FR2995356A1 - Procede de regulation d'une suralimentation par turbocompresseur couple a une machine electrique et avec une vanne de derivation, et dispositif de suralimentation correspondant - Google Patents

Abstract

Il est proposé un procédé de régulation d'un turbocompresseur (37), le turbocompresseur (37) étant relié à une machine électrique (45), le turbocompresseur comprenant des moyens (56, 57) de réguler la puissance récupérée par la turbine. On calcule une consigne de position (u) d'au moins un des moyens (56) de régulation de la puissance de la turbine, et on calcule une consigne de puissance électrique envoyée vers la machine électrique (45). La consigne de puissance électrique (P ) est calculée pour compenser un éventuel déficit de puissance entre une puissance souhaitée du compresseur (32) du turbocompresseur et une puissance instantanée estimée de la turbine (33) du turbocompresseur. La consigne de position (u) est calculée à partir d'une puissance souhaitée de la turbine calculée en soustrayant à la puissance souhaitée du compresseur, un terme inertiel correspondant à un régime de rotation souhaité du turbocompresseur (37), et une puissance prédéfinie (P ) en fonction du point de fonctionnement (N ,C ) du moteur (30).

Description

Procédé de régulation d'une suralimentation par turbocompresseur couplé à une machine électrique et avec une vanne de dérivation, et dispositif de suralimentation correspondant.

L'invention concerne les systèmes de suralimentation de moteurs à combustion interne, par exemple des turbocompresseurs de 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. Il existe deux grands 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 pales de la turbine. Dans les turbocompresseurs à géométrie fixe, on peut, dans certaines variantes de réalisation, agir sur la vitesse de rotation de la turbine grâce à une vanne de décharge montée en parallèle de la turbine (parfois appelée « wastegate ») et qui permet de détourner l'air d'échappement de la turbine. L'invention concerne les turbocompresseurs dont le débit turbine peut être ajusté soit au moyen d'une vanne wastegate, soit en variant l'inclinaison des pales de la turbine, et dont le couple total sur l'arbre du turbocompresseur peut être ajusté au moyen d'une machine électrique apte à entraîner l'axe du turbocompresseur. Quand la demande de pression de suralimentation ne justifie pas l'utilisation de l'intégralité de l'énergie disponible au niveau de la turbine, la machine électrique peut être utilisée en génératrice pour produire de l'énergie électrique envoyée vers une batterie d'accumulateur en vue d'un usage ultérieur. Lorsqu'au contraire une forte puissance est nécessaire au niveau du compresseur, par exemple pendant des phases transitoires au début d'une accélération du véhicule, la machine électrique peut contribuer à fournir l'énergie nécessaire au compresseur, en sus de l'énergie disponible au niveau de la turbine. La présence de la machine électrique permet ainsi d'améliorer la réactivité du turbocompresseur vis-à-vis des demandes du conducteur du véhicule. De tels systèmes de suralimentation peuvent ainsi être employés sur des véhicules personnels destinés à une conduite de type sportif. La sévérisation des normes de dépollution amène en outre, 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. Il est donc nécessaire de réguler le plus finement possible le fonctionnement du turbocompresseur. L'invention a pour but de proposer un système de régulation d'un tel turbocompresseur, qui permette une convergence rapide du couple moteur vers le couple de consigne demandé par le conducteur, tout en permettant d'utiliser la machine électrique pour stocker un excédant d'énergie pendant les phases de roulage stabilisées du véhicule. Un système turbocompresseur pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprend un turbocompresseur et une machine électrique configurée pour pouvoir appliquer alternativement un couple moteur et un couple résistant à l'arbre du turbocompresseur. Le turbocompresseur comprend des moyens de réguler la puissance récupérée par la turbine à partir des gaz d'échappement. Le système comprend en outre un premier capteur de température placé de manière à mesurer une température de gaz en amont du compresseur du turbocompresseur, comprend un second capteur de température placé de manière à mesurer une température d'admission des gaz dans un collecteur d'admission du moteur, comprend un premier capteur de pression apte à mesurer la pression de gaz dans un collecteur d'admission des cylindres du moteur, comprend un débitmètre placé de manière à mesurer le débit des gaz traversant le turbocompresseur. Le système turbocompresseur comprend une unité de commande électronique apte à calculer une consigne de position d'au moins un des moyens (56) de régulation de la puissance de la turbine. Pour calculer la consigne de position, l'unité de commande électronique est configurée pour élaborer une première valeur de puissance assimilable à une puissance de consigne du compresseur, et une valeur de premier régime de rotation assimilable à un régime de rotation du turbocompresseur, cette première puissance et ce premier régime étant calculés en prenant en compte une pression de suralimentation de consigne, la température mesurée en amont du compresseur, la pression mesurée, dans le collecteur d'admission, la température mesurée des gaz dans le collecteur d'admission, et le débit de gaz mesuré traversant le compresseur. Avantageusement, l'unité de commande électronique est en outre configurée pour calculer une consigne de puissance électrique envoyée vers la machine électrique, et pour prendre en compte une composante de cette puissance électrique lors du calcul de la consigne de position. Avantageusement, l'unité de commande électronique est configurée pour utiliser une consigne primaire de puissance prédéfinie en fonction du point de fonctionnement du moteur, pour soustraire cette consigne primaire de puissance de la première valeur de puissance lors du calcul de la consigne de position, et pour comparer, lors du calcul de la consigne de puissance électrique, cette consigne primaire de puissance avec une différence entre la première valeur de puissance, et une seconde valeur de puissance également calculée par l'unité de commande. Le système peut comprendre un second capteur de pression placé de manière à mesurer la pression aval turbine de gaz en aval de la turbine du turbocompresseur, comprendre un troisième capteur de pression placé de manière à mesurer la pression amont turbine des gaz entre la sortie des cylindres du moteur et la turbine, comprendre un troisième capteur de température placé de manière à mesurer la température amont turbine des gaz entre la sortie des cylindres du moteur et la turbine. L'unité de commande électronique peut alors être configurée pour prendre en compte les valeurs délivrées par le premier, le second et le troisième capteur de pression, ainsi que la valeur délivrée par le troisième capteur de température, ainsi que la consigne primaire de puissance, pour calculer la consigne de puissance électrique envoyé à la machine électrique.

Selon un mode de réalisation préférentiel, l'unité de commande électronique comprend un premier calculateur configuré pour calculer la valeur de premier régime de rotation, en utilisant la valeur de pression de suralimentation de consigne, le débit délivré par le débitmètre, et une pression, mesurée en amont du compresseur, le premier calculateur étant en outre configuré pour calculer une valeur de second régime de rotation, obtenu en substituant, dans la formule de calcul du premier régime de rotation, la valeur de pression de suralimentation de consigne par la valeur mesurée par le premier capteur de pression, la valeur de second régime de rotation étant utilisée par l'unité de commande électronique pour calculer la consigne de puissance électrique envoyé à la machine électrique. L'unité de commande électronique peut comprendre un second calculateur configuré pour calculer la seconde valeur de puissance en utilisant une première coordonnée cartographique calculée en divisant la valeur délivrée par le troisième capteur de pression par la valeur délivrée par le second capteur de pression, en utilisant une seconde coordonnée cartographique calculée à partir de la valeur délivrée par le troisième capteur de température et la valeur de second régime de rotation, les deux coordonnées cartographiques étant utilisées pour lire dans une première cartographie une première valeur cartographiée assimilable à une efficacité de la turbine, et les deux coordonnées cartographiques étant utilisées pour lire dans une seconde cartographie une seconde valeur cartographiée. Le second calculateur peut être configuré pour calculer la seconde valeur de puissance en utilisant la première valeur cartographiée, la seconde valeur cartographiée, la première coordonnée cartographique, la pression délivrée par le troisième capteur de pression, et la température délivrée par le troisième capteur de température.

