FR2853693A1 - Procede d'estimation de la pression des gaz en amont d'une turbine de moteur a combustion interne suralimente et dispositif de commande d'un tel moteur - Google Patents
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Abstract
Procédé d'estimation de la pression des gaz d'échappement en amont d'une turbine dans un moteur à combustion interne équipé d'un ensemble turbocompresseur de suralimentation comprenant un compresseur et une turbine à géométrie variable, le compresseur alimentant le moteur en air à une pression supérieure à la pression atmosphérique et la turbine étant traversée par les gaz d'échappement issus du moteur, caractérisé par le fait que l'on détermine la température des gaz d'échappement en amont de la turbine (Tavt), on calcule le débit des gaz sortant du moteur à partir d'une mesure du débit d'air entrant dans le moteur et du débit de carburant, on calcule la masse des gaz d'échappement en amont de la turbine (Mavt) en fonction du débit de la turbine, on calcule le débit de la turbine en tenant compte de sa géométrie variable, en fonction d'une première estimation du rapport des pressions des gaz d'échappement en amont et en aval de la turbine, on en déduit une valeur estimée de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine (Pavt) et on répète les opérations précitées de manière itérative.
Description
Procédé d'estimation de la pression des gaz en amont d'une
turbine de moteur à combustion interne suralimenté et dispositif de commande d'un tel moteur La présente invention a pour objet un procédé permettant l'estimation de la pression des gaz d'échappement en amont d'une turbine dans un moteur à combustion interne équipé d'un ensemble turbocompresseur de suralimentation comprenant un compresseur et une turbine à géométrie variable. L'invention concerne également un 10 dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne suralimenté, en particulier d'un tel moteur comprenant deux ensembles turbocompresseurs avec une admission et un échappement communs à tous les cylindres du moteur.
La commande du fonctionnement d'un moteur à combustion 15 interne consiste à gérer le moteur à partir d'un ensemble de capteurs et d'actionneurs. L'ensemble des lois de commande sous forme de stratégie logicielle et des paramètres de caractérisation sous forme de calibration d'un moteur sont généralement mémorisées dans un calculateur se présentant sous la forme d'une unité de contrôle 20 électronique (UCE).
Un ensemble turbocompresseur comprend une turbine et un compresseur ayant pour but d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur. Dans le cas d'un moteur suralimenté par deux ensembles turbocompresseurs, par exemple lorsque l'architecture du 25 moteur est du type en V bi-turbo, deux turbines sont placées à la sortie des collecteurs de gaz d'échappement du moteur de façon à être entraînées par les gaz d'échappement des deux bancs de cylindres du moteur. Les sorties des deux bancs de cylindres sont reliées en aval des deux turbines. La puissance fournie par les gaz d'échappement aux 30 turbines peut être modulée en installant des soupapes de décharge ou en prévoyant des turbines munies d'ailettes à orientation variable de façon à constituer un turbocompresseur à géométrie variable (TGV).
Chaque compresseur est monté sur un axe mécanique recevant également la turbine de sorte que les deux compresseurs compriment l'air qui entre dans le collecteur d'admission.
Un échangeur de chaleur peut être placé entre les compresseurs 5 et le collecteur d'admission commun aux deux bancs de cylindres afin de refroidir l'air comprimé à la sortie des compresseurs.
Des actionneurs sont utilisés pour piloter l'ouverture et la fermeture des soupapes de décharge ou l'orientation des ailettes des turbines de façon à modifier la géométrie desdites turbines. Les 10 signaux de commande de ces actionneurs sont fournis par l'unité de contrôle électronique (UCE) et permettent notamment d'asservir la pression régnant dans le collecteur d'admission.
Dans le cas particulier d'une architecture de moteur en V biturbo o les deux compresseurs compriment l'air dans une admission 15 commune à tous les cylindres, il est important de bien maîtriser l'équilibrage des deux turbocompresseurs. En effet, en phase transitoire, les deux compresseurs doivent participer à l'élaboration de la consigne de suralimentation sans interaction de l'un sur l'autre. En fonctionnement stabilisé, les deux compresseurs doivent tourner à la 20 même vitesse pour fournir les mêmes conditions de fonctionnement sur les deux bancs de cylindres.
