FR3059720A1 - METHOD FOR CONTROLLING A POWER SUPPLY TURBOCHARGER WITH ELECTRICAL SUPPORT. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de commande d'un turbocompresseur à assistance électrique comprenant une turbine (31), un compresseur (21) et un moteur électrique (33) adapté pour entraîner en rotation la turbine et le compresseur, du type dans lequel on mémorise une table de couples de valeurs respectivement de taux de compression et de débit d'air du compresseur, lesdits couples définissant une limite de pompage (C1) du compresseur. Le procédé comprend l'acquisition de valeurs de débit d'air dans le compresseur et de taux de compression et, en cas de détection d'un risque de pompage, on commande une recirculation d'une partie de l'air circulant en aval du compresseur vers l'amont du compresseur via un circuit de recirculation (40) et on contrôle le débit d'air recirculé en fonction des valeurs acquises de débit d'air corrélées à ladite table de couples de valeurs de sorte à s'éloigner du risque de pompage détecté.The invention relates to a method for controlling an electrically assisted turbocharger comprising a turbine (31), a compressor (21) and an electric motor (33) adapted to drive in rotation the turbine and the compressor, of the type in which one stores a table of pairs of values respectively compression rate and air flow of the compressor, said couples defining a pumping limit (C1) of the compressor. The method comprises the acquisition of air flow rate values in the compressor and of compression ratio and, in the event of detection of a pumping hazard, recirculation of a portion of the air circulating downstream of the compressor upstream of the compressor via a recirculation circuit (40) and the recirculated air flow rate is controlled according to the acquired values of air flow correlated to said table of pairs of values so as to move away from the risk pumping detected.
Description
(54) PROCEDE DE COMMANDE D'UN TURBOCOMPRESSEUR DE SURALIMENTATION A ASSISTANCE ELECTRIQUE.(54) METHOD FOR CONTROLLING AN ELECTRICALLY ASSISTED TURBOCHARGER
©) L'invention concerne un procédé de commande d'un turbocompresseur à assistance électrique comprenant une turbine (31), un compresseur (21) et un moteur électrique (33) adapté pour entraîner en rotation la turbine et le compresseur, du type dans lequel on mémorise une table de couples de valeurs respectivement de taux de compression et de débit d'air du compresseur, lesdits couples définissant une limite de pompage (C1 ) du compresseur. Le procédé comprend l'acquisition de valeurs de débit d'air dans le compresseur et de taux de compression et, en cas de détection d'un risque de pompage, on commande une recirculation d'une partie de l'air circulant en aval du compresseur vers l'amont du compresseur via un circuit de recirculation (40) et on contrôle le débit d'air recirculé en fonction des valeurs acquises de débit d'air corrélées à ladite table de couples de valeurs de sorte à s'éloigner du risque de pompage détecté.The invention relates to a method for controlling an electrically assisted turbocharger comprising a turbine (31), a compressor (21) and an electric motor (33) adapted to rotate the turbine and the compressor, of the type in which stores a table of pairs of values of compression ratio and air flow rate of the compressor respectively, said pairs defining a pumping limit (C1) of the compressor. The method comprises the acquisition of values of air flow in the compressor and of compression rate and, in the event of detection of a risk of pumping, a recirculation of part of the air circulating downstream of the compressor upstream of the compressor via a recirculation circuit (40) and the flow of recirculated air is controlled as a function of the acquired values of air flow correlated to said table of pairs of values so as to move away from the risk pump detected.
Procédé de commande d’un turbocompresseur de suralimentation à assistance électriqueMethod for controlling an electrically assisted turbocharger
La présente invention concerne de façon générale le domaine de la commande des systèmes de suralimentation par turbocompresseur des moteurs à combustion interne.The present invention relates generally to the field of control of turbocharging systems of internal combustion engines.
Un turbocompresseur est composé d’une turbine et d’un compresseur entraîné en rotation par la turbine, à travers un arbre reliant la turbine au compresseur. La turbine est disposée dans un circuit d’échappement du moteur sur le trajet des gaz d’échappement et est entraînée en rotation par les gaz d’échappement. Le compresseur est disposé dans un circuit d’admission sur le trajet d’admission d’air dans le moteur. Il comprime l’air injecté dans le moteur, permettant une suralimentation du moteur par rapport à un régime d’admission à la pression atmosphérique. Les moteurs suralimentés à l’aide d’un tel turbocompresseur présentent l’inconvénient d'avoir un temps de réponse relativement important sur la montée en couple du moteur. Ce temps de réponse est dû à la montée en vitesse de l'ensemble tournant du turbocompresseur, qui ne se fait pas de manière instantanée. Il en résulte un délai dans l’apparition du couple développé par le moteur en réponse à une commande d’accélération de régime.A turbocharger consists of a turbine and a compressor driven in rotation by the turbine, through a shaft connecting the turbine to the compressor. The turbine is arranged in an engine exhaust circuit on the path of the exhaust gases and is rotated by the exhaust gases. The compressor is located in an intake circuit on the air intake path to the engine. It compresses the air injected into the engine, allowing the engine to overfeed compared to an intake regime at atmospheric pressure. Engines supercharged using such a turbocharger have the disadvantage of having a relatively long response time on the engine torque increase. This response time is due to the increase in speed of the rotating assembly of the turbocharger, which is not instantaneous. This results in a delay in the appearance of the torque developed by the engine in response to a speed acceleration command.