Selon un mode de réalisation préférentiel, l'unité de commande électronique est configurée pour attribuer comme valeur à la consigne de puissance électrique envoyé à la machine électrique : - la différence entre la première valeur de puissance et la seconde valeur de puissance si la valeur absolue de la première valeur de puissance est supérieure à la valeur absolue de la seconde valeur de puissance, - une consigne dont la valeur absolue est la plus petite valeur entre la valeur absolue de la consigne primaire de puissance et la valeur absolue de la différence entre la première et la seconde valeur de puissance si la valeur absolue de la première valeur de puissance est inférieure à la valeur absolue de la seconde valeur de puissance. L'unité de commande électronique peut comprendre un générateur de consigne de détente turbine, le générateur étant configuré pour délivrer une consigne de taux de détente en boucle ouverte utilisée par l'unité de commande électronique pour calculer la consigne de position, le générateur étant configuré pour utiliser, lors du calcul de la consigne de taux de détente, la valeur de premier régime de rotation, la pression délivrée par le second capteur de pression, et la différence entre première valeur de puissance et la consigne primaire de puissance. Avantageusement, le générateur est configuré pour calculer la consigne de taux de détente en boucle ouverte en utilisant une température cartographiée en fonction du point de fonctionnement du moteur, et en n'utilisant comme valeurs de températures mesurées que des températures mesurées en amont des cylindres du moteur. Le générateur de consigne de détente turbine peut comprendre un régulateur configuré pour calculer un terme correctif déterminé à partir d'un écart entre un taux de compression estimé du turbocompresseur, et un taux de compression de consigne du turbocompresseur, le terme correctif étant ajouté à une consigne de taux de détente en boucle ouverte, et le taux de compression estimé étant calculé à partir de la pression délivrée par le premier capteur de pression, du débit mesuré des gaz traversant le compresseur, et d'une pression mesurée en amont du compresseur, et le taux de compression de consigne étant calculé à partir de la pression de suralimentation de consigne, du débit mesuré des gaz traversant le compresseur, et d'une pression mesurée en amont du compresseur.

Selon un mode de réalisation, les moyens pour réguler la puissance récupérée par la turbine à partir des gaz d'échappement comprennent une conduite de dérivation munie d'une vanne de régulation et configurée pour permettre à une partie des gaz sortant des cylindres du moteur d'être rejetés à l'atmosphère sans transiter par la turbine du turbocompresseur. L'unité de commande électronique comprend alors un convertisseur configuré pour convertir en consigne de position de la vanne de régulation, une consigne de taux de détente délivrée par le générateur de consigne, le convertisseur étant configuré pour utiliser, lors du calcul de la consigne de position, une température cartographiée, la température mesurée par le second capteur de température, la pression de suralimentation de consigne, le débit mesuré par le débitmètre, la pression mesurée par le second capteur de pression, et la pression mesurée par le premier capteur de pression, ainsi que la valeur de premier régime de rotation.

Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de régulation d'un turbocompresseur pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, le turbocompresseur étant relié à une machine électrique apte à lui délivrer alternativement un couple moteur et un couple résistif, le turbocompresseur comprenant des moyens de réguler la puissance récupérée par la turbine à partir des gaz d'échappement, dans lequel on calcule une consigne de position d'au moins un des moyens de régulation de la puissance de la turbine, et on calcule une consigne de puissance électrique envoyée vers la machine électrique, la consigne de puissance électrique étant calculée pour compenser un éventuel déficit de puissance entre une puissance souhaitée du compresseur du turbocompresseur et une puissance instantanée estimée de la turbine du turbocompresseur, et la consigne de position étant calculée à partir d'une puissance souhaitée de la turbine calculée en soustrayant à la puissance souhaitée du compresseur, un terme inertiel correspondant à un régime de rotation souhaité du turbocompresseur, et une puissance prédéfinie en fonction du point de fonctionnement du moteur. 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 rappelle l'architecture générale d'un moteur équipé d'un turbocompresseur, -la figure 2 illustre une partie d'un système de régulation selon l'invention. Le turbocompresseur 37 comprend un compresseur 32 et une turbine 33 montés sur un arbre commun. Une machine électrique 45 est également solidaire, ou solidarisable au travers d'un embrayage, de l'arbre du turbocompresseur. Par solidaire, on entend que la machine électrique 45 est reliée à l'arbre du turbocompresseur de manière à pouvoir entraîner celui-ci en rotation, éventuellement au travers d'un jeu d'axes et de pignons. De l'air frais A, arrivant à une pression atmosphérique Patmo, mesurée par un capteur de pression 49, 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'alimentation 40 assurant qu'une même pression d'air arrive aux cylindres 41 du moteur 30. Une partie des gaz sortant des cylindres du moteur 30 peut, dans certaines variantes de réalisation, être détournée vers le collecteur d'admission 40 via un court circuit muni d'un refroidisseur 35 et d'une vanne 36. Les gaz sortant des cylindres du moteur se répartissent entre le court circuit régulé par la vanne 36, et la turbine 33 et une conduite de dérivation, ou "wastegate" 57, régulée par une vanne ou un volet 56, et qui permet d'amener une partie des gaz sortant des cylindres du moteur 30 directement en aval de la turbine 33. La turbine 33 du turbocompresseur 37 est entraînée par la portion de gaz d'échappement du moteur qui ne sont ni recyclés par la vanne 36, ni ne transitent par la wastegate 57. La turbine 33 entraîne en rotation le compresseur 32. La turbine 33 du turbocompresseur 37 est entraînée par les gaz d'échappement du moteur. La turbine 33 entraîne en rotation le compresseur 32. Un couple supplémentaire, couple moteur ou couple de freinage, peut être appliqué au compresseur à l'aide de la machine électrique 45. La machine électrique 45 est alimentée à partir d'une batterie d'accumulation 44, au travers d'un convertisseur électrique 43. 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 débitmètre 15 disposé de manière à mesurer le débit de gaz We traversant le compresseur 32, d'un premier capteur de température 14 disposé de manière à mesurer la température Tue de gaz en amont du compresseur, qui peut par exemple être placé dans le débitmètre 15, et d'un premier capteur de pression 19 disposé de manière à pouvoir mesurer la pression de gaz Pdt 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 de pression 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 d'air 55 mesurant la température Tadm de l'air dans le collecteur d'admission 40. L'unité de commande électronique 2 est aussi reliée à un capteur 49 de pression atmosphérique Patmo, capteur qui peut par exemple être intégré à un calculateur d'injection. L'unité de commande peut également être reliée à un capteur 50 de la pression Put en amont de la turbine 33, et d'un capteur de température 51 de la température Tut en amont de la turbine 33. Les capteurs 50 et 51 peuvent par exemple être situés entre la sortie des cylindres du moteur et l'entrée de la turbine 33. L'unité de commande 2 est reliée à un superviseur 42 qui transmet à l'unité de commande 2, une valeur de consigne Pspg,sp représentant la pression de gaz souhaitée dans le collecteur d'admission 40. Pspg,sp est parfois aussi appelée par la suite pression de suralimentation de consigne. L'unité de commande 2 est également reliée à un superviseur 48 qui transmet à l'unité de commande 2, une valeur de consigne 13,,sp représentant une puissance mécanique par défaut demandée à la machine électrique 45. Cette puissance 13,,sp peut par exemple être cartographié en fonction du point de fonctionnement (régime ,couple) du moteur 30. L'unité de commande 2 est également reliée à un superviseur 59 qui transmet à l'unité de commande 2, une valeur de température cartographiée Tut,sp représentant une température des gaz à l'entrée de la turbine 33. Cette température Tut,sp peut par exemple être cartographiée en fonction du point de fonctionnement (régime, couple) du moteur 30. L'unité de commande 2 élabore une consigne de puissance électrique filtrée 20Pelec,sp,filt, qui est par exemple envoyée au convertisseur 43, qui alimente alors la machine électrique 45 de manière à générer un couple moteur correspondant à cette puissance électrique, ou qui pilote la machine électrique 45 de manière à ce qu'elle développe le couple résistant correspondant. Les "consignes de puissance électrique" (par 25 exemple P entendent ici comme les puissances - e,sp, Pelec,sp,filt) mécaniques demandées à la machine électrique, en tenant compte du rendement de la machine. Le court circuit 35 représente ici un système de recirculation de gaz à haute pression, ou "EGR HP". L'invention peut aussi être 30 appliquée à des systèmes comprenant un circuit de recirculation à basse pression, ou "EGR BP", dans lequel les gaz d'échappement sont réinjectés en amont du compresseur. La figure 2 illustre une partie d'un système de régulation associé à un turbocompresseur selon l'invention.