Dans le cas d'un moteur Diesel, la quantité d'oxydes d'azote produite est liée en majeure partie à la composition du mélange réactif dans les cylindres du moteur, mélange qui contient de l'air, du 25 carburant et des gaz inertes. Ces gaz inertes ne participent pas à la combustion et proviennent d'un circuit dérivant une partie des gaz d'échappement vers le circuit d'admission afin de réduire la quantité d'oxydes d'azote dans les gaz d'échappement. Ce circuit de dérivation permettant la recirculation d'une partie des gaz d'échappement, dit 30 "circuit EGR" comporte une vanne qui permet de moduler la quantité de gaz d'échappement recyclés dans le collecteur d'admission.
Toujours dans le cas d'un moteur Diesel et afin de réduire la quantité de particules rejetées dans les gaz d'échappement, on peut prévoir le montage d'un filtre à particules dans la canalisation d'échappement. Un tel filtre comprend un ensemble de microcanaux 5 dans lesquels une grande partie des particules se trouve piégée.
Lorsque le filtre est saturé en particules, il convient de le vider en brûlant les particules au cours d'une phase de régénération qui peut être mise en oeuvre au moyen d'un dispositif de chauffe ou par un réglage spécifique du moteur.
L'introduction d'un tel filtre à particules dans la ligne d'échappement en aval des turbines des ensembles turbocompresseurs, entraîne une augmentation de la contrepression d'échappement d'autant plus importante que le filtre se charge progressivement en particules.
Une telle contrepression se traduit dans les turbocompresseurs par une 15 réduction du taux de détente représenté par le rapport de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine à la pression des gaz d'échappement en aval de la turbine. Il en résulte également une réduction de la puissance fournie par les gaz d'échappement aux turbines et une diminution des performances du moteur.
Pour lutter contre cette réduction de puissance et maintenir le même niveau de performances, il convient de maintenir le taux de détente en augmentant la pression régnant dans les gaz d'échappement en amont de la ou des turbines. On obtient une telle augmentation de pression par la fermeture des soupapes de décharge ou par une 25 orientation appropriée des ailettes modifiant la géométrie de la ou des turbines.
Une telle régulation de la suralimentation d'un moteur thermique se fait donc habituellement par asservissement de la pression dans le collecteur d'échappement sur une consigne de pression 30 mémorisée dans l'unité commande électronique UCE. La consigne de pression peut par exemple résulter d'une cartographie en fonction du régime de rotation du moteur et du débit de carburant injecté, cartographie qui est mémorisée dans l'unité de contrôle électronique.
Un dispositif de régulation, par exemple du type PID (proportionnel, intégral, dérivée) peut alors réguler la pression du collecteur à partir de la valeur de consigne, en agissant sur l'orientation des ailettes de façon à modifier la géométrie des turbines.
Dans le cas d'un moteur bi-turbo comprenant deux ensembles turbocompresseurs, la régulation doit également assurer un équilibrage des deux turbocompresseurs afin de les maintenir à la même vitesse de rotation.
Dans tous les cas, la régulation compense la diminution du taux de détente des turbines en augmentant la pression régnant dans les gaz d'échappement en amont des turbines. Une telle régulation donne satisfaction bien qu'il n'y ait aucun contrôle de la valeur absolue de la pression régnant dans les gaz d'échappement en amont des turbines.
Or, la valeur d'une telle pression doit être maîtrisée afin d'éviter la détérioration des turbocompresseurs. Si en effet le taux de détente est maintenu constant par augmentation de la pression en amont de la turbine, la température des gaz d'échappement en amont de la turbine va également augmenter, entraînant ainsi un risque de 20 détérioration du ou des turbocompresseurs et du moteur.
Il est donc nécessaire de limiter la valeur absolue de la pression régnant en amont de la turbine ainsi que la température qui en résulte à partir d'une mesure de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine.