Une solution connue pour répondre à ce problème de temps de réponse de la montée en couple d’un moteur suralimenté par turbocompresseur, consiste à assister électriquement le turbocompresseur, en prévoyant un moteur électrique couplé à l’arbre du turbocompresseur. Un tel turbocompresseur assisté électriquement est nommé EAT, acronyme anglosaxon pour «Electric Assist Turbocharger >>. L’assistance électrique permet d’accélérer la mise en action du turbocompresseur, notamment pendant les phases en transitoire où un fort couple est requis pour les reprises à bas régime du véhicule.A known solution to this problem of response time of the rise in torque of a turbocharged engine, consists in electrically assisting the turbocharger, by providing an electric motor coupled to the shaft of the turbocharger. Such an electrically assisted turbocharger is called EAT, acronym for "Electric Assist Turbocharger". The electric assistance accelerates the activation of the turbocharger, especially during the transient phases where a high torque is required for low revs of the vehicle.
Toutefois, l’une des limitations rencontrées sur ce type de système de turbocompresseur assisté électriquement concerne les performances disponibles à bas régime du fait de l’apparition d’instabilités au niveau du compresseur, appelées pompage. En effet, l’assistance électrique permet une montée rapide du niveau de suralimentation délivré, mais il est cependant nécessaire de respecter les caractéristiques de fonctionnement du turbocompresseur, parmi lesquelles, notamment, ce que l’on appelle le champ du compresseur, qui traduit pour un compresseur donné, le taux de compression en fonction du débit d’air dans le compresseur, le taux de compression étant défini comme le rapport de la pression de l’air sortant du compresseur sur la pression de l’air entrant dans le compresseur. II est ainsi impératif d’éviter une zone instable dite de pompage dans le champ du compresseur, dans laquelle se produit une inversion du débit d’air à travers le compresseur pour les faibles débits d’air, un tel phénomène de pompage ayant des effets néfastes pouvant aller jusqu’à la destruction du compresseur.However, one of the limitations encountered on this type of electrically assisted turbocharger system relates to the performance available at low speed due to the appearance of instabilities at the compressor level, called pumping. Indeed, the electric assistance allows a rapid rise in the level of supercharging delivered, but it is however necessary to respect the operating characteristics of the turbocharger, among which, in particular, what is called the field of the compressor, which translates for a given compressor, the compression ratio as a function of the air flow rate in the compressor, the compression ratio being defined as the ratio of the pressure of the air leaving the compressor to the pressure of the air entering the compressor. It is thus imperative to avoid an unstable so-called pumping zone in the field of the compressor, in which there is an inversion of the air flow through the compressor for low air flows, such a pumping phenomenon having effects harmful up to the destruction of the compressor.
Aussi, l’assistance électrique est limitée par des conditions de fonctionnement du compresseur permettant un fonctionnement dans une zone champ du compresseur où le phénomène de pompage est absent.Also, the electrical assistance is limited by operating conditions of the compressor allowing operation in a field area of the compressor where the pumping phenomenon is absent.
Le document de brevet US6871498 décrit un mode de pilotage d’un système de turbocompresseur assisté électriquement dans lequel une limite de pompage est cartographiée. Des capteurs de pression et de débit permettent de mesurer les conditions de fonctionnement du compresseur. En cas de détection d’un état de pompage par corrélation des conditions de fonctionnement du compresseur mesurées avec la limite de pompage cartographiée, on commande le moteur électrique couplé à l’arbre du turbocompresseur pour réduire la vitesse de rotation du compresseur de façon à abaisser le taux de compression et partant, s’éloigner de la limite de pompage. Cette stratégie de pilotage permet d’éviter le phénomène de pompage, mais au détriment toutefois des performances du moteur, dans la mesure où la réduction du régime de rotation du turbocompresseur ne permet pas d’exploiter complètement le potentiel du système d’assistance électrique.The patent document US6871498 describes a control mode of an electrically assisted turbocharger system in which a pumping limit is mapped. Pressure and flow sensors measure the operating conditions of the compressor. If a pumping state is detected by correlation of the compressor operating conditions measured with the mapped pumping limit, the electric motor coupled to the turbocharger shaft is controlled to reduce the rotation speed of the compressor so as to lower the compression ratio and therefore move away from the pumping limit. This piloting strategy avoids the pumping phenomenon, but at the expense of engine performance, since the reduction in the rotation speed of the turbocharger does not allow the full potential of the electric assistance system to be fully exploited.