On retrouve sur la figure 2 des éléments communs à la figure 1, les mêmes éléments étant alors désignés par les mêmes références. L'unité de commande électronique 2 comprend un premier calculateur 20 apte à calculer deux types de régimes du turbocompresseur Nte,sp et Ntc,est, et apte à calculer une puissance de consigne du compresseur POW,,sp. L'unité de commande électronique 2 comprend aussi un générateur de consigne de détente turbine 22 apte à générer une consigne de détente turbine PRcsp, et un générateur 12 de consigne de puissance électrique filtrée P - elec,sp,filt - La consigne de puissance électrique filtrée P - est envoyée comme consigne de puissance par exemple vers le convertisseur électrique 43 afin d'imposer une puissance de fonctionnement à la machine électrique 45. La consigne de détente turbine PRcsp est envoyée vers un convertisseur 7 qui l'utilise pour calculer une consigne de position envoyée vers le volet 56 de la wastegate 57. Le convertisseur 7 peut être relié au capteur de température 51. Le générateur de consigne de puissance électrique filtrée 12 comprend un second calculateur 21 apte à calculer une puissance turbine estimée POWcest. Le générateur de consigne de détente turbine 22 comprend un troisième calculateur 52 apte à calculer une puissance turbine de consigne POWcsp et un quatrième calculateur 53 apte à calculer une consigne en boucle ouverte de taux de détente turbine PRt,sp,ol.

Le générateur de consigne de détente turbine 22 peut également comprendre un régulateur 11 apte à délivrer une correction de consigne de taux de détente PRt,sp,c1 venant s'ajouter à une consigne de taux de détente calculée par le quatrième calculateur 53. Les équations mises en oeuvre dans les différents composants de l'unité de commande électronique 2 sont détaillées plus bas. C'est à ces équations qu'il est fait référence dans la suite de la description. Le premier calculateur 20 reçoit en entrée la valeur de température en amont du compresseur délivrée par le capteur 14, la valeur de régime de rotation Ne du moteur 30 délivrée par l'estimateur 17, la consigne de pression de suralimentation Pspg,sp délivrée par le superviseur 42, une valeur de perte de charge APcool obtenue à l'aide d'une cartographie 13 à partir du débit W, délivré par le débitmètre 15, et une valeur de pression Pu, en amont du compresseur estimée par exemple à l'aide de l'équation (1). A l'aide de ces valeurs, et en utilisant diverses cartographies, le premier calculateur 20 élabore une valeur de régime Ntc,sp pouvant correspondre à une valeur estimée de régime de rotation du turbocompresseur, calculée par exemple à l'aide des équations (4b) et (6b). Le premier calculateur délivre également une valeur de régime pouvant représenter un régime de rotation de consigne du turbocompresseur, et obtenue par exemple à l'aide des équations (4a) et (6a), similaires aux équations (4b) et (6b) mais dans lesquelles on injecte une valeur de pression de suralimentation de consigne puis une valeur de taux de compression de consigne, au lieu d'une valeur de pression de suralimentation mesurée et d'une valeur de taux de compression estimée. Le calculateur 20 délivre également une puissance de compression de consigne POW,,sp calculée par exemple à l'aide des équations (3) (4a), (8) et (9). Le second calculateur 21 reçoit en entrée le régime Nt c,est de rotation estimé du turbocompresseur issu du premier calculateur 20, une valeur Put de pression en amont de la turbine issue du capteur 47, une température Tuctues de température en amont de la turbine issue du capteur 51, et une valeur de taux de détente turbine estimé PRt,est obtenue en divisant à l'aide d'un diviseur 25 la pression Put issue du capteur 7 par la pression Pdt en aval de la turbine issue du capteur 19. Le second calculateur 21 comprend un calculateur de coordonnée cartographique Cl, une première cartographie 3a, une seconde cartographie 3c et un estimateur de puissance 146. Le second calculateur 21 utilise les cartographies 3a et 3c pour lire, à partir d'une coordonnée calculée par le calculateur Cl et d'une seconde coordonnée égale au taux de détente PRcest, dans les cartographies 3a et 3e respectivement, une efficacité turbine qt et une grandeur relative au débit de turbine fwt. La lecture de ces cartographies correspond aux équations (12bis) et (13ter). L'estimateur 146 en déduit ensuite par exemple à l'aide de l'équation (26) la puissance turbine estimée POWt,'t, qui est ensuite envoyée sur l'entrée négative d'un soustracteur 24. Le soustracteur 24 reçoit sur son entrée positive la puissance de compresseur de consigne POW,,sp issue du premier calculateur 20. La sortie du soustracteur 24 est reliée à un comparateur 58 qui compare cette valeur à la consigne primaire de puissance électrique délivrée par le superviseur 48. La plus grande des deux valeurs comparées est attribuée à la variable Pel',sp,filt, qui est alors envoyée comme consigne au convertisseur électrique 43. Il faut noter qu'avec la convention de signes adoptée, la consigne primaire de puissance électrique 13,,sp délivrée par le superviseur 48 est généralement négative, car elle correspond à une puissance en mode générateur. La puissance issue du soustracteur 24 viendra donc se substituer à cette puissance électrique cartographiée, soit si elle représente une puissance motrice, soit si elle représente une puissance génératrice de valeur absolue moindre que celle délivrée par le superviseur 48. Le générateur de consigne de détente turbine 22 comprend un troisième calculateur de puissance turbine 52 délivrant une puissance turbine de consigne POWcsp et un quatrième calculateur calculant en boucle ouverte une consigne de taux de détente turbine ainsi qu'un débit turbine de consigne Wcsp. Le générateur de consigne de détente 22 peut en outre comprendre un régulateur 11, et un sommateur 5 additionnant le taux de détente turbine PRtsp,o1 en boucle ouverte issu du quatrième calculateur 53 et un terme correctif de taux de détente PRtsp,c1 issu du régulateur 11. La somme PRt,sp ainsi obtenue est envoyée vers le convertisseur 7. Le troisième calculateur 52 calcule un terme inertiel tenant compte du régime de rotation de consigne Ntc,sp délivré par le calculateur 20. Il ajoute ce terme inertiel au résultat d'un soustracteur 23, qui soustrait la consigne primaire de puissance électrique 13,,sp issue du superviseur 48, de la puissance compresseur de consigne POW,,sp issue du premier calculateur 20. Le troisième calculateur 52 élabore ainsi conformément à l'équation (10) une valeur POWcsp de puissance turbine de consigne. Cette puissance turbine de consigne est envoyée vers le quatrième calculateur 53. Le quatrième calculateur 53 reçoit en outre la valeur de régime de rotation turbocompresseur de consigne Ntc,sp, ainsi qu'une température amont turbine de consigne Tut,sp qui est par exemple lue par un superviseur 59 dans une cartographie (non représentée) fonction du régime Ne et du couple Ce du moteur 30. L'utilisation d'une température amont turbine cartographiée permet de s'affranchir, au niveau de l'élaboration de la consigne par le calculateur 53, de l'inertie du capteur de température 51. Le quatrième calculateur 53 utilise les cartographies 3a et 3c également utilisées par le second calculateur 21. Il élabore, par exemple selon l'équation 13 bis, en utilisant au passage encore une fois la cartographie 3c, une consigne de régime turbine Wcsp qui est envoyée sur le convertisseur 7, et élabore, conformément aux équations (12), (13), (14) et (15) une valeur de taux de détente PRt,sp,o1 de consigne en boucle ouverte envoyée sur une entrée du sommateur 5. Selon certaines variantes de réalisation, cette valeur PRt,sp,o1 peut être suffisante pour élaborer la consigne de position u du volet 56 de wastegate. Selon d'autres variantes de réalisation, cette valeur PRt,sp,o1 peut être complétée par une valeur corrigée PRt,sp,c1 à l'aide d'un régulateur 11, par exemple de type proportionnel intégral dérivé. Le régulateur 11 calcule la valeur corrective de taux de détente PRt,sp,c1 à partir d'une erreur EpR, donnée par l'équation (17), et calculée comme la différence entre le rapport de compression de consigne PRc,sp et le rapport de compression estimé PRc,est déterminé aux équations (4a) et (4b). La valeur corrective de taux de détente PRcsp,c1 délivrée par le régulateur 11 est donné par exemple à l'équation (16). Afin de calculer l'erreur e, sur les rapports de compression, le régulateur 11 utilise la consigne de pression de suralimentation délivrée par le superviseur 42, la pression de suralimentation mesurée délivrée par le capteur 16, la valeur de perte de charge APcool lue dans la cartographie 13 à partir du débit du compresseur WC délivré par le capteur 15, et la pression amont au compresseur Pu,.

