèle de remplissage traduit le remplissage du volume de suralimentation et prend en compte les phénomènes physiques mis en jeu pour ce remplissage. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'évolution de la pression en aval du compresseur mécanique est gouvernée par la dynamique de remplissage du volume situé en amont des soupapes. Cette dynamique s'écrit par une formule du type : D = RT sural (T)cm _ D - D as ) v s bp p ' sural - Le débit aspiré Dasp est donné par le modèle de remplissage du moteur ; il s'agit d'un modèle statique reliant le débit aspiré par les cylindres avec les grandeurs à l'admission, ce type de modèle équipe classiquement les moyens de contrôle du moteur et peut être du type D asp = fOnCtiOn(Pswai sural Ne) . Ce modèle est donc une fonction de la pression de suralimentation. - Le débit passant à travers la vanne de by-pass Dbp s'écrit sous la forme : Dbp = Abp(Bypass)- f (Pavcm 'sural 5 l'avala) avec Abp(Bypass) la surface d'ouverture de la vanne de by-pass et f le débit par unité de surface donné par la relation de Saint-Venant suivante (relation de pertes de charge au niveau de la vanne de by-pass) : si avcm \-Psural / ( p aVCM \Psural ) si 2 7-1 1 .\ avcm \Psural 1 y+1 2 r-1 y+, 2 7+1) y+1 ( 2 'sural Tavcm)= Psural RT avcm - Le débit compresseur mécanique Dcm peut s'écrire comme étant le produit du débit volumique avec la densité des gaz amont : ( "%p Dem = 0 rem x Ne, .D Pcm avcrn ( P avec 0 rc. e D xN aPcm le débit volumique cartographié (donné par le fournisseur du 5 avcm compresseur mécanique), et pcm est la densité des gaz passant à travers le compresseur mécanique donnée parocm = Pavcm RT avcm La pression Papcm située en aval du compresseur mécanique (3) et en amont du refroidisseur d'air suralimenté (5) est liée à la pression de suralimentation par l'ajout d'un terme de pertes de charge 69 dans le refroidisseur d'air suralimenté (5) : Papcm = Psural 8P(ran X Ne, pej.
Ce terme de pertes de charge .?5P est cartographié en fonction du régime du compresseur mécanique (qui vaut rcmxNe lorsque le compresseur mécanique (3) est entraîné par le moteur (1)) et de la densité des gaz pc',. En remplaçant l'expression des trois débits dans la première relation, la dynamique de pression de suralimentation peut s'écrire par une formule du type : 'sural ( Psural ercm N P cnz) pcm- Abp(Bypass) f RTsural Pa'. (Pavcrn lPsural lT avcm) D asp O r ' cm e 5 V sural \ où Bypass etPsural représentent la commande et la sortie du système à contrôler. Cette relation constitue un modèle de remplissage du volume de suralimentation. Étape 4) calcul de la consigne d'ouverture de la vanne de bv-pass Au moyen du modèle de remplissage déterminé à l'étape précédente et de la consigne de pression de suralimentation PssuPrai, on détermine la consigne d'ouverture Bypasse de la vanne de by-pass (4).
