FR2882576A1 - Internal combustion engine e.g. diesel engine, controlling method for motor vehicle, involves determining maximum value for pressure drop ratio set point such that during transitional stage adjusted pressure drop ratio is less than value - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine du contrôle d'un moteur.The present invention relates to the field of control of an engine.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de commande d'un moteur de véhicule et un système de réglage d'une pression de suralimentation dans un collecteur d'admission d'un moteur. More particularly, the invention relates to a method of controlling a vehicle engine and a system for adjusting a boost pressure in an intake manifold of an engine.
L'utilisation d'un tel procédé et d'un tel système est particulièrement intéressante dans les moteurs diesel suralimentés par un turbocompresseur. The use of such a method and such a system is particularly advantageous in diesel engines supercharged by a turbocharger.
Les véhicules automobiles, et en particulier les véhicules automobiles de type diesel, sont très souvent équipés d'un turbocompresseur de suralimentation du moteur en air, destiné à augmenter la quantité d'air t o admise dans les cylindres. Motor vehicles, and in particular diesel-type motor vehicles, are very often equipped with an air turbocharger of the engine in air, intended to increase the amount of air t o admitted in the cylinders.
Ce turbocompresseur comporte généralement une turbine, placée à la sortie du collecteur d'échappement du moteur et entraînée par les gaz d'échappement. This turbocharger generally comprises a turbine, placed at the outlet of the exhaust manifold of the engine and driven by the exhaust gas.
Il comporte en outre un compresseur, par exemple monté sur le même axe que la turbine, assurant une compression de l'air qui entre dans le collecteur d'admission. It further comprises a compressor, for example mounted on the same axis as the turbine, providing a compression of the air entering the intake manifold.
Dans ce cas, le turbocompresseur est associé à un organe de réglage de la puissance des gaz d'échappement destiné à réguler la pression régnant dans le collecteur d'admission autour d'une valeur de consigne de pression élaborée, par exemple, par apprentissage préalable, en fonction du régime du moteur et du débit du carburant. In this case, the turbocharger is associated with an exhaust gas control member for regulating the pressure in the intake manifold around a pressure setpoint developed, for example, by prior learning , depending on engine speed and fuel flow.
Un tel organe de réglage peut être une soupape de décharge, ou des ailettes, dans le cas d'un turbocompresseur à géométrie variable. Such an adjusting member may be a discharge valve, or fins, in the case of a variable geometry turbocharger.
Selon une variante, un échangeur peut être placé entre le compresseur et 25 le collecteur d'admission pour refroidir l'air à la sortie du compresseur. Par ailleurs, on équipe aujourd'hui couramment les moteurs de type diesel d'un filtre à particules, monté sur la ligne d'échappement du moteur, de manière à minimiser la quantité de particules rejetées vers l'atmosphère (fumées noires). Alternatively, an exchanger may be placed between the compressor and the intake manifold to cool the air at the outlet of the compressor. Moreover, diesel engines are nowadays commonly equipped with a particulate filter, mounted on the engine exhaust line, so as to minimize the quantity of particles released into the atmosphere (black smoke).
Ces filtres comportent typiquement un ensemble de micro-canaux dans 5 lesquels une grande partie des particules se trouve piégée. These filters typically include a set of microchannels in which a large portion of the particles are trapped.
Une fois le filtre plein, il est nécessaire de mettre en oeuvre une phase de régénération, consistant essentiellement à vider le filtre en brûlant les particules. Once the filter is full, it is necessary to implement a regeneration phase, consisting essentially of emptying the filter by burning the particles.
Cette régénération peut être obtenue, soit par un dispositif de chauffage 10 prévu à cet effet, soit en prévoyant des phases de fonctionnement du moteur selon des paramètres spécifiques. This regeneration can be obtained either by a heating device 10 provided for this purpose or by providing phases of operation of the engine according to specific parameters.
Le filtre à particules étant placé dans la ligne d'échappement après le turbocompresseur, l'introduction d'un tel dispositif engendre une élévation de pression en sortie de la turbine du turbocompresseur. The particulate filter being placed in the exhaust line after the turbocharger, the introduction of such a device generates a rise in pressure at the outlet of the turbine of the turbocharger.
Cette élévation de pression, qui est d'autant plus importante que le filtre est chargé en particules, se traduit par une réduction du taux de détente dans le turbocompresseur, donc par une réduction de la puissance fournie par les gaz d'échappement à la turbine et par une diminution consécutive des performances du moteur. This increase in pressure, which is all the more important that the filter is loaded with particles, results in a reduction of the expansion rate in the turbocharger, thus by a reduction of the power provided by the exhaust gas to the turbine and by a consequent decrease in engine performance.
Afin de conserver le même niveau de performances, il est nécessaire de maintenir le taux de détente sensiblement constant, ce qui conduit généralement à vouloir augmenter la pression en entrée de la turbine. In order to maintain the same level of performance, it is necessary to keep the expansion ratio substantially constant, which generally leads to the desire to increase the inlet pressure of the turbine.
Une telle augmentation de pression est généralement obtenue en agissant sur ledit organe de réglage. Such a pressure increase is generally obtained by acting on said adjustment member.
Par exemple, dans le cas où le turbocompresseur est associé à une soupape de décharge, il suffit d'agir sur la fermeture de cette soupape ou dans le cas où la turbine comporte des ailettes pour régler la puissance des gaz d'échappement, il suffit de moduler le degré d'ouverture de celle-ci. For example, in the case where the turbocharger is associated with a relief valve, it suffices to act on the closure of this valve or in the case where the turbine has fins to adjust the power of the exhaust gas, it is sufficient to modulate the degree of opening thereof.
