WO2010128227A1 - Systeme et procede de commande de la suralimentation d'un moteur a combustion interne - Google Patents

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control unit
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Laurent Fontvieille
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Definitions

  • a system and method for controlling the supercharging of an internal combustion engine is provided.
  • the present invention relates to a device and a method for regulating the pressure of the charge air in an internal combustion engine, preferably a diesel engine, equipped with a two-stage turbocharger system connected in series, and a high pressure exhaust gas recirculation circuit.
  • the present invention makes it possible, thanks to the regulation of the supercharging pressure, to control the engine by a set of sensors and actuators.
  • the set of motor control laws defining software strategies as well as the engine characterization parameters by different calibrations are stored in a computer on board the vehicle, called electronic control unit (ECU).
  • ECU electronice control unit
  • a turbocharger comprising a compressor and a turbine mounted on a common shaft.
  • boost pressure the pressure in the intake manifold at the inlet of the engine cylinders.
  • boost pressure the pressure in the intake manifold at the inlet of the engine cylinders.
  • a two-stage turbocharger system is provided in series.
  • the first stage receiving the fresh air arriving from the air filter and operating at lower pressures will be designated by will be called “low pressure stage”.
  • the second stage operating at higher pressures and returning the compressed air successively by the two compressors to the intake manifold of the engine will be designated by "high pressure stage”.
  • the compressor of the low pressure stage supplies the compressor of the high pressure stage with air.
  • the turbine of the high pressure stage receives the exhaust gases from the engine and feeds the turbine of the low pressure stage so as to recover as much as possible the energy of the exhaust gases.
  • the power supplied by the exhaust gases to the respective turbines of the two stages can be modulated by installing bypass valves allowing the flows gaseous to partially bypass (wastegate valves) or completely (bypass valves) one and / or the other turbine, in order to limit the speeds of the corresponding turbochargers, or to bypass the high pressure compressor when the energy available on this compressor is not sufficient to compress the air flow from the compressor passes pressure.
  • Orientable vanes may also be provided, thereby defining one or more variable geometry turbines and / or one or more variable geometry compressors.
  • motor vehicles especially diesel type motor vehicles, are often equipped with a circuit for recycling the engine exhaust gas into the intake manifold of the latter.
  • the amount of oxygen during combustion is decreased, so that there are fewer oxidizing constituents capable of oxidizing the nitrogen to pollutant nitrogen oxides.
  • the combustion temperature is lowered because the specific heat of the exhaust gas is higher than that of the air, which reduces the rate of formation of the nitrogen oxides.
  • the partial recirculation circuit of the exhaust gas can be arranged in a so-called high pressure configuration or in a so-called low pressure configuration.
  • the gases are taken at the outlet of the exhaust manifold and reinjected into the collector intake, that is to say that the recycled gases are taken and reinjected into the high pressure part of the engine.
  • boost pressure setpoint can be mapped according to the engine speed and the injected fuel flow (or what is equivalent, depending on the engine speed and the engine torque), the mapping being stored in the electronic unit. control system (UCE). This boost pressure setpoint is independent of the fact that the gas recycling circuit is open (activated) or closed (deactivated).
  • the regulation is based on compression ratios of one or the other turbocharger.
  • one of the turbochargers is fixed in a geometric configuration corresponding to its maximum compression ratio
  • boost regulation becomes superfluous, and it can freeze the turbocharger in the configuration where the two compression ratios are maximum.
  • the object of the invention is to propose a simple and robust method for rapidly adapting the regulation of the supercharging to the variations in flow of recirculated gas.
  • the subject of the invention is a system for controlling the supercharging of an internal combustion engine equipped with a supercharging device comprising two turbochargers connected in series.
  • the system comprises arbitration means capable of selecting different modes of regulation of the supercharging device according to the operating point of the engine.
  • the system also comprises an electronic control unit capable of calculating a compression ratio setpoint.
  • In the electronic control unit are stored one or more maps allowing this control unit to determine a compression ratio indicator, depending in particular on the flow of fresh air entering the engine.
  • the electronic control unit is able to switch the regulation mode of the supercharging device, from a first open loop regulation mode selected by the arbitration means, to a second closed loop regulation mode, if the difference between the compression ratio indicator and the compression ratio setpoint becomes greater than a first difference threshold.
  • the control unit is also able to switch the regulating mode of the supercharging device from a closed-loop control mode to an open-loop control mode, if the difference between the compression ratio indicator and setpoint compression ratio becomes less than a
  • the arbitration means comprise a mapping of control modes of the supercharging device according to the operating point of the engine, said mapping defining at least a first domain where a first closed-loop regulation mode is imposed, and a second a field where the regulating mode of the supercharging device can switch from a closed-loop control mode different from the previous one, to an open loop control mode, and vice versa.
  • control unit has a cartography making it possible to connect the operating point of the engine, ie the rotational speed of the engine, and the torque developed by the engine or the quantity of fuel injected into the cylinders of the engine at a temperature of the gases at the outlet of the engine cylinders.
  • the control unit can be configured to calculate the compression ratio indicator as a function of the air flow entering the engine and the temperature of the gases at the outlet of the engine cylinders, particularly in the context of the variant embodiment. previous.
  • the compression ratio indicator determined by the control unit is a function of the single air flow entering the engine.
  • the supercharging device when the supercharging device is subjected to the first mode of regulation in open loop, the supercharging device is fixed in a geometrical configuration allowing it to send to the cylinders of the engine, air at the pressure of highest power supply.
  • the supercharging device when the supercharging device is subjected to the second mode of regulation in a closed loop, that of the turbocompressors working at lower pressure is in a geometric configuration temporarily frozen, and that of Turbochargers working at higher pressure is regulated in a closed loop, depending on a compression ratio setpoint.
  • the subject of the invention is an internal combustion engine equipped with two series turbochargers, a partial high pressure exhaust gas recirculation circuit, and a supercharging control system such as as previously described.
  • the subject of the invention is a method for controlling the supercharging of an internal combustion engine equipped with a supercharging device comprising two turbochargers in series, as well as a partial high-recycling circuit. exhaust pressure.
  • the method comprises the following steps:
  • a deviation indicator is then calculated as a function of a compression ratio setpoint and of the quantity of fresh air entering the engine, and the deviation indicator is compared with a difference threshold; if the deviation indicator is greater than the difference threshold, a closed-loop regulation of the supercharging device is set in action, as a function of the compression ratio setpoint.
  • FIG. 1 is a schematic view of an engine equipped with a supercharging system according to the invention
  • FIGS. 2a and 2b show the motor of FIG. 1 in configurations corresponding to two different modes of regulation of the air supercharging of the engine;
  • FIG. 3 illustrates an example of mapping of modes of regulation of the supercharging of the engine of FIG. 1;
  • FIG. 4 illustrates an arbitration procedure between two regulation modes according to the invention.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 1 with four cylinders, each cylinder being associated with a fuel injection device, referenced 2.
  • One of the cylinders is equipped with a top dead center sensor 26, allowing to evaluate the speed, or speed of rotation of the engine.
  • the injection devices 2 and the top dead center sensor 26 are electronically connected to an electronic control unit (ECU) 9.
  • the electronic control unit 9 comprises, in a conventional manner, a microprocessor or central unit, random access memories. , read only memories, analog / digital converters, and different input and output interfaces.
  • the fresh air taken outside, passes firstly through an air filter 3, then a flow meter 4, before entering the compressor 5a of a low pressure turbocharger 5.
  • the flowmeter 4 is connected to the ECU 9 so as to be able to transmit the values of fresh air flow therethrough.