Selon le mode de réalisation décrit à l'étape précédente, pour déterminer la consigne d'ouverture BypasssP de la vanne de by-pass (4), on inverse la relation obtenue et on l'applique à la consigne de pression Psszfrai de suralimentation, ce qui donne une formule du type : Bypasse = 1 ( Vsu 'sural +15P(rcm - Ne P cmY Abp f p T ) RTrai Pli + 0 rcm N' rl p . cm - D asp Pavcm aven, sural' \, sural ) Cette loi de commande est alors légèrement modifiée. On remplace la pression de suralimentation Psurai , ainsi que le débit aspiré Dasp , par leurs consignes. La consigne du débit aspiré peut être donnée directement par l'étage supérieur du contrôle du moteur ou elle peut être déterminée par le modèle de remplissage du moteur dans lequel on considère la consigne de la pression de suralimentation : par exemple le modèle peut s'écrire DassPp = fonction(PssurPai ,Tsurai,Ne). Ceci permet d'augmenter la robustesse de la loi de commande. En boucle ouverte, le calcul de la consigne d'ouverture BypasssP de la vanne de by-pass peut s'écrire par une relation du type : Bypasse = v A -1 iub' 1 , su ra p sp ran r sural PssuP al + bP(rcm - N e P cm)\ o cm - D assP p f(13 ,PSP T' RTsural e tem,: sural avcm P CIVC117 ) Le terme dynamique PssuPra/ permet de jouer ici un rôle d'accélérateur en transitoire. Étape 5) commande de la vanne de by-pass Une fois la consigne d'ouverture Bypasse de la vanne de by-pass (4) déterminée, on applique cette consigne à la vanne de by-pass (4) pour atteindre la consigne de pression de suralimentation Pssfral attendue. Ainsi, on obtient la charge désirée du moteur. Étape 6) activation du compresseur mécanique Lorsque le compresseur mécanique (3) est entraîné par le moteur (1), un embrayage (11) est inséré entre un réducteur et le compresseur (3). La commande de cet embrayage (11) entraîne l'activation et la désactivation du compresseur (3) : en effet, il s'agit généralement d'une commande "on-off'. L'embrayage (11) est fermé lorsqu'on se trouve dans la zone d'utilisation du compresseur mécanique (zones Z2 et Z3 de la figure 2) et ouvert sinon (zones Z1 et Z4 de la figure 2). Avantageusement, la commande de l'embrayage (11) est directement liée à la commande de la vanne de by-pass, c'est-à-dire à la consigne d'ouverture Bypase de la vanne de by-pass (4). De préférence, lorsque l'ouverture de la vanne (4) est incomplète (la vanne est ouverte à moins de 99% de son ouverture totale) et lorsque le régime moteur Ne est inférieur à un seuil prédéterminé S (on choisit notamment S = 3000 tr/min), le compresseur mécanique (3) est embrayé. Il est débrayé dans le cas contraire. Le procédé selon l'invention est adapté à la commande de moteur thermique, notamment pour des véhicules et plus particulièrement des véhicules automobiles. Le moteur thermique concerné peut être un moteur à essence ou un moteur Diesel.
Variantes de réalisation Selon une variante de réalisation de l'invention, on réalise un bouclage pour déterminer la consigne d'ouverture BypasssP de la vanne de by-pass, on parle alors de commande en boucle fermée. Cela permet de diminuer l'erreur statique entre la pression de suralimentation 20 mesurée et sa consigne. Pour atteindre ce but, on cherche à forcer la trajectoire de la pression de suralimentation Psurai à suivre la trajectoire de sa consigne PssuPral, pour cela on impose une relation du type : Psural PssuPral = (sural PssuPral)- K fo(Psural PssuPralPt Les gains K p et K sont des paramètres de calibration. Étant donné la structure du contrôleur, ces gains 25 sont des constantes, valables sur toute la plage de fonctionnement qui permettent de prendre en compte la non-linéarité du système. Cette correction fait apparaître un terme proportionnel et un terme intégral de l'erreur. L'inversion de la dynamique s'effectue ensuite exactement comme dans l'étape 4) de calcul de la consigne d'ouverture BypasssP de la vanne de by-pass. On obtient alors une 30 commande en boucle fermée de la forme : Bypasse = ( 1 Abp-1 PsP + 819(r N p N e, sural cm e - D'Zp Pavcm ) f(Pa,,c.,1)ssuPral, \ V sural 'j sural + i RTsural avec (5. = -K p(P S Ur al - P.SSUPral)- K (Psurai - Pzai Pt . Avantageusement, le terme de bouclage (ou "feedback") est extrait du facteur multiplicatif RTsuradVsurai . Ce rapport étant quasi-constant, il entre dans les valeurs des paramètres de calibration Kp et Ki.
Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, on peut piloter le turbocompresseur à géométrie variable VGT (2) au moyen d'une consigne déterminée avec une cartographie du turbocompresseur (2).