Par ailleurs, une telle opération est typiquement contrôlée par une unité centrale qui va réguler par exemple la pression de suralimentation dans le collecteur en fonction de la pression mesurée dans le collecteur d'admission et d'une consigne. Moreover, such an operation is typically controlled by a central unit which will regulate for example the supercharging pressure in the manifold as a function of the pressure measured in the intake manifold and a setpoint.
A cet égard, on pourra se référer notamment au document US 2003/0010019 où l'on adjoint une régulation de la pression en entrée de la turbine à une régulation de la pression de suralimentation dans le collecteur. In this regard, reference may be made in particular to document US 2003/0010019 where it is added a regulation of the inlet pressure of the turbine to a regulation of the supercharging pressure in the manifold.
Afin d'obtenir d'une telle boucle de régulation un temps de réponse aussi court que possible, on peut également adjoindre une ou plusieurs valeur(s) de pré-positionnement de sorte à la faire converger plus rapidement vers une valeur souhaitée, cette dernière permettant par exemple d'obtenir une puissance désirée des gaz d'échappement par modulation adéquate des ailettes de la turbine. In order to obtain a response time as short as possible from such a control loop, it is also possible to add one or more pre-positioning value (s) so as to converge it more rapidly towards a desired value, the latter allowing for example to obtain a desired power of the exhaust gas by adequate modulation of the blades of the turbine.
Cette valeur de pré-positionnement peut se présenter par exemple sous la forme d'une cartographie fonction du régime moteur et d'un débit carburant. This pre-positioning value may for example be in the form of a map based on the engine speed and a fuel flow.
Par lecture de cette cartographie, on peut ainsi obtenir une valeur de pré-positionnement optimale pour un état de fonctionnement du moteur donné, à savoir dans cet exemple pour un régime moteur et un débit carburant donné. By reading this map, it is thus possible to obtain an optimum pre-positioning value for a given operating state of the engine, namely in this example for a given engine speed and fuel flow.
Bien qu'ayant rendu de nombreux services, de tels systèmes posent néanmoins des problèmes, notamment lorsque ces types de régulation se trouvent dans une phase transitoire, c'est-à-dire dans une phase non stationnaire. Although having rendered many services, such systems nevertheless pose problems, especially when these types of regulation are in a transient phase, that is to say in a non-stationary phase.
Par exemple, dans le cas du système sus-mentionné, lorsque la variation du régime moteur ou du débit carburant est supérieure à un certain seuil, la régulation du taux de détente peut temporairement être désadaptée et notamment conduire à faire fonctionner le turbocompresseur dans une zone 5 de fonctionnement non optimale. For example, in the case of the above-mentioned system, when the variation of the engine speed or the fuel flow is greater than a certain threshold, the regulation of the expansion ratio may temporarily be mismatched and in particular lead to operate the turbocharger in a zone 5 of non-optimal operation.
En particulier, il est possible que la régulation oblige le turbocompresseur à fonctionner dans une zone de fonctionnement où son rendement est faible, ce qui pénalise plus généralement les performances moteur. In particular, it is possible that the regulation forces the turbocharger to operate in an operating zone where its efficiency is low, which more generally penalizes the engine performance.
lo Un but de l'invention est donc de proposer un procédé permettant d'améliorer les performances de ce type de moteur lorsqu'il se trouve dans un état de fonctionnement transitoire. An object of the invention is therefore to provide a method for improving the performance of this type of engine when it is in a transient operating state.
A cet effet, on propose selon l'invention un procédé de commande d'un moteur, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de régulation d'une grandeur relative à un turbocompresseur autour d'une consigne, et en ce que l'on détermine une valeur maximale pour la consigne, qui dépend d'un paramètre caractérisant le fonctionnement du turbocompresseur, de sorte que lors d'une phase transitoire la grandeur régulée relative au turbocompresseur reste inférieure à la valeur maximale. For this purpose, a method of controlling an engine is proposed according to the invention, characterized in that it comprises a step of regulating a quantity relative to a turbocharger around a setpoint, and in that the a maximum value is determined for the setpoint, which depends on a parameter characterizing the operation of the turbocharger, so that during a transient phase the regulated variable relative to the turbocharger remains below the maximum value.
Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont les suivants: - la consigne est une consigne PiTcons de taux de détente du turbocompresseur; - le paramètre qui caractérise le fonctionnement du turbocompresseur 25 une puissance du turbocompresseur; - on détermine la valeur maximale PjTtim de la consigne PiTcons du taux de détente à partir de l'équation: PiT,im = -Wt Qt ÉCPex.T3.' It,min / Y 1- Ye' où Qt est un débit de gaz d'échappement traversant la turbine, Wt la puissance du turbocompresseur, Cpex une constante correspondant à une chaleur spécifique des gaz d'échappement, T3 une température en amont de la turbine, rlt,min une consigne de rendement minimale de la turbine et yex une constante correspondant à un rapport de chaleur spécifique pour les gaz d'échappement; - la puissance Wt du turbocompresseur est déterminée par la puissance Wc du compresseur qui le constitue en partie; - on détermine la puissance Wc du compresseur à partir de l'équation: W = Qc.CPair.T1. Preferred but non-limiting aspects of the process according to the invention are the following: the setpoint is a PiTcons set point for the expansion of the turbocharger; the parameter which characterizes the operation of the turbocharger; a power of the turbocharger; the maximum value PjTtim of the set point PiTcons of the expansion ratio is determined from the equation: PiT, im = -Wt Qt ECPex.T3. It, min / Y 1- Ye 'where Qt is a flow of exhaust gas passing through the turbine, Wt the power of the turbocharger, Cpex a constant corresponding to a specific heat of the exhaust gas, T3 a temperature upstream of the turbine, rlt, min a minimum efficiency reference of the turbine and yex a constant corresponding to a specific heat ratio for the exhaust gas; the power Wt of the turbocharger is determined by the power Wc of the compressor which constitutes it in part; the power Wc of the compressor is determined from the equation: W = Qc.CPair.T1.