On connaît également du document de brevet FR2924469, une méthode pour limiter le pompage dans un turbocompresseur de suralimentation pour un moteur à combustion interne, dans laquelle, en cas de détection d’un phénomène de pompage du compresseur, on prévoit une recirculation d’une partie de l’air circulant dans le circuit d’admission en aval du compresseur vers le circuit d’admission en amont du compresseur, en particulier de façon à ramener la valeur de débit d’air traversant le compresseur à une valeur cible pour laquelle il n’y a pas de phénomène de pompage. Le turbocompresseur n’est ici pas assisté électriquement.Also known from patent document FR2924469 is a method for limiting pumping in a turbocharger for an internal combustion engine, in which, in the event of detection of a pumping phenomenon of the compressor, provision is made for a recirculation of a part of the air circulating in the intake circuit downstream of the compressor to the intake circuit upstream of the compressor, in particular so as to reduce the value of air flow rate passing through the compressor to a target value for which it there is no pumping phenomenon. The turbocharger is not electrically assisted here.
L’invention a pour but de proposer un procédé de commande d’un turbocompresseur assisté électriquement permettant d’éviter le phénomène de pompage du compresseur et qui soit exempt des limitations précédemment évoquées.The object of the invention is to propose a method for controlling an electrically assisted turbocharger making it possible to avoid the pumping phenomenon of the compressor and which is free from the limitations mentioned above.
Ce but est atteint grâce à un procédé de commande d’un turbocompresseur de suralimentation à assistance électrique pour un moteur à combustion interne de véhicule automobile, le turbocompresseur comprenant îo une turbine disposée dans un circuit d’échappement du moteur, un compresseur disposé dans un circuit d’admission d’air du moteur, couplé en rotation avec la turbine, et un moteur électrique adapté pour entraîner en rotation la turbine et le compresseur, le procédé étant du type dans lequel on mémorise une table de couples de valeurs respectivement de taux de compression du compresseur et de débit d’air circulant dans le compresseur, l’ensemble des couples de valeurs mémorisés correspondant aux points de fonctionnement du compresseur définissant la limite de pompage du compresseur, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend l’acquisition au moyen de capteurs de valeurs de débit d’air circulant dans le compresseur et de taux de compression et, en cas de détection d’un risque de pompage du compresseur en fonction des valeurs acquises de débit d’air circulant dans le compresseur et de taux de compression corrélées à la table de couples de valeurs, on commande une recirculation d’une partie de l’air circulant dans le circuit d’admission en aval du compresseur vers le circuit d’admission en amont du compresseur au travers d’un circuit de recirculation muni d’un volet de recirculation à débit variable et on contrôle le débit d’air recirculé en agissant sur l’ouverture du volet en fonction des valeurs acquises de débit d’air circulant dans le compresseur corrélées à la table de couples de valeurs de telle manière à s’éloigner du risque de pompage détecté.This object is achieved by a method of controlling an electrically assisted turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle, the turbocharger comprising a turbine arranged in an engine exhaust circuit, a compressor arranged in a engine air intake circuit, coupled in rotation with the turbine, and an electric motor adapted to drive the turbine and the compressor in rotation, the method being of the type in which a table of rate pairs of values is stored respectively compressor compression and air flow rate circulating in the compressor, the set of stored pairs of values corresponding to the compressor operating points defining the pumping limit of the compressor, the method being characterized in that it comprises the acquisition by means of sensors of values of air flow circulating in the compressor and rate of compression and, in the event of detection of a risk of pumping of the compressor as a function of the acquired values of air flow circulating in the compressor and of compression rates correlated to the table of pairs of values, a recirculation of a part of the air circulating in the intake circuit downstream of the compressor to the intake circuit upstream of the compressor through a recirculation circuit provided with a recirculation flap with variable flow rate and the flow rate d recirculated air by acting on the opening of the shutter according to the acquired values of air flow circulating in the compressor correlated to the table of pairs of values so as to move away from the detected pumping risk.
Avantageusement, le contrôle du débit d’air recirculé utilise une régulation de type PID.Advantageously, the control of the recirculated air flow rate uses PID type regulation.
De préférence, la détection du risque de pompage consiste à détecter un point de fonctionnement critique du compresseur avant que la limite de pompage soit atteinte.Preferably, the detection of the pumping risk consists in detecting a critical operating point of the compressor before the pumping limit is reached.
De préférence, la corrélation des valeurs acquises de débit d’air circulant 5 dans le compresseur à la table de couples de valeurs mémorisée comprend la comparaison de la valeur acquise à une valeur de consigne de débit d’air correspondant à la valeur mémorisée dans la table pour un taux de compression correspondant, affectée d’un coefficient permettant d’ajuster une marge de sécurité par rapport à la limite de pompage, îo Avantageusement, le contrôle du débit d’air recirculé consiste à agir sur l’ouverture du volet de manière à ramener la valeur de débit d’air circulant dans le compresseur à une valeur supérieure à la valeur de consigne.Preferably, the correlation of the acquired values of air flow circulating in the compressor to the table of stored pairs of values comprises the comparison of the acquired value with an air flow setpoint value corresponding to the value stored in the table for a corresponding compression ratio, assigned a coefficient allowing the adjustment of a safety margin in relation to the pumping limit, îo Advantageously, controlling the flow of recirculated air consists in acting on the opening of the shutter of so as to reduce the value of the air flow rate circulating in the compressor to a value greater than the set value.
De préférence, le coefficient est supérieur à 1 et inférieur ou égal à 1,1.Preferably, the coefficient is greater than 1 and less than or equal to 1.1.
