FR2897109A1

FR2897109A1 - Procede de regulation d'une grandeur reelle d'un moteur a combustion interne

Info

Publication number: FR2897109A1
Application number: FR0753051A
Authority: FR
Inventors: Horst Wagner; Maik Schaufler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-02-07
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2007-08-10
Also published as: US20070219703A1; DE102006005504B4; US7502682B2; DE102006005504A1

Abstract

Procédé de régulation d'une grandeur de sortie, réelle (Trq) d'un moteur à combustion interne sur une grandeur guide (W). En fonction d'au moins une grandeur physique (mA3,p3) dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, on forme une valeur maximale (Mp3) de la grandeur guide (W) et on limite cette grandeur guide (W) à la valeur maximale (Mp3).

Description

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de

régulation d'une grandeur de sortie, réelle d'un moteur à combustion interne sur une grandeur guide.

L'invention concerne également un programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre de ce procédé. Etat de la technique Les véhicules lourds notamment les véhicules utilitaires ou camions sont fréquemment équipés de frein moteur pour réduire ou éviter la surchauffe et l'usure des freins mécaniques dans des conditions de freinage prolongées. Selon l'état de la technique, on connaît plusieurs modes de réalisation des freins moteur par exemple un en-traînement variable des soupapes ou une soupape de décompression pour éjecter de l'air comprimé des cylindres du moteur à combustion interne avant que l'énergie potentielle accumulée soit de nouveau transformée en énergie cinétique. En outre, on connaît selon l'état de la technique un volet d'étranglement installé dans une conduite de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour augmenter la contre-pression des gaz d'échappement, si bien que le moteur à combustion interne fonctionne alors comme une pompe agissant contre la pression des gaz d'échappement. Enfin, dans le cas d'un turbocompresseur à géométrie de turbine variable, on peut augmenter la contre-pression des gaz d'échappement par une commande appropriée du turbocompresseur.

Pour actionner le frein moteur, il faut un actionneur. Celui-ci ne peut pas être positionné aussi rapidement que l'on souhaite. Si après l'activation du frein moteur le moteur à combustion interne est de nouveau commandé, en particulier dans le cas d'un volet d'étranglement et d'un turbocompresseur à géométrie de turbine varia- ble cela peut se traduire par des pressions excessives des gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement. Des pointes de pression trop élevées peuvent détruire le moteur à combustion interne ou des composants de celui-ci installés dans la conduite des gaz d'échappement. En particulier, on risque de détruire les joints de la conduite de gaz d'échappement ou d'endommager le volet d'étranglement ; de plus, des contre-pression trop élevées des gaz d'échappement peuvent ouvrir les soupapes d'échappement qui entrent en collision avec le piston ; dans le cas de turbocompresseurs à géométrie de turbine variable, on risque la destruction du turbocompresseur par le rotor tournant en surrégime. Problèmes de l'état de la technique Pour éviter une augmentation trop rapide du débit de gaz d'échappement et ainsi de la contre-pression des gaz d'échappement on va jusqu'à neutraliser totalement le frein moteur si bien que pour les freins moteur selon l'état de la technique, on retarde la demande de couple faite par le conducteur. Ce retard à la demande de couple du conducteur signifie que même pour de petites consignes données par le conducteur qui n'entraînent pas des débits de gaz d'échappement de niveau inacceptable, on détériore le comportement de conduite car entre l'actionnement du frein moteur et la consigne correspondant à un nouveau couple souhaité par le conducteur, on obtient une réponse réduite du moteur à combustion interne. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces in-convénients et concerne à cet effet un procédé de régulation du type dé-fini ci-dessus, caractérisé en ce qu'en fonction d'au moins une pour la grandeur physique dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, on forme pour la grandeur guide une valeur maximale qui la limite.

Une première grandeur physique est de préférence la va-leur réelle de la pression des gaz d'échappement. Cette pression des gaz d'échappement est de préférence la pression statique mesurée ou modélisée ou la pression totale en amont d'un élément aéraulique. Une seconde grandeur physique est de préférence la vitesse de rotation réelle d'un turbocompresseur. La grandeur guide peut être un couple et/ou une quantité injectée et/ou la vitesse de rotation du moteur à combustion interne. Il est prévu de préférence que la valeur maximale de la grandeur guide soit une fonction des paramètres du moteur à combustion interne. Cette fonction peut également se présenter sous la forme d'un champ de caractéristiques dans un appareil de commande. Il est prévu de préférence que les paramètres de fonctionnement comprennent les valeurs de la vitesse de rotation réelle et/ou de la vitesse de rotation de consigne et/ou du couple réel et/ou du couple de consigne et/ou de la quantité réelle injectée et/ou de la quantité de consigne à injecter. Le procédé selon l'invention a pour but, partant de la pression autorisée des gaz d'échappement, de limiter la grandeur guide définissant la puissance par exemple la quantité injectée, le couple et comme protection des composants, d'assurer de façon équivalente la coordination d'autres limitations de grandeurs guides comme par exemple la limite de fumée. A côté de la limitation de la demande du conducteur, on peut également voir des régulations de vitesse de rotation par exemple par le régulateur de ralenti, le régulateur de vitesse de travail ou analogue qui ne génère pas de débit de gaz d'échappement de niveau gênant. Comme la limitation de couple du procédé selon l'invention n'agit qu'en cas de risque d'endommagement du moteur à combustion interne ou de composants, ce n'est que si une demande de couple risque d'aboutir à un dommage qu'il y aura réduction du confort de conduite en détournant le couple effectivement fourni par le moteur à combustion interne par rapport au couple demandé par le conducteur. De plus, la limitation selon l'invention exclut également des flux de gaz d'échappement fixes, de niveau inacceptable en particulier on peut en même temps actionner le frein moteur et la pédale d'accélérateur ou réaliser avec le frein moteur un frein sous-dimensionné du régulateur de ralenti. Dans le cas de la solution connue, il n'y a pas de protection stationnaire des composants car la consigne du conducteur est seule-ment retardée et à la fin de la temporisation, la demande est appliquée sans aucune limitation. Le problème évoqué ci-dessus est également résolu par un dispositif de régulation d'une grandeur de sortie réelle d'un moteur à combustion interne sur une grandeur guide et en fonction d'au moins une grandeur physique dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, on forme une valeur maximale de la grandeur guide et on limite la grandeur guide à cette valeur maximale.