Exemples d'application Afin de vérifier le comportement du moteur thermique avec le procédé selon l'invention, des simulations sont réalisées pour la commande en boucle ouverte et pour la commande en boucle fermée pour le moteur thermique instrumenté selon la figure 3. Pour ces simulations, le seuil prédéterminé S d'utilisation du compresseur mécanique est fixé à 3000 tr/min. Les figures 4 à 11 correspondent à la commande en boucle ouverte telle que décrite à l'étape 4) et les figures 12 à 14 correspondent à la commande en boucle fermée telle que décrite dans le paragraphe variantes de réalisation. Les figures 4a) à 4c) présentent une prise de charge pour un régime de 1000 tr/min (zone Z2 de la figure 2). La figure 4a) présente la pression de suralimentation consigne PsP sural et mesurée Pssum: ainsi que la pression mesurée en amont du compresseur mécanique Pam'es,n. Les deux figures 4b) et 4c) présentent les ouvertures des actionneurs d'air, de la vanne de by-pass et de la VGT (consignes et mesures). Pour toutes les figures, les ouvertures sont exprimées en °/0, 0% signifie que l'actionneur est fermé, alors que 100% signifie que l'actionneur est complètement ouvert. La demande de couple intervient à 2 secondes. La pression de suralimentation demandée est alors d'environ 2100 mbar. L'ouverture du turbocompresseur VGT (2) est positionnée par une cartographie plus un terme proportionnel sur l'erreur de pression de suralimentation et la VGT se ferme au début du régime transitoire. La vanne de by-pass (4) se ferme fortement puis se rouvre pour retrouver une position d'ouverture constante en régime stabilisé. La fermeture importante de la vanne de by-pass a pour effet d'accélérer la réponse de pression de suralimentation en compensant la lenteur du turbocompresseur. Les figures 5a) à 5c) correspondent aux figures 4a) à 4c) pour un régime de 2500 tr/min (zone Z3 de la figure 2). Sur cet essai, le compresseur mécanique (3) n'est pas nécessaire pour réaliser la charge requise. Cependant, la commande en boucle ouverte selon l'invention l'utilise durant un régime transitoire pour accélérer la réponse de pression de suralimentation. On voit clairement sur la figure 5b) que la vanne de by-pass est initialement ouverte (à faible charge), puis se ferme durant le transitoire, et enfin se rouvre lorsque la pression de suralimentation souhaitée est réalisée. On constate sur cet essai l'accélération du système obtenue en utilisant le compresseur mécanique (3) en transitoire. Les figures 6a) à 6c) présentent des mises sous couple pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500 et 3000 tr/min. Les figures représentent respectivement la pression de suralimentation Pswai (ainsi que la pression amont compresseur mécanique), la position de la vanne de by-pass Bypass et la position de la VGT.
Sur les trois premières prises de charge (à 1000, 1500 et 2000 tr/min), on se situe dans la zone d'utilisation du compresseur mécanique (zone Z2 de la figure 2). On voit bien qu'à la fin du transitoire, la VGT est positionnée de telle façon que le rendement de la turbomachine (2) soit optimum et la vanne de by-pass (4) est encore fermée. On voit tout de même que, durant le transitoire, la vanne de by-pass (4) se ferme plus pour accélérer le système.
Sur les deux prises de charge suivantes (à 2500 et 3000 tr/min), on se situe dans la zone où, en stabilisé, il est préférable de ne pas embrayer le compresseur mécanique (zone Z3 de la figure 2). Cependant, la commande de contrôle de la pression de suralimentation va chercher à embrayer le compresseur mécanique (3) en transitoire pour accélérer la réponse en pression de suralimentation. A la fin du transitoire, le compresseur mécanique (3) est débrayé à nouveau. On vérifie ensuite la robustesse du procédé de commande vis à vis des conditions atmosphériques (variations de pression atmosphérique et de température atmosphérique) et vis-à-vis de la quantité de carburant injecté. Les figures 7a) à 7d) et 8a) à 8d) présentent des transitoires de charge pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500 et 3000 tr/min. Plusieurs cas sont alors comparés : 813, 913, 1013 et 1113 mbar pour les variations de pression atmosphérique (figures 7) et 0, 10, 20, 30 et 40 °C pour les variations de température atmosphérique (figures 8). Les figures 7a) et 8a) représentent la pression de suralimentation. On constate que le suivi de pression est bon dans les différents cas. A 1000 tr/min, le transitoire est plus lent pour les faibles pressions à cause de la saturation de l'actionneur de by-pass (4). Les figures 7b), 7c) et 8b), 8c) présentent la position des actionneurs. On voit clairement ici que la stratégie en boucle ouverte modifie la position de la vanne de by-pass (4) de façon à satisfaire la pression de suralimentation. De cette façon, la stratégie s'affranchie de l'utilisation de cartographies de correction en fonction des conditions atmosphérique.