L’invention concerne également un système de commande d’un 15 turbocompresseur de suralimentation à assistance électrique pour un moteur à combustion interne de véhicule automobile, le turbocompresseur comprenant une turbine disposée dans un circuit d’échappement du moteur, un compresseur disposé dans un circuit d’admission d’air du moteur, couplé en rotation avec la turbine, et un moteur électrique adapté pour entraîner en rotation la turbine et le compresseur, le système comprenant une mémoire pour mémoriser une table de couples de valeurs respectivement de taux de compression du compresseur et de débit d’air circulant dans le compresseur, l’ensemble des couples de valeurs mémorisés correspondant aux points de fonctionnement du compresseur définissant une limite de pompage du compresseur, le système étant caractérisé en ce qu’il comprend des capteurs permettant d’acquérir des valeurs de débit d’air circulant dans le compresseur et de taux de compression et un module de commande coopérant avec ladite mémoire et lesdits capteurs, le module de commande étant adapté pour détecter un risque de pompage du compresseur en fonction des valeurs acquises de débit d’air circulant dans le compresseur et de taux de compression corrélées à la table de couples de valeurs et, en cas de détection, pour commander une recirculation d’une partie de l’air circulant dans le circuit d’admission en aval du compresseur vers le circuit d’admission en amont du compresseur au travers d’un circuit de recirculation muni d’un volet de recirculation à débit variable et pour contrôler le débit d’air recirculé en agissant sur l’ouverture du volet en fonction des valeurs acquises de débit d’air circulant dans le compresseur corrélées à la table de couples de valeurs de telle manière à s’éloigner du risque de pompage détecté.The invention also relates to a system for controlling an electrically assisted supercharging turbocharger for an internal combustion engine of a motor vehicle, the turbocharger comprising a turbine arranged in an engine exhaust circuit, a compressor arranged in a circuit engine air intake, coupled in rotation with the turbine, and an electric motor adapted to drive the turbine and the compressor in rotation, the system comprising a memory for storing a table of pairs of values of compression ratio values respectively compressor and of air flow circulating in the compressor, the set of stored pairs of values corresponding to the compressor operating points defining a pumping limit of the compressor, the system being characterized in that it comprises sensors making it possible to acquire values of air flow circulating in the compressor and rate and a control module cooperating with said memory and said sensors, the control module being adapted to detect a risk of pumping of the compressor as a function of the acquired values of air flow circulating in the compressor and of compression rates correlated to the table of pairs of values and, in the event of detection, to control a recirculation of part of the air circulating in the intake circuit downstream of the compressor to the intake circuit upstream of the compressor through a recirculation circuit provided with a recirculation shutter with variable flow and for controlling the flow of recirculated air by acting on the opening of the shutter as a function of the acquired values of air flow circulating in the compressor correlated to the table pairs of values in such a way as to move away from the detected pumping risk.
Avantageusement, le système comprend un capteur de mesure de la pression de l’air en amont du compresseur et un capteur de mesure de la pression de l’air en aval du compresseur, le module de commande étant adapté à déterminer les valeurs de taux de compression en fonction de la pression de l’air mesurée en aval et en amont du compresseur.Advantageously, the system comprises a sensor for measuring the air pressure upstream of the compressor and a sensor for measuring the air pressure downstream from the compressor, the control module being adapted to determine the values of the rate of compression as a function of the air pressure measured downstream and upstream of the compressor.
îo Avantageusement, le système comprend un capteur de mesure de la température de l’air en amont du compresseur et un capteur de mesure de la température de l’air en aval du compresseur, le module de commande étant adapté à déterminer les valeurs de débit d’air circulant dans le compresseur en fonction de la pression et de la température de l’air mesurées en aval et en amont du compresseur.îo Advantageously, the system comprises a sensor for measuring the air temperature upstream of the compressor and a sensor for measuring the air temperature downstream from the compressor, the control module being adapted to determine the flow values of air circulating in the compressor as a function of the pressure and the temperature of the air measured downstream and upstream of the compressor.
Avantageusement encore, le système comprend un capteur de mesure du débit d’air dans le circuit d’admission en amont du compresseur, le module de commande étant adapté à déterminer les valeurs de débit d’air circulant dans le compresseur en fonction du débit d’air mesuré.Advantageously also, the system comprises a sensor for measuring the air flow in the intake circuit upstream of the compressor, the control module being adapted to determine the values of air flow circulating in the compressor as a function of the flow d air measured.
D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, donnée à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other features and advantages of the invention will emerge on reading the description given below, given for information but not limitation, with reference to the accompanying drawings in which:
- la figure 1 illustre de façon schématique un exemple d’architecture de moteur diesel, sur laquelle repose la stratégie de commande de l’invention ;- Figure 1 schematically illustrates an example of a diesel engine architecture, on which the control strategy of the invention is based;
- la figure 2 est un organigramme décrivant la stratégie de commande selon l’invention,- Figure 2 is a flowchart describing the control strategy according to the invention,
- la figure 3 est un schéma illustrant la zone de fonctionnement acceptable du compresseur par rapport à la limite de pompage mémorisée correspondant aux points de fonctionnement dans le champ compresseur représentant la fin de la zone de fonctionnement acceptable.- Figure 3 is a diagram illustrating the acceptable operating zone of the compressor with respect to the memorized pumping limit corresponding to the operating points in the compressor field representing the end of the acceptable operating zone.
