FR2738287A1

FR2738287A1 - Procede de commande de la pression d'admission d'un moteur a combustion interne suralimente par un turbocompresseur a geometrie de turbine reglable

Info

Publication number: FR2738287A1
Application number: FR9610483A
Authority: FR
Inventors: Werner Aschner; Horst Hanauer; Gernot Hertweck
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1995-08-30
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1997-03-07
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: ITRM960540A0; FR2738287B1; US5850737A; DE19531871C1; GB9617376D0; ITRM960540A1; IT1284238B1; GB2304823A; GB2304823B

Abstract

Ce procédé utilise un distributeur de turbine pour régler la pression d'admission à une valeur de consigne dépendant d'un point de fonctionnement préfixé. Une unité de commande électronique comporte une unité de commande lâche (33) qui reçoit une différence de réglage (dp2) et une grandeur de commande (dp3*) représentant la différence entre une pression différentielle (p3*max) maximale admissible et dépendant du point de fonctionnement du moteur et une pression différentielle effective (p3*), elle-même calculée comme la différence entre la contre-pression de gaz d'échappement (p3) et la pression d'admission (p2). Applicable aux moteurs thermiques équipés d'un turbocompresseur à gaz d'échappement et géométrie de turbine réglable.

Description

L'invention concerne un procédé pour commander la pression de

suralimentation ou d'admission d'un moteur

à combustion interne suralimenté au moyen d'un turbocom-

presseur mû par des gaz d'échappement et ayant une géomé-

trie de turbine réglable, en vue de sa régulation à une pression d'admission de consigne dépendante du point de fonctionnement du moteur, procédé selon lequel, en régime non stationnaire du moteur à combustion interne, après

une augmentation de la charge de ce moteur, le distribu-

teur de turbine est amené à une position qui réduit la

section d'écoulement d'arrivée sur la turbine.

Selon un procédé que l'on connaît par le docu-

ment DE 40 25 901 Cl, on empêche la survenue, à la suite

d'une augmentation de la charge et encore pendant l'élé-

vation de la pression d'admission p2 dans le conduit de gaz d'échappement en amont de la turbine, d'augmentations excessives et incontrôlées de la pression, de sorte que

le moteur à combustion interne n'est plus obligé d'expul-

ser les gaz d'échappement à l'encontre d'une contre-pres-

sion de gaz d'échappement excessive et que l'on peut ob-

tenir un rendement accru du moteur. Dans ce but, on a prévu, en tant que capteur pour la contre-pression de gaz

d'échappement p3, un interrupteur à pression limite ins-

tallé dans le conduit de gaz d'échappement et changeant de position à une pression limite déterminée, en ce sens que cet interrupteur est amené d'une position fermée à une position ouverte lorsque la contre- pression de gaz

d'échappement dépasse une valeur limite ou un seuil.

Ce procédé a l'inconvénient qu'avec une telle surveillance de la contre-pression de gaz d'échappement p3, on détecte seulement la contrepression instantanée, régnant avant la turbine, que l'on compare ensuite avec une valeur limite ou de seuil, de sorte que cette mesure est indépendante de la pression atmosphérique actuelle, c'est-à-dire de l'altitude au-dessus du niveau de la mer et que, en plus, la surveillance ne peut pas tenir compte

de la pression d'admission p2 actuelle. En outre, l'in-

terrupteur à pression limite autorise seulement les dis-

tinctions "plus grande" et "plus petite", mais ne permet

pas une évaluation continue.

Un procédé pour commander la pression d'admis- sion d'un moteur à combustion interne suralimenté au

moyen d'un turbocompresseur à gaz d'échappement et à géo-

métrie de turbine réglable, ressort également du document JP 62-182437, selon lequel les inconvénients précités sont atténués du fait que pour surveiller la pression de gaz d'échappement, on n'utilise pas sa valeur absolue,

mais on traite la différence de pression entre la pres-

sion de gaz d'échappement et la pression d'admission ac-

tuelle pour surveiller la régulation du turbocompresseur.

L'inconvénient du procédé proposé par le docu-

ment cité en dernier est que, d'après le schéma synop-

tique qui y est décrit, il faut un déroulement dispen-

dieux d'étapes de calcul successives avec des détections

et une exploitation par un dispositif de réglage onéreux.

L'invention vise donc à indiquer un procédé, du type spécifié au début, permettant, dans le régime non

stationnaire d'un moteur à combustion interne, en parti-

culier après une augmentation de sa charge à partir de

bas régimes de charge et de vitesse de rotation, la régu-

lation du moteur et l'amélioration de son rendement par

des moyens simples.