P2 \ Ya, rlc \P1/ -1+flc où Qc représente un débit d'air traversant le compresseur, Cpair est une constante correspondant à la chaleur spécifique de l'air, Ti une température mesurée en entrée du compresseur, rlc un rendement du compresseur, P2 et P1 des pressions mesurées respectivement en entrée et en sortie du compresseur et yr une constate correspondant à un rapport de chaleur spécifique pour l'air; -la puissance du turbocompresseur est déterminée par la puissance Wt à la turbine, notamment par l'équation: Wt = NT. NT.IT + NT.DT + wc où NT est un régime du turbocompresseur, N est une dérivée par rapport au temps du régime du turbocompresseur, IT est une constante correspondant à une inertie du turbocompresseur et DT une constante correspondant à un frottement du turbocompresseur; - le procédé comporte en outre une étape de régulation d'une pression de suralimentation dans un collecteur d'admission du moteur; - un résultat de la régulation de la grandeur relative au turbocompresseur est fonction d'un résultat de la régulation de la pression de suralimentation. Where Qc represents a flow of air passing through the compressor, Cpair is a constant corresponding to the specific heat of the air, Ti a temperature measured at the inlet of the compressor, rlc a yield compressor, P2 and P1 measured pressures respectively input and output of the compressor and yr an observation corresponding to a specific heat ratio for air; the power of the turbocharger is determined by the power Wt at the turbine, in particular by the equation: Wt = NT. NT.IT + NT.DT + wc where NT is a turbocharger regime, N is a time derivative of turbocharger speed, IT is a constant corresponding to a turbocharger inertia and DT a constant corresponding to a turbocharger friction ; the method further comprises a step of regulating a supercharging pressure in an intake manifold of the engine; - A result of the regulation of the relative size of the turbocharger is a function of a result of the regulation of the boost pressure.
L'invention propose en outre un système de commande d'un moteur, comportant au moins un turbocompresseur et un régulateur pour réguler une grandeur relative à ce turbocompresseur autour d'une consigne, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens aptes à déterminer une valeur maximale pour la consigne, ladite valeur dépendant d'un paramètre caractérisant le fonctionnement du turbocompresseur, de sorte que lors d'une phase transitoire la grandeur régulée relative au turbocompresseur reste inférieure à la valeur maximale. The invention also proposes a control system for an engine, comprising at least one turbocharger and a regulator for regulating a quantity relative to this turbocharger around a setpoint, characterized in that it furthermore comprises means capable of determining a maximum value for the setpoint, said value depending on a parameter characterizing the operation of the turbocharger, so that during a transient phase the regulated variable relative to the turbocharger remains below the maximum value.
Des aspects préférés mais non limitatifs du système selon l'invention sont les suivants: - la grandeur est un taux de détente du turbocompresseur; la consigne est une consigne PiT.s de taux de détente du turbocompresseur; - le système comporte un deuxième régulateur pour réguler une pression de suralimentation dans un collecteur d'admission du moteur; - une entrée du régulateur de la grandeur relative au turbocompresseur est fonction d'une sortie du régulateur de la pression de suralimentation. Preferred but non-limiting aspects of the system according to the invention are the following: the magnitude is a rate of expansion of the turbocharger; the set point is a set point PiT.s of the turbocharger expansion ratio; the system comprises a second regulator for regulating a supercharging pressure in an intake manifold of the engine; - A regulator input of the relative size of the turbocharger is a function of an output of the regulator of the boost pressure.
Ainsi, le procédé de commande selon l'invention offre de nombreux avantages par rapport aux procédés et systèmes de l'art antérieur. Thus, the control method according to the invention offers many advantages over the methods and systems of the prior art.
En particulier, lors d'une phase transitoire d'une régulation selon l'invention, on prend en compte d'une part une demande particulière d'un conducteur (accélération, etc.) et d'autre part des conditions de fonctionnement réelles du turbocompresseur. In particular, during a transient phase of a regulation according to the invention, one takes into account on the one hand a particular demand of a driver (acceleration, etc.) and on the other hand the actual operating conditions of the turbocharger.
A titre d'exemple non limitatif, lorsqu'une variation du débit carburant est requise sous la demande du conducteur, le procédé de l'invention utilise des données correspondant à l'état de fonctionnement du turbocompresseur en temps réel pour permettre que lors de cette phase transitoire la régulation demeure optimale. By way of non-limiting example, when a variation of the fuel flow is required under the request of the driver, the method of the invention uses data corresponding to the state of operation of the turbocharger in real time to allow that during this transitional phase the regulation remains optimal.
Par régulation optimale on entend le fait que la régulation est toujours adaptée. Optimum regulation means that the regulation is always adapted.
A titre d'exemple non limitatif une régulation adaptée est une régulation telle que le turbocompresseur fonctionne constamment dans une zone de rendement élevé, conduisant de ce fait à un maintien de bonnes performances moteur, en particulier durant le régime transitoire. By way of nonlimiting example, a suitable regulation is a regulation such that the turbocharger operates constantly in a zone of high efficiency, thus leading to a maintenance of good engine performance, in particular during the transient regime.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de l'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un bloc moteur selon l'invention, - la figure 2 représente un mode de réalisation plus détaillé du bloc moteur de la figure 1, - la figure 3 montre schématiquement à titre d'exemple une implémentation d'une structure de régulation selon l'invention utilisée dans le mode de réalisation de la figure 2, - la figure 4 montre un schéma bloc représentatif du calcul d'un 5 rendement du compresseur, - la figure 5 montre un schéma bloc représentatif du calcul d'un régime du turbocompresseur, - la figure 6 montre un schéma bloc représentatif du calcul d'une limitation d'un taux de détente dans la turbine du turbocompresseur, - la figure 7 montre une simulation temporelle du fonctionnement d'un système de l'invention. Other aspects, objects and advantages of the invention will appear better on reading the following description of the invention, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 represents an engine block according to the invention; FIG. 2 shows a more detailed embodiment of the motor unit of FIG. 1; FIG. 3 shows schematically by way of example an implementation of a regulation structure according to the invention used in the embodiment of FIG. FIG. 4 shows a representative block diagram of the calculation of a compressor efficiency, FIG. 5 shows a representative block diagram of the calculation of a turbocharger speed, FIG. 6 shows a representative block diagram of the calculation of the turbocharger. FIG. A limitation of a rate of expansion in the turbine of the turbocharger, - Figure 7 shows a time simulation of the operation of a system of the invention.