Le convertisseur 7 applique une limitation à la consigne de rapport de détente turbine PRcsp, par exemple selon l'équation (18). Le convertisseur 7 calcule une consigne Wwg de gaz devant traverser la conduite de dérivation 57 à l'aide par exemple des équations (19), (2), à l'aide des l'équations (21), (22) et (23) issues de l'équation de Barré de St Venant, la section efficace Swg que doit présenter la conduite de dérivation 57, puis en déduit, par exemple à l'aide d'une cartographie 3f, la position u qui est envoyée comme consigne de position au volet de wastegate 56. Le mode de calcul des différentes grandeurs est exposé ci- après. Lexique des principales grandeurs utilisées : Grandeur Unité Description Patmo [mbar] Pression atmosphérique (mesurée) Pspg [mbar] Pression (mesurée) dans le collecteur 40, ou "pression de suralimentation" Puc [mbar] Pression en amont du compresseur (estimée) Put ,mes = Put [mbar] Pression en amont de la turbine (mesurée) Put,sp [mbar] Pression de consigne saturée en amont de la turbine (définie à l'équation 22) P [mbar] Pression en aval du compresseur (estimée) dc Pdt [mbar] Pression en aval de la turbine (mesurée) PR, H Taux de compression Pi,'I P dc PR, H Taux de détente Put/Pd, PRcsp,o1 H Consigne de taux de détente en boucle ouverte PRt,sp,c1 H Correction de taux de détente en boucle fermée PRt,sp H Consigne de taux de détente total (boucle ouverte + boucle fermée) Ce [Nm] Couple développé par le moteur Ne [1-Pln] Régime du moteur (mesuré) N, [1-Pln] Régime du turbocompresseur (estimé) cotc [rad/s] Nt, exprimé en rad/s J [Kg/m2] Inertie du turbocompresseur Wc [Kg/s] Débit du compresseur (mesuré) Wt [Kg/s] Débit de la turbine (estimé) wwg [Kg/s] Débit traversant le conduite 57 de dérivation ("wastegate") Wech [Kg/s] Débit d'échappement en aval de la conduite de wastegate (estimé) 11c H Efficacité/rendement du compresseur 11 H Efficacité/rendement de la turbine (cartographiée, ou calculée) Tuc [°K] Température en amont du compresseur (mesurée) Tut ,sp [°K] Consigne de température en amont de la turbine prédéfinie en fonction du point de fonctionnement (Ne, Ce) du moteur 30 Tut =Tut ,,,,' [°K] Température en amont de la turbine (mesurée) Tadm [°K] Température de l'air dans le collecteur d'admission à l'entrée du moteur (mesurée) Tdt,sp [°K] Consigne de température en aval de la turbine prédéfinie en fonction du point de fonctionnement (Ne, Ce) du moteur 30 Ta r [°K] Température de l'air de l'air extérieur entrant en amont du filtre à air 31 (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 H Rapport des capacités thermiques massiques Cp/C, des gaz (à l'admission ou à l'échappement suivant les équations) POW, [W] Puissance de la turbine POW. [W] Puissance compresseur APcool [mbar] Perte de charge de l'échangeur 34 Pe,sp [W] Consigne primaire de puissance de la machine électrique issue par exemple de cartographie (positive en mode moteur, négative en De manière générale dans ce qui suit Xest est une variable estimée à partir d'une ou plusieurs variables mesurées, à l'aide de cartographie éventuelles. Xutes est une variable mesurée par un capteur dédié.

Xsp ("set point") est une variable de consigne, élaborée au moins en partie à partir de grandeurs émanant du conducteur du véhicule. 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 du circuit de circulation de gaz dans le moteur.

Variables mesurées consommées dans la stratégie Ces variables sont : - Régime moteur Ne, - Débit carburant FIMsp, proportionnel au couple Ce développé par le moteur - Pression atmosphérique P, - Pression collecteur 13,,,g. - Débit passant à travers le compresseur - Température amont compresseur T. - Température amont turbine Tut. - Pression amont turbine Put générateur) Consigne filtrée de puissance de la machine électrique Pelec,sp,filt [W] - Pression aval turbine Pdt Ces variables sont : - La pression amont compresseur Puc, Variables estimées consommée dans la stratégie Ces variables sont : - La température amont turbine T',,'' - Le débit échappement Weckest. Estimation de la pression amont compresseur : Pour l'estimation de la pression amont 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. 15 = Pahno f f'(Wc) Equation (1) Equation de perte de charge du filtre à air Estimation de la température amont turbine : La température amont turbine, T.' est utilisée dans la stratégie. 20 Elle est estimée grâce à une cartographie qui dépend du régime moteur et du débit carburant. Cette cartographie est pré calibrée grâce à des essais réalisés sur banc moteur. La calibration est ensuite affinée par des essais sur véhicule. 25 Estimation du débit échappement: En stabilisé le débit d'échappement W - ech est égal au débit compresseur plus le débit carburant. En 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 30 d'échappement comme suit : Ra/ri' adin Equation (2) Calcul du débit échappement estimé (pour un moteur à 4 cylindres), 10 Wech -Wc ± 0.00012 Hill sp *Ne PspgVtot où FIMsp est le débit carburant (en mg/cp). Le volume Vtot est une variable de calibration qui permet de représenter les effets dynamiques sur le débit.

On note que le terme dynamique qui influe sur le retard entre le débit admission et échappement est proportionnel à la dérivée de la pression de suralimentation Pspg. Consigne de débit compresseur Les conditions de calcul de cette variable W,,,p 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 compresseur est calculée sur la base de l'équation de remplissage moteur. L'équation qui résume le calcul est la suivante : P V N w ,spg,sp cyl e N Equation (3) adm,sp e) c'sP 120RairTadm Calcul du débit d'air consigne dans une configuration sans recyclage de gaz d'échappement de type EGR HP où - Vcy, [m3] est la cylindrée du moteur, - vo/ est le rendement volumétrique. Cette cartographie est identifiée à partir des essais en stabilisé. - pachn[Kg/m3] est la densité d'air dans le collecteur d'admission 40 (obtenue en divisant la pression de l'air dans le collecteur par la température de l'air dans le collecteur et par la constante des gaz parfaits) 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. Le taux de compression consigne et estimé sont calculés avec la consigne et la mesure de pression de suralimentation, respectivement Pspg, et Pspg ,mes - La consigne de pression des suralimentations est généralement stockée dans une cartographie, en fonction du couple et du régime du moteur. La mesure de pression de suralimentation est faite via un élément piézoélectrique 16 qui permet la conversion de la pression en tension électrique directement l'interprétable par le calculateur d' inj ection. Consigne et estimation du taux de compression Le calcul de la consigne et l'estimation du taux de compression est donné par : Pspg,sp cool et PR ,,,est Pspg,mes +AP001 Calcul du taux de = compression PRc,sp - Puc Puc Equation (4a) Equation (4b) - Calcul de la perte de charge RAS APcool icool(wC) Entrées/ Sorties du bloc Entrées :+-- - Pression de suralimentation consigne Pspg,s, par exemple, - Pression de suralimentation mesure Pspg ,mes - Débit compresseur Wc, - Pression amont compresseur Puc, - Température amont compresseur Tuc. Sorties : - Taux de compression consigne PR,,, - Taux de compression estimé PR,st.