La figure 1 illustre un moteur à combustion interne 1 suralimenté de type à quatre cylindres de combustion 10, 12, 14, 16 en lignes dans l’exemple illustré. Le moteur comporte un circuit d’admission d’air 2 comprenant d’amont en aval (par rapport au sens d’écoulement des gaz) : un filtre à air 20, un compresseur 21 de turbocompresseur, qui aspire l’air ambiant à la pression atmosphérique et l’envoie sous pression à l’admission du moteur, un refroidisseur d’air admis suralimenté 22 (R.A.S.) et un collecteur d’admission 24. Un capteur de mesure du débit ou débitmètre 25 est disposé dans le circuit d’admission en amont du compresseur 21 pour mesurer un débit d’air instantané provenant du filtre à air 20. Un capteur 26 de mesure de la pression P1 en amont du compresseur 21 et un capteur 27 de mesure de la pression P2 en aval du compresseur sont également disposés dans le circuit d’admission respectivement en entrée et en sortie du compresseur 21. Des capteurs de îo mesure de la température T1 en amont du compresseur 21 et de la températureFIG. 1 illustrates a supercharged internal combustion engine 1 of the type with four combustion cylinders 10, 12, 14, 16 in lines in the example illustrated. The engine comprises an air intake circuit 2 comprising from upstream to downstream (with respect to the direction of flow of the gases): an air filter 20, a compressor 21 of turbocharger, which draws the ambient air to the atmospheric pressure and sends it under pressure to the engine intake, a supercharged intake air cooler 22 (RAS) and an intake manifold 24. A flow measurement sensor or flow meter 25 is arranged in the circuit. inlet upstream of the compressor 21 for measuring an instantaneous air flow coming from the air filter 20. A sensor 26 for measuring the pressure P1 upstream of the compressor 21 and a sensor 27 for measuring the pressure P2 downstream of the compressor are also arranged in the intake circuit respectively at the input and output of the compressor 21. Sensors for measuring the temperature T1 upstream of the compressor 21 and the temperature
T2 en aval du compresseur 21 peuvent également être prévus.T2 downstream of the compressor 21 can also be provided.
Par ailleurs, le moteur 1 dispose également d’un circuit d’échappement 3 reliée à une sortie d’échappement des cylindres du moteur, comportant d’amont en aval (par rapport au sens d’écoulement des gaz) : un collecteur d’échappement 30 et une turbine 31 de turbocompresseur. La turbine 31 de turbocompresseur est couplée en rotation au compresseur 21 par l’intermédiaire d’un arbre de transmission 32, et permet d’entraîner le compresseur 21 en rotation pour comprimer l’air qui rentre dans le collecteur d’admission lorsque la turbine 31 est entraînée en rotation par les gaz d’échappement sortant du collecteur d’échappement 30.Furthermore, the engine 1 also has an exhaust circuit 3 connected to an exhaust outlet of the engine cylinders, comprising from upstream to downstream (relative to the direction of flow of the gases): a manifold exhaust 30 and a turbocharger turbine 31. The turbocharger turbine 31 is coupled in rotation to the compressor 21 by means of a transmission shaft 32, and makes it possible to drive the compressor 21 in rotation to compress the air which enters the intake manifold when the turbine 31 is driven in rotation by the exhaust gases leaving the exhaust manifold 30.
Le turbocompresseur 21, 31 est un turbocompresseur à assistance électrique dit EAT. Il comprend un moteur électrique 33 disposé autour de l’arbre 32 du turbocompresseur, alimenté par une batterie 34. Le turbocompresseur à assistance électrique permet d’assister électriquement la compression pendant les phases d’accélération. Il pourra être également utilisé comme système de récupération d’énergie électrique pendant les phases de décélération du véhicule pendant lesquelles le turbocompresseur n’est pas sollicité, afin de recharger la batterie.The turbocharger 21, 31 is an electrically assisted turbocharger called EAT. It includes an electric motor 33 arranged around the shaft 32 of the turbocharger, powered by a battery 34. The electrically assisted turbocharger makes it possible to electrically assist the compression during the acceleration phases. It can also be used as an electrical energy recovery system during vehicle deceleration phases during which the turbocharger is not used, in order to recharge the battery.
Le moteur 1 peut également comporter un circuit (non représenté) de recirculation des gaz d’échappement à haute pression, depuis le circuit d’échappement 3 vers le circuit d’admission 2. Ce circuit de recirculation est aussi communément appelé circuit ou ligne EGR-HP, conformément à l’acronyme anglo-saxon de « Exhaust Gaz Recirculation - High Pressure ». Il comprend une entrée qui prend naissance dans le circuit d’échappement 3, entre le collecteur d'échappement 30 et la turbine 31, et une sortie qui débouche dans le circuit d’admission 2, directement en amont du collecteur d’admission 24.The engine 1 can also include a circuit (not shown) for recirculating the high-pressure exhaust gases from the exhaust circuit 3 to the intake circuit 2. This recirculation circuit is also commonly called an EGR circuit or line -HP, in accordance with the English acronym of "Exhaust Gas Recirculation - High Pressure". It includes an inlet which originates in the exhaust circuit 3, between the exhaust manifold 30 and the turbine 31, and an outlet which opens into the intake circuit 2, directly upstream of the intake manifold 24.