En se référant maintenant à la figure 1, on a représenté un bloc moteur 1 de l'invention comportant un moteur 10 à combustion interne d'un véhicule automobile, de type diesel, alimenté en air frais par une entrée 20 et qui rejette les gaz brûlés par un échappement 30. Referring now to FIG. 1, there is shown a motor unit 1 of the invention comprising an internal combustion engine 10 of a motor vehicle, of diesel type, supplied with fresh air by an inlet 20 and which rejects the gases burned by exhaust 30.
Le circuit d'admission d'air frais dans le moteur 10 comporte essentiellement un filtre à air 40 et un débitmètre d'air 50 alimentant, par l'intermédiaire d'un turbocompresseur 60 et de conduites appropriées, le collecteur d'admission 70 du moteur 10. The fresh air intake circuit in the engine 10 essentially comprises an air filter 40 and an air flow meter 50 supplying, via a turbocharger 60 and appropriate conduits, the intake manifold 70 of the motor 10.
Un collecteur d'échappement 80 récupère les gaz d'échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l'extérieur, par l'intermédiaire du turbocompresseur 60 et d'un filtre à particules 90 destiné à réduire la quantité de particules, notamment de suies, rejetées dans l'environnement. An exhaust manifold 80 recovers the exhaust gases resulting from the combustion and discharges the latter outwards, via the turbocharger 60 and a particulate filter 90 intended to reduce the quantity of particles, in particular soot, released into the environment.
Pour ce qui concerne le turbocompresseur 60, il comporte essentiellement une turbine 61 entraînée par les gaz d'échappement et un compresseur 62 monté sur le même axe que la turbine 61 et assurant une compression de l'air distribué par le filtre à air 40, dans le but d'augmenter la quantité d'air admise clans les cylindres du moteur via un circuit EGR de re-circulation des gaz d'échappement. With regard to the turbocharger 60, it essentially comprises a turbine 61 driven by the exhaust gases and a compressor 62 mounted on the same axis as the turbine 61 and providing a compression of the air distributed by the air filter 40, in order to increase the amount of air admitted into the engine cylinders via an EGR recirculation circuit.
Une unité centrale 110 récupère par l'intermédiaire de capteurs 5 appropriés des signaux de mesure de pression Pm ou de différence de pression OPm. A central unit 110 recovers, via appropriate sensors 5, pressure measurement signals Pm or pressure difference signals OPm.
Ces mesures ainsi que des consignes correspondantes 111 déterminées au sein de l'unité centrale, sont fournies en entrée d'une structure de régulation 113 comprise dans ladite unité centrale 110. These measurements as well as corresponding setpoints 111 determined within the central unit, are supplied as input to a regulation structure 113 included in said central unit 110.
Comme nous le verrons, la structure de régulation 113 peut comporter un ou plusieurs régulateurs. As will be seen, the control structure 113 may comprise one or more regulators.
Et dans le dernier cas, les régulateurs peuvent être agencés selon une configuration cascade ou tout autre configuration connue de l'homme de l'art. And in the latter case, the regulators may be arranged in a cascade configuration or any other configuration known to those skilled in the art.
La structure de régulation 113 prend également en compte des données 15 fournies par un bloc 112. The control structure 113 also takes into account data provided by a block 112.
Les données de ce bloc permettent de limiter au moins une consigne 111 à une valeur maximale de sorte à limiter la régulation lors d'une phase transitoire et obtenir ainsi de meilleures performances du moteur comme proposé précédemment.. The data of this block make it possible to limit at least one setpoint 111 to a maximum value so as to limit the regulation during a transient phase and thus obtain better engine performance as previously proposed.
A cet effet, on prévoit également que la structure de régulation 113 fournisse un signal de commande 120 qui vient contrôler un organe associé à la turbine du turbocompresseur pour modifier notamment la puissance des gaz d'échappement. For this purpose, it is also expected that the control structure 113 provides a control signal 120 which controls a member associated with the turbine of the turbocharger to change in particular the power of the exhaust gas.
Par ailleurs, selon l'invention, ladite valeur maximale pour laquelle la 25 consigne est limitée est déterminée à partir d'au moins une grandeur caractérisant un fonctionnement du turbocompresseur. i0 Furthermore, according to the invention, said maximum value for which the set point is limited is determined from at least one variable characterizing a turbocharger operation. i0
En particulier, dans un mode préféré de réalisation de l'invention cette grandeur est le taux de détente dans la turbine. In particular, in a preferred embodiment of the invention this magnitude is the rate of expansion in the turbine.
De cette manière, lors d'une phase transitoire, la limitation de la régulation 113 permet de maintenir un fonctionnement et une performance 5 optimale du turbocompresseur. In this way, during a transient phase, the limitation of the regulation 113 makes it possible to maintain optimum operation and performance of the turbocharger.
La figure 2 représente maintenant un mode de réalisation non limitatif et plus détaillé de l'invention. Figure 2 now shows a non-limiting and more detailed embodiment of the invention.
On retrouve dans l'ensemble les éléments de la figure 1. The elements of Figure 1 are generally found.