Les figures 7d) et 8d) donne la pression moyenne effective (PME). On constate ici que la stratégie en boucle ouverte permet de conserver le même brio lorsque les conditions atmosphériques changent. Le terme brio est un terme technique du domaine automobile qui qualifie les performances/ressentis de conduite d'un véhicule durant la phase de pleine charge. Par exemple, un moteur suralimenté souffrira d'un brio moindre qu'un moteur atmosphérique pour une même puissance. On étudie l'influence de la variation de quantité de carburant injectée sur le contrôle de la double suralimentation. Les figures 9a) à 9d) présentent des transitoires de charge pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500 et 3000 tr/min. Différents cas sont alors comparés : -4, -2, 0, 2 et 4 mg de carburant par rapport à une injection nominale. L'unité mg/st signifie mg / stroke (mg / coup), c'est-à-dire la quantité dans chaque cylindre à chaque coup moteur, soit tous les 90° de rotation du vilebrequin pour un moteur 4 temps 4 cylindres. La figure 9a) présente la pression de suralimentation 'sural . On remarque que la réponse en pression est la même pour les différents cas.
Les figures 9b) et 9c) présentent la position des actionneurs. On voit clairement ici encore que la commande en boucle ouverte modifie la position de la vanne de by-pass (4) de façon à satisfaire la pression de suralimentation. En effet, la variation des conditions d'injection a un fort impact sur la pression échappement et donc sur le fonctionnement du turbocompresseur (2). La commande de la double suralimentation compense automatiquement cette perte de performance du turbocompresseur (2) en fermant plus ou moins la vanne de by-pass. La figure 9d) donne la pression moyenne effective (PME). On voit bien ici l'impact des variations de la quantité de carburant injectée sur la production de couple. Au vu des figures 7 à 9, on peut confirmer que le procédé de commande est robuste vis-à-vis des conditions atmosphériques et vis-à-vis des conditions de l'injection. On vérifie ensuite la robustesse du procédé de commande vis-à-vis de dispersions concernant les différents capteurs et systèmes. Les dispersions ont pour but de simuler une différence entre les véhicules à leur sortie d'usine. On considère un échantillon de mille véhicules. Les dispersions suivent une répartition gaussienne.
Les dispersions sur les capteurs sont les suivantes : - capteur de pression de suralimentation : trois sigma à 35 mbar (ce qui signifie que la probabilité que la valeur réelle de la pression soit à moins de 35 mbar de la valeur mesurée est de 99,7 °A), - capteur de pression amont compresseur mécanique : trois sigma à 35 mbar (il est à noter que les deux capteurs de pression peuvent être recalés entre eux, les dispersions appliquées par la suite sont donc identiques pour ces deux capteurs), - capteur de température de suralimentation : trois sigma à 3 °C, - capteur de température amont compresseur mécanique (3) : trois sigma à 3 °C. Les dispersions sur les composants du système de suralimentation sont les suivantes : - débit à travers le compresseur mécanique (3) : trois sigma à 0,5 %, - efficacité du compresseur centrifuge (2) : trois sigma à 2 %, - efficacité de la turbine (2) : trois sigma à 2 %, - position de la VGT (2) : trois sigma à 4 %, - position de la vanne de by-pass (3) : trois sigma fonction de l'ouverture, cf. tableau 1 ci-dessous : Tableau 1 - Dispersion sur la vanne de by-pass Ouverture vanne de by-pass (%) 100 80 60 40 20 0 Trois sigma (%) 1,46 2,91 4,01 5,48 7,80 6,63 Les figures 10a) à 10c) présentent les mêmes transitoires de charge à différents régimes que sur les figures 6a) à 6c). On simule les mille échantillons représentant les mille véhicules en sortie d'usine. Les dispersions des capteurs et des composants du système de suralimentation sont présentes en même temps. Les trois figures présentent la pression de suralimentation (figure 10a), la position des actionneurs (VGT et vanne de by-pass) (figure 10b) ainsi que la PME (en sortie moteur, i.e. prenant en compte de la pression moyenne de frottement PMF induite par l'utilisation du compresseur mécanique) (figure 10c). Sur chaque figure, les courbes en trait gras représentent le cas de fonctionnement nominal, sans aucune dispersion (équivalent aux résultats des figures 6), et les courbes en trait fin représentent les mille cas dispersés. On remarque dans un premier temps que le transitoire de pression de suralimentation est faiblement impacté par la présence des dispersions. L'erreur statique obtenue est elle aussi limitée à une centaine de millibars.