Le taux de compression consigne peut être limité afin de garantir à terme de ne pas dépasser un régime turbocompresseur limite.

Du taux de compression au régime turbo Cette deuxième étape de calcul a pour but de lier le régime turbocompresseur avec le taux de compression. L'intérêt de cette transformation est de se mettre dans le référentiel du turbocompresseur.

Consigne et estimation du régime turbocompresseur Pour la consigne et l'estimation du régime turbo, nous utilisons les cartographies constructeur et moteur pour obtenir le régime turbo corrigé en fonction du régime moteur et du taux de compression. En étant le débit aspiré effet, en exprimant le débit compresseur comme par le moteur, nous obtenons : ( T P V N PR, = f, N' ref ,c spg cyl e adm,sp, e) Tu, 120Ra,Tadm Tue Pref Tref ,c Pue Equation (5) En inversant cette fonction, on obtient le régime turbocompresseur corrigé en fonction du taux de compression et du régime moteur. Cette fonction est notée fNt. Elle peut être représentée par une cartographie, par exemple notée 3d. Nous avons donc le calcul du régime turbocompresseur: 25N = f R N ) tc,sp Nt c,sp, e Equation (6a) et N tc,est = f Nt (P Rc,est N Equation (6b) ref ,c ref ,c avec Trefc une température de référence du compresseur (constante). Entrées/ Sorties du bloc de calcul : Entrées : 30 - Régime moteur Ne, - Taux de compression estimé PRe,'' - Taux de compression consigne - Température amont compresseur mesuré T.

Sorties : - Régime turbocompresseur consigne - Régime turbocompresseur estimé N',',. Vers une consigne de puissance compresseur Cette étape de calcul a pour but de lier les précédents calculs afin de construire une consigne de puissance compresseur. L'expression de la puissance compresseur est donnée par : y-1 PRc7 -1 POW = V 1T -cp,adm Equation (7) uc Tl c où : - Wc est le débit passant à travers le compresseur, - ]est la température amont 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. - TL est l'efficacité compresseur, cartographiée La question est de savoir dans ce calcul si les variables utilisées doivent être des valeurs de consigne ou des valeurs mesurées/estimées. Le même type d'arbitrage s'impose pour le calcul de la puissance turbine qui utilise un débit une efficacité turbine. Dans le calcul de la puissance de consigne, nous faisons le choix d'utiliser toutes les consignes possibles. La puissance compresseur consigne délivrée par l'estimateur 20 s'exprime : POWc,p 1 c,spTuc ( C PR 7 -1 p adm c,sp Equation (8) lic,sp - r1 est l'efficacité compresseur de consigne, cartographiée par exemple sous la forme : = ref,c c,sp Tuc Pref Equation (9) c,sp Nt,sp,i Tuc T P ref,c uc Entrées/ Sorties du bloc Entrées : -Taux de compression consigne PR', -Débit compresseur de consigne Wc,sp, -Régime turbocompresseur de consigne Nt,sp, -Température et pression amont compresseur T.,. et Puc (mesurées). Sortie : Puissance compresseur consigne POW'. Vers une consigne de puissance turbine : Cette étape de calcul a pour but de transformer la consigne de puissance compresseur en consigne de puissance turbine.

Sans la machine électrique la vitesse de rotation du turbocompresseur est donnée par le principe fondamental de la dynamique appliqué au système composé de la turbine, du compresseur et de l'axe qui assure le couplage entre ces deux éléments tournants. C'est cette relation qui va permettre de transférer les consignes « admission » (sur le compresseur) aux consignes « échappement » (sur la turbine). La vitesse de rotation du turbocompresseur N dépend essentiellement de la différence entre la puissance de la turbine POWt et la puissance du compresseur POW,. Ces puissances s'expriment analytiquement à partir de l'application du premier principe de la thermodynamique. Dans l'équation ci-dessous, les puissances sont remplacées par leur consigne : dN, JN, - PO Ift - PO Ifc,sp c dt Et enfin, pour anticiper la puissance prélevée par la machine électrique nous retranchons la consigne de puissance électrique à la consigne de puissance compresseur.

Consigne de puissance turbine L'expression de la puissance compresseur est donnée par : dN,c,sp 1C 2 POWsp=POWc,sp- 13,,sp d; Equation (10) où : - 13,, est une consigne de puissance électrique envoyée « a priori » à la machine, et délivrée par le superviseur 48. Cette consigne concerne le mode génératrice uniquement. Elle est stockée dans une cartographie fonction du couple et du régime moteur et présente une valeur négative pour respecter nos conventions de signe. Entrées/ Sorties du bloc Entrées : - Consigne de puissance compresseur POWc,, - Consigne de puissance électrique de la génératrice Pe,sp, - Inertie de l'ensemble tournant (compresseur, axe, turbine et machine électrique) J - Consigne de régime turbocompresseur Sorties : - Consigne de puissance turbine POW,,. Vers une consigne de taux de détente turbine : Dès lors que la consigne de puissance turbine est connue et que cette dernière dépend explicitement du taux de détente comme l'indique l'équation ci-dessous, il est de possible de l'inverser afin de calculer une consigne de taux de détente turbine. y-1 25 ( 1 Y PR t,sp,o1 POWt,sp -r- T t,sp p t ut Equation (11) avec lit =f3 \ W - 1./ 1- - Pref t,sp ut put Dans l'expression de la puissance turbine ci dessous, le débit W, et l'efficacité Th sont donnés par des cartographies, respectivement 3c et 3a, fournies par le constructeur. Elles dépendent du régime turbine et du taux de détente.

Ensuite, si on remplace le débit et le rendement par leurs expressions respectives, il vient : ( IPRtsp,o1 Ntc,sp \ Te = f3 (PR tsp,ol, C1) Equation (12) ( PRtsp,ol, Ntc,sp fwt (PR tsp,ol, ci) Equation (13) 1 '. Put 1 1 ( 1 y-1 Y Equation (14) POWt,sp -C p - Till 13 - 14 pref PR t,sp,o1 Finalement, en remplaçant Put par PR,spol .13dt, la relation ci- dessus est inversée afin de calculer la consigne de taux de détente nécessaire pour atteindre la puissance compresseur souhaitée qui, à son tour, permettra d'obtenir la consigne de taux de compression et donc la pression de suralimentation souhaitée.

Consigne de taux de détente turbine PRt,sp,ol = POWt,sp i Tref Pdi 1 c'sP lTut,sp C p, -Tut sp, Pref Equation (15) La cartographie F intègre les cartographies f3 (ou "3a") et fi (ou "3c"). La température en amont de la turbine T est donnée par une cartographie en fonction du régime moteur (Ne) et de la charge (Ce).

Entrées/ Sorties du bloc Entrées : - Consigne de puissance turbine - Consigne Régime turbocompresseur Ntc,sp, - Mesure pression aval turbine Pd, - Consigne de la température amont turbine Sorties : - Consigne de taux de détente turbine PR,,sp Vers une consigne de taux de détente turbine en boucle fermé : Le calcul de la correction du taux de détente en boucle fermée PR,,sp,c1 délivrée par le régulateur 11 s'effectue par une régulation sur l'erreur de taux de compression. La consigne issue de ce régulateur vient s'ajouter au terme PRcsp,01 calculé en boucle ouverte par le calculateur 53. Le régulateur 11 utilisé peut être un régulateur de type proportionnel intégral dérivé : PRt,sp,c1 =K xePRc K f E pRcclt + K d dE PRc dt où : - K est le gain proportionnel - K. est le gain de l'intégrateur - Kd est le gain du dérivateur - F - PRc est l'erreur du taux de compression PR'sp PRc,es, Equation (16) Equation (17) Entrées/ Sorties du bloc Entrée : -Erreur de taux de compression e, = PR'sp PRc,est Sortie : -Correction de taux de détente turbine en boucle fermée PR,,sp,c1 - Limitation de la consigne de taux de détente turbine : Le procédé de régulation selon l'invention peur intégrer une telle limitation afin de protéger le moteur et le turbocompresseur vis- à-vis des surpressions. Dans la structure de contrôle présentée, cette limitation de taux de détente a pour effet de limiter en priorité la puissance prélevée par la génératrice sans limiter la pression de suralimentation. La pression de suralimentation n'est impactée que lorsque la puissance électrique est nulle.