Conformément à l'invention, on obtient ce ré-

sultat par le fait que, au moyen d'un écart de réglage entre la pression d'admission de consigne et la pression d'admission réelle, ainsi que par au moins une grandeur

de commande supplémentaire, on établit un courant de po-

sitionnement à l'aide d'une unité de commande lâche inté-

grée dans une unité de commande électrique.

Le procédé selon l'invention empêche de manière simple, en régime non stationnaire du moteur à combustion interne, en cas d'augmentation de la charge, pendant l'élévation de la pression d'admission, des augmentations excessives et inadmissibles de la contre-pression de gaz

d'échappement, lesquelles s'opposent - en raison du tra-

vail négatif ou nuisible d'alternances d'écoulement des gaz se produisant lors de ces augmentation - au couple

moteur à établir et réduiraient ce couple de façon inac-

ceptable. Les augmentations de pression, éventuellement inadmissibles, peuvent être détectées immédiatement par

comparaison avec une valeur limite - dépendante du fonc-

tionnement du moteur - de la contre-pression de gaz d'échappement, et ceci dans un processus au cours duquel

il est tenu compte de la pression d'admission actuelle.

S'il se produit une augmentation inadmissible de la

contre-pression de gaz d'échappement, laquelle est détec-

tée par l'unité de commande, une intervention dans la ré-

gulation de la pression d'admission est opérée en ce sens que la position des aubes du turbocompresseur à géométrie

de turbine variable est corrigée dans le sens de l'ouver-

ture, avec le résultat que la pression de gaz d'échappe-

ment avant la turbine est réduite à la pression limite maximale admissible. Cette correction s'effectue en conformité avec le courant de positionnement délivré par l'unité de commande lâche ("fuzzy-controlunit") et par lequel est piloté un organe de servocommande en liaison

avec le distributeur de turbine.

Selon d'autres caractéristiques du procédé, on détermine au moins une grandeur de commande en fonction

de la pression de gaz d'échappement dans un bloc de sur-

veillance et on établit l'algorithme de réglage de la pression d'admission en fonction de cette grandeur de commande.

Un mode de mise en oeuvre du procédé est carac-

térisé en ce que l'on détermine la grandeur de commande comme la différence entre une pression différentielle

maximale admissible, qui dépend du point de fonctionne-

ment et est applicable, et la pression différentielle effective, la pression différentielle étant la différence calculée entre la contrepression de gaz d'échappement et

la pression d'admission.

L'intervention de la grandeur de commande dans l'algorithme de réglage est réalisable au moyen d'une unité de commande lâche, laquelle peut être dotée d'une

matrice d'inférence. Dans ce cas, l'écart de réglage pré-

sente un comportement de réglage proportionnel et l'or-

gane de servocommande prévu possède une caractéristique

d'intégration.

D'autres caractéristiques et modes de mise en

oeuvre avantageux du procédé selon l'invention ressorti-

ront plus clairement de la description qui va suivre d'un

exemple de réalisation préféré, mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels:

- la figure 1 est une représentation de prin-

cipe d'un dispositif avantageux pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - la figure 2 est un schéma synoptique servant à expliquer le fonctionnement d'une unité de commande électronique prévue selon l'invention et désignée sur la figure 1 par la référence 20; et

- la figure 3 est un schéma synoptique pour il-

lustrer le fonctionnement de l'unité de commande lâche prévue selon l'invention et faisant partie de l'unité de commande électronique représentée sur la figure 2, o

elle est désignée par 33.

La figure 1 montre un moteur à combustion in-

terne 11 équipé d'un turbocompresseur à gaz d'échappement 12 dont la turbine 13 est placée dans le conduit de gaz d'échappement 14 et dont le compresseur 15 est placé dans

le conduit d'aspiration 16. Afin d'améliorer le comporte-

ment de réponse du turbocompresseur 12 lors d'une augmen-

tation de la charge, en particulier à partir de bas ré-

gimes de charge et de vitesse de rotation, la turbine 13 est munie d'un distributeur réglable 17 qui est seulement indiquée schématiquement sur le dessin et à l'aide duquel peuvent être changées d'une part la direction d'arrivée des gaz d'échappement sur les aubes de la turbine et

d'autre part la section d'écoulement d'arrivée elle-même.

Ce distributeur de turbine 17 est actionné par un servo-

moteur 18 qui est lui-même piloté par une unité de com-

mande électronique 20 à travers une ligne de commande 19 (par laquelle est envoyé un courant de positionnement 34

dont il sera encore question par la suite).

