FR3126450A1 - Procédé et système de commande d’un actionneur d’un moteur à combustion interne. - Google Patents

Procédé et système de commande d’un actionneur d’un moteur à combustion interne. Download PDF

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Abstract

Procédé de commande d’un actionneur d’un moteur à combustion interne comprend les étapes suivantes : on détermine (100) la température barycentre au voisinage de l’actionneur en fonction d’au moins deux mesures de température du moteur à combustion interne,on détermine (200) la température de l’actionneur par l’intermédiaire d’un modèle en fonction de la température barycentre,on détermine (300) un facteur de correction à la température modélisée en fonction de la caractéristique de l’actionneur à une température de référence et de la caractéristique de l’actionneur à la température modélisée,on détermine (400) une tension corrigée en fonction de la tension linéaire de friction de l’actionneur, de la consigne de commande calibrée à 25°C et du facteur de correction,on détermine (500) un signal de commande corrigé en fonction de la tension corrigée et la tension maximale du signal,on transmet le signal de commande à l’actionneur. Figure pour l’abrégé : Fig 2

Description

Procédé et système de commande d’un actionneur d’un moteur à combustion interne.
L’invention a pour domaine technique le contrôle d’un moteur à combustion interne, en particulier, le contrôle des actionneurs d’un tel moteur.
La illustre un groupe motopropulseur muni d’un turbocompresseur et d’une vanne de décharge à l’échappement (bien connue de l’homme de métier par l’expression vanne « waste gate » selon sa dénomination en anglais). Une telle vanne est pilotée par un actionneur recevant un signal de consigne d’une unité de commande électronique UCE traduit en degré d’ouverture de la vanne. Cependant un tel actionneur entraîne une différence de comportement de la vanne en fonction de sa température.
Le groupe motopropulseur comprend un moteur 1 à combustion interne par exemple du type à allumage commandé (essence), associé à un circuit d’admission d’air 2 et à un circuit d’échappement 3 des gaz de combustion. Il est aussi associé à un circuit d’alimentation en carburant (non représenté en totalité), par exemple en essence, en alcool ou en gaz, comprenant par exemple une rampe 4 commune d’alimentation desservant une pluralité d’injecteurs 5. Ici on a représenté quatre injecteurs, qui alimentent chacun un des quatre cylindres du moteur.
Le moteur est du type suralimenté par un turbocompresseur 6 qui comporte un compresseur 7 monté dans le circuit d’admission en air 2 et une turbine 8 montée dans le circuit d’échappement 3. Le compresseur 7 et la turbine 8 sont montés sur un arbre commun. La turbine 8 est du type à géométrie fixe et elle est associée à un circuit de décharge à l’échappement 25 équipée d’une vanne de décharge à l’échappement 26 (vanne dite « waste gate »).
L’air frais prélevé dans l’atmosphère extérieure pénètre dans le circuit d’admission 2 dans le sens de la flèche E, et les gaz de combustion sont évacués dans l’atmosphère extérieure par le circuit d’échappement 3 dans le sens de la flèche S.
Le circuit d’admission 2 peut comporter d’amont en aval, dans le sens de circulation de l’air, un filtre à air 9, le compresseur 7 du turbocompresseur 6, un refroidisseur d’air suralimenté 10, un boîtier-papillon 11 et un répartiteur 12, ou collecteur d’admission 12 du moteur. Selon l’état de la technique, le circuit d’admission peut comprendre en outre, pour le contrôle du moteur, un capteur 13 de pression de suralimentation Psural, monté entre le refroidisseur 10 et le boîtier-papillon 11, un capteur 14 de pression pour mesurer la pression Pcoll dans le collecteur d’admission 12 et un capteur 15 de température pour mesurer la température Tcoll de collecteur d’admission.
Le circuit d’échappement 3 peut comporter d’amont en aval, dans le sens de circulation des gaz de combustion du moteur, un collecteur d’échappement 16 du moteur, la turbine 8 du turbocompresseur 6 et au moins un dispositif de dépollution 17 des gaz de combustion du moteur, notamment un catalyseur trois voies dans le cas d’un moteur à allumage commandé. Sur cet exemple non limitatif, il comporte en outre un circuit de recirculation 18 partielle à basse pression des gaz d’échappement à l’admission du moteur (circuit EGR LP). Ce circuit comprend un conduit EGR 19 qui prélève une partie des gaz de combustion du moteur en un point du circuit d’échappement situé en aval de la turbine 8, ici après la sortie du dispositif de dépollution 17, et qui les renvoie en un point du circuit d’admission 2 situé en amont du compresseur 7. Les gaz recyclés circulent dans le conduit EGR dans le sens de la flèche R. Le circuit EGR LP 18 comprend d’amont en aval, dans le sens de circulation des gaz recyclés, un refroidisseur 20 des gaz recyclés et une vanne 21 de réglage de la quantité de gaz recyclés, dite vanne EGR 21. Selon l’état de la technique, le circuit EGR comprend pour le contrôle du moteur, un capteur 22 de pression apte à mesurer une valeur de la pression Pam en amont de la vanne EGR 22, un capteur 23 de pression apte à mesurer une valeur de la pression Pav en aval de la vanne EGR 22 et un capteur de température 24 apte à mesurer une valeur de la température Tegr en amont de la vanne EGR 24, plus précisément une température des gaz recyclés refroidis par le refroidisseur 20.