  • the fresh air then passes through a compressor 6a of a high pressure turbocharger 6.
  • the air can completely or partially bypass the compressor 6a by a bypass pipe 7 through a valve 8 controlled in all or nothing by the UCE 9.
  • the compressed air from the compressor 6a passes through a heat exchanger 10 which allows to cool the admitted gases. At the outlet of the exchanger 10, the cooled compressed air is sent into an intake distributor 1 1 connected to the cylinders of the engine.
  • the flue gases from the cylinders are discharged through an exhaust manifold 12, which sends these gases in particular to a turbine 6b of the high-pressure turbocharger 6. Upstream of the turbine 6b, the exhaust manifold 12 also communicates with a cooling circuit. Recycling of flue gas 13 and a bypass duct 14.
  • the recycling circuit 13 returns a portion of the flue gas into the inlet manifold 1 1. It comprises a valve 22 for regulating the flow of recycled gas, controlled by an electronic unit 23 which can be integrated with the ECU 9 or separate therefrom. On the way to recycling circuit 13 is disposed a heat exchanger 24 for cooling the recycled gas.
  • the gas flow rate is regulated by a bypass valve 15 controlled by the ECU 9, which makes it possible to distribute the non-recycled flue gas between the turbine 6b and the pipe 14. All the non-recycled gases can thus pass through the by-pass line 14.
  • the gases coming from the turbine 6b and the by-pass pipe 14 are then distributed between a turbine 5b of the low-pressure turbocharger 5, and a pipe of shedding 16 whose flow rate is regulated by a "wastegate" valve 17 controlled by the ECU 9.
  • the section of the pipe 16 does not allow to pass all of these gases, at least a portion passes through the turbine 5b .
  • the compressor 6a and the turbine 6b of the high pressure turbocharger 6 are mounted on a common shaft.
  • the compressor 5a and the turbine 5b of the low-pressure turbocharger 5 are mounted on another common shaft, each turbine driving the associated compressor.
  • the turbine 5b and the compressor 5a, the unloading pipe 16 and the wastegate valve 17 constitute the low-pressure turbocharger 5.
  • the turbine 6b and the compressor 6a, the bypass pipes 7 and 14 and their associated valves 8 and 15 constitute the high pressure turbocharger 6.
  • the set of turbochargers 5 and 6 constitutes a supercharging device of the engine 1. It may be noted that the high pressure turbocharger 6 has a reduced mechanical inertia compared to the inertia of the low pressure turbocharger 5, which which allows the compressor 6a to adapt more quickly its speed of rotation in case of change of engine speed.
  • the gases coming from the turbine 5b and the unloading pipe 16 are finally returned to the outside atmosphere via an exhaust pipe 18 through a pollution control device 19 comprising, for example, an oxidation catalyst and / or a particle filter.
  • a pollution control device 19 comprising, for example, an oxidation catalyst and / or a particle filter.
  • the electronic control unit 9 receives various signals allowing the operation of the system. It receives in particular a fresh air flow signal entering the engine, emitted by the flow meter 4, and a signal indicating the engine speed, emitted by the sensor 26.
  • the electronic control unit 9 emits various signals for managing the operation of the engine 1. It controls in particular the quantity of fuel injected into the cylinders of the engine. engine at each cycle, and supercharging pressure, or gas pressure in the intake manifold 1 1. The amount of fuel injected into the cylinders is proportional to the torque that the engine must develop.
  • the ECU 9 regulates the boost pressure by acting on the opening of the valves 8, 15 and 17, for example according to a strategy described in the patent application.
  • the ECU 9 has a map 20 enabling it to select, for various ranges of operating point of the engine, various strategies of regulation of the supercharging.
  • the ECU 9 has a map 21 enabling it to read an estimate of the temperature of the gases leaving the engine cylinders, also as a function of the operating point of the engine, that is to say as a function of the engine speed. and the engine torque (or, which is equivalent, depending on the engine speed and the amount of fuel injected into the engine cylinders).
  • the ECU 9 has a map 25 enabling it to read a compression ratio indicator as a function of one or more engine operating parameters, in particular as a function of the fresh air flow rate measured by the flowmeter 4.
  • FIG. 2a and 2b show the motor of Figure 1 in two configurations each corresponding to a different mode of boost regulation.
  • the electronic control units 9 and 23 as well as their connections were not represented.
  • the valve 8 of the bypass line 7 is closed, that is to say that all the fresh air entering the engine passes successively through the two compressors 5a and 6a.
  • the electronic control unit 9 imposes the degrees of opening of the valves 8, 15 and 17 only as a function of the operating point of the motor, independently of measurements or estimates of pressure values, independently of a compression ratio at the level of one of the compressors, and independently of a relaxation ratio at one of the turbines.
  • this regulation mode which we will designate as mode A, the bypass valve 15 and the wastegate valve 17 are completely closed, so that the exhaust gas exhaust gases 12 divide into a first gas flow.
  • This regulation mode A corresponds for example to very low engine speeds, for which the total flow of flue gas is not likely to create overspeed at one or the other turbocharger.
  • This regulation mode A can also be adapted to moderate engine speeds accompanied by a high rate of recycling of the exhaust gases. In this configuration, the non-recycled exhaust stream remains low and is also not likely to create overspeed at either turbocharger.
  • Figure 2b shows the motor in a control configuration that we will call mode B.
  • the wastegate valve 17 is fully closed.
  • the flow of burnt gases from the exhaust manifold 12 is divided into a first stream of recycled gas passing through the recycling circuit 13, a second stream of exhaust gas passing through the turbine 6b and then the turbine 5b, and a third stream " bypassing the turbine 6b through the pipe 14 and passing only through the low pressure turbine 5b before being exhausted through the exhaust pipe 18.
  • the flow of adjustment through the pipe 14 is modulated by the opening of the valve 15 according to a closed-loop control mode, that is to say a control mode taking into account one or more values of pressure, compression ratio or expansion, measured or estimated at one or more points in the gas system supplying the engine or leaving the engine.
  • a closed-loop control strategy can be for example of the type described in the French patent application in the name of the Applicant, FR 2 917 128.
  • Control mode B is selected according to the operating point of the motor. This regulation mode involves the closed positions of the valves 8 and 17. The closed-loop regulation of the valve 15 is implemented according to a preprogrammed strategy associated with this regulation mode B. This regulation mode B is particularly suitable for operating points with low torque, and located in the middle of the range of acceptable speeds for the engine. When the recycle valve 22 is closed, this control mode may be necessary even for low engine speeds, while the regulation mode A would have agreed for the same operating point of the engine with a recycling valve. completely open.
  • FIG. 3 is an example of a mapping of modes of regulation of the supercharging of the engine of FIG. 1.
  • a boundary L delimits an area of allowable operating points for the engine.
  • Straight lines ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ divide this area into five subdomains which can be classified by increasing engine speed, that is to say respectively five domains A, AB, B, D and C.
  • the electronic control unit 9 selects a given boost control strategy.
  • the electronic control unit selects the regulation mode A described in FIG. 2a.
  • the electronic control unit selects the regulation mode B described in Figure 2b.
  • the electronic control unit selects a closed-loop control mode that we will designate by "mode C", of leaving fully open the valves 8 and 15 of the turbocharger 6 high pressure, and to perform a closed-loop control on the wastegate valve 17 of the low-pressure turbocharger 5.
  • the electronic control unit selects a fourth mode of operation. regulation of closing the bypass valve 8 of the high pressure compressor 6a, to perform a closed-loop control on the wastegate valve 17 of the low-pressure turbine 5b, with a possible additional adjustment of flow rates by the bypass valve 15.