Pour une telle mesure de pression des gaz d'échappement en amont de la turbine, on peut utiliser un dispositif capteur de pression fournissant une grandeur électrique amenée au calculateur d'injection par l'intermédiaire de l'unité de contrôle électronique. Mais le montage du capteur de pression sur le moteur présente de grandes difficultés. 30 En effet, la température des gaz d'échappement est supérieure à 800 C, c'està-dire largement supérieure à la température de fonctionnement normale d'un tel capteur qui est en général limitée à environ 130 'C. Il est donc nécessaire de déporter le capteur par l'intermédiaire d'une portion de tuyau. La présence de suie dans les gaz d'échappement, en particulier dans le cas d'un moteur Diesel, a tendance à encrasser le tuyau et à fausser la mesure de pression. De 5 plus, le piquage d'un tuyau de mesure de pression dans le collecteur d'échappement génère un surcoût et peut poser des problèmes de tenue thermomécanique des pièces. La fiabilité du moteur se trouve remise en question par le montage d'un tel capteur de pression.
Le brevet US 6 067 800 décrit le montage d'un tel capteur de 10 pression en amont de la turbine d'un turbocompresseur dans le cas d'un moteur Diesel avec turbocompresseur à géométrie variable et comportant une vanne de recirculation partielle des gaz d'échappement (EGR) afin de réduire les émissions d'oxydes d'azote. La pression mesurée par le capteur est utilisée dans un dispositif de régulation en 15 boucle fermée de l'orientation des ailettes de la turbine à géométrie variable et du débit de la turbine.
La demande de brevet japonais JP 2000-356 162 décrit un dispositif de régulation du fonctionnement d'un turbocompresseur à géométrie variable muni d'une vanne de recirculation des gaz 20 d'échappement (EGR) dans lequel on cherche à réaliser une estimation de la pression de sortie en utilisant le débit d'air admis dans le moteur, la charge du moteur, la section efficace du turbocompresseur et la température des gaz d'échappement en amont de la turbine. Un tel dispositif ne donne pas entière satisfaction compte tenu des données 25 d'entrée utilisées et ne permet pas en outre de fonctionner convenablement lorsqu'un filtre à particules est intégré dans la ligne d'échappement.
La présente invention a pour objet de résoudre les difficultés rencontrées avec les dispositifs connus et de permettre une 30 détermination de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine, notamment dans le cas d'un moteur bi-turbo avec un seul collecteur d'admission et des entrées de turbine reliées entre elles.
L'invention a également pour objet un tel dispositif qui soit en mesure d'éliminer les difficultés rencontrées habituellement lors du montage d'un capteur de pression sur la canalisation d'échappement en amont de la ou des turbines.
La présente invention a également pour objet un procédé et un dispositif permettant une détermination précise de la pression régnant dans les gaz d'échappement en amont de la turbine dans le cas d'un moteur Diesel muni d'un filtre à particules inséré dans la ligne d'échappement.
Le procédé selon l'invention permet l'estimation de la pression des gaz d'échappement en amont d'une turbine dans un moteur à combustion interne équipé d'un ensemble turbocompresseur de suralimentation comprenant un compresseur et une turbine à géométrie variable, le compresseur alimentant le moteur en air à une pression 15 supérieure à la pression atmosphérique et la turbine étant traversée par les gaz d'échappement issus du moteur.
Selon l'invention, on procède de la façon suivante: on détermine la température des gaz d'échappement en amont de la turbine (Tavt), on calcule le débit des gaz sortant du moteur à partir d'une mesure du débit 20 d'air entrant dans le moteur et du débit de carburant, on calcule la masse des gaz d'échappement en amont de la turbine (Mavt) en fonction du débit de la turbine, on calcule le débit de la turbine en tenant compte de sa géométrie variable en fonction d'une première estimation du rapport des pressions des gaz d'échappement en amont et en aval de la turbine, 25 on en déduit une valeur estimée de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine (Pavt) et on répète les opérations précitées de manière itérative.
La valeur de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine ainsi obtenue par estimation peut être utilisée pour la régulation 30 de la suralimentation par l'ensemble turbocompresseur, dans les mêmes conditions qu'une valeur mesurée. La fiabilité du moteur est augmentée du fait qu'aucun capteur ne doit être monté sur le collecteur des gaz d'échappement en risquant d'en affecter la tenue thermomécanique.
La détermination de la température des gaz d'échappement en amont de la turbine (Tat) peut être faite au moyen d'un capteur de 5 température convenablement placé ou, de préférence, par une estimation faite à l'aide d'une cartographie en fonction du régime de rotation du moteur et du débit de carburant alimentant le moteur.