L'unité de commande 20 reçoit d'un capteur 21, par une ligne de mesure 22, un signal correspondant à la pression d'admission actuelle p2. D'un capteur 23 et par

une ligne de mesure 24, elle reçoit un signal correspon-

dant à la pression de gaz d'échappement actuelle p3 en amont de la turbine 13. D'un capteur 25 et par une ligne de mesure 26, l'unité de commande 20 reçoit un signal

correspondant à la vitesse de rotation n actuelle du mo-

teur à combustion interne. Du capteur 27 dans le système d'injection 29 et par la ligne de mesure 28, elle reçoit un signal correspondant à la quantité ou dose actuelle de carburant injecté dans le moteur 11. Cette dose injectée actuelle est elle-même fixée par la position de la pédale d'accélérateur (non représentée), laquelle est enfoncée par le conducteur lors d'une augmentation de la charge, par exemple pour passer de la marche à vide à la pleine charge. Lorsqu'une augmentation de la charge du moteur 11 est déclenchée, le distributeur de turbine 17 est amené d'abord à une position de fermeture, c'est-à-dire à une position qui réduit à un minimum la section d'arrivée des gaz d'échappement sur la turbine 13. Du fait que la section d'arrivée de la turbine 13 est alors très petite,

la pression de gaz d'échappement p3 s'élève très rapide-

ment, si bien que, avant même que la pression d'admission

p2 n'ait atteint la valeur de consigne p2,co correspon-

dant à ce point de fonctionnement, la contre-pression de gaz d'échappement p3 subit une augmentation excessive, ce

qui nuit au rendement du moteur 11. Il est donc néces-

saire de surveiller et de contrôler l'augmentation de la contre-pression de gaz d'échappement p3, de manière que l'on puisse obtenir un accroissement optimal du couple,

auquel est lié un haut rendement du moteur 11.

La figure 2 est un schéma synoptique d'une

unité de commande électronique 20, comprenant une struc-

ture de réglage servant au pilotage du turbocompresseur 12 à géométrie de turbine variable, structure qui possède plusieurs unités fonctionnelles constituées par un bloc de différence de réglage 31, un bloc de surveillance 32 et une unité de régulateur 33. Le bloc de différence de

réglage 31 et le bloc de surveillance 32 fournissent res-

pectivement les écarts de réglage et les valeurs de sur-

veillance nécessaires pour l'unité de régulateur 33 qui, par le biais d'un courant de positionnement 34, règle un organe de servocommande 18 comme celui représenté sur la figure 1. En fonction du courant de positionnement 34, l'organe de servocommande 18 ouvre ou ferme la section

d'arrivée des gaz d'échappement du distributeur de tur-

bine 17.

Le bloc de différence de réglage 31 reçoit la pression d'admission actuelle p2 du moteur 11 depuis le capteur 21, par la ligne de mesure 22. Dans ce bloc 31

est déterminée en même temps, à partir des valeurs de me-

sure relevées par les capteurs 25 et 27 pour la vitesse de rotation du moteur (N) et la dose de carburant injecté (EM), une valeur de base pour la pression d'admission, ce qui s'effectue d'après un diagramme caractéristique de pression d'admission (KF) applicable, ainsi que cela est indiqué par le bloc 37. De plus, une valeur de correction

fonction de l'altitude est formée dans le bloc 38, la-

quelle peut être déterminée à partir de la pression atmo-

sphérique (Patm) et d'une courbe caractéristique de cor-

rection applicable (KL). La somme de la valeur de base de la pression d'admission et de la valeur de correction fonction de l'altitude, fournit une valeur de consigne pour la pression d'admission p2,co à laquelle le moteur

11 possède un rendement optimal. Entre la pression d'ad-

mission de consigne p2,co et la pression d'admission ac-

tuelle p2 en aval du compresseur 15 dans le conduit d'as-

piration 16, est établie, par soustraction, une pression différentielle qui est délivrée en tant que différence de réglage dp2 par le bloc de réglage de différence 31 et

transmise à l'unité de régulateur 33.

Dans le bloc de surveillance 32 de l'unité de

commande électronique 20, est déterminée la pression dif-

férentielle maximale admissible p3*max, à l'aide d'un

diagramme caractéristique de pression différentielle ap-

plicable 39 et en fonction des données fournies par les capteurs 25 et 27 pour la vitesse de rotation du moteur et la dose de carburant injecté. Parallèlement à ce qui

vient d'être indiqué, la valeur réelle de la contre-pres-

sion de gaz d'échappement p3 est détectée par le capteur

23 et comparée avec la valeur réelle de la pression d'ad-

mission p2, ce qui donne une pression différentielle ef-

fective p3*. La détermination de cette pression différen-

tielle a l'avantage que la surveillance est largement in-

dépendante de la pression atmosphérique actuelle et que, en plus, la surveillance - s'effectuant dans ce bloc ou circuit de réglage de surveillance 32 - tient compte de

la pression d'admission actuelle p2.