  • the control strategies thus selected in the four domains defined by areas A and AB, B, C, D are suitable nd the exhaust gas recirculation valve 22 is fully open. However, if the operating point of the engine is in the AB zone and the recycle valve 22 closes, it may be necessary to apply a mode B control mode instead of the initially selected A mode control.
  • the invention proposes to compare a desirable value Fl which designates the reference compression ratio between the downstream pressure and the upstream pressure of the high pressure compressor 6a, and a estimated value Ilestim of the same compression ratio, evaluated according to measurable physical parameters at that moment. If the difference between the estimated value or the compression ratio indicator Ilestim, and the compression ratio setpoint F1, becomes greater than a first deviation threshold, the closed-loop control mode B is then implemented.
  • the setpoint of compression ratio Il set is a value calculated by the electronic control unit 9, for example according to the strategies described in the patent application FR 2 917 128, and can intervene in the closed loop control modes such as the mode B or mode C, when such modes of closed-loop control are selected by the control unit according to the operating points of the motor.
  • the Ilestim compression ratio indicator can be calculated from various engine operating parameters. It can be verified by modeling or by measurements, that this compression ratio indicator strongly depends on the flow of fresh air entering the engine, to which it can be connected by an increasing function quite close to a linear function. It also depends, but to a lesser extent, on the temperature of the gases leaving the engine cylinders.
  • FIG. 4 illustrates a tilting device enabling the electronic control unit according to the invention, when the operating point of the motor is in the zone AB of the map shown in FIG. 3, to conveniently switch from the regulation A in open loop to regulation mode B in closed loop and vice versa.
  • the device of Figure 4 can be activated that the operating point of the engine is in the AB area of the map 20, or it is in the area B of the same map. Indeed, if the operating point is in zone B, the device is designed so as to impose the control mode B.
  • the electronic control unit 9 of FIG. 1 has a setpoint compression ratio evaluator 35 which delivers an Il-value value, which is sent to a negative input of a subtractor 30. a positive input of the same subtractor 30, is sent a compression ratio indicator Ilestim which is read in a map 25.
  • the map 25 may be a function of the single variable Q representing the flow of fresh air entering the engine, or may to be a function, as represented in FIG. 4, of two variables, a variable Q representing the flow rate of incoming fresh air, and a variable T representing the temperature of the gases at the outlet of the cylinders of the engine.
  • the temperature T can be either measured by a temperature sensor located in the exhaust manifold 12, or can be read, as shown in Figure 4, in a map 21 according to the operating point of the motor, represented by the torque values N (engine speed) and C (torque developed by the engine).
  • the subtractor 30 calculates a value ⁇ I1 representing the algebraic value of the difference between the compression ratio indicator Ilestim and the compression ratio setpoint ⁇ commands, and sends this difference indicator ⁇ I1 to a hysteresis converter 31.
  • the converter hysteresis 31 compares the value ⁇ I1 with a first threshold of difference noted threshold 1, and with a second threshold of difference noted threshold 2, lower than the first threshold of difference.
  • the generator 31 If the difference indicator ⁇ I1 becomes greater than the first threshold difference threshold 1, the generator 31 returns a Boolean value 0 (zero) to an anti-debounce device 32. If the difference indicator ⁇ I1 becomes lower than the second threshold of 2, the generator 31 returns a Boolean value 1 to the antirondound device 32.
  • the antirebond device 32 thus receives as input a function ⁇ oscillating between 0 and 1.
  • the antirebond device 32 applies to this function ⁇ an observation window " window "as follows: if the function ⁇ takes a value, for example the value 1 during a time interval that is less than the" window "interval, the antirefer device 32 retranscribes the function ⁇ into a" regulated mode "function which keep the value "0" on the same interval. If the ⁇ function changes its value, for example changes from the value "0" to the value "1" over a time interval greater than the value "window", the antirondound device 32 retranscribes the function ⁇ into the function "regulated mode As a slot function going from 0 to 1 with a delay of a "window” time interval with respect to the function ⁇ .
  • the anti-rebound device 32 When the function ⁇ then returns to zero, the anti-rebound device 32 retranscribes this return to zero simultaneously in the "regulated mode” function.
  • the debouncing device 32 then sends the "regulated mode" function to a first input of a Boolean multiplier 33.
  • the Boolean multiplier 33 receives on a second input a Boolean value obtained from the mapping 20 Figures 1 and 3. If the operating point of the motor is in the zone B of the map 20, the value "0" is sent on the second input of the multiplier 33. If the operating point of the motor is in the zone AB of mapping 20, the Boolean value "1" is returned on the second input of the multiplier
  • the multiplier 33 delivers a Boolean value 34 which is the product of the function "regulated mode" and the Boolean value deduced from the map 20. If the result 34 has the value 1, the electronic control unit 9 applies the open loop control mode A to the boost system. If the result 34 has the value "0", the electronic control unit 9 implements the closed loop regulation mode B of the supercharging system.
  • zone A or zone B or both zones A and B, would be replaced by an extension of zone AB.
  • the regulation mode in this extended area AB can be determined, for example, by a device according to FIG. 4 stopping at the exit of the anti-rebound device 32. It is possible to envisage alternative embodiments where the default regulation mode of the zone AB it would be the closed-loop control mode B, the switching to an open-loop control mode then taking place if the value of the "regulated mode" function allows it.
  • the invention is not limited to the embodiment described, and may be subject to many variants.
  • the map 25 could be summarized as a line, or the map 25 could consist of a module of calculating a linear or affine function connecting the airflow Q and the compression ratio indicator Ilestim.
  • the map 25 could integrate the map 21, that is to say that the map 25 could be constructed so as to directly read the Ilestim compression ratio indicator as a function of the three parameters N, C, and Q .
  • the embodiment of the tilting device of Figure 4 can be in the form of logic blocks or calculation blocks, or can be in the form of arrangement of electronic components or physically independent computers.
  • the invention can in particular be carried out by programming in software form in the electronic control unit the calculation blocks described.
  • the maps 20, 21, 25 can be stored on digital media spatially integrated with the ECU, or on modular supports connected to the ECU.
  • the supercharging control system according to the invention makes it possible to adapt at a lower cost a regulation mode of a double turbocharger stepped supercharging, as a function of the flow of exhaust gas recycled to the engine cylinders. Indeed, the process of taking into account the flow of recycled gas is essentially based on the value of the fresh air flow of the engine, which is a constantly accessible variable in real time.
  • This control system does not require any coupling between the electronic system for managing the recycled gases and the electronic system for managing the supercharging.
  • the calculation of the compression ratio indicator used, directly extracted from one or two maps, is very fast. It is thus possible to quickly react to the potential compression ratio deviations of the high pressure compressor.
  • the high-pressure turbocharger is thus protected against the risks of overspeed, and the longevity of the engine is improved.

Abstract

Un système de commande de la suralimentation d'un moteur à combustion interne (1) équipé d'un dispositif de suralimentation comprenant deux turbocompresseurs (5, 6) montés en série, comprend des moyens d'arbitrage aptes à sélectionner différents modes de régulation du dispositif de suralimentation en fonction du point de fonctionnement du moteur, et comporte une unité de contrôle électronique (9) apte à calculer une consigne de rapport de compression. Dans l'unité de contrôle électronique sont mémorisées une ou plusieurs cartographies (21, 25) permettant à cette unité de contrôle de déterminer un indicateur de rapport de compression en fonction notamment du débit d'air frais entrant dans le moteur. L'unité de contrôle électronique est apte à faire basculer le mode de régulation du dispositif de suralimentation, d'un premier mode de régulation en boucle ouverte sélectionné par les moyens d'arbitrage, vers un second mode de régulation en boucle fermée, si la différence entre l'indicateur de rapport de compression et la consigne de rapport de compression devient supérieure à un premier seuil d'écart.