En complément, cette ligne EGR-HP peut être complétée par un circuit (non représenté) de recirculation des gaz d’échappement à basse pression, aussi communément appelé circuit ou ligne EGR-LP conformément à l’acronyme anglo-saxon de « Exhaust Gaz Recirculation - Low Pressure >>. Cette ligne EGR-LP prend naissance en sortie du circuit d’échappement 3 et débouche dans le circuit d’admission 2, entre le filtre à air 20 et le compresseur îo 21, en aval du débitmètre 25.In addition, this EGR-HP line can be supplemented by a low pressure exhaust gas recirculation circuit (not shown), also commonly known as an EGR-LP circuit or line in accordance with the English acronym for “Exhaust Gas Recirculation - Low Pressure >>. This EGR-LP line starts at the outlet of the exhaust circuit 3 and opens into the intake circuit 2, between the air filter 20 and the compressor îo 21, downstream of the flow meter 25.
Le moteur comprend un circuit de recirculation 40 disposé autour du compresseur 21, avec une entrée 41 disposée en aval du compresseur 21 et une sortie 42 disposée en amont du compresseur 21 et en aval du débitmètre 25, de façon à permettre de faire recirculer une partie de l’air circulant dans le circuit d’admission en aval du compresseur 21 vers le circuit d’admission en amont du compresseur. L’air recirculé vers l’amont du compresseur 21 pourra être prélevé directement à la sortie du compresseur, dans ce cas il s’agira d’air chaud, ou, selon une alternative, à la sortie du refroidisseur d’air 22, pour des raisons de performances du système ou des raisons de protection du compresseur 21.The motor comprises a recirculation circuit 40 disposed around the compressor 21, with an inlet 41 disposed downstream of the compressor 21 and an outlet 42 disposed upstream of the compressor 21 and downstream of the flow meter 25, so as to allow a part to be recirculated air circulating in the intake circuit downstream of the compressor 21 to the intake circuit upstream of the compressor. The air recirculated upstream from the compressor 21 may be taken directly from the outlet of the compressor, in this case it will be hot air, or, according to an alternative, from the outlet of the air cooler 22, for reasons for system performance or reasons for protecting the compressor 21.
Le circuit de recirculation 40 disposé autour du compresseur est muni d’un volet 43 de recirculation à débit variable pour faire varier la quantité d’air recirculé entre l’aval et l’amont du compresseur 21. Le volet 43 est par exemple de type papillon, mais pourra être d’un autre type tel que par exemple boisseau, clapet, etc. pourvu qu’il puisse être piloté de manière électrique ou pneumatique pour gérer l’ouverture du volet et partant, la quantité d’air recirculé entre l’aval et l’amont du compresseur 21.The recirculation circuit 40 disposed around the compressor is provided with a recirculation flap 43 with variable flow rate to vary the amount of recirculated air between the downstream and upstream of the compressor 21. The flap 43 is for example of the type butterfly, but could be of another type such as for example bushel, valve, etc. provided that it can be controlled electrically or pneumatically to manage the opening of the shutter and therefore the amount of air recirculated between the downstream and upstream of the compressor 21.
Le volet 43 est commandé en ouverture par une unité de contrôle moteur 50 embarquée sur le véhicule. L’unité de contrôle moteur 50, qui constitue un module de commande du volet 43, est également reliée aux capteurs de mesure de la température et de la pression en amont et en aval du compresseur 21, ainsi qu’au débitmètre 25 de façon à recevoir les valeurs de mesure fournies par ces capteurs.The shutter 43 is commanded to open by an engine control unit 50 on board the vehicle. The engine control unit 50, which constitutes a control module for the shutter 43, is also connected to the sensors for measuring the temperature and the pressure upstream and downstream of the compressor 21, as well as to the flow meter 25 so as to receive the measurement values supplied by these sensors.