Toutefois, on peut voir que l'unité centrale 110 reçoit en entrée une pression de suralimentation P2m dans le collecteur d'admission 70, une pression P3m en entrée de la turbine 61 et une pression P4m en sortie de celle-ci. However, it can be seen that the central unit 110 receives as input a boost pressure P2m in the intake manifold 70, a pressure P3m at the inlet of the turbine 61 and a pressure P4m at the output thereof.
Comme évoqué plus haut, l'unité 110 peut aussi recevoir une pression différentielle, telle que celle présente aux bornes d'un circuit EGR, c'est-à-dire 15 entre le collecteur d'admission 70 et l'entrée de la turbine 61. As mentioned above, the unit 110 may also receive a differential pressure, such as that present at the terminals of an EGR circuit, that is to say between the intake manifold 70 and the inlet of the turbine 61.
Ces mesures de pression ainsi que les consignes correspondantes sont fournies en entrée d'une structure cascade de régulation que comprend l'unité centrale 110. These pressure measurements and the corresponding instructions are provided at the input of a cascade control structure that includes the central unit 110.
Comme évoqué précédemment, une telle structure peut comporter 20 plusieurs régulateurs. As mentioned previously, such a structure may comprise several regulators.
A titre d'exemple la figure 2 montre deux régulateurs 113', 113" en série. By way of example, FIG. 2 shows two regulators 113 ', 113 "in series.
Le premier régulateur 113' permet de réguler une pression de suralimentation dans le collecteur d'admission 70 et le deuxième régulateur 113" permet de réguler un taux de détente de la turbine 61. The first regulator 113 'makes it possible to regulate a supercharging pressure in the intake manifold 70 and the second regulator 113 "makes it possible to regulate a rate of expansion of the turbine 61.
A cet égard, l'unité centrale reçoit en entrée les mesures P2m, P4m et P3m des pressions respectives de suralimentation, de sortie de la turbine et dans le collecteur d'échappement de sorte à déterminer le taux de détente PiTm dans la turbine suivant l'une des équations suivantes: P3 PiTm = m P4 P2m ou, P1T = + P3/2m m P4m où P3/2m est la pression différentielle aux bornes du circuit EGR. In this respect, the central unit receives at input the measurements P2m, P4m and P3m of the respective supercharging and turbine outlet pressures and in the exhaust manifold so as to determine the expansion ratio PiTm in the turbine according to FIG. one of the following equations: P3 PiTm = m P4 P2m or, P1T = + P3 / 2m m P4m where P3 / 2m is the differential pressure across the EGR circuit.
La valeur PiTm obtenue est alors fournie en entrée du deuxième 1 o régulateur 113", à savoir le régulateur du taux de détente dans la turbine (voir figure 3). The value PiTm obtained is then supplied to the input of the second regulator 113 ", namely the regulator of the expansion ratio in the turbine (see FIG. 3).
Tel que représenté encore sur la figure 2, le bloc 112 est intercalé entre le premier et le deuxième régulateurs. As shown again in Figure 2, the block 112 is interposed between the first and second regulators.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, ce bloc 112 permet de limiter 15 la régulation du taux de détente lors d'une phase transitoire en limitant la consigne PiTcons à la valeur maximale. In this embodiment of the invention, this block 112 makes it possible to limit the regulation of the expansion ratio during a transient phase by limiting the setpoint PiTcons to the maximum value.
A cet effet, on a représenté sur la figure 3 une vue plus détaillée encore de la structure de régulation adoptée dans ce mode préféré de réalisation de l'invention. For this purpose, there is shown in Figure 3 a more detailed view of the regulatory structure adopted in this preferred embodiment of the invention.
Le régulateur 113' reçoit en entrée l'écart entre la consigne P2. et la mesure P2m de la pression de suralimentation. The regulator 113 'receives as input the difference between the setpoint P2. and the measurement P2m of the boost pressure.
On notera ici que la consigne P2.s de la pression de suralimentation est cartographiée en régime moteur et débit carburant. It will be noted here that the reference P2.s of the boost pressure is mapped in engine speed and fuel flow.
La sortie du régulateur 113' est ensuite ajoutée à une consigne initiale 25 PiT.s_1 associée au taux de détente de la turbine, cette première consigne m (1) (2) étant elle aussi cartographiée en régime moteur et débit carburant et représentant la valeur autour de laquelle le taux de détente serait régulé si la limitation selon le procédé n'avait pas lieu. The output of the regulator 113 'is then added to an initial setpoint 25 PiT.s_1 associated with the expansion ratio of the turbine, this first setpoint m (1) (2) being also mapped in engine speed and fuel flow and representing the value around which the rate of expansion would be regulated if the limitation by the process did not take place.
Le résultat de cette somme est alors comparé par le bloc 115 à une valeur 5 maximale autorisée PiTlim de consigne de taux de détente. The result of this sum is then compared by the block 115 to a maximum allowable value PiTlim relaxation rate reference.
Cette valeur maximale PiTlim est déterminée en temps réel par l'unité centrale selon un mode de calcul que nous décrirons ci-après. This maximum value PiTlim is determined in real time by the central unit according to a calculation mode that will be described below.
Le bloc 115 fournit en sortie une consigne finale PiT.s de taux de détente, celle-ci correspondant à un minimum entre la valeur dudit résultat et ladite valeur maximale autorisée PjTIim de taux de détente dans la turbine. The block 115 outputs a final set point PiT.s of relaxation rate, the latter corresponding to a minimum between the value of said result and said maximum allowable value PjTIim rate of expansion in the turbine.
Ainsi, comme on l'aura compris:la sortie du bloc 115 est toujours inférieure à la valeur maximale autorisée PiTum de la consigne de taux de détente. Thus, as will be understood: the output of the block 115 is always less than the maximum allowed value PiTum of the relaxation rate setpoint.