Avantageusement, le débit de la turbine est déterminé par interpolation sur une cartographie du fonctionnement de la turbine en 10 fonction du rapport des pressions en amont et en aval de la turbine (Pavt/Papt) et de la géométrie instantanée de la turbine, le résultat de cette interpolation étant ensuite ramené aux conditions réelles d'utilisation du moteur en tenant compte de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine (Pav,) et de la température des gaz d'échappement en amont 15 de la turbine (Tavt)Le procédé selon l'invention est de préférence appliqué à un moteur à combustion interne comprenant deux ensembles turbocompresseur identiques alimentant le moteur en air comprimé par un collecteur d'admission unique, les étapes du procédé étant effectuées 20 simultanément pour les deux turbines. Dans ce cas, les entrées et les sorties des deux turbines sont généralement reliées ensemble.
Le procédé est particulièrement utile lorsque le moteur est un moteur Diesel, la canalisation d'échappement étant munie d'un filtre à particules.
Un dispositif selon l'invention est adapté à la commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile équipé d'un ensemble turbocompresseur de suralimentation comprenant un compresseur et une turbine à géométrie variable, le compresseur alimentant le moteur en air à une pression supérieure à la 30 pression atmosphérique et la turbine étant traversée par les gaz d'échappement issus du moteur.
Le dispositif comprend une unité de contrôle électronique (UCE) capable d'effectuer des calculs à partir de données mémorisées et de valeurs mesurées et des capteurs pour mesurer notamment le débit d'air entrant dans le moteur, le débit de carburant alimentant le moteur et la 5 géométrie instantanée de la turbine. L'unité de contrôle électronique (UCE) comprend des moyens pour calculer par itération une valeur estimée de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine (Pavt)t Le moteur à combustion interne comprend de préférence deux 10 ensembles turbocompresseur identiques alimentant le moteur en air comprimé par un collecteur d'admission unique.
Le dispositif est particulièrement adapté à un moteur Diesel, dont la canalisation d'échappement est munie d'un filtre à particules.
L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de 15 réalisation particulier décrit à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement les principaux éléments d'un dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif selon l'invention; - la figure 2 illustre schématiquement les différents blocs de traitement de signaux pour l'estimation de la pression en amont de la turbine; et - la figure 3 est un organigramme de calculs itératifs utilisé dans le cadre du procédé d'estimation de l'invention.
Pour procéder selon l'invention à l'estimation de la pression des gaz d'échappement en amont d'une turbine dans un moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur de suralimentation, il est nécessaire de disposer des données d'entrée suivantes - le débit d'air frais entrant dans le moteur, - dans le cas d'un moteur Diesel comportant une vanne de recirculation partielle des gaz d'échappement (EGR), le débit de ces gaz recyclés Qegr - le débit du carburant injecté dans le moteur (Qcarb) - la pression atmosphérique (Patmo), - la pression régnant dans les gaz d'échappement en aval de la turbine (Papt), - la position des ailettes de la ou des turbines, dans le cas d'un moteur bi-turbo: Pos0 et Pos2' - la température des gaz d'échappement en amont de la turbine (Tavt).
Chacune de ces grandeurs peut être mesurée au moyen d'un 10 capteur ou faire l'objet d'une estimation. C'est ainsi que le débit d'air (dans le cas d'un moteur bi-turbo Qairi et Qai,2) est généralement mesuré par un ou plusieurs débitmètres placés à la sortie du ou des filtres à air.
Le débit des gaz d'échappement recirculés Qerg peut avantageusement faire l'objet d'une estimation et on pourra se reporter à cet égard à la demande de brevet français FR 2 789 731 qui décrit un procédé de détermination du débit d'air entrant dans un moteur à combustion interne équipé d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement.
La pression atmosphérique est déterminée au moyen d'un capteur qui peut se trouver dans l'unité de contrôle électronique.
Les températures en amont et en aval de la ou des turbines sont avantageusement estimées comme on le verra plus loin. La pression régnant dans les gaz d'échappement en aval de la ou des 25 turbines peut facilement être estimée si aucun filtre à particules n'est monté dans la ligne d'échappement. Dans le cas contraire, on peut prévoir de la mesurer au moyen d'un capteur de pression monté en aval de la ou des turbines.