La consigne de taux de détente est saturée par la valeur maximale de la pression autorisée dans le collecteur d'échappement Pexh,max PRtspsat = max(PR,,,p , Pexh'max ) Equation (18) Pdt Où: - '3exh,max est soit une valeur constante, soit une valeur cartographiée par exemple en fonction du point de fonctionnement du moteur 30 (Ne, Ce). - Pd, la pression mesurée en aval de la turbine. - PRcsp = PRt,sp,ot PRt,sp,ct est la consigne totale de taux de détente turbine avant saturation. A ce stade on a défini la consigne de taux de détente, PRt,sp,sat Il reste à calculer la position du volet de wastegate permettant d'atteindre cette consigne, le principe est décrit dans la section suivante. Vers une consigne de position de la wastegate : Le calcul de la position du volet de la wastegate repose sur la détermination du débit de consigne, puis sur l'inversion de l'équation de Barré Saint Venant décrivant le débit traversant la wastegate. Le débit turbine est relié au débit d'échappement W ech et au débit traversant la wastegate Ww, par la loi de conservation de la masse.

Wwg ,sp Equation (19) Dans cette section nous allons décrire le calcul de Wwg On a vu à l'équation 2 que : P V W 'h = W 0.00012F/Msp* Ne t't Ra,eTadll, Equation (2) Finalement on peut écrire : Equation (20) P1/;, Wwg - 0+0.00012F/M *N -W RTadm sp e t,sp Le débit turbine Wsp s'exprime en fonction des conditions environnementales et le taux de détente consigne PR,s,a, calculé précédemment en utilisant la cartographie fwt (aussi appelé 3c sur la figure 2) suivant la relation : = ref Equation (13bis) ,sp ut,sp t,sp,sat tc,sp 7, Ut T ut,sp L'équation de Barré Saint Venant décrivant le débit de gaz le devant traverser la wastegate nous donne : Wwg = Swgt Put,sp (pRi,sp,sat) avec 2y .1 -2 -(y-1) ut,mes V(PR t sp,sat ) =.\/ PRt sp,sat Y PR t sp,sat Y Equation (21) Avec Put,sp = PR t ,sp,sat X Pdt Equation (22) la consigne de pression saturée en amont de la turbine En inversant l'équation 21 on, calcule la section efficace Swg obtenir au niveau de la wastegate :30 s= wg. wwg Put ,sp V (PR t,sp,sat) Equation (23) On obtient ensuite la position u (position angulaire, ou position linéaire d'un actionneur par exemple) à imposer au volet 56 de la wastegate en fonction de la section de consigne swg à l'aide d'une cartographie f4 (aussi désignée par 3f sur la figure 2) : u = f4(swg) Equation (24) La consigne de position u est ensuite envoyée par le convertisseur 4 vers un actionneur du volet 56 de la wastegate. La suite de la description détaille le calcul de la consigne de puissance Pelec,sp,filt que doit fournir la machine électrique 45. Vers une estimation du taux de détente turbine : Le taux de détente turbine est directement calculé à partir des mesures amont et aval turbine : PR,es , =Put Equation (25) , Entrées/ Sorties du bloc Entrées : - Pression amont turbine P., - Pression aval turbine Pd, Sortie : - taux de détente de turbine estimé PR t ,est Vers une estimation de puissance turbine Cette étape de calcul a pour but d'estimer la puissance actuellement prélevée par la turbine dans les gaz d'échappement. La puissance turbine est donnée par : 30 1 POWt,' Tut ,mes 1 ,PR t ,est y-1 Equation (26) où : - Thest l'efficacité turbine, - cp est la capacité thermique massique à l'échappement, - Y est le rapport des capacités thermiques massiques à 1 ' échappement. Le taux de détente turbine est calculé à l'aide de la cartographie fwt, (aussi appelée 3c sur la figure 2), suivant la relation : PR t,est c,est - f',(PR,,es 'Cl) Equation (13ter) est à l'aide de la cartographie f3, 2), suivant la relation: 3a sur Tref Wt,est )IT ut ,mes Ppref L'efficacité (aussi ,mes fwt calculée la figure de la turbine appelée ( llt - f3 PRt,est N tc,est Tref f3(PRt,est ci) Equation (12bis) Tut mes Dans les équations 21bis et 13ter, Cl est une coordonnée cartographique calculé par le second calculateur 21 en fonction du régime estimé Nt c,est et de la température mesurée en amont de la turbine Tutmes Entrées/ Sorties du bloc Entrées : - Wtest l'estimation du débit passant à travers la turbine, - Ntcestest l'estimation du régime du turbocompresseur, - Tut,mes est la température amont turbine mesurée, - Tref est la température de référence turbine, - Pref est la pression de référence turbine, - Put est la pression amont turbine mesurée - PRtest le taux de détente estimé, Sorties : - Puissance turbine estimée POW t,est Vers la consigne filtrée de puissance électrique. Cette étape de calcul a pour but de fixer une consigne de puissance électrique grâce au bilan de puissance sur l'arbre du turbocompresseur. Pelec,sp,filt max[Pe,sp,(POWc,sp - POT t,est)j Equation (27) Rappel de convention de signe : 13,,sp et Pelec,sp filt sont positives en mode moteur, négatives en mode génératrice de la machine 45.

Le choix de comparer la valeur estimée de la puissance turbine à la consigne de puissance demandée instantanément au compresseur permet, soit, en laissant la machine électrique 45 en mode génératrice, de filtrer et de limiter la puissance prélevée par la génératrice, soit, si la puissance de consigne du compresseur est transitoirement sensiblement plus élevée que la puissance estimée de la turbine, d'utiliser la machine électrique en mode moteur pour réduire le temps de réponse de la suralimentation. Après une phase transitoire, la puissance turbine estimée converge normalement vers la puissance compresseur nécessaire, et la consigne de puissance électrique filtrée converge normalement vers la consigne cartographié 13,,sp Entrées/ Sorties du bloc Entrées : - Consigne primaire de puissance électrique Pes, - Puissance compresseur consigne POWc,sp, - Puissance turbine estimée POW t,est - Sorties : - Consigne filtrée de puissance électrique Pelect,sp,filt - L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits, et peut se décliner en de nombreuses variantes. Dans l'exemple illustré plus haut, certaines variables de fonctionnement du turbocompresseur sont mesurées à l'aide de capteur ou directement déduites à partir de mesures effectuées par des capteurs. D'autres variables sont estimées à partir des mesures effectuées à l'aide de modèles mathématiques. La proportion de variables directement issues de mesures et de variables estimées peut être modifiée sans sortir du cadre de l'invention. La consigne primaire de puissance électrique 13,,sp, la consigne de pression de suralimentation Pspg,sp, la température Tut,sp de température en amont de la turbine peuvent être obtenues par des expressions analytiques au lieu d'être cartographiées.