Le deuxième régulateur 113" reçoit ensuite à ses entrées l'écart entre la sortie du bloc 115 et une mesure PiTm du taux de détente dans la turbine de sorte à élaborer le signal de commande 120 destiné à piloter l'organe associé à la turbine, typiquement les ailettes. The second regulator 113 "then receives at its inputs the difference between the output of the block 115 and a measurement PiTm of the expansion ratio in the turbine so as to develop the control signal 120 for controlling the member associated with the turbine, typically the fins.
On notera au passage que ce signal de commande 120 dépend en outre d'un pré-positionnement. It will be noted in passing that this control signal 120 also depends on a pre-positioning.
Ainsi, dans l'exemple représenté ici de façon non limitative la sortie du deuxième régulateur 113" est ajoutée à une valeur de pré-positionement obtenue à partir d'une cartographie 200 de pré-positionnement, par exemple une cartographie fonction du régime moteur et du débit carburant. Thus, in the example represented here in a nonlimiting manner, the output of the second regulator 113 "is added to a pre-positioning value obtained from a pre-positioning map 200, for example a map based on the engine speed and fuel flow.
On va maintenant décrire un mode calcul de la valeur maximale autorisée PjTIim de taux de détente dans la turbine. We will now describe a calculation mode of the maximum allowable value PjTIim rate of expansion in the turbine.
Selon l'invention, cette valeur est déterminée à partir d'au moins une grandeur caractérisant un fonctionnement du turbocompresseur. According to the invention, this value is determined from at least one quantity characterizing a turbocharger operation.
En particulier, on a vu que dans le mode préféré de réalisation de l'invention cette grandeur est le taux de détente dans la turbine. In particular, it has been seen that in the preferred embodiment of the invention this magnitude is the rate of expansion in the turbine.
On rappelle toutefois, que d'autres grandeurs sont envisageables, comme par exemple la pression différentielle aux bornes de la turbine; l'essentiel est que cette grandeur puisse fournir une information sur des conditions choisies de fonctionnement du turbocompresseur. However, it is recalled that other quantities are possible, such as the differential pressure at the terminals of the turbine; the key is that this magnitude can provide information on selected conditions of operation of the turbocharger.
Afin de déterminer ladite valeur maximale autorisée PiTiim l'unité centrale calcule l'équation suivante: Io PiT,im = Qt ÉCpex.T3.rlt,min,/ Y 1-y ex (3) où Qt est un débit de gaz d'échappement traversant la turbine, Wt la puissance du turbocompresseur, Cpex une constante correspondant à une chaleur spécifique des gaz d'échappement, T3 une température en amont de la turbine, Tlt,min une consigne de rendement minimale de la turbine et yex une constante correspondant à une rapport de chaleur spécifique pour les gaz d'échappement. In order to determine said maximum allowed value PiTiim the central unit calculates the following equation: Io PiT, im = Qt ECpex.T3.rlt, min, / Y 1-y ex (3) where Qt is a gas flow of exhaust passing through the turbine, Wt the power of the turbocharger, Cpex a constant corresponding to a specific heat of the exhaust gas, T3 a temperature upstream of the turbine, Tlt, min a set minimum efficiency of the turbine and yex a corresponding constant at a specific heat ratio for the exhaust gas.
Ainsi comme on peut le voir dans cet exemple, la valeur maximale de la 20 grandeur, donc du taux de détente, est déterminée à l'aide d'une puissance du turbocompresseur. Thus, as can be seen in this example, the maximum value of the magnitude, and thus the expansion ratio, is determined using a turbocharger power.
Selon un aspect de l'invention, la puissance du turbocompresseur est approximée par une puissance Wc du compresseur qui le constitue en partie, auquel cas Wt dans l'équation (3) est égale à Wc. According to one aspect of the invention, the power of the turbocharger is approximated by a power Wc of the compressor which constitutes it in part, in which case Wt in equation (3) is equal to Wc.
Toutefois, selon un aspect préféré de la demande, la puissance du turbocompresseur est déterminée à partir des puissances respectives du compresseur et de la turbine. However, according to a preferred aspect of the application, the power of the turbocharger is determined from the respective powers of the compressor and the turbine.
A cet effet, l'unité centrale détermine tout d'abord la puissance Wc du compresseur puis la puissance Wt à la turbine. For this purpose, the central unit first determines the power Wc of the compressor and then the power Wt to the turbine.
La puissance du compresseur est obtenue à partir de l'équation suivante: 1 rl<: Yair'1 P2 Y;r (4) W. = Qc.CPair.T1. The power of the compressor is obtained from the following equation: ## EQU1 ##
\P1/ 1+r1c to où Qc représente un débit d'air traversant le compresseur, Cpair est une constante correspondant à la chaleur spécifique de l'air, Ti une température mesurée en entrée du compresseur, ris un rendement du compresseur, P2 et P1 des pressions mesurées respectivement en entrée et en sortie du compresseur et yr une constate correspondant à un rapport de chaleur spécifique pour l'air. Where Qc represents a flow rate of air passing through the compressor, Cpair is a constant corresponding to the specific heat of the air, Ti a temperature measured at the inlet of the compressor, a compressor efficiency, P2 and P1 of the pressures respectively measured at the input and at the output of the compressor and yr an observation corresponding to a specific heat ratio for the air.
Comme nous pouvons le remarquer, le calcul de la puissance Wc du compresseur dépend de quatre variables, en particulier les variables Qc, P1, P2 et Ti. As we can see, the calculation of the compressor power Wc depends on four variables, in particular the variables Qc, P1, P2 and Ti.
Par ailleurs le débit d'air Qc traversant le compresseur peut être 20 avantageusement égal à un débit d'air frais, noté Qair,frais. Moreover, the flow rate of air Qc passing through the compressor may advantageously be equal to a fresh air flow, denoted Qair, fresh.