La figure 1 montre à titre d'exemple l'application de 30 l'invention au cas d'un moteur Diesel présentant une architecture en V bi-turbo. Le moteur 1 est associé à deux turbocompresseurs 2a, 2b identiques. L'admission d'air dans les deux bancs de cylindre 3a, 3b se fait par un conduit d'admission 4 commun aux deux bancs 3a, 3b. L'air frais pénétrant par les entrées 4a, 4b traverse tout d'abord les filtres à air 5a, 5b avant d'être amené par les conduites 6a, 6b sur chacun des compresseurs, 7a, 7b des ensembles turbocompresseurs 2a, 2b 5 respectifs. Sur la figure 1, on a schématisé la circulation de l'air avant compression par les flèches 8 et la circulation de l'air comprimé en aval des compresseurs 7a, 7b par les flèches 9. Une partie des calories de l'air comprimé 9 est récupérée par refroidissement dans un échangeur de chaleur 10, l'air comprimé refroidi pénétrant ensuite dans 10 le conduit d'admission commun 4. A la sortie du moteur 1, les gaz d'échappement, dont la circulation est schématisée sur la figure 1 par les flèches 11, circule dans les collecteurs d'échappement 12a, 12b.
Une partie de ces gaz d'échappement est reprise dans une canalisation de recirculation 13 pour être réintroduite dans le conduit d'admission 4 15 en une quantité régulée par une vanne EGR référencée 14. Les gaz d'échappement issus des collecteurs d'échappement 12a, 12b entraînent les turbines 15a, l5b à géométrie variable des ensembles turbocompresseurs respectifs 2a, 2b. L'énergie des gaz d'échappement qui se détendent dans les turbines 15a, 15b permet l'entraînement des 20 compresseurs 7a, 7b montés sur le même axe mécanique 16a, 16b que les turbines l5a, 15b. Les sorties des turbines l5a, l5b sont reliées par une conduite 17 commune aux deux turbines 15a, 15b et communiquant avec la canalisation d'échappement 18 le long de laquelle sont montés un filtre à particules 19 et un dispositif silencieux 20.
Une unité de commande électronique UCE 21 est schématisée sur la figure 1 avec quelques uns de ses éléments fonctionnels. Dans l'exemple illustré, l'unité de contrôle électronique 21 comprend un dispositif 22 d'équilibrage des deux turbocompresseurs 2a, 2b, un dispositif de régulation 23 de la pression de suralimentation, un 30 dispositif 24 de limitation de la valeur de consigne de la pression de suralimentation, et un dispositif 25 de calcul de la valeur de consigne de la pression de suralimentation. Enfin, l'unité de contrôle il électronique 21 intègre également, un dispositif 26 d'estimation de la pression en amont des turbines selon l'invention. Un capteur de la pression atmosphérique 27 fournit un signal au dispositif 25 de calcul de la pression de consigne de suralimentation et au dispositif 26 5 d'estimation de la pression en amont des turbines. Deux capteurs de température d'air 28a et 28b déterminent la température de l'air dans les conduites d'arrivée d'air frais 6a, 6b. Le signal est amené par les connections 29a, 29b au dispositif 24 de limitation de la consigne de suralimentation.
Deux débitmètres 30a, 30b montés dans les conduites d'amenée d'air 6a, 6b fournissent un signal transmis par des connexions 31a, 31b à la fois au dispositif 24 de limitation de la consigne de suralimentation et au dispositif 26 d'estimation de la pression en amont des turbines. Un capteur de pression 32 monté dans 15 le conduit d'admission 4 fournit un signal transmis par la connection 33 au dispositif 23 de régulation de la pression de suralimentation. Un capteur 34 monté dans la conduite d'échappement 17 en aval des turbines l5a, l5b mesure la température des gaz d'échappement en aval des deux turbines l5a, l5b et fournit par la connection 35 un signal 20 qui est transmis au dispositif 26 d'estimation de la pression en amont des turbines.