Description

Système et procédé de commande de la suralimentation d'un moteur à combustion interne.
La présente invention a pour objet un dispositif et un procédé de régulation de la pression de l' air de suralimentation dans un moteur à combustion interne, de préférence un moteur Diesel, équipé d'un système turbocompresseur à deux étages montés en série, ainsi que d'un circuit haute pression de recyclage des gaz d'échappement.
La présente invention permet, grâce à la régulation de la pression de suralimentation, de contrôler le moteur par un ensemble de capteurs et d'actionneurs. D 'une manière générale, l' ensemble des lois de contrôle du moteur définissant des stratégies logicielles ainsi que les paramètres de caractérisation du moteur par différentes calibrations, sont mémorisées dans un calculateur embarqué sur le véhicule, appelé unité de contrôle électronique (UCE).
Dans un moteur suralimenté, la quantité d' air admise dans les cylindres est augmentée au moyen d'un turbocompresseur comprenant un compresseur et une turbine montés sur un arbre commun. On appelle alors pression de suralimentation, la pression dans le collecteur d'admission en entrée des cylindres du moteur. Dans une architecture bi-turbo étages, on prévoit un système turbocompresseur à deux étages montés en série. Dans la présente description, le premier étage recevant l'air frais arrivant du filtre à air et fonctionnant à plus basses pressions sera désigné par sera appelé « étage basse pression ». Le deuxième étage, fonctionnant à pressions plus élevées et renvoyant l'air comprimé successivement par les deux compresseurs vers le collecteur d'admission du moteur sera désigna par « étage haute pression ». Le compresseur de l'étage basse pression alimente en air le compresseur de l'étage haute pression. La turbine de l'étage haute pression reçoit les gaz d' échappement issus du moteur et alimente la turbine de l' étage basse pression, de façon à récupérer au maximum l' énergie des gaz d'échappement. La puissance fournie par les gaz d' échappement aux turbines respectives des deux étages, peut être modulée en installant des vannes de dérivation permettant aux flux gazeux de contourner partiellement (vannes "wastegate") ou totalement (vannes "by-pass") l'une et/ou l'autre turbine, afin de limiter les vitesses des turbocompresseurs correspondant, ou permettant de contourner le compresseur haute pression quand l'énergie disponible sur ce compresseur n'est pas suffisante pour comprimer le flux d'air arrivant du compresseur passe pression. On peut également prévoir des ailettes orientables, définissant ainsi une ou des turbine à géométrie variable et/ou un ou des compresseurs à géométrie variable. Nous désignerons par configuration géométrique d'un turbocompresseur en vue de réguler les flux de gaz traversant ce turbocompresseur, les positions des vannes de dérivation associées à ce turbocompresseur, ou les positions des ailettes orientables de ce turbocompresseur.
En outre, les véhicules automobiles, notamment les véhicules automobiles de type Diesel, sont souvent équipés d'un circuit de recyclage des gaz d' échappement du moteur dans le collecteur d'admission de ce dernier.
On sait en effet qu'une telle recirculation partielle des gaz d'échappement permet de diminuer les émissions d'oxyde d'azote du moteur, qui sont des espèces chimiques particulièrement nocives. La quantité d'oxyde d' azote est fortement liée à la composition du mélange réactif dans les cylindres du moteur en air, en carburant, et à la présence de gaz inertes.
Grâce à une telle recirculation, la quantité d'oxygène lors de la combustion est diminuée, de sorte qu'il y a moins de constituants oxydants capables d'oxyder l' azote en oxydes d' azote polluants. De plus, la température de la combustion est abaissée car la chaleur spécifique des gaz d'échappement est supérieure à celle de l' air, ce qui réduit la vitesse de formation des oxydes d' azote. Le circuit de recyclage partiel des gaz d' échappement peut être agencé selon une configuration dite haute pression ou suivant une configuration dite basse pression.
Dans la configuration haute pression, les gaz sont prélevés à la sortie du collecteur d' échappement et réinjectés dans le collecteur d'admission, c'est-à-dire que les gaz recyclés sont prélevés et réinjectés dans la partie haute pression du moteur.
Dans le cadre de cette invention, on s' attachera plus particulièrement au cas d'un moteur équipé d'un recyclage partiel des gaz d' échappement à haute pression et d'un système de suralimentation à deux turbocompresseurs en série.
Dans une architecture comportant un seul turbocompresseur, on sait procéder à une régulation de la pression de suralimentation au moyen d'un dispositif régulateur, généralement du type «proportionnel intégral dérivé» (PID), qui reçoit une valeur de consigne de la pression de suralimentation et minimise l' écart entre cette valeur de consigne et la pression mesurée par un capteur, en agissant sur la vanne de by-pass ou sur l'orientation des ailettes du turbocompresseur. La consigne de pression de suralimentation peut être cartographiée en fonction du régime du moteur et du débit de carburant injecté (ou ce qui est équivalent, en fonction du régime du moteur et du couple du moteur), la cartographie étant mémorisée dans l'unité électronique de contrôle (UCE). Cette consigne de pression de suralimentation est indépendante du fait que le circuit de recyclage de gaz soit ouvert (activé) ou fermé (désactivé).
Dans le cas d'une architecture bi-turbo étagée, la régulation se fait en fonction des rapports de compression de l'un ou de l'autre turbocompresseur. En fonction des domaines de fonctionnement du moteur, un des turbocompresseurs est figé dans une configuration géométrique correspondant à son rapport de compression maximal
(vannes de dérivation fermées) ou à son rapport de compression minimal (vanne de dérivation ouvertes), la régulation se faisant en modifiant l'ouverture de la vanne de dérivation de l'autre des compresseurs. Le processus de régulation de la suralimentation est découplé du processus de régulation de la quantité de gaz d'échappement recyclés.
Quand la vanne de recirculation ou recyclage est ouverte, aux faibles régimes du moteur, la régulation de la suralimentation devient superflue, et on peut figer le turbocompresseur dans la configuration où les deux rapports de compression sont maximaux.
Quand la vanne de recirculation se referme, totalement ou partiellement, il faut cependant pouvoir basculer rapidement la suralimentation en mode régulé, afin d'éviter une vitesse de rotation excessive risquant de dégrader le turbocompresseur de l'étage haute pression, dont l'inertie est plus faible que celui de l'étage basse pression.
L'invention a pour but de proposer une méthode simple et robuste permettant d'adapter rapidement la régulation de la suralimentation aux variations de débit de gaz recirculés.
L'invention a pour objet un système de commande de la suralimentation d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de suralimentation comprenant deux turbocompresseurs montés en série. Le système comprend des moyens d'arbitrage aptes à sélectionner différents modes de régulation du dispositif de suralimentation en fonction du point de fonctionnement du moteur. Le système comporte également une unité de contrôle électronique apte à calculer une consigne de rapport de compression. Dans l'unité de contrôle électronique sont mémorisées une ou plusieurs cartographies permettant à cette unité de contrôle de déterminer un indicateur de rapport de compression, en fonction notamment du débit d'air frais entrant dans le moteur. L'unité de contrôle électronique est apte à faire basculer le mode de régulation du dispositif de suralimentation, d'un premier mode de régulation en boucle ouverte sélectionné par les moyens d'arbitrage, vers un second mode de régulation en boucle fermée, si la différence entre l'indicateur de rapport de compression et la consigne de rapport de compression devient supérieure à un premier seuil d'écart. L'unité de contrôle est également apte à faire basculer le mode de régulation du dispositif de suralimentation, d'un mode de régulation en boucle fermée vers un mode de régulation en boucle ouverte, si la différence entre l'indicateur de rapport de compression et la consigne de rapport de compression devient inférieure à un deuxième seuil d'écart.