Le principe de pilotage selon l'invention peut être appliqué à une turbine à géométrie variable, dans laquelle la puissance de la turbine est régulée en modifiant la position de pales de la turbine. La régulation de la position des pales de la turbine peut alors se faire en utilisant les équations pour le calcul d'un taux de détente en boucle ouverte PRcsp,01 décrit dans la demande de brevet FR1253238, qui ne nécessite pas de capteur de pression en amont de la turbine. Les équations utilisées pour le régulateur 11 restent les mêmes qu'exposé plus haut, ainsi que le principe de calcul d'une consigne de puissance électrique filtrée obtenue en comparant une consigne primaire de puissance électrique, et la différence entre une consigne de puissance de compresseur et une puissance turbine estimée. Le calcul de la puissance électrique de consigne filtrée pourrait inclure un terme dynamique prenant en compte l'inertie de l'axe du turbocompresseur.

Le capteur de température 55 dans le collecteur d'admission peut être remplacé par un débitmètre mesurant le débit de la turbine. Le capteur de pression (Pat.) d'air extérieur au véhicule peut être remplacé par un capteur de la pression (Pue) à l'entrée du compresseur. Les valeurs décrites plus haut comme cartographiées Tut,sp, Pspg,sp, 13,,sp sont des valeurs prédéfinies en fonction du point de fonctionnement (Ne, Ce) du moteur 30. Elles pourraient, au lieu d'être mémorisées dans une cartographie, être calculées par exemple des formules analytiques en fonction du point de fonctionnement du moteur. La consigne de puissance électrique primaire Pe,,p pourrait même être représentée par une valeur constante. Le dispositif de régulation selon l'invention peut être utilisé aussi bien pour des dispositifs avec recirculation de gaz à basse pression (EGR BP) que pour des dispositifs avec recirculation de gaz d'échappement à haute pression (EGR HP), à condition d'adapter les équations pour prendre en compte le flux de gaz traversant l'EGR HP. Le dispositif ne nécessite qu'un nombre minimal de capteurs de pression (un capteur de pression dans le collecteur d'admission, un capteur de pression atmosphérique et un capteur de pression en amont de la turbine). Le dispositif de régulation proposé permet d'améliorer le brio du moteur 30, grâce à la puissance supplémentaire apportée par la machine électrique au compresseur pendant les phases transitoires, pendant lesquelles la pression de suralimentation de consigne augmente rapidement. La prise en compte des phénomènes physiques d'écoulements de gaz au sein du système de circulation de gaz du moteur permet en outre d'obtenir une régulation fine de la wastegate et une appréciation pertinente du supplément d'énergie à fournir par la machine électrique, ou de la réduction d'énergie prélevée par la machine.

Liste de références 1 Système turbocompresseur Cl Coordonnée cartographique 2 Unité de commande électronique 3a Cartographie d'efficacité turbine (lère cartographie) 3c Cartographie de débit turbine (rde cartographie) 5 Sommateur 7 Convertisseur PRcsp u 11 Régulateur 12 Générateur de consigne de puissance électrique filtrée 13 Cartographie reliant W, et AP,001 14 (le) capteur de température amont compresseur T' Débitmètre mesurant le débit compresseur W, 15 16 (1') capteur de pression P - spg,mes dans le collecteur 40 17 Estimateur de régime moteur Ne 18 Estimateur de couple moteur Ce 19 (2") capteur de la pression Pdt en aval de la turbine Premier calculateur (calcule les régimes turbo estimé 20 et de consigne Ntc,est et Ntc,sp, et calcule la puissance compresseur de consigne POW,,Sp) 21 Second calculateur (de puissance turbine estimée) 22 Générateur de consigne de détente turbine 23 Soustracteur 24 Soustracteur 25 Diviseur Moteur thermique 31 Filtre à air 32 Compresseur 30 33 Turbine 34 Echangeur Refroidisseur 36 Vanne 37 Turbocompresseur 39 Vanne 40 Collecteur d'alimentation 41 Cylindres du moteur thermique 42 Superviseur élaborant la consigne de suralimentation 43 Convertisseur électrique 44 Batterie 45 Machine électrique 47 (3è) capteur de pression amont de la turbine 48 Superviseur élaborant la consigne de puissance électrique primaire 49 Capteur de pression atmosphérique 50 Capteur de pression amont turbine Put 51 Capteur de température amont à la turbine Tut 52 Troisième calculateur de puissance turbine de consigne 53 Quatrième calculateur (calcul en boucle ouverte la consigne de taux de détente turbine) 55 (2") capteur de température, placé dans le collecteur d'admission du moteur 56 Volet du wastegate 57 Conduite de dérivation ou wastegate 58 Comparateur 59 Superviseur élaborant la température amont turbine de consigne 146 Estimateur de puissance Nota : p.14 à 17 : liste des principales grandeurs mentionnées

Claims (13)