On se reportera maintenant à la figure 2, qui montre schématiquement les principaux éléments permettant la détermination de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine selon le 25 procédé de l'invention. Le procédé se déroule schématiquement selon l'organigramme illustré sur la figure 3 qui représente un cycle de calcul. Les valeurs de calcul d'un cycle sont affectées de l'indice n, et pour le cycle précédent de l'indice n-l.
La première étape du procédé consiste dans une étape 36 30 (figure 3) à estimer la température des gaz d'échappement en amont de la ou des turbines (Tavt). Dans l'exemple illustré sur la figure 2, cette estimation est faite à partir d'une cartographie mémorisée dans le bloc 37 en fonction du régime de rotation du moteur Nmot et du débit de carburant injecté (Qcarb). Le signal issu du bloc 37 est filtré dans le bloc 38, qui, dans l'exemple illustré, est un filtre du premier ordre avec retard pur, de façon à retarder l'estimation de 1,5 tour du moteur 5 afin de prendre en compte le cycle de quatre temps du moteur thermique. Le filtrage permet de simuler l'inertie thermique du collecteur d'échappement.
La deuxième étape du cycle de calcul, référencée 39 sur la figure 3, consiste à calculer le débit de gaz d'échappement sortant du 10 moteur (Qmot) Ce débit de gaz est la somme algébrique du débit d'air frais entrant dans le moteur par les entrées respectives 4a et 4b visibles sur la figure 1 (Q1ai, et Qair2), du débit de gaz d'échappement recyclé traversant la vanne EGR14 (Qegr) et du débit de carburant injecté dans le moteur (Qcarb) Le débit d'air frais entrant dans le 15 moteur est mesuré par les débitmètres 30a et 30b (figure 1). Le résultat de la mesure peut avantageusement être filtré au moyen d'un filtre non représenté sur les figures afin de prendre en compte le volume du circuit d'admission lors des phases transitoires du moteur afin d'améliorer l'estimation recherchée. La valeur filtrée prise en compte 20 est notée (Qairl + Qai,2) f. Le résultat de la somme algébrique effectuée par le sommateur 40 de la figure 2 est soumis à un retard pur dans le bloc retard 41 correspondant par exemple à 1,5 tours du moteur, c'està-dire à trois passages au point mort haut du moteur (3 pmh). Le signal de sortie du bloc retard 41 est la valeur estimée du 25 débit de gaz sortant du moteur (Qmot).
La troisième étape d'un cycle de calcul, référencée 42 sur la figure 3, effectue le calcul de la masse des gaz d'échappement dans le collecteur d'échappement (Mavt). Cette valeur est l'intégrale de la somme algébrique des débits entrant dans le collecteur et sortant du 30 collecteur. L'additionneur 43 représenté sur la figure 2 reçoit sur son entrée positive la valeur du débit de gaz sortant du moteur (Qmot) provenant du bloc 41 précédent. L'additionneur 43 reçoit également sur trois entrées négatives, le débit de gaz d'échappement recyclé par la vanne EGR (Qeg,) et les débits issus des deux turbines l5a, l5b visibles sur la figure 1 affectés tous deux du signe négatif. Le débit de la première turbine l5a est noté Qturbl tandis que le débit de la 5 deuxième turbine 15b est noté Qturb2 Le signal résultant de cette somme algébrique, issu du bloc sommateur 43, est amené à l'entrée de l'intégrateur 44 dont le signal de sortie est la masse des gaz dans le collecteur d'échappement (Mavt).
Les débits des turbines sont obtenus dans l'exemple illustré 10 par interpolation dans une cartographie dans le champ de fonctionnement de chacune des turbines en fonction du taux de détente et de la position des ailettes de la turbine considérée. L'expérience montre qu'il est possible de simplifier un champ de fonctionnement d'une turbine afin de le rendre indépendant de la vitesse de rotation de 15 la turbine. On peut alors définir un débit normalisé à partir d'un champ de fonctionnement de la turbine, s'écrivant après simplification Qmbfrbch fI| Pos I (1) o Pavt est la pression régnant en amont de la turbine, Pap, est la pression régnant en aval, le rapport de ces deux pressions étant le taux de détente td de la turbine et POS étant la position des ailettes définissant la géométrie de la turbine.