De cette manière, on peut mesurer un tel débit par un capteur à fil chaud placé en sortie du filtre à air. In this way, such a flow rate can be measured by a hot wire sensor placed at the outlet of the air filter.
On remarquera en outre, que la puissance Wc du compresseur dépend du rendement rlc du turbocompresseur. It will also be noted that the power Wc of the compressor depends on the efficiency of the turbocharger.
Ce rendement peut être mesuré ou estimé à l'aide d'une cartographie fonction de conditions de fonctionnement du moteur. This efficiency can be measured or estimated using a map based on operating conditions of the engine.
Dans cet exemple, la cartographie admet comme variable d'entrée d'une part le débit d'air Qc traversant le compresseur corrigé en température par la variable Ti ainsi qu'en pression par la variable P1 et d'autre part d'un rapport 5 de compression P2/P1, ce qui peut être autrement décrit par: Qc JT1/Tref P2 P/Pref P1 où fil désigne une fonction. In this example, the mapping admits as input variable on the one hand the air flow rate Qc passing through the compressor corrected in temperature by the variable Ti as well as in pressure by the variable P1 and on the other hand by a ratio P2 / P1, which may be otherwise described by: Qc JT1 / Tref P2 P / Pref P1 where yarn denotes a function.
On pourra également se référer à la figure 4 montrant schématiquement le calcul de la variable roc à l'aide de la cartographie et des variables d'entrée de cette dernière. We can also refer to Figure 4 schematically showing the calculation of the rock variable using mapping and input variables of the latter.
Pour ce qui concerne maintenant le calcul de la puissance à la turbine, l'unité centrale utilise l'équation suivante: Wf = NT. NT.IT + NT.DT + Wc (6) i où NT est un régime du turbocompresseur, N est une dérivée par rapport au temps du régime du turbocompresseur, Ir est une constante correspondant à une inertie du turbocompresseur et DT une constante correspondant à un frottement du turbocompresseur. As far as the turbine power calculation is concerned, the CPU uses the following equation: Wf = NT. NT.IT + NT.DT + Wc (6) i where NT is a turbocharger regime, N is a time derivative of the turbocharger speed, Ir is a constant corresponding to a turbocharger inertia and DT a constant corresponding to friction of the turbocharger.
Ce calcul utilise donc trois variables en entrée, à savoir la puissance Wc du compresseur, le régime NT du turbocompresseur et la dérivée N T du (5) régime du turbocompresseur. This calculation therefore uses three input variables, namely the power Wc of the compressor, the NT regime of the turbocharger and the N T derivative of the (5) turbocharger regime.
La variable NT correspondant au régime du turbocompresseur peut être mesurée ou estimée. The NT variable corresponding to the turbocharger speed can be measured or estimated.
Dans le dernier cas, elle est estimée à partir d'un champ compresseur qui est cartographie en débit compresseur Qc corrigé en température et en pression et en taux de compression P2/P1 (voir figure 5 où le symbole * désigne une opération de multiplication). In the latter case, it is estimated from a compressor field which is mapped to a compressor flow rate Qc corrected in temperature and pressure and in compression ratio P2 / P1 (see FIG. 5 where the symbol * designates a multiplication operation) .
Par conséquent, le régime NT du turbocompresseur peut être défini par l'expression suivante: NT = fN / Q, ..e1/Ter P2 pl/p efÉ JP1/Per (7) où fN, Trer et Pref désignent respectivement une fonction, une température de référence et une pression de référence. Therefore, the NT regime of the turbocharger can be defined by the following expression: NT = fN / Q, ..e1 / Ter P2 p / p efÉ JP1 / Per (7) where fN, Trer and Pref respectively denote a function, a reference temperature and a reference pressure.
La figure 6 donne à ce sujet une représentation schématique du calcul d'estimation du régime Ni du turbocompresseur. FIG. 6 gives a schematic representation of the estimation calculation of the Ni regime of the turbocharger.
Une fois la puissance Wt à la turbine déterminée, l'unité centrale est à même de déterminer la valeur maximale autorisée PiTiin, de taux de détente dans le turbocompresseur en injectant WT dans l'équation (3). Once the power Wt at the turbine determined, the central unit is able to determine the maximum allowed value PiTiin, expansion rate in the turbocharger by injecting WT in equation (3).
Pour revenir au calcul de Pinm, on notera que le débit Qt de gaz traversant la turbine peut être évalué en ajoutant le débit d'air frais mesuré Qair,rrais par le débitmètre à un débit Qcarb carburant. To return to the calculation of Pinm, it will be noted that the flow rate Qt of gas passing through the turbine can be evaluated by adding the flow of fresh air measured Qair, rrais by the flowmeter at a rate Qcarb fuel.
En outre, la température T3 en entrée de la turbine peut être mesurée ou estimée. In addition, the inlet temperature T3 of the turbine can be measured or estimated.
Une telle estimation peut être obtenue à partir d'une cartographie fonction du régime moteur et du débit carburant. Such an estimate can be obtained from a map based on engine speed and fuel flow.
De préférence, l'unité centrale fait en sorte que l'estimation obtenue à partir de cette cartographie soit retardée de 1,5 tour moteur afin de prendre en compte le cycle quatre temps du moteur, puis filtrée au premier ordre pour simuler une inertie thermique du collecteur d'échappement. Preferably, the central unit causes the estimate obtained from this map to be delayed by 1.5 engine revolutions in order to take into account the four-stroke cycle of the engine, and then filtered in the first order to simulate a thermal inertia. exhaust manifold.
Bien entendu, l'homme du métier adaptera de manière évidente la valeur de retardement et le type de filtrage dans le cas de moteurs de type différent. Of course, those skilled in the art will obviously adapt the retardation value and the type of filtering in the case of engines of different types.