La figure 10b) montre que la trajectoire de la position des actionneurs change fortement suivant les dispersions, notamment à plus haut régime. Ceci s'explique par le fait qu'à haut régime, la différence de pression aux bornes de la vanne de by-pass (4) est plus faible. Une erreur dans la mesure des pressions amont et aval de cette dernière induira donc une forte modification du pré-positionnement de la vanne de by-pass (4). Il est toutefois important de noter que cette modification de la position des actionneurs n'a pas d'impact sur la sortie du système qui est la pression de suralimentation. La figure 10c) présente la réponse en PME qui parait n'être que relativement peu impactée par les dispersions appliquées, de l'ordre de 1 bar (suivant le fait que le compresseur mécanique est débrayé ou non à la fin du transitoire).
Les figures lia) et 11 b) présentent le temps de réponse Tr à 95 % ainsi que la valeur du dépassement D de la pression de suralimentation correspondant aux résultats des figures 10. Pour chaque régime, les traits horizontaux du rectangle définissent le deuxième quartile, la médiane et le troisième quartile. Les traits à l'extérieur du rectangle représentent l'intervalle à trois sigma (99,7 % des points sont dans l'intervalle). Les points définis par des croix sont des points marginaux. On constate que le temps de réponse Tr est quasiment indépendant du régime moteur Ne, du fait de la compensation de la lenteur du turbocompresseur (2) par le compresseur mécanique (3). Par ailleurs, l'erreur statique est relativement faible comme l'atteste la valeur du dépassement D. Ceci signifie que la commande en boucle ouverte est robuste vis-à-vis des dispersions. Une erreur statique est tout de même présente en présence des dispersions. Une commande en boucle fermée peut permettre d'annuler complètement cette dernière. Les figures 12a) à 12c) présentent des mises sous couple pour différents régimes : 1000, 1500, 2000, 2500 et 3000 tr/min pour la commande en boucle fermée. Les figures représentent respectivement la pression de suralimentation (figure 12a), la position des actionneurs (VGT et Bypass) (figure 12b) et la PME (en sortie moteur, i.e. prenant en compte l'utilisation du compresseur mécanique) (figure 12c). Ces résultats sont à comparer avec ceux des figures 6, donnant les résultats de la commande en boucle ouverte. Il est clair ici qu'en l'absence de dispersion sur le système, un bon suivi de trajectoire était déjà assuré par la stratégie en boucle ouverte. Le travail des termes de "feedback" dans la commande est alors ici limité. Ceci facilite grandement la calibration du contrôleur, ce dernier ne travaillant qu'au voisinage de la trajectoire de la consigne. On applique alors les mêmes dispersions que pour les simulations des figures 10 et 11. Les figures 13a) à 13c) présentent les mêmes transitoires de charge à différents régimes que sur la figure 12. On simule ici les mille échantillons représentant les mille véhicules en sortie d'usine. Les dispersions des capteurs et des composants du système de suralimentation sont présentes en même temps. Les figures 13 présentent la pression de suralimentation (figure 13a), la position des actionneurs (VGT et vanne de by-pass) (figure 13b) ainsi que la PME (en sortie moteur, i.e. prenant en compte l'utilisation du compresseur mécanique) (figure 13c). Sur chaque figure, les courbes en traits gras représentent le cas de fonctionnement nominal, sans aucune dispersion (équivalent aux résultats des figures 12), et les courbes en traits fins représentent les mille cas dispersés. Ces résultats sont à comparer avec ceux des figures 10 (résultats en boucle ouverte).