Pour estimer le débit de la turbine, il convient ensuite de diviser le débit normalisé provenant du champ de fonctionnement de la turbine par la valeur estimée de la pression en amont de la turbine (Pavt) puis de multiplier par la racine carrée de la température en amont de la turbine (Tavt) sous la forme Qturb p QturbCh (2) avt Une détermination plus précise du débit des turbines peut être effectuée si on le souhaite, soit par une mesure directe, soit par 5 une estimation tenant compte en outre du régime de rotation de la turbine.
Dans l'exemple illustré, on procède par estimation simplifiée comme indiqué précédemment pour chacune des deux turbines l5a, 15b. Le cycle de calcul se poursuit pour chacune des deux turbines 10 l5a, 15b à l'étape respective 45a, 45b qui est réalisée dans l'exemple de la figure 2 au moyen des blocs 47a, 47b qui comportent sous forme mémorisée le champ de fonctionnement des turbines respectives 15a, 15b. Les blocs 47a, 47b permettent la détermination par interpolation des débits de turbine réduits QturbChl et QtuTbch2 selon la formule (1) ci15 dessus, en fonction de la position des ailettes de chacune de deux turbines référencées P.,, et Pos2 et de la pression en amont de la turbine Pavt qui fait l'objet de l'estimation finale comme on le verra plus loin.
Les valeurs interpolées des débits des turbines réduits (QturbChl et QturbCh2) sont ensuite divisées par la valeur estimée de la pression 20 régnant en amont des turbines (Pavt) résultant du cycle de calcul précédent, dans les blocs diviseurs 48a, 48b. On notera que pour ce calcul, on utilise pour chaque cycle de calcul n la valeur estimée de la pression en amont de la turbine résultant du cycle de calcul précédent (Pavtni-)25 Le taux de détente td = Pavt/Papt est calculé dans les mêmes conditions par le bloc diviseur 46 qui reçoit sur l'une de ses entrées la valeur de la pression en amont de la turbine, préalablement estimée (Pavt) et sur son autre entrée la valeur également estimée de la pression en aval de la turbine (Papt) du cycle de calcul précédent n-l.
La valeur de la pression en aval de la turbine (Papt) peut être calculée àpartir de la température en aval de la turbine qui peut être mesurée par le capteur 34 (figure 1), selon la formule = C. - .c Qrb+ a-ptn * pn-1 R.T o - C est la perte de charge après turbine - R est la conduite des gaz parfaits; - Patmo est la pression atmosphérique mesurée par le capteur 10 27.
La température des gaz d'échappement en amont de la turbine Tavt qui a été estimée précédemment et apparaît à la sortie du bloc filtre 38 est amenée à l'entrée d'un bloc 49 qui en extrait la racine carrée, cette racine carrée étant ensuite amenée aux entrées respectives 15 de deux blocs multiplicateurs 50a, 50b. Ces derniers reçoivent sur leur autre entrée le signal de sortie issu des diviseurs 48a et 48b. Le résultat de ce calcul est un signal apparaissant à la sortie des blocs respectifs 50a et 50b et qui représente la valeur calculée des débits des deux turbines l5a, 15b, ces débits étant notés Qturbl et Qturb2- Ce sont 20 ces valeurs qui sont amenées par les connections 51, 52 visibles sur la figure 2 aux entrées négatives de l'additionneur 43 comme il a été indiqué précédemment. Les calculs effectués dans les blocs 50a et 50b se font aux étapes 53a, 53b illustrées sur la figure 3.
La valeur de la pression en amont des turbines (Pat) est 25 estimée à l'étape 54 du processus de calcul illustré sur la figure 3, étape qui fait suite à l'étape 42. Cette valeur de pression est estimée en appliquant la relation des gaz parfaits: PxV=MxRxT o P est la pression du gaz, V son volume, M la masse du gaz, R la constante du gaz (pour les gaz d'échappement 287 Joules/ kg/! K) et T est la température du gaz.