Avantageusement, les moyens d'arbitrage comprennent une cartographie de modes de régulation du dispositif de suralimentation en fonction du point de fonctionnement du moteur, ladite cartographie délimitant au moins un premier domaine où est imposé un premier mode de régulation en boucle fermée, et un second domaine où le mode de régulation du dispositif de suralimentation peut basculer d'un mode de régulation en boucle fermée différent du précédent, à un mode de régulation en boucle ouverte, et inversement.
Selon une variante de réalisation, l'unité de contrôle dispose d'une cartographie permettant de relier le point de fonctionnement du moteur, c'est à dire le régime de rotation du moteur, et le couple développé par le moteur ou la quantité de carburant injectée dans les cylindres du moteur, à une température des gaz en sortie des cylindres du moteur.
L'unité de contrôle peut être configurée pour calculer l'indicateur de rapport de compression en fonction du débit d'air entrant dans le moteur et de la température des gaz en sortie des cylindres du moteur, notamment dans le cadre de la variante de réalisation précédente.
Selon une autre variante de réalisation l'indicateur de rapport de compression déterminé par l'unité de contrôle est une fonction du seul débit d'air entrant dans le moteur. De manière préférentielle, quand le dispositif de suralimentation est soumis au premier mode de régulation en boucle ouverte, le dispositif de suralimentation est figé dans une configuration géométrique lui permettant d'envoyer vers les cylindres du moteur, de l'air à la pression d'alimentation la plus élevée. De manière préférentielle, quand le dispositif de suralimentation est soumis au second mode de régulation en boucle fermée, celui des turbocompresseurs travaillant à moindre pression est dans une configuration géométrique temporairement figée, et celui des turbocompresseurs travaillant à plus haute pression est régulé en boucle fermée, en fonction d'une consigne de rapport de compression.
Selon un autre aspect, l'invention a pour objet un moteur à combustion interne équipé de deux turbocompresseurs en série, d'un circuit de recyclage partiel à haute pression des gaz d'échappement, et d'un système de commande de la suralimentation tel que décrit précédemment.
Selon un autre aspect encore, l'invention a pour objet un procédé de commande de la suralimentation d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de suralimentation comprenant deux turbocompresseurs en série, ainsi que d'un circuit de recyclage partiel à haute pression des gaz d'échappement. Le procédé comprend les étapes suivantes :
- on fige les configurations géométriques des deux turbocompresseurs quand la recirculation des gaz d'échappement est activée et que le point de fonctionnement du moteur le permet,
- on calcule alors un indicateur d'écart en fonction d'une consigne de rapport de compression, et de la quantité d'air frais entrant dans le moteur, et on compare l'indicateur d'écart à un seuil d'écart, - si l'indicateur d'écart est supérieur au seuil d'écart, on met en action une régulation en boucle fermée du dispositif de suralimentation, en fonction de la consigne de rapport de compression.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un moteur équipé d'un système de suralimentation suivant l'invention ;
- les figures 2a et 2b montrent le moteur de la figure 1 dans des configurations correspondant à deux modes différents de régulation de la suralimentation en air du moteur ;
- la figure 3 illustre un exemple de cartographie de modes de régulation de la suralimentation du moteur de la figure 1 ; - la figure 4 illustre une procédure d'arbitrage entre deux modes de régulation suivant l'invention.
Sur la figure 1 , se trouve représenté un moteur à combustion interne 1 à quatre cylindres, chaque cylindre étant associé à un dispositif d'injection de carburant, référencé 2. Un des cylindres est équipé d'un capteur de point mort haut 26, permettant d'évaluer le régime, ou vitesse de rotation du moteur. Les dispositifs d'injection 2 et le capteur de point mort haut 26 sont reliés électroniquement à une unité de commande électronique (UCE) 9. L'unité de commande électronique 9 comprend, de façon classique, un microprocesseur ou unité centrale, des mémoires vives, des mémoires mortes, des convertisseurs analogiques/numériques et différentes interfaces d' entrée et de sortie.
L 'air frais, prélevé à l'extérieur, traverse tout d'abord un filtre à air 3 , puis un débitmètre 4, avant de pénétrer dans le compresseur 5 a d'un turbocompresseur basse pression 5. Le débitmètre 4 est connecté à l'UCE 9 de manière à pouvoir lui transmettre les valeurs de débit d'air frais le traversant. L'air frais traverse ensuite un compresseur 6a d'un turbocompresseur haute pression 6. L'air peut contourner totalement ou partiellement le compresseur 6a par une canalisation de contournement 7 au travers d'une vanne 8 commandée en tout ou rien par l'UCE 9. L ' air comprimé issu du compresseur 6a traverse un échangeur de chaleur 10 qui permet de refroidir les gaz admis. En sortie de l' échangeur 10, l'air comprimé refroidi est envoyé dans un répartiteur d'admission 1 1 relié aux cylindres du moteur. Les gaz brûlés issus des cylindres sont évacués par un collecteur d'échappement 12, qui envoie ces gaz notamment vers une turbine 6b du turbocompresseur haute pression 6. En amont de la turbine 6b, le collecteur d'échappement 12 communique également avec un circuit de recyclage des gaz brûlés 13 et une canalisation de by-pass 14. Le circuit de recyclage 13 renvoie une partie des gaz brûlés dans le répartiteur d'admission 1 1 . Il comporte une vanne 22 de régulation du débit de gaz recyclés, commandé par une unité électronique 23 qui peut être intégrée à l'UCE 9 ou distincte de celle-ci. Sur le trajet du circuit de recyclage 13 est disposé un échangeur de chaleur 24 permettant de refroidir les gaz recyclés. Dans la canalisation de by- pass 14, le débit de gaz est régulé par une vanne de by-pass 15 commandée par l'UCE 9, qui permet de distribuer les gaz brûlés non recyclés entre la turbine 6b et la canalisation 14. L'intégralité des gaz non recyclés peut ainsi transiter par la canalisation de by-pass 14. Les gaz issus de la turbine 6b et de la canalisation de by-pass 14 se répartissent ensuite entre une turbine 5b du turbocompresseur basse pression 5 , et une canalisation de délestage 16 dont le débit est régulé par une vanne "wastegate" 17 commandée par l'UCE 9. La section de la canalisation 16 ne permet pas de faire transiter l'intégralité de ces gaz, dont au moins une partie transite par la turbine 5b.
Le compresseur 6a et la turbine 6b du turbocompresseur haute pression 6 sont montés sur un arbre commun. Le compresseur 5 a et la turbine 5b du turbocompresseur basse pression 5 sont montés sur un autre arbre commun, chaque turbine entraînant le compresseur associé. La turbine 5b et le compresseur 5a, la canalisation de délestage 16 et la vanne wastegate 17, constituent le turbocompresseur basse pression 5. La turbine 6b et le compresseur 6a, les canalisations de contournement 7 et 14 et leurs vannes associées 8 et 15 , constituent le turbocompresseur haute pression 6. L'ensemble des turbocompresseurs 5 et 6 constitue un dispositif de suralimentation du moteur 1. On peut noter que le turbocompresseur haute pression 6 présente une inertie mécanique réduite par rapport à l'inertie du turbocompresseur basse pression 5 , ce qui permet au compresseur 6a d'adapter plus rapidement sa vitesse de rotation en cas de changement de régime du moteur.