On remarque dans un premier temps que l'erreur statique sur la pression de suralimentation a disparue. La deuxième remarque est que les positions des actionneurs de suralimentation sont beaucoup moins dispersées. Enfin, la PME est également moins dispersée. L'erreur restante vient de la dispersion du capteur de pression de suralimentation. Les figures 14a) et 14b) donnent le temps de réponse Tr à 95 % ainsi que le dépassement D de la pression de suralimentation sur les mille essais dispersés. Pour chaque régime, les traits horizontaux du rectangle définissent le deuxième quartile, la médiane et le troisième quartile. Les traits à l'extérieur du rectangle représentent l'intervalle à trois sigma (99,7 % des points sont dans l'intervalle). Les points définis par des croix sont des points marginaux. On constate que le temps de réponse Tr varie très peu d'un régime à l'autre, entre 700 ms et 1100 ms. On voit ici tout l'intérêt de l'utilisation du compresseur mécanique (3) en transitoire. La robustesse de la commande est aussi mise en évidence par la faible variance des temps de réponse Tr sur le système soumis aux dispersions. La figure 14b) présente le dépassement D de la pression de suralimentation. On voit ici qu'il est constant sur toute la plage de régimes et que sa valeur maximale n'excède pas 150 mbar. Au vu de ces résultats, le procédé de commande selon l'invention que ce soit en boucle ouverte ou en boucle fermée est bien robuste vis-à-vis des dispersions provenant des capteurs et/ou des composants du système de suralimentation.
Une validation sur des transitoires d'un véhicule est réalisée pour vérifier les performances du procédé de commande de la double suralimentation. Pour cela, un modèle de véhicule (du type voiture familiale) a été développé. Les résultats qui suivent présentent des résultats de simulations de pied à fond pour différents rapports et différents régimes de départ. On appelle pied à fond une forte demande de couple correspondant à un enfoncement de la pédale d'accélérateur. Ces simulations sont réalisées avec la commande en boucle fermée. Les figures 15a) à 15c) présentent un pied à fond en BV3 (3ème rapport de la boîte de vitesse) à 1000 tr/min. Sur chacune des trois figures, la ligne verticale en pointillés indique le moment où le régime dépasse 3000 tr/min, soit le régime à partir duquel le compresseur mécanique (3) est nécessairement débrayé. La figure 15a) donne l'évolution du régime moteur Ne. La figure 15b) présente la pression de suralimentation consigne ainsi que la mesure. On constate ici que le transitoire de pression est rapide et s'effectue assez loin de la zone limite d'utilisation du compresseur mécanique (3).
La figure 15c) donne la position des actionneurs : la vanne de by-pass (4), la VGT (2) et l'embrayage (11) du compresseur mécanique. On voit qu'au début du transitoire, le compresseur (3) est embrayé, la vanne de by-pass (4) se ferme pour obtenir la pression de suralimentation requise et la VGT (2) se ferme. Au bout d'un certain temps, la vanne de by-pass (4) se rouvre et le compresseur mécanique (3) est débrayé, ce dernier étant superflu puisque le turbocompresseur (2) peut assurer seul la pression de suralimentation demandée. Les figures 16a) et 16b) donnent les performances obtenues sur tous les rapports de la boîte sur des pieds à fond à 1000 tr/min. La figure 16a) représente la pression de suralimentation consigne (en pointillés) et mesure (en trais pleins). On voit que les dynamiques des réponses sont similaires pour tous les rapports. La valeur finale change car la pression de suralimentation consigne (pleine charge) évolue en fonction du régime.