L’unité de contrôle moteur 50 va mettre en œuvre la stratégie de commande, qui va être décrite en référence à la figure 2, utilisée pour piloter le débit d’air recirculé entre l’amont et l’aval du compresseur 21, de façon à éviter un fonctionnement du compresseur dans la zone de pompage. On mémorise au préalable, dans une étape EO, une table de couples de valeurs (QpOmpage, (P2/P1 )pOmpage), respectivement de taux de compression du compresseur et de débit d’air circulant dans le compresseur, l’ensemble des couples de valeurs mémorisés correspondant aux points de fonctionnement du compresseur 21 définissant une limite de pompage du compresseur. La limite de pompage est îo représentée par la courbe C1 à la figure 3 et représente la fin de la zone de fonctionnement stable du compresseur par rapport au champ compresseur qui représente les valeurs acceptables de taux de compression P2/P1 et débit d’air Q pour le fonctionnement du compresseur. Les points de la courbe C1 correspondent donc à l’ensemble des points de fonctionnement du compresseur (QpOmpage, (P2/P1 )pOmpage) mémorisés dans la table, qui délimitent la zone de fonctionnement acceptable dans le champ compresseur. On cherche donc à éviter que le point de fonctionnement du compresseur soit décalé dans la zone de la limite de pompage C1 dans le champ compresseur ou dépasse même cette zone, autrement dit que le point de fonctionnement soit situé trop à gauche dans le champ compresseur illustré à la figure 3.The engine control unit 50 will implement the control strategy, which will be described with reference to FIG. 2, used to control the flow of recirculated air between the upstream and downstream of the compressor 21, so avoid operation of the compressor in the pumping area. In advance is stored, in a step E, a torque table values (Q pO mpage, (P2 / P1) p O mpage), compression ratio respectively of the compressor and air flow circulating in the compressor, the 'set of stored value pairs corresponding to the operating points of the compressor 21 defining a pumping limit of the compressor. The pumping limit is represented by curve C1 in FIG. 3 and represents the end of the stable operating zone of the compressor relative to the compressor field which represents the acceptable values of compression ratio P2 / P1 and air flow Q for compressor operation. The points on the curve C1 will thus correspond to all compressor operating points (Q pO mpage, (P2 / P1) p O mpage) stored in the table which define the acceptable operating region in the compressor field. We therefore seek to avoid that the compressor operating point is offset in the area of the pumping limit C1 in the compressor field or even exceeds this area, in other words that the operating point is located too far left in the compressor field illustrated in Figure 3.
Les conditions de fonctionnement du compresseur sont mesurées dans une étape E1 à l’aide des capteurs de mesure de pression et de température amont (P1, T1) et aval (P2, T2) et du débitmètre 25. A chaque instant, à partir des mesures fournies par les capteurs, l’unité de contrôle 50 détermine une valeur de débit d’air Q circulant dans le compresseur et une valeur de taux de compression P2/P1. La valeur de taux de compression P2/P1 est déterminée à partir de la pression de l’air mesurée en aval et en amont du compresseur par les capteurs de mesure de la pression26, 27. La valeur de débit d’air Q circulant dans le compresseur peut être déterminée à partir du débit mesuré au niveau du débitmètre 25 et le cas échéant, à partir du débit mesuré dans la ligne EGRBP, dans le cas où le moteur est équipé d’une telle ligne de recirculation des gaz d’échappement. La valeur de débit d’air Q circulant dans le compresseur pourra également être estimée à partir des pressions et températures mesurées, ce qui permettra dans ce cas de se passer du débitmètre 25.The operating conditions of the compressor are measured in a step E1 using the upstream (P1, T1) and downstream (P2, T2) pressure and temperature measurement sensors and the flow meter 25. At each instant, from the measurements supplied by the sensors, the control unit 50 determines a value for the air flow rate Q circulating in the compressor and a value for the compression rate P2 / P1. The value of the compression ratio P2 / P1 is determined from the air pressure measured downstream and upstream of the compressor by the pressure measurement sensors26, 27. The value of the air flow rate Q circulating in the compressor can be determined from the flow measured at the flow meter 25 and if necessary, from the flow measured in the EGRBP line, in the case where the engine is equipped with such an exhaust gas recirculation line. The value of the air flow Q circulating in the compressor can also be estimated from the pressures and temperatures measured, which will in this case dispense with the flow meter 25.
A chaque instant, le couple de valeurs acquises (Q, P2/P1) à partir des valeurs mesurées par les capteurs, est comparée à la table mémorisée stockant l’ensemble des points de fonctionnement du compresseur (QpOmpage, (P2/P1 )pOmpage) définissant la limite de pompage du compresseur, afin de détecter un risque de pompage du compresseur. Le risque de pompage est détecté lorsque le point de fonctionnement du compresseur correspondant au couple de valeurs acquises (Q, P2/P1) est situé trop à gauche dans le champ compresseur. Plus précisément, le couple de valeurs acquises (Q, P2/P1) de débit d’air circulant dans le compresseur et de taux de compression est corrélé îo à la table de couples de valeurs (QpOmpage, (P2/P1)pOmpage) définissant la limite de pompage C1 du compresseur, de façon à détecter l’une ou l’autre des conditions suivantes :At each instant, the torque values acquired (Q, P2 / P1) from the values measured by the sensors, is compared with the stored table storing all compressor operating points (Q pO mpage, (P2 / P1 ) pO mpage) defining the compressor surge limit, in order to detect a risk of compressor surge. The risk of pumping is detected when the compressor operating point corresponding to the pair of acquired values (Q, P2 / P1) is located too far left in the compressor field. Specifically, the torque values acquired (Q, P2 / P1) of air flow circulating in the compressor and compression ratio is correlated to the IO table of pairs of values (Q pO mpage, (P2 / P1) pO mpage) defining the pumping limit C1 of the compressor, so as to detect one or other of the following conditions:
Q<k.Qpompage (P2/P1 )>(P2/P1 )PompageQ <k.Q pumping (P2 / P1)> (P2 / P1) P omping
Ainsi, la corrélation des valeurs acquises de débit d’air circulant dans le compresseur à la table de couples de valeurs (Qpompage, (P2/P1)pOmpage) définissant la limite de pompage C1 du compresseur met en oeuvre la comparaison de la valeur acquise à une valeur de consigne de débit d’air k.Qpompage qui correspond à la valeur QpOmPage mémorisée dans la table pour le taux de compression correspondant, affectée d’un coefficient k permettant d’ajuster une marge de sécurité par rapport à la limite de pompage C1. Le coefficient k est choisi de préférence supérieur à 1 et inférieur ou égal à 1,1 et plus préférentiellement encore dans une plage de valeurs comprises entre 1,05 et 1,1, de façon à ajuster la valeur du coefficient k à la marge de pompage que l’on souhaite obtenir.Thus, the correlation of airflow acquired values flowing in the compressor at the table of pairs of values (Qpompage, (P2 / P1) pO mpage) defining the compressor C1 surge limit implements the comparison of the value acquired at an air flow setpoint value k.Qpumping which corresponds to the value Q pO m P age stored in the table for the corresponding compression ratio, assigned a coefficient k allowing a safety margin to be adjusted by compared to the pumping limit C1. The coefficient k is preferably chosen to be greater than 1 and less than or equal to 1.1 and more preferably still in a range of values between 1.05 and 1.1, so as to adjust the value of the coefficient k to the margin of pumping that one wishes to obtain.
De ce fait, un point de fonctionnement critique peut être détecté avant que la limite de pompage du turbocompresseur à suralimentation soit atteinte, c'està-dire qu'avant que le point de fonctionnement du turbocompresseur à suralimentation soit décalé dans la zone de la limite de pompage du turbocompresseur à suralimentation ou dépasse même cette zone.Therefore, a critical operating point can be detected before the pumping limit of the turbocharger is reached, i.e. before the operating point of the turbocharger is shifted in the limit area pumping of the turbocharger or even exceeds this area.
Dans une étape E2, lorsqu’un risque de pompage est détecté considérant le point de fonctionnement courant du compresseur dans le champ compresseur par rapport à la limite de pompage mémorisée, on commande une recirculation d’une partie de l’air circulant dans le circuit d’admission en aval du compresseur 21 vers le circuit d’admission en amont du compresseur au travers du circuit de recirculation 40 en agissant sur l’ouverture du volet 43, et on contrôle le débit d’air recirculé dans le circuit de recirculation 40 de manière à augmenter le débit de l’air au travers du compresseur 21 jusqu’à ce que ce débit redevienne supérieure à la valeur de consigne de débit d’air k.QpOmpage· La réintroduction d’un débit d’air by-passé en amont du compresseur 21 se traduit ainsi par un déplacement du point de fonctionnement critique vers l’intérieur du champ compresseur de sorte qu’on s’éloigne du risque d’apparition du phénomène de pompage dans le compresseur.In a step E2, when a risk of pumping is detected considering the current operating point of the compressor in the compressor field relative to the memorized pumping limit, recirculation of part of the air circulating in the circuit is controlled intake downstream of the compressor 21 to the intake circuit upstream of the compressor through the recirculation circuit 40 by acting on the opening of the flap 43, and the flow of recirculated air in the recirculation circuit 40 is controlled so as to increase the flow of air through the compressor 21 until the speed again become greater than the air flow rate set point kQ mpage pO · the reintroduction of a bypassed air flow rate upstream of the compressor 21 thus results in a displacement of the critical operating point towards the interior of the compressor field so that one moves away from the risk of the occurrence of pumping phenomenon in the compressor.
îo L’unité de contrôle moteur détermine à chaque instant le débit d’air Q circulant au travers du compresseur et cette valeur est corrélée à la table mémorisée pour déterminer l’écart par rapport à la valeur de consigne de débit d’air k.QpOmPage, qui représente la valeur acceptable pour le fonctionnement du compresseur par rapport au risque de pompage. L’unité de contrôle moteur fait varier la commande d’ouverture appliquée au volet 43 du circuit de recirculation 40 de manière à augmenter le débit d’air au travers du compresseur 21 pour que ce débit d’air redevienne supérieur à la valeur de consigne. Pour ce faire, on définit une fonction qui détermine la nouvelle valeur de commande d’ouverture en fonction de l’écart. Cette fonction utilise une régulation de typeio The engine control unit determines at every moment the air flow Q flowing through the compressor and this value is correlated to the stored table to determine the deviation from the airflow setpoint kQ pO m P age, which represents the acceptable value for compressor operation in relation to the risk of pumping. The engine control unit varies the opening command applied to the flap 43 of the recirculation circuit 40 so as to increase the air flow rate through the compressor 21 so that this air flow rate again becomes greater than the set value. . To do this, a function is defined which determines the new opening command value as a function of the difference. This function uses type regulation
PID (Proportionnel, Intégral, Différentiel), visant à assurer une régulation optimale.PID (Proportional, Integral, Differential), aimed at ensuring optimal regulation.
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