Les gaz issus de la turbine 5b et de la canalisation de délestage 16 sont enfin renvoyés à l'atmosphère extérieure par une canalisation d'échappement 18 au travers d'un dispositif de dépollution 19 comprenant par exemple un catalyseur d'oxydation et/ou un filtre à particules.
L 'unité de commande électronique 9 reçoit différents signaux permettant le fonctionnement du système. Elle reçoit en particulier un signal de débit d'air frais entrant dans le moteur, émis par le débitmètre 4, et un signal indiquant le régime du moteur, émis par le capteur 26. L'unité de commande électronique 9 émet différents signaux permettant la gestion du fonctionnement du moteur 1. Elle commande en particulier la quantité de carburant injectée dans les cylindres du moteur à chaque cycle, et la pression de suralimentation, ou pression des gaz dans le répartiteur d'admission 1 1. La quantité de carburant injectée dans les cylindres est proportionnelle au couple que doit développer le moteur. L'UCE 9 régule la pression de suralimentation en agissant sur l'ouverture des vannes 8, 15 et 17, par exemple suivant une stratégie décrite dans la demande de brevet
FR 2 917 128 au nom de la Demanderesse. A cet effet, l'UCE 9 dispose d'une cartographie 20 lui permettant de sélectionner, pour diverses plages de point de fonctionnement du moteur, diverses stratégies de régulation de la suralimentation. L'UCE 9 dispose d'une cartographie 21 lui permettant de lire une estimation de la température des gaz sortant des cylindres du moteur, également en fonction du point de fonctionnement du moteur, c'est-à-dire en fonction du régime du moteur et du couple du moteur (ou, ce qui est équivalent, en fonction du régime du moteur et de la quantité de carburant injectée dans les cylindres du moteur). L'UCE 9 dispose d'une cartographie 25 lui permettant de lire un indicateur de rapport de compression en fonction d'un ou plusieurs paramètres de fonctionnement du moteur, notamment en fonction du débit d'air frais mesuré par le débitmètre 4.
Les figures 2a et 2b montrent le moteur de la figure 1 dans deux configurations correspondant chacune à un mode différent de régulation de suralimentation. On retrouve sur ces figures des éléments communs à la figure 1 , les mêmes éléments portant alors les mêmes références. Pour simplifier la représentation, les unités de commande électronique 9 et 23 ainsi que leurs connexions n'ont pas été représentées. Sur la figure 2a comme sur la figure 2b, la vanne 8 de la canalisation de contournement 7 est fermée, c' est-à-dire que tout l' air frais entrant dans le moteur traverse successivement les deux compresseurs 5a et 6a. La configuration de la figure 2a correspond à un mode de régulation dit « en boucle ouverte », c 'est-à-dire que l'unité de commande électronique 9 impose les degrés d'ouverture des vannes 8, 15 et 17 uniquement en fonction du point de fonctionnement du moteur, indépendamment de mesures ou d' estimations de valeurs de pression, indépendamment d'un rapport de compression au niveau d'un des compresseurs, et indépendamment d'un rapport de détente au niveau d'une des turbines. Dans ce mode de régulation, que nous désignerons par le mode A, la vanne by-pass 15 et la vanne wastegate 17 sont entièrement fermées, si bien que les gaz brûlés issus du collecteur d'échappement 12 se divisent en un premier flux de gaz recyclés, dont le débit au travers du circuit 13 est régulé par l'ouverture de la vanne 22, et en un second flux de gaz « forcés », qui traversent intégralement la turbine 6b puis la turbine 6a avant d'être évacués par la canalisation d'échappement 18. Ce mode de régulation A correspond par exemple aux très faibles régimes du moteur, pour lesquels le débit total de gaz brûlés ne risque pas de créer de survitesse au niveau de l'un ou de l' autre turbocompresseur. Ce mode de régulation A peut également être adapté à des régimes modérés du moteur s'accompagnant d'un fort taux de recyclage des gaz d' échappement. Dans cette configuration, le flux de gaz d' échappement non recyclés reste faible et ne risque pas non plus de créer de survitesse au niveau de l'un ou l' autre turbocompresseur.
La figure 2b représente le moteur dans une configuration de régulation que nous appellerons mode B. Dans ce mode de régulation, la vanne wastegate 17 est entièrement fermée. Le flux de gaz brûlés issus du collecteur d' échappement 12 se divise en un premier flux de gaz recyclés traversant le circuit de recyclage 13 , un second flux de gaz d' échappement traversant la turbine 6b puis la turbine 5b, et un troisième flux « d' ajustement » contournant la turbine 6b par la canalisation 14 et traversant uniquement la turbine basse pression 5b avant d' être évacué par la canalisation d' échappement 18. Le flux d' ajustement traversant la canalisation 14 est modulé par l'ouverture de la vanne 15 suivant un mode de régulation en boucle fermée, c'est- à-dire un mode de régulation prenant en compte une ou plusieurs valeurs de pression, de rapport de compression ou de détente, mesurées ou estimées à un ou plusieurs endroits du circuit de gaz alimentant le moteur ou partant du moteur. Une telle stratégie de régulation en boucle fermée peut être par exemple du type de celle décrite dans la demande de brevet français au nom de la Demanderesse, FR 2 917 128.
Le mode de régulation B est sélectionné en fonction du point de fonctionnement du moteur. Ce mode de régulation implique les positions fermées des vannes 8 et 17. La régulation en boucle fermée de la vanne 15 est mise en œuvre suivant une stratégie préprogrammée, associée à ce mode de régulation B. Ce mode de régulation B est en particulier adapté pour des points de fonctionnement à faible couple, et se situant vers le milieu du domaine des régimes acceptables pour le moteur. Quand la vanne de recyclage 22 est fermée, ce mode de régulation peut s' avérer nécessaire y compris pour des régimes faibles du moteur, alors que le mode de régulation A aurait convenu pour le même point de fonctionnement du moteur avec une vanne de recyclage 22 entièrement ouverte.
La figure 3 est un exemple de cartographie 20 de modes de régulation de la suralimentation du moteur de la figure 1. Dans un plan dont l' abscisse et l'ordonnée représentent respectivement le régime N de rotation du moteur et le couple développé par le moteur, une frontière L délimite une aire de points de fonctionnement admissibles pour le moteur. Des droites α, δ, β, γ divisent cette aire en cinq sous-domaines qui peuvent être classés par régime croissant du moteur, c' est-à-dire respectivement cinq domaines A, AB, B, D et C.