La figure 16b) montre l'accélération véhicule correspondante pour chacun des rapports. Ici aussi on remarque que l'accélération est assez rapide sur tous les rapports de la boîte. Les figures 1 7a) à 17c) présente un pied à fond en BV3 (3ème rapport) à 2500 tr/min. Sur chacune des trois figures, la ligne verticale en pointillés indique le moment où le régime dépasse 3000 tr/min, soit le régime à partir duquel le compresseur mécanique (3) est nécessairement débrayé. La figure 17a) donne l'évolution du régime moteur. La figure 17b) présente la pression de suralimentation consigne ainsi que la mesure. On constate que le transitoire de pression est très rapide. La figure 17c) donne la position des actionneurs : la vanne de by-pass (4), la VGT (2) 20 et l'embrayage (11) du compresseur mécanique (3). On voit qu'au début du transitoire, le compresseur (3) est embrayé, la vanne de by-pass (4) se ferme pour obtenir la pression de suralimentation requise et la VGT (2) se ferme. Au bout d'un certain temps, la vanne de by-pass (4) se rouvre et le compresseur mécanique (3) est débrayé, ce dernier étant superflu puisque le turbocompresseur (2) peut assurer seul la pression de suralimentation demandée.
25 Les transitoires à 2500 tr/min ne nécessitent pas l'utilisation du compresseur mécanique (3) pour réaliser la pleine charge, cette dernière pouvant être assurée uniquement par le turbocompresseur (2). Cependant, la commande selon l'invention permet d'utiliser le compresseur mécanique dans les phases transitoires en vue d'accélérer la dynamique de la pression de suralimentation. Les figures 18a) et 18b) présentent une 30 comparaison entre une utilisation en transitoire du compresseur mécanique (trais pleins) et une utilisation seule du turbocompresseur (pointillés) qui correspondrait à une commande basique de la double suralimentation. La figure 18a) représente la mesure de pression de suralimentation et la figure 18b) montre l'accélération a du véhicule correspondante pour chacun des rapports de la boîte. On 35 voit bien à travers ces deux figures le gain substantiel en brio apporté par la stratégie dynamique de contrôle de la double suralimentation. PsP sural
Claims (12)
- REVENDICATIONS1) Procédé de commande d'un moteur thermique (1) équipé d'un système de suralimentation, ledit système de suralimentation comprenant un turbocompresseur (2) et un compresseur mécanique (3) pour comprimer un mélange gazeux à l'admission dudit moteur (1) et un circuit de dérivation disposé en parallèle dudit compresseur mécanique comportant une vanne commandée de by-pass (4), caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes : a) on acquiert une consigne de pression de suralimentation sural ; b) on transforme ladite consigne de pression de suralimentation PZ a1 en une consigne d'ouverture BypasssP de ladite vanne de by-pass (4) au moyen d'un modèle de remplissage du volume de suralimentation compris entre les soupapes d'admission dudit moteur (1) d'une part et le compresseur mécanique (3) et la vanne de by-pass (4) d'autre part ; et c) on commande ladite vanne de by-pass (4) selon ladite consigne d'ouverture BypasssP de ladite vanne de by-pass.
- 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel on détermine une pression P a'', et une température Tay,m en amont dudit compresseur mécanique (3) ainsi qu'une pression 'sural et une température Tsurai de suralimentation à l'admission dudit moteur (1), ledit modèle de remplissage du volume de suralimentation reliant la pression de suralimentation P sural à l'ouverture Bypass de ladite vanne de by-pass au moyen de ladite pression P a'm et de ladite température Ta'm en amont dudit compresseur mécanique (3) ainsi que ladite température Tsurai de suralimentation.
- 3) Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite pression P sural et ladite température Tsurai de suralimentation sont déterminées au moyen de capteurs respectivement de pression et de température disposés en amont du collecteur d'admission dudit moteur.
- 4) Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel ladite pression P et laditeCm température Tay,m en amont dudit compresseur mécanique (3) sont déterminées au moyen de capteurs respectivement de pression et de température disposés en amont dudit compresseur mécanique (3).
- 5) Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel ladite pression -Pavcm et ladite température Taycm en amont dudit compresseur mécanique (3) sont déterminées au moyen d'un estimateur dépendant de ladite pression -P sural et ladite température T de - mira! - suralimentation.