1. REVENDICATIONS1. Système turbocompresseur pour moteur (30) à combustion interne de véhicule automobile, comprenant un turbocompresseur (37) et une machine électrique (45) configurée pour pouvoir appliquer alternativement un couple moteur et un couple résistant à l'arbre du turbocompresseur, le turbocompresseur comprenant des moyens (56, 57) de réguler la puissance récupérée par la turbine à partir des gaz d'échappement, le système comprenant en outre un premier capteur (14) de température placé de manière à mesurer une température (T) de gaz en amont du compresseur (32) du turbocompresseur, comprenant un second capteur (55) de température placé de manière à mesurer une température d'admission (Tadm) des gaz dans un collecteur d'admission (40) du moteur (30), comprenant un premier capteur de pression (16) apte à mesurer la pression (P spg,mes) de gaz dans un collecteur (40) d'admission des cylindres du moteur (30), comprenant un débitmètre (15) placé de manière à mesurer le débit (Wc) des gaz traversant le turbocompresseur, le système turbocompresseur comprenant une unité de commande électronique (2) apte à calculer une consigne de position (u) d'au moins un des moyens (56) de régulation de la puissance de la turbine, caractérisé en ce que, pour calculer la consigne de position (u), l'unité de commande électronique (2) est configurée pour élaborer une première valeur de puissance (POW,,sp) assimilable à une puissance de consigne du compresseur, et une valeur de premier régime de rotation (Ntc,sp) assimilable à un régime de rotation du turbocompresseur, cette première puissance et ce premier régime étant calculés en prenant en compte une pression de suralimentation de consigne (Pspg,sp), la température mesurée en amont du compresseur (T), la pression mesurée (P spg,mes), dans le collecteur d'admission, la température mesurée (Tad.) des gaz dans le collecteur d'admission (40), et le débit de gaz mesuré (Wc) traversant le compresseur.
2. 2. Système turbocompresseur selon la revendication 1, dans lequel l'unité de commande électronique 2 est en outre configurée pourcalculer une consigne de puissance électrique (Pelec,sp,fift) envoyée vers la machine électrique (45), et pour prendre en compte une composante (Pe,sp) de cette puissance électrique lors du calcul de la consigne de position (u).
3. 3. Système turbocompresseur selon la revendication 2, dans lequel l'unité de commande électronique 2 est en outre configurée pour utiliser une consigne primaire de puissance (P,,,p) prédéfinie en fonction du point de fonctionnement du moteur (30), pour soustraire cette consigne primaire de puissance (P,,,p) de la première valeur de puissance (POWc,") lors du calcul de la consigne de position (u), et pour comparer, lors du calcul de la consigne de puissance électrique (Peiec,sp,fnt), cette consigne primaire de puissance (Pe,sp) avec une différence entre la première valeur de puissance (POWe,sp), et une seconde valeur de puissance (POWt, est) également calculée par l'unité de commande (2).
4. 4. Système turbocompresseur selon la revendication 3, comprenant en outre un second capteur de pression (19) placé de manière à mesurer la pression aval turbine (Pdt) de gaz en aval de la turbine (33) du turbocompresseur, comprenant un troisième capteur de pression (47) placé de manière à mesurer la pression amont turbine (Put) des gaz entre la sortie des cylindres du moteur (30) et la turbine (33), comprenant un troisième capteur de température (51) placé de manière à mesurer la température amont turbine (Tut,.') des gaz entre la sortie des cylindres du moteur (30) et la turbine (33), l'unité de commande électronique 2 étant configurée pour prendre en compte les valeurs délivrées par le premier, le second et le troisième capteur de pression, ainsi que la valeur délivrée par le troisième capteur de température, ainsi que la consigne primaire de puissance (Pe,sp), pour calculer la consigne de puissance électrique (P elec,sp,filt) envoyé à la machine électrique.
5. 5. Système turbocompresseur selon la revendication 4, dans lequel l'unité de commande électronique (2) comprend un premier calculateur (20) configure pour calculer la valeur de premier régime de rotation (Ntc,,p), en utilisant la valeur de pression de suralimentationde consigne (Pspg,sp), le débit (Wc) délivré par le débitmètre (15), et une pression (P ue, Patmo), mesurée en amont du compresseur, le premier calculateur (20) étant en outre configuré pour calculer une valeur de second régime de rotation (Nte,ust), obtenu en substituant, dans la formule de calcul du premier régime de rotation (Ntem,), la valeur de pression de suralimentation de consigne (Pspg,,p) par la valeur (PSpg,m') mesurée par le premier capteur de pression (16), la valeur de second régime de rotation (Nt,,est) étant utilisée par l'unité de commande électronique pour calculer la consigne de puissance électrique (Puiec,spmit) envoyé à la machine électrique.
6. 6. Système turbocompresseur selon la revendication 5, dans lequel l'unité de commande électronique comprend un second calculateur (21) configuré pour calculer la seconde valeur de puissance (POWcest) en utilisant une première coordonnée cartographique (PRt>est) calculée en divisant la valeur (Put) délivrée par le troisième capteur de pression (47) par la valeur (Pdt) délivrée par le second capteur de pression (19), en utilisant une seconde coordonnée cartographique (Cl) calculée à partir de la valeur (Tut',') délivrée par le troisième capteur de température (51) et la valeur de second régime de rotation (Ntc,est), les deux coordonnées cartographiques étant utilisées pour lire dans une première cartographie (3a) une première valeur cartographiée (îit) assimilable à une efficacité de la turbine, et les deux coordonnées cartographiques étant utilisées pour lire dans une seconde cartographie (3c) une seconde valeur cartographiée (fwt).
7. 7. Système turbocompresseur selon la revendication 6, dans lequel le second calculateur (21) est configuré pour calculer la seconde valeur de puissance (POWt,est) en utilisant la première valeur cartographiée (rit), la seconde valeur cartographiée (fwt), la première coordonnée cartographique (PRt,est), la pression (Put) délivrée par le troisième capteur de pression (47), et la température (Tut mes) délivrée par le troisième capteur de température (51).
8. 8. Système turbocompresseur selon la revendication 7, dans lequel l'unité de commande électronique (2) est configurée pourattribuer comme valeur à la consigne de puissance électrique (Pelec,sp,filt) envoyé à la machine électrique : - la différence entre la première valeur de puissance (POW) et la seconde valeur de puissance (POWt,'t) si la valeur absolue de la première valeur de puissance (POW,p) est supérieure à la valeur absolue de la seconde valeur de puissance (POWt,'t), - une consigne dont la valeur absolue est la plus petite valeur entre la valeur absolue de la consigne primaire de puissance (13,,,p) et la valeur absolue de la différence entre la première (POW,p) et la seconde (POWt,est) valeur de puissance si la valeur absolue de la première valeur de puissance (POW,p) est inférieure à la valeur absolue de la seconde valeur de puissance (POWi,est).
9. 9. Système turbocompresseur selon l'une des revendications 4 à 8, dans lequel l'unité de commande électronique (2) comprend un générateur (22) de consigne de détente turbine, le générateur (22) étant configuré pour délivrer une consigne de taux de détente en boucle ouverte utilisée par l'unité de commande électronique (2) pour calculer la consigne de position (u), le générateur (22) étant configuré pour utiliser, lors du calcul de la consigne de taux de détente (PRt.5p,01) en boucle ouverte, la valeur de premier régime de rotation (1^15p), la pression (Pdt) délivrée par le second capteur de pression (19), et la différence entre première valeur de puissance (POWc,,p) et la consigne primaire de puissance (Pe,sp)-
10. 10. Système turbocompresseur selon la revendication 9, dans lequel le générateur (22) est configuré pour calculer la consigne de taux de détente (PRt,5p,01) en boucle ouverte en utilisant une température cartographiée (Tut,,p) en fonction du point de fonctionnement (Ne,Ce) du moteur (30), et en n'utilisant comme valeurs de températures mesurées (Tadrn, Tuc) que des températures mesurées en amont des cylindres (41) du moteur (30).
11. 11. Système turbocompresseur selon les revendications 9 ou 10, dans lequel le générateur (22) de consigne de détente turbine comprend en outre un régulateur (11) configuré pour calculer un terme correctif (PRt,5p,c1) déterminé à partir d'un écart entre un tauxde compression estimé (PRc,est) du turbocompresseur, et un taux de compression de consigne (PR,) du turbocompresseur, le terme correctif étant ajouté à une consigne de taux de détente (PRt,sp,,,t) en boucle ouverte, et le taux de compression estimé (PRc,est) étant calculé à partir de la pression (P \-- spg,mes) délivrée par le premier capteur de pression (16), du débit mesuré (Wc) des gaz traversant le compresseur, et d'une pression (P u P atmo) mesurée en amont du compresseur, et le taux de compression de consigne (PR,) étant calculé à partir de la pression de suralimentation de consigne (Pspg,sp), du débit mesuré (Wc) des gaz traversant le compresseur, et d'une pression (P u P at mo) mesurée en amont du compresseur.
12. 12. Système turbocompresseur selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel les moyens (56, 57) pour réguler la puissance récupérée par la turbine à partir des gaz d'échappement comprennent une conduite de dérivation (57) munie d'une vanne de régulation (56) et configurée pour permettre à une partie des gaz sortant des cylindres (41) du moteur (30) d'être rejetés à l'atmosphère sans transiter par la turbine (33) du turbocompresseur (37), et dans lequel l'unité de commande électronique (2) comprend un convertisseur (7) configuré pour convertir en consigne de position (u) de la vanne de régulation (56), une consigne de taux de détente (PRt,sp,c1, PRt,sp) délivrée par le générateur de consigne (22), le convertisseur (7) étant configuré pour utiliser, lors du calcul de la consigne de position (u), une température cartographiée (Tut,sp), la température (Tadm) mesurée par le second capteur de température (55), la pression de suralimentation de consigne (Pspg,sp), le débit (Wc) mesuré par le débitmètre (15), la pression (Pdt) mesurée par le second capteur de pression (19), et la pression (P \-- spg,mes) mesurée par le premier capteur de pression (16), ainsi que la valeur de premier régime de rotation
13. 13. Procédé de régulation d'un turbocompresseur pour moteur (30) à combustion interne de véhicule automobile, le turbocompresseur étant relié à une machine électrique (45) apte à lui délivrer alternativement un couple moteur et un couple résistif, le turbocompresseur comprenant des moyens (56, 57) de réguler lapuissance récupérée par la turbine à partir des gaz d'échappement, dans lequel on calcule une consigne de position (u) d'au moins un des moyens (56) de régulation de la puissance de la turbine, et on calcule une consigne de puissance électrique (Pelec,sp,filt) envoyée vers la machine électrique (45), la consigne de puissance électrique (Pelec,sp,filt) étant calculée pour compenser un éventuel déficit de puissance entre une puissance souhaitée (POWc,sp) du compresseur (32) du turbocompresseur et une puissance instantanée estimée (P OWt,est) de la turbine (33) du turbocompresseur, et la consigne de 10 position (u) étant calculée à partir d'une puissance souhaitée de la turbine (POWt,sp) calculée en soustrayant à la puissance souhaitée (POW,,,p) du compresseur, un terme inertiel correspondant à un régime de rotation souhaité (Nte,sp) du turbocompresseur, et en soustrayant également à la puissance souhaitée (POW,,,p) du compresseur, une 15 puissance prédéfinie (13,,,p) en fonction du point de fonctionnement (INT,,Ce) du moteur (30).