Suivant que le point de fonctionnement du moteur se trouve dans l'une ou dans l' autre de ces zones, l'unité de commande électronique 9 sélectionne une stratégie donnée de régulation de la suralimentation. Ainsi, si le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la zone A ou dans la zone AB, l'unité de commande électronique sélectionne le mode de régulation A décrit sur la figure 2a. Si le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la zone B, l'unité de commande électronique sélectionne le mode de régulation B décrit à la figure 2b . Si le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la zone C, l'unité de commande électronique sélectionne un mode de régulation en boucle fermée que nous désignerons par « mode C », consistant à laisser totalement ouverte les vannes 8 et 15 du turbocompresseur 6 haute pression, et à effectuer une régulation en boucle fermée sur la vanne wastegate 17 du turbocompresseur basse pression 5. Si le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la zone D, correspondant à des valeurs de régime intermédiaire et des couples moteurs plutôt élevés, l'unité de commande électronique sélectionne un quatrième mode de régulation consistant à fermer la vanne 8 de contournement du compresseur haute pression 6a, à effectuer une régulation en boucle fermée sur la vanne wastegate 17 de la turbine basse pression 5b, avec un éventuel ajustement complémentaire des débits par la vanne de by-pass 15. Les stratégies de régulation ainsi sélectionnées dans les quatre domaines définis par les aires A et AB, B, C, D conviennent quand la vanne 22 de recyclage des gaz d'échappement est entièrement ouverte. Cependant, si le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la zone AB et que la vanne de recyclage 22 se referme, il peut être nécessaire d' appliquer un mode de régulation du type mode B au lieu de la régulation mode A sélectionnée initialement. Afin de décider si dans la zone AB une régulation de type mode B est nécessaire, l'invention propose de comparer une valeur souhaitable Flconsigne désignant le rapport de compression de consigne entre la pression aval et la pression amont du compresseur haute pression 6a, et une valeur estimée Ilestim de ce même rapport de compression, évaluée en fonction de paramètres physiques mesurables à ce moment. Si l' écart entre la valeur estimée ou indicateur de rapport de compression Ilestim, et la consigne de rapport de compression Flconsigne, devient supérieur à un premier seuil d'écart, la régulation en boucle fermée de type mode B est alors mise en œuvre. La consigne de rapport de compression Ilconsigne est une valeur calculée par l'unité de commande électronique 9, par exemple suivant des stratégies décrites dans la demande de brevet FR 2 917 128 , et peut intervenir dans les modes de régulation en boucle fermée tel que le mode B ou le mode C, quand de tels modes de régulation en boucle fermée sont sélectionnés par l'unité de commande en fonction de points de fonctionnement du moteur. L 'indicateur de rapport de compression Ilestim peut être calculé à partir de divers paramètres de fonctionnement du moteur. On peut vérifier par des modélisations ou par des mesures, que cet indicateur de rapport de compression dépend fortement du débit d' air frais entrant dans le moteur, auquel il peut être relié par une fonction croissante assez proche d'une fonction linéaire. Il dépend aussi, mais dans une moindre mesure, de la température des gaz en sortie des cylindres du moteur. La figure 4 illustre un dispositif de basculement permettant à l'unité de commande électronique suivant l'invention, quand le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la zone AB de la cartographie 20 représentée à la figure 3 , de passer opportunément du mode de régulation A en boucle ouverte au mode de régulation B en boucle fermée et inversement. Le dispositif de la figure 4 peut être activé que le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la zone AB de la cartographie 20, ou qu'il se trouve dans la zone B de cette même cartographie. En effet, si le point de fonctionnement se trouve dans la zone B, le dispositif est conçu de manière à imposer le mode B de régulation. On retrouve des éléments communs à la figure 1 , les mêmes éléments portant alors les mêmes références.
Comme illustré sur la figure 4, l'unité de commande électronique 9 de la figure 1 dispose d'un évaluateur 35 de rapport de compression de consigne qui délivre une valeur Ilconsigne, qui est envoyée sur une entrée négative d'un soustracteur 30. Sur une entrée positive du même soustracteur 30, est envoyé un indicateur de rapport de compression Ilestim qui est lu dans une cartographie 25. La cartographie 25 peut être fonction de la seule variable Q représentant le débit d' air frais entrant dans le moteur, ou peut être fonction, comme représenté sur la figure 4, de deux variables, une variable Q représentant le débit d' air frais entrant, et une variable T représentant la température des gaz en sortie des cylindres du moteur. Dans ce second cas de figure, la température T peut être soit mesurée par un capteur de température situé dans le collecteur d' échappement 12, soit peut être lue, tel que représenté sur la figure 4, dans une cartographie 21 en fonction du point de fonctionnement du moteur, représenté par le couple de valeurs N (régime du moteur) et C (couple développé par le moteur). Le soustracteur 30 calcule une valeur ΔI1 représentant la valeur algébrique de la différence entre l'indicateur de rapport de compression Ilestim et la consigne de rapport de compression ϋconsigne, et envoie cet indicateur d' écart ΔI1 sur un convertisseur à hystérésis 31. Le convertisseur à hystérésis 31 compare la valeur ΔI1 à un premier seuil d' écart noté seuil 1 , et à un deuxième seuil d'écart noté seuil 2, inférieur au premier seuil d' écart. Si l' indicateur d'écart ΔI1 devient supérieur au premier seuil d' écart seuil 1 , le générateur 31 renvoie une valeur booléenne 0 (zéro) à un dispositif antirebond 32. Si l' indicateur d' écart ΔI1 devient inférieur au deuxième seuil d' écart seuil 2, le générateur 31 renvoie une valeur booléenne 1 au dispositif antirebond 32. Le dispositif antirebond 32 reçoit donc en entrée une fonction δπ oscillant entre 0 et 1. Le dispositif antirebond 32 applique à cette fonction δπ une fenêtre d'observation « fenêtre » de la manière suivante : si la fonction δπ prend une valeur, par exemple la valeur 1 pendant un intervalle de temps inférieur à l'intervalle « fenêtre », le dispositif antirebond 32 retranscrit la fonction δπ en une fonction « mode régul » qui garde la valeur « 0 » sur ce même intervalle. Si la fonction δπ change de valeur, par exemple passe de la valeur «0 » à la valeur « 1 » sur un intervalle de temps supérieur à la valeur « fenêtre », le dispositif antirebond 32 retranscrit la fonction δπ en la fonction « mode régul » comme une fonction créneau passant de 0 à 1 avec un retard d'un intervalle de temps « fenêtre »par rapport à la fonction δπ.
Quand la fonction δπ revient ensuite à zéro, le dispositif antirebond 32 retranscrit ce retour à zéro simultanément dans la fonction « mode régul ». Le dispositif antirebond 32 envoie ensuite la fonction « mode régul » sur une première entrée d'un multiplicateur booléen 33. Le multiplicateur booléens 33 reçoit sur une seconde entrée une valeur booléenne obtenue à partir de la cartographie 20 des figures 1 et 3. Si le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la zone B de la cartographie 20, la valeur « 0 » est envoyée sur la seconde entrée du multiplicateur 33. Si le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la zone AB de la cartographie 20, la valeur booléenne « 1 » est renvoyée sur la seconde entrée du multiplicateur
33. Le multiplicateur 33 délivre une valeur booléenne 34 qui est le produit de la fonction « mode régul » et de la valeur booléenne déduite de la cartographie 20. Si le résultat 34 a la valeur 1 , l'unité de commande électronique 9 applique le mode de régulation en boucle ouverte A au système de suralimentation. Si le résultat 34 a pour valeur « 0 », l'unité de commande électronique 9 met en œuvre le mode B de régulation en boucle fermée du système de suralimentation.
Selon les variantes de réalisation de l'invention, le dispositif représenté à la figure 4 peut être activé uniquement quand le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la zone AB de la cartographie 20, ou peut être activé quand le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la réunion des zones AB ou B de cette même cartographie 20. Si le dispositif est activé uniquement quand le point de fonctionnement du moteur se trouve dans la zone AB, on peut utiliser directement la fonction « mode régul » émise par le dispositif antirebond 32 pour décider s 'il faut appliquer le mode A de régulation en boucle ouverte (résultat « mode régul » = 1 ) ou s 'il faut appliquer le mode B de régulation en boucle fermée (« mode régul » =0).
On peut envisager des variantes de réalisation de l'invention dans lesquelles la zone A ou la zone B, ou les deux zones A et B, seraient remplacées par une extension de la zone AB. Le mode de régulation dans cette zone AB étendue peut être par exemple déterminé par un dispositif suivant la figure 4 s ' arrêtant à la sortie du dispositif antirebond 32. On peut envisager des variantes de réalisation où le mode de régulation par défaut de la zone AB serait le mode B de régulation en boucle fermée, le basculement vers un mode de régulation en boucle ouverte se faisant ensuite si la valeur de la fonction "mode régul" l'autorise. L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation décrit, et peut faire l'objet de nombreuses variantes. Par exemple, la valeur Ilestim extraite de la cartographie 25 étant relativement linéaire par rapport au débit d'air frais Q, dans certaines variantes de réalisation, la cartographie 25 pourrait se résumer à une droite, voire, la cartographie 25 pourrait consister en un module de calcul d'une fonction linéaire ou affine reliant le débit d'air Q et l'indicateur de rapport de compression Ilestim. A l'inverse, la cartographie 25 pourrait intégrer la cartographie 21 , c'est-à-dire que la cartographie 25 pourrait être construite de manière à lire directement l'indicateur de rapport de compression Ilestim en fonction des trois paramètres N, C, et Q .
Le raisonnement décrit plus haut sur le choix des variables booléennes et les valeurs qui leur sont attribuées, doit bien sûr être compris au sens fonctionnel. Les valeurs positives et négatives des variables pourraient êtres désignées par d'autres couples de valeurs, Oui/Non, Vrai/Faux, boucle-ouverte/boucle-fermée ... Les valeurs booléennes pourraient avoir des définitions opposées à celle de la description, l'interprétation finale du mode de régulation à appliquer étant adaptée en conséquence.
La réalisation du dispositif de basculement de la figure 4 peut se faire sous forme de blocs logiques ou de blocs de calculs, ou peut se faire sous forme d'agencement de composants électroniques ou de calculateurs physiquement indépendants. L'invention peut notamment être réalisée en programmant sous forme logicielle dans l'unité de commande électronique les blocs de calculs décrits. Les cartographies 20, 21 , 25 peuvent être mémorisées sur des supports numérique spatialement intégrés à l'UCE, ou sur des supports modulaires connectés à l'UCE. Le système de commande de suralimentation suivant l'invention permet d'adapter à moindre coût un mode de régulation d'une suralimentation étagée par double turbocompresseur, en fonction du débit de gaz d'échappement recyclés vers les cylindres du moteur. En effet, le processus de prise en compte du débit de gaz recyclés repose essentiellement sur la valeur du débit d'air frais du moteur, qui est une variable constamment accessible en temps réel. Ce système de commande ne nécessite aucun couplage entre le système électronique de gestion des gaz recyclés et le système électronique de gestion de la suralimentation. En outre, le calcul de l'indicateur de rapport de compression utilisé, directement extrait d'une ou de deux cartographies, est très rapide. Il est ainsi possible de réagir rapidement aux écarts potentiels de rapport de compression du compresseur haute pression. Le turbocompresseur haute pression est ainsi protégé des risques de survitesse, et la longévité du moteur en est améliorée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de commande de la suralimentation d'un moteur à combustion interne ( 1 ) équipé d'un dispositif de suralimentation comprenant deux turbocompresseurs (5 , 6) montés en série, ledit système comprenant des moyens d'arbitrage aptes à sélectionner différents modes de régulation du dispositif de suralimentation en fonction du point de fonctionnement du moteur, et comportant une unité de contrôle électronique (9) apte à calculer une consigne de rapport de compression, caractérisé en ce que dans l'unité de contrôle électronique sont mémorisées une ou plusieurs cartographies (21 , 25) permettant à cette unité de contrôle de déterminer un indicateur de rapport de compression en fonction notamment du débit d'air frais entrant dans le moteur, et en ce que l'unité de contrôle électronique est apte à faire basculer le mode de régulation du dispositif de suralimentation, d'un premier mode de régulation en boucle ouverte sélectionné par les moyens d'arbitrage, vers un second mode de régulation en boucle fermée, si la différence entre l'indicateur de rapport de compression et la consigne de rapport de compression devient supérieure à un premier seuil d'écart.
2. Système de commande de suralimentation suivant la revendication précédente, dans lequel l'unité de contrôle (9) est apte à faire basculer le mode de régulation du dispositif de suralimentation, d'un mode de régulation en boucle fermée vers un mode de régulation en boucle ouverte, si la différence entre l'indicateur de rapport de compression et la consigne de rapport de compression devient inférieure à un deuxième seuil d'écart.
3. Système de commande de suralimentation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'arbitrage comprennent une cartographie (20) de modes de régulation du dispositif de suralimentation en fonction du point de fonctionnement du moteur, ladite cartographie délimitant au moins un premier domaine
(C) où est imposé un premier mode de régulation en boucle fermée, et un second domaine (AB) où le mode de régulation du dispositif de suralimentation peut basculer d'un mode de régulation en boucle fermée différent du précédent, à un mode de régulation en boucle ouverte, et inversement.
4. Système de commande de suralimentation suivant les revendications précédentes, dans lequel l'unité de contrôle (9) dispose d'une cartographie (21 ) permettant de relier le point de fonctionnement du moteur, c'est à dire le régime de rotation du moteur, et le couple développé par le moteur ou la quantité de carburant injectée dans les cylindres du moteur, à une température des gaz en sortie des cylindres du moteur.
5. Système de commande de suralimentation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de contrôle (9) est configurée pour calculer l'indicateur de rapport de compression en fonction du débit d'air entrant dans le moteur et de la température des gaz en sortie des cylindres du moteur.
6. Système de commande de suralimentation suivant les revendications 1 à 3 , dans lequel l'indicateur de rapport de compression est une fonction du seul débit d'air entrant dans le moteur.
7. Système de commande de suralimentation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel, selon le premier mode de régulation en boucle ouverte, le dispositif de suralimentation est figé dans une configuration géométrique lui permettant d'envoyer vers les cylindres du moteur, de l'air à la pression d'alimentation la plus élevée.
8. Système de commande de suralimentation suivant l'une des revendications précédentes, dans lequel, selon le second mode de régulation en boucle fermée, celui des turbocompresseurs travaillant à moindre pression (5) est dans une configuration géométrique temporairement figée, et celui des turbocompresseurs travaillant à plus haute pression (6) est régulé en boucle fermée, en fonction d'une consigne de rapport de compression.
9. Moteur ( 1 ) à combustion interne équipé de deux turbocompresseurs en série (5 , 6), d'un circuit de recyclage partiel ( 13) à haute pression des gaz d'échappement, et d'un système de commande de la suralimentation suivant l'une des revendications précédentes.
10. Procédé de commande de la suralimentation d'un moteur ( 1 ) à combustion interne équipé d'un dispositif de suralimentation comprenant deux turbocompresseurs (5 , 6) en série, ainsi que d'un circuit de recyclage partiel ( 13) à haute pression des gaz d'échappement, comprenant les étapes suivantes :
- on fige les configurations géométriques des deux turbocompresseurs (5 , 6) quand la recirculation des gaz d'échappement est activée et que le point de fonctionnement du moteur le permet,
- on calcule alors un indicateur d'écart en fonction d'une consigne de rapport de compression, et de la quantité d'air frais entrant dans le moteur ( 1 ), et on compare l'indicateur d'écart à un seuil d'écart, - si l'indicateur d'écart est supérieur au seuil d'écart, on met en action une régulation en boucle fermée du dispositif de suralimentation, en fonction de la consigne de rapport de compression.
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