- 6) Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel ledit modèle de remplissage est déterminé au moyen d'une équation de remplissage dudit volume de suralimentation définie par une formule de conservation des débits du type : pu RTsurai Vsural suralimentation P - sural par rapport au temps, R la constante des gaz parfait, V.rai le volume de suralimentation, Dcm le débit arrivant dudit compresseur mécanique (3), Dbp le débit sortant à travers ladite vanne de by-pass (4) qui est fonction de l'ouverture de ladite vanne de by-pass et D asp le débit aspiré sortant vers les cylindres dudit moteur (1).
- 7) Procédé selon la revendication 6, dans lequel ledit débit Dbp sortant à travers ladite vanne de by-pass (4) est déterminé par une relation de pertes de charges au niveau de ladite vanne de by-pass (4), notamment par une équation de Barré Saint Venant, du type : D bp = A bp (Bypass )x f ( Lyon , P sural avam ) avec Abp(Bypass) la surface d'ouverture de la vanne de by-pass et f le débit par unité de surface défini par une formule du type (10 - D bp - D asp) avec P sural la dérivée de ladite pression de 2 1 Y-1\ 2 r+1 P si acin Y -1 )7 [Paucmj> aurai Psural [y +1 si [Pavem)<[ 2 Psural +1 f(Pav c m Psurai ,Tavan sural VRTavcm 2 y +1 avec y le rapport des capacités massiques des gaz.
- 8) Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel ledit modèle de remplissage est un modèle de remplissage en boucle ouverte qui s'écrit par une relation du type : Bypase = bp 1 V PssuPral + 0 f P sural 'Tay.) RT sural P: + bP(r.x Ne, p.)j), Ne, ' r.x Dsppavec ran le rapport de réduction entre le compresseur mécanique (3) et le vilebrequin, pan la densité des gaz passant à travers le compresseur mécanique donnée par Pacvm de débit de gaz aspiré par les cylindres dudit moteur et 8P les pertes de charge dans un refroidisseur à air (6) situé entre ledit turbocompresseur (2) et ledit compresseur mécanique (3).
- 9) Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel ledit modèle de remplissage est un modèle de remplissage en boucle fermée qui s'écrit par une relation du type : BypasssP = f (Pmma, P:um ,T a'm) RTsarm sure - - r e p sp 4_ p ± N PssuPnd 81)frem ' N Peni)jpen, _ D:fspj) Pavc', 1 avec cSp, = - K p (-P sural - PssurP K 1:(19 sural ' :ai )it 5 j'an le rapport de réduction entre le compresseur mécanique (3) et le vilebrequin, pan la densité des gaz passant à travers le compresseur mécanique donnée par pcm Pacvm = 0 le débit volumétrique dudit RT','', compresseur mécanique, DasPsp la consigne de débit de gaz aspiré par les cylindres dudit 15 moteur, 8P les pertes de charge dans un refroidisseur à air (6) situé entre ledit turbocompresseur (2) et ledit compresseur mécanique (3), K , et K p des paramètres de calibration de la boucle de retour.
- 10) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit compresseur 20 mécanique est entraîné par le vilebrequin dudit moteur (1) au moyen d'un réducteur et d'un embrayage (11) commandé en fonction de ladite consigne d'ouverture BypasssP de ladite vanne de by-pass.
- 11) Procédé selon la revendication 10, dans lequel on commande ledit embrayage (11) en 25 réalisant les étapes suivantes : i) on détermine le régime du moteur Ne ; et ii) on commande ledit embrayage (11) de telle sorte que : Pcm = RTacv', ,Ø le débit volumétrique dudit compresseur mécanique, D:1, la consigne lbp-1- si la consigne d'ouverture BypasssP de ladite vanne de by-pass correspond à une ouverture incomplète de ladite vanne (4) et si ledit régime du moteur Ne est inférieur à un seuil prédéterminé, alors on embraye ; - sinon on débraye.
- 12) Procédé selon la revendication 11, dans lequel ledit seuil prédéterminé est déterminé en fonction de la vitesse maximale admissible par ledit compresseur mécanique (3) et du rapport de réduction rc', entre ledit vilebrequin et ledit compresseur mécanique (3).
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