La turbine 8 et le compresseur 7 du turbocompresseur 6 sont montés sur un arbre commun. De manière connue en soi, la turbine 8 prélève de l’énergie sur les gaz d’échappement qui la traversent en les détendant, et elle transfère cette énergie par l’intermédiaire de l’arbre commun au compresseur 7 pour la compression des gaz d’admission du moteur (air frais et gaz d’échappement recyclés) qui le traversent. Pour ajuster l’énergie prélevée sur les gaz d’échappement et régler ainsi la pression de suralimentation Psural, la turbine 8 est associée au circuit de décharge à l’échappement 25 qui permettent aux gaz d’échappement issus du collecteur d’échappement 16 d’être évacués à l’échappement en contournant la turbine. Ce circuit de décharge 25 muni de la vanne de décharge à l’échappement 26, dite aussi vanne « waste gate » selon sa dénomination anglaise, dont le degré d’ouverture plus ou moins grand permet de régler la proportion des gaz d’échappement traversant la turbine. Un actionneur permet de régler le degré d’ouverture de la vanne de décharge à l’échappement 26.
De manière connue en soi, le fonctionnement d’un tel dispositif de motorisation, qui est contrôlé par un calculateur (non représenté) du moteur, peut être le suivant. En fonction du régime N du moteur et d’une consigne de couple Csp établie en fonction de l’enfoncement E de la pédale d’accélérateur du véhicule par un conducteur et de la vitesse V du véhicule ou de la vitesse de rotation N du moteur, l’unité de commande électronique détermine une consigne de débit d’air frais Qair,sp pour la production du couple et une consigne de débit de gaz recyclés Qegr,sp , ou de manière équivalente, une consigne de taux de gaz recyclés τegr,sp qui est égale au rapport de la consigne de débit de gaz recyclés Qegr,sp divisée par la somme de la consigne de débit d’air Qair,sp et de la consigne de débit de gaz recyclés Qegr,sp. On déduit de ces consignes une consigne de débit total des gaz admis dans le moteur Qmot,sp, qui est égale à la somme des consignes de débit d’air Qair,sp et de gaz recyclés Qegr,sp.
On règle alors d’une part le débit total de gaz admis Qmot et d’autre part le débit de gaz recyclés Qegr autour de leurs consignes respectives Qmot,sp , Qegr,sp.
Le boîtier-papillon 11 permet, selon son degré d’ouverture αbp plus ou moins important, et le cas échéant en combinaison avec le degré d’ouverture αwg de la vanne de décharge à l’échappement 26, de régler le débit total de gaz d’admission Qmot entrant dans le moteur. Ce débit est la somme d’un débit d’air frais Qair provenant du filtre à air neuf et d’un débit de gaz d’échappement recyclés Qegr provenant du circuit EGR-LP 18. La vanne EGR 21 permet, selon son degré d’ouverture, de régler le seul débit des gaz recyclés Qegr. Le débit d’air frais Qair est alors obtenu uniquement de manière indirecte, comme la différence entre le débit total des gaz d’admission Qmot et du débit total des gaz recyclés Qegr.
Selon les différentes phases de fonctionnement, une pression de suralimentation Psural peut être générée par l’intermédiaire du turbocompresseur 6. Lorsque le turbocompresseur n’est pas utilisé, la vanne de décharge à l’échappement 26 est en ouverture maximale. Lorsque le turbocompresseur est utilisé, la vanne de décharge à l’échappement 26 est commandée
Plus précisément également, en ce qui concerne le débit des gaz recyclés Qegr, le procédé de réglage peut consister en un réglage en boucle fermé d’une valeur calculée de débit Qegr sur une valeur de consigne, en ajustant l’angle d’ouverture αegr de la vanne EGR 21.
Lorsque le débit total des gaz pénétrant dans le moteur Qmot et le débit de gaz recyclés Qegr sont réglés, le débit d’air frais Qair s’en déduit par différence.
L’actionneur électrique permettant de commander l’ouverture de la vanne de décharge à l’échappement 26 est situé près du moteur et il est de ce fait soumis à de forts gradients de température dus au rayonnement des conduites d’échappement et du moteur à combustion interne.
L’actionneur électrique est commandé par un signal modulé en largeur d’impulsion PWM (acronyme anglophone pour « Pulse Width Modulation ») d’une valeur de tension provenant de l’unité de commande électronique.