Le bloc multiplicateur 54 illustré sur la figure 2 reçoit donc 5 sur ses trois entrées, respectivement la masse des gaz d'échappement en amont de la turbine Mavt issue du bloc intégrateur 44, la constante R des gaz d'échappement et la valeur estimée de la température des gaz en amont de la turbine Tat issue du bloc filtre 38. Le résultat du calcul issu du bloc multiplicateur 54 est appliqué à un bloc diviseur 55 qui 10 reçoit par ailleurs la valeur Vavt du volume des gaz entre la sortie du moteur et l'entrée des turbines 15a, 15b qui est déterminée en fonction de la structure du moteur et des canalisations. La sortie du bloc diviseur 55 fournit le signal recherché représentant la valeur estimée de la pression en amont des turbines Pa,,. 15
Claims (10)
1. Procédé d'estimation de la pression des gaz d'échappement en amont d'une turbine dans un moteur à combustion interne équipé d'un ensemble turbocompresseur de suralimentation comprenant un compresseur 5 et une turbine à géométrie variable, le compresseur alimentant le moteur en air à une pression supérieure à la pression atmosphérique et la turbine étant traversée par les gaz d'échappement issus du moteur, caractérisé par le fait que l'on détermine la température des gaz d'échappement en amont de la turbine (Tavt), on calcule le débit des gaz sortant du moteur à partir 10 d'une mesure du débit d'air entrant dans le moteur et du débit de carburant, on calcule la masse des gaz d'échappement en amont de la turbine (Mavt) en fonction du débit de la turbine, on calcule le débit de la turbine en tenant compte de sa géométrie variable, en fonction d'une première estimation du rapport des pressions des gaz d'échappement en 15 amont et en aval de la turbine, on en déduit une valeur estimée de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine (Pavt) et on répète les opérations précitées de manière itérative.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'on calcule en outre la valeur de la pression des gaz d'échappement en aval de 20 la turbine (Papt) en fonction du débit de la turbine et de la température des gaz d'échappement en aval de la turbine (Tapt).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait qu'on détermine la température des gaz d'échappement en amont de la turbine (Tavt) par une estimation faite à l'aide d'une cartographie en 25 fonction du régime de rotation du moteur et du débit de carburant alimentant le moteur.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que le débit de la turbine est déterminé par interpolation sur une cartographie du fonctionnement de la turbine en 30 fonction du rapport des pressions en amont et en aval de la turbine (Pavt/Papt) et de la géométrie instantanée de la turbine, le résultat de cette interpolation étant ensuite ramené aux conditions réelles d'utilisation du moteur en tenant compte de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine (Pavt) et de la température des gaz d'échappement en amont de la turbine (Tavt).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il est appliqué à un moteur à combustion interne comprenant deux ensembles turbocompresseur identiques alimentant le moteur en air comprimé par un collecteur d'admission unique, les étapes du procédé étant effectuées simultanément pour les deux turbines.
6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé par le fait que les entrées et les sorties des deux turbines sont reliées ensemble, le calcul de la température des gaz d'échappement en aval de la turbine (Tapt)et éventuellement de la valeur de la pression des gaz d'échappement en aval de la turbine (Papt), étant fait pour la sortie commune des deux turbines.
7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé par le fait que le moteur est un moteur Diesel, la canalisation d'échappement étant munie d'un filtre à particules.
8. Dispositif de commande du fonctionnement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile équipé d'un ensemble 20 turbocompresseur de suralimentation comprenant un compresseur et une turbine à géométrie variable, le compresseur alimentant le moteur en air à une pression supérieure à la pression atmosphérique et la turbine étant traversée par les gaz d'échappement issus du moteur, le dispositif comprenant une unité de contrôle électronique (UCE) capable d'effectuer 25 des calculs à partir de données mémorisées et de valeurs mesurées, des capteurs pour mesurer le débit d'air entrant dans le moteur, le débit de carburant alimentant le moteur et la géométrie instantanée de la turbine, caractérisé par le fait que l'unité de contrôle électronique (UCE) comprend des moyens pour calculer par itération une valeur estimée de la pression 30 des gaz d'échappement en amont de la turbine (Pavt).
9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé par le fait que le moteur à combustion interne comprend deux ensembles turbocompresseur identiques alimentant le moteur en air comprimé par un collecteur d'admission unique.
10. Dispositif selon les revendications 8 ou 9 caractérisé par le fait que le moteur est un moteur Diesel, la canalisation d'échappement étant munie d'un filtre.
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