Pour ce qui concerne maintenant la variable rlt,min dans l'équation (3), il est important de noter qu'il s'agit d'un seuil permettant de fixer le niveau de limitation de la régulation de la pression de suralimentation et en particulier le niveau de limitation du taux de détente dans la turbine. With regard to the variable rlt, min in equation (3), it is important to note that this is a threshold for setting the limiting level of the regulation of the boost pressure and particular the level of limitation of the expansion ratio in the turbine.
Selon l'invention, cette variable est soit une constante, soit estimée à partir d'une cartographie fonction du régime du turbocompresseur et de la position et de l'état de fonctionnement dudit organe associé au turbocompresseur. According to the invention, this variable is either a constant or estimated from a mapping function of the turbocharger speed and the position and the operating state of said member associated with the turbocharger.
A titre d'exemple non limitatif, dans le cas où l'organe concerne des ailettes de la turbine, il peut s'agir de leur position. By way of non-limiting example, in the case where the member concerns blades of the turbine, it may be their position.
On pourra se référer à cet égard à la figure 6 montrant de façon 20 schématisée cet exemple de calcul de la variable rlt,min en fonction de la position mesurée VNTpo:, des ailettes. In this regard, reference can be made to FIG. 6 schematically showing this example of calculating the variable rlt, min as a function of the measured position VNTpo :, of the fins.
Bien entendu, l'homme du métier comprendra que cette variable VNTpos peut également être estimée à partir de la connaissance de paramètre de fonctionnement du moteur. Of course, those skilled in the art will understand that this variable VNTpos can also be estimated from the engine operating parameter knowledge.
La figure 7 montre maintenant une simulation temporelle du bloc moteur tel que décrit ci-dessus permettant d'analyser son fonctionnement lorsqu'il se trouve en particulier dans une phase transitoire. Figure 7 now shows a time simulation of the engine block as described above to analyze its operation when it is in particular in a transient phase.
La figure 7A représente deux courbes de pression en fonction du temps. Figure 7A shows two pressure curves as a function of time.
La première courbe 201 est une simulation de la pression mesurée de suralimentation P2m et la courbe 202 celle la pression mesurée P3m dans le collecteur échappement (ou en d'autres termes en entrée de la turbine). The first curve 201 is a simulation of the measured boost pressure P2m and the curve 202 that the measured pressure P3m in the exhaust manifold (or in other words at the inlet of the turbine).
Comme on peut le voir, le moteur entre en phase transitoire à l'instant t=15s et en sort environ à t=20s. As can be seen, the motor enters the transient phase at time t = 15s and comes out at about t = 20s.
Sur la figure 7B, on a représenté une simulation 203 correspondant à l'estimation NT du régime moteur et sur la figure 7C celle du calcul de la puissance du compresseur et de la turbine, respectivement 204 et 205. FIG. 7B shows a simulation 203 corresponding to the estimate NT of the engine speed and in FIG. 7C that of the calculation of the power of the compressor and the turbine, respectively 204 and 205.
Finalement, la figure 7D illustre clairement le procédé de l'invention. Finally, Figure 7D clearly illustrates the process of the invention.
En effet, on peut voir que durant la phase transitoire (t compris entre 15s et 20s environ) la courbe 206 correspondant à la simulation de la mesure du taux de détente PiTm est collée à la courbe 207 représentant l'estimation de la valeur maximale autorisée PiTIim de taux de détente. Indeed, it can be seen that during the transient phase (t between about 15s and 20s) the curve 206 corresponding to the simulation of the measurement of the expansion factor PiTm is glued to the curve 207 representing the estimate of the maximum authorized value PiTIim of relaxation rate.
La limitation de la régulation de la pression de suralimentation est donc active et de surcroît optimisée en temps réel pour les conditions de fonctionnement du turbocompresseur. The limitation of the regulation of the boost pressure is therefore active and moreover optimized in real time for the operating conditions of the turbocharger.
En particulier, grâce au procédé de l'invention, la régulation est telle que le taux de détente n'est jamais égal à une valeur qui limiterait les performances du turbocompresseur, notamment dans une plage de fonctionnement à rendement faible due à un taux de détente trop élevé. In particular, thanks to the method of the invention, the regulation is such that the expansion ratio is never equal to a value that would limit the performance of the turbocharger, especially in a low efficiency operating range due to a rate of expansion too high.
Pour revenir à la figure 7D, on peut constater en outre qu'une fois la phase transitoire terminée, la limitation de la consigne de taux de détente, ou indirectement celle de la régulation de pression de suralimentation P2m, n'est plus active (à partir de t=20s environ). To return to FIG. 7D, it can furthermore be seen that once the transient phase has been completed, the limitation of the trigger ratio setting, or indirectly that of the boost pressure regulation P2m, is no longer active (at from around t = 20s).
En effet, à l'état stationnaire après t=20s, la courbe 206 atteint des niveaux bien plus importants que la courbe 207; ces deux courbes n'évoluent plus ensemble. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée à la forme décrite 5 ci- Indeed, in the stationary state after t = 20s, the curve 206 reaches much higher levels than the curve 207; these two curves do not evolve together anymore. Of course, the invention is not limited to the form described above.
dessus et l'homme du métier pourra l'adapter en de nombreuses manières sans s'écarter de son principe fondamental. above and the skilled person can adapt it in many ways without departing from its fundamental principle.
En particulier, il est évident qu'une estimation d'une variable peut être effectuée à partir d'un autre moyen qu'une cartographie. In particular, it is obvious that an estimate of a variable can be made from another means than mapping.
L'utilisation d'un algorithme d'estimation, tel un filtre de Kalman ou 10 autre, peut notamment être envisagée. The use of an estimation algorithm, such as a Kalman filter or other, may in particular be envisaged.
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| EP1856390A1 (en) | 2007-11-21 |
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