De manière connue en soi, un signal modulé en largeur d’impulsion est obtenu comme une fraction temporelle d’une tension maximale formant un signal périodique en créneau. La valeur moyenne du signal sur une période est égale à une fraction de la tension maximale. On peut ainsi obtenir une tension réglable sur toute une plage de valeurs.
Compte tenu de la différence d’effort de l’actionneur, c’est-à-dire de force appliquée par l’actionneur sur la vanne de décharge à l’échappement, constaté à une tension donnée, il devient difficile de contrôler précisément la position de la vanne de décharge à l’échappement 26 dans toutes les conditions, notamment lors des requêtes de pleine fermeture de la vanne qui correspondent à la pleine charge, la totalité des gaz d’échappement étant censée traverser la turbine pour fournir une énergie maximale au compresseur. Cela entraine une régulation de la pression de suralimentation moins performante en termes de précision et temps de réponse ce qui implique des pertes de performances du moteur et une maitrise plus difficile des émissions. En effet on a vu plus haut que le degré d’ouverture de la vanne de décharge à l’échappement 26 permet, éventuellement en combinaison avec le boîtier papillon, de régler la valeur de la pression Pcoll dans le collecteur d’admission du moteur, et ainsi le débit massique des gaz d’admission.
Une mauvaise maîtrise de l’effort de l’actionneur entraîne donc une mauvaise maîtrise du débit d’air.
Le problème que l’invention vise à résoudre est de savoir comment commander de manière précise l’actionneur de la vanne de décharge à l’échappement compte tenu de la différence de comportement d’un tel actionneur en fonction de sa température.
Techniques antérieures
De l’état de la technique antérieure, on connait les documents FR3012524 et EP3255261 décrivant une méthode de mémorisation de données en fonctionnement stabilisé pour les injecter en fonctionnement non stabilisé en tant que référence. Des mesures au long de l’utilisation du véhicule sont alors nécessaires, ce qui est coûteux en termes d’allocation mémoire.
Le problème technique n’est ainsi pas résolu par cet état de la technique.
L’invention a pour objet un procédé de commande d’un actionneur d’un moteur à combustion interne comprenant les étapes suivantes :
• on détermine la température barycentre au voisinage de l’actionneur en fonction d’au moins deux mesures de température du moteur à combustion interne,
• on détermine la température de l’actionneur par l’intermédiaire d’un modèle en fonction de la température barycentre,
• on détermine un facteur de correction à la température modélisée en fonction de la caractéristique de l’actionneur à une température de référence et de la caractéristique de l’actionneur à la température modélisée,
• on détermine une tension corrigée en fonction de la tension linéaire de friction de l’actionneur, de la consigne de commande calibrée à la température de référence et du facteur de correction,
• on détermine un signal de commande corrigé en fonction de la tension corrigée et la tension maximale du signal,
• on transmet le signal de commande à l’actionneur.
La température de référence peut être 25°C
La température barycentre peut être égale à la moyenne pondérée des au moins deux températures mesurées.
Le modèle peut être un modèle itératif impliquant un filtrage temporel de la température barycentre.
Le facteur de correction peut être égal au rapport du coefficient d’effort par rapport au pourcentage de la tension maximale du signal à la température de référence par le coefficient d’effort par rapport au pourcentage de la tension maximale du signal à la température modélisée.
Un autre objet de l’invention est un système de commande d’un actionneur d’un moteur à combustion interne comprenant des moyens de calcul configurés pour réaliser le procédé de commande tel que décrit ci-dessus.
Un autre objet de l’invention est un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne muni d’un turbocompresseur et d’une vanne de décharge à l’échappement, ainsi qu’un système de commande tel que décrit ci-dessus commandant l’actionneur réglant le degré d’ouverture de la vanne de décharge à l’échappement.
L’invention a pour avantage d’être très simple à mettre en œuvre grâce au faible nombre de calibrations.
Elle présente également l’avantage de ne pas nécessiter de capteur de température et de pouvoir être utilisée sur d’autre actionneurs soumis à des variations de température.
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 :
illustre les principaux éléments d’un groupe motopropulseur comprenant une vanne de décharge à l’échappement,
illustre la relation entre la valeur de tension appliquée à l’actionneur de la vanne de décharge de la et l’effort de l’actionneur, pour différentes valeurs de température, et
illustre les principales étapes d’un procédé de commande selon l’invention.