Le problème est également résolu par un programme d'ordinateur avec un code programme pour la mise en oeuvre de toutes les étapes du pro-cédé de l'invention, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur. Dessins Un exemple de réalisation de l'invention sera décrit ci-après à l'aide du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est un schéma d'un moteur à combustion interne considéré comme chemin de régulation, - la figure 2 montre un exemple de réalisation d'un circuit de régulation selon l'invention, - la figure 3 montre un premier exemple de réalisation d'une partie d'un circuit de régulation selon l'invention, et - la figure 4 montre un second exemple de réalisation d'une partie d'un circuit de régulation selon l'invention. 15 Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 est un schéma d'un moteur à combustion in-terne comportant un cylindre 1 équipé d'un piston 2 mobile dans une chambre de combustion 7 suivant un mouvement de va et vient. Le piston 2 est relié par une bielle 3 à un vilebrequin 4. Le mouvement al- 20 ternatif du piston 2 est transformé en mouvement de rotation de vitesse de rotation n et en couple M appliqué au vilebrequin 4. Le cylindre 1 est pris à titre d'exemple pour un ou plusieurs cylindres d'un moteur à combustion interne de construction quelconque. Le moteur à combustion interne comporte une conduite d'admission 5 et une conduite de 25 gaz d'échappement 6. La conduite de gaz d'échappement 6 comporte une sortie de moteur 26 reliée par un collecteur de gaz d'échappement 8 à un élément aéraulique qui est ici constitué par une soupape d'étranglement 9. La soupape d'étranglement 9 est reliée par un échappement 10 et le cas échéant d'autres éléments aérauliques non repré- 30 sentés ici tels que des catalyseurs de gaz d'échappement, d'autres étages de turbocompresseur ou analogues pour arriver à l'air ambiant. La soupape d'étranglement 9 installée comme élément aéraulique dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne peut être par exemple un turbocompresseur réglable en 35 particulier un turbocompresseur à géométrie de turbine variable ou en-core un organe d'étranglement réglable par exemple un volet d'étranglement réglable. La soupape d'étranglement 9 du présent exemple de réalisation permet d'augmenter la contre-pression des gaz d'échappement dans la sortie 7 du moteur. En augmentant la pression des gaz d'échappement, on veut diminuer la puissance fournie par le moteur à combustion interne ou dans le cas idéal réduire la puissance à une valeur négative de sorte que le moteur à combustion interne fonctionne en mode tracté. Ce fonctionnement est également appelé fonctionnement en frein moteur.

La puissance P et la vitesse de rotation M du moteur à combustion interne sont régulés par la dose de carburant Q injectée lors de chaque injection ; pour cela, on effectue d'une part une régulation de la quantité d'air fournie L et d'autre part la régulation de la dose de carburant fournie Q. Dans le présent exemple de réalisation, on suppose le cas d'un moteur Diesel mais en principe on peut également envisager d'autres formes de réalisation telles que des moteurs à essence. La grandeur guide pour réguler la vitesse de rotation et la puissance du moteur à combustion interne Diesel est le couple demandé Mons à partir duquel on détermine la dose de carburant à injecter Q.

Cette dose est commandée ou régulée par un appareil de commande 11. La régulation est telle qu'il faut prédéfinir une vitesse de rotation de consigne ncons et le couple de consigne Mons ; la vitesse de rotation réelle nréel et le couple réel Mréel sont régulés sur ces valeurs de consigne par un régulateur. L'installation d'injection n'est pas représentée à la figure 1 ; elle est simplement schématisée par une flèche portant la référence Q pour le dispositif d'injection représenté schématiquement en tant que tel. En amont de l'organe d'étranglement 9, on détermine la pression p3 ainsi que le débit massique mA3. Cela peut être fait par exemple à l'aide d'un capteur de pression qui mesure la pression statique ; le débit mas- Bique peut se déterminer à partir de la mesure de la masse d'air dans la conduite d'admission 5 et de la définition de la quantité à injecter Q car pour le moteur à combustion interne s'applique évidemment la loi de conservation des masses. Il est également possible de définir la pression p3 en amont de l'organe d'étranglement 9 ainsi que le débit massique m,13 (d/dt (mA3)), indirectement à partir de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne en utilisant un modèle enregistré dans l'appareil de commande pour déterminer par exemple en observant la vitesse de rotation n, le couple M et