Comme la détermination de l'écart de réglage dp2 décrite précédemment et se déroulant dans le bloc de différence de réglage 31, une grandeur de commande dp3*

est déterminée par soustraction de la pression différen-

tielle effective p3* de la pression différentielle maxi-

male admissible p3*max. Cette grandeur de commande dp3* sert de grandeur d'entrée supplémentaire de l'unité de

régulateur 33.

La grandeur de commande dp3* peut prendre des

valeurs négatives, à peu près nulles ou nulles ou posi-

tives. Pour l'unité de régulateur 33, une grandeur de commande dp3* beaucoup plus petite que la valeur nulle, par exemple, signifie que la contre-pression de gaz d'échappement p3 est trop grande pour un accroissement optimal du couple, de sorte que l'unité de régulateur 33

doit être conçue pour qu'une intervention dans la régula-

tion de la pression d'admission p2 s'effectue de manière

que la position des aubes du turbocompresseur 12 à géomé-

trie de turbine variable soit corrigée dans le sens de l'ouverture et que, par suite, la pression de gaz d'échappement p3 avant la turbine 13 soit réduite à la

pression limite maximale admissible.

De manière analogue, au cas o la grandeur de

commande dp3* est beaucoup plus grande que nulle, la ré-

gulation est corrigée en ce sens que la contre-pression

de gaz d'échappement p3, trop faible pour obtenir un ac-

croissement optimal du couple, subisse une augmentation, du fait que la fermeture des aubes du turbocompresseur 12 à géométrie de turbine variable est accélérée. Pour une

grandeur de commande dp3* voisine de nulle, la contre-

pression de gaz d'échappement p3 appliquée à la turbine 3 correspond à un accroissement optimal du couple, de sorte qu'un changement du réglage du distributeur de turbine 17

n'est pas nécessaire.

Dans le but d'établir un algorithme de réglage approprié qui, pour les situations précédemment décrites dans le fonctionnement, interprète selon les besoins la grandeur de commande dp3* et l'exploite et la convertit simplement, on emploie une unité de commande lâche comme unité de régulateur 33, laquelle est représentée plus en

détail sur la figure 3.

Une telle unité de commande lâche ("fuzzy-

controller") 33 a l'avantage qu'à côté de l'écart de ré-

glage dp2, d'autres grandeurs de commande peuvent être

utilisées pour calculer le courant de positionnement 34.

En particulier, le traitement d'une grandeur de commande

supplémentaire permet de prévoir dès le départ une limi-

tation supplémentaire d'organes de servocommande, compa-

rativement à des régulateurs à action proportionnelle, par intégration et par dérivation, ou régulateurs PID,

afin de seulement autoriser certaines situations de fonc-

tionnement, comme expliqué plus en détail dans ce qui suit. Ainsi que le montre la figure 3, une unité de commande lâche 33 comporte, pour traiter les grandeurs

d'entrée du bloc de différence de réglage 31 et du cir-

cuit de surveillance 32, un premier étage 51, dans lequel s'effectue un traitement de partage lâche

("fuzzification"), selon lequel, par exemple, les gran-

deurs d'entrée dp3* et dp2 sont divisées d'après les termes linguistiques "négatif" (NE), "positif" (PO) et "zéro" (ZE), ainsi que cela ressort du bloc 41. Dans un deuxième étage 52, une matrice d'inférence définit, de

façon spécifique pour l'application concernée, la rela-

tion entre les grandeurs d'entrée dp2 et dp3* d'une part et la grandeur de sortie I (représentée par le courant 34) d'autre part. Par exemple, la grandeur de sortie I

est également divisée selon les termes linguistiques "né-

gatif" (NE) "positif" (PO) et "zéro" (ZE). Ce partage peut être différencié davantage: par exemple en ajoutant les termes "beaucoup plus petit" et "beaucoup plus grand"

ou analogues, au cas o le circuit de réglage le demande.

La matrice d'inférence dans le bloc 42 coor-

donne aux termes linguistiques de la grandeur d'entrée dp3*, désignée par 56 (première ligne) et de la grandeur d'entrée dp2 (première colonne), un terme linguistique pour la grandeur de sortie I, laquelle est convertie, dans un troisième étage 53, dans lequel s'effectue une annulation du traitement de partage ("defuzzification"),

selon le bloc 43, en un courant de positionnement 34.