Claims (7)

  1. Procédé de commande d’un actionneur d’un moteur à combustion interne comprend les étapes suivantes :
    • on détermine la température barycentre au voisinage de l’actionneur en fonction d’au moins deux mesures de température du moteur à combustion interne,
    • on détermine la température de l’actionneur par l’intermédiaire d’un modèle en fonction de la température barycentre,
    • on détermine un facteur de correction à la température modélisée en fonction de la caractéristique de l’actionneur à une température de référence et de la caractéristique de l’actionneur à la température modélisée,
    • on détermine une tension corrigée en fonction de la tension linéaire de friction de l’actionneur, de la consigne de commande calibrée à la température de référence et du facteur de correction,
    • on détermine un signal de commande corrigé en fonction de la tension corrigée et la tension maximale du signal,
    • on transmet le signal de commande à l’actionneur.
  2. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel la température de référence est 25°C
  3. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la température barycentre est égale à la moyenne pondérée des au moins deux températures mesurées.
  4. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le modèle est un modèle itératif impliquant un filtrage temporel de la température barycentre.
  5. Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le facteur de correction est égal au rapport du coefficient d’effort par rapport au pourcentage de la tension maximale du signal à la température de référence par le coefficient d’effort par rapport au pourcentage de la tension maximale du signal à la température modélisée.
  6. Système de commande d’un actionneur d’un moteur à combustion interne comprenant des moyens de calcul configurés pour réaliser le procédé de commande tel que revendiqué dans les revendications 1 à 5.
  7. Véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne muni d’un turbocompresseur (6) et d’une vanne de décharge à l’échappement (26), ainsi qu’un système de commande selon la revendication 6 commandant l’actionneur réglant le degré d’ouverture de la vanne de décharge à l’échappement (26).
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