On décrira ci-après, à titre d'exemple, la

fonction et le mode de fonctionnement de l'unité de com-

mande lâche 33 pour une grandeur d'entrée dp3* qui est "négatif" (NE). Une telle grandeur d'entrée signifie que la contre-pression de gaz d'échappement p3 est trop éle- vée pour un accroissement optimal du couple. D'après la matrice d'inférence dans le bloc 42, seuls les termes

linguistiques NE et ZE sont possibles en tant que gran-

deur de sortie pour le courant de positionnement 34, ce qui réduit la plage d'amplification positive de l'unité de commande lâche 33. En effet, si les valeurs pour p3

sont très grandes, l'ouverture des aubes de turbine - ou-

vertes pour une variable de sortie NE - est accélérée.

Pour une variable de sortie ZE, ces aubes pré-

sentent par exemple une position moyenne ou sont partiel-

lement fermées. Ainsi, par la coordination des variables de sortie ZE et NE dans la colonne NE à la grandeur de

commande dp3*, il peut être garanti que seule une diminu-

tion de la contre-pression de gaz d'échappement p3 par

l'ouverture des aubes de turbine soit rendue possible.

Une remarque analogue s'applique aux autres grandeurs de

commande dp3* représentées à titre d'exemples dans la ma-

trice. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, l'unité de commande lâche 33 présente un comportement P (proportionnel) pour ce qui concerne la grandeur d'entrée

dp2. L'organe de servocommande 18 du distributeur de tur-

bine 17 est réalisé comme un servomoteur ayant une carac-

téristique I (à intégration), si bien que, au cas o le

courant de positionnement 34 est constant, on peut obte-

nir, en raison de la caractéristique I, une vitesse de

positionnement constante.

Il peut être prévu aussi, en variante, d'em-

ployer un organe de servocommande 18 ayant un comporte-

ment P pour le distributeur de turbine 17, auquel cas il faut utiliser une unité de commande lâche 33 ayant un comportement I ou PI (proportionnel et à intégration), ceci afin d'éviter des différences de réglage résiduelles. Dans le troisième étage 53, s'effectue la conversion arithmétique des termes de sortie linguis- tiques 57 (NE, PO, ZE) en une intensité de courant analo-

gique 34 selon les méthodes connues du traitement d'annu- lation du partage lâche ("defuzzification").

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour commander la pression de sur-

alimentation ou d'admission d'un moteur à combustion in-

terne (11) suralimenté au moyen d'un turbocompresseur (12) mû par des gaz d'échappement et ayant une géométrie

de turbine réglable, en vue de sa régulation à une pres-

sion d'admission de consigne (p2,co) dépendante du point

de fonctionnement du moteur, procédé selon lequel, en ré-

gime non stationnaire du moteur à combustion interne (11), après une augmentation de la charge de ce moteur, le distributeur de turbine (17) est amené à une position

qui réduit la section d'écoulement d'arrivée sur la tur-

bine (13), caractérisé en ce que, au moyen d'un écart de réglage (dp2) entre la pression d'admission de consigne (p2,co) et la pression d'admission réelle (p2), ainsi que par au moins une grandeur de commande supplémentaire (dp3*), on établit un courant de positionnement (34) à l'aide d'une unité de commande lâche (33) intégrée dans

une unité de commande électrique (20).

2. Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'on détermine au moins une grandeur de commande (dp3*) en fonction de la pression de gaz

d'échappement (p3) dans un bloc de surveillance (32).

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, ca-

ractérisé en ce que l'on établit l'algorithme de réglage

de la pression d'admission (p2) en fonction de la gran-

deur de commande (dp3*).

4. Procédé selon une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que l'on détermine la grandeur de commande (dp3*) comme la différence entre une pression différentielle (p3*max) maximale admissible, qui dépend

du point de fonctionnement et est applicable, et la pres-

sion différentielle (p3*) effective, la pression diffé-

rentielle (p3*) étant la différence calculée entre la contre-pression de gaz d'échappement (p3) et la pression

d'admission (p2).

5. Procédé selon une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que l'on produit l'intervention de la grandeur de commande (dp3*) dans l'algorithme de

réglage au moyen d'une unité de commande lâche (33).

6. Procédé selon une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que l'unité de commande lâche

(33) est pourvue d'une matrice d'inférence, selon la-

quelle l'écart de réglage (dp2) présente un comportement de réglage proportionnel et qui agit sur un organe de

servocommande (18) ayant une caractéristique d'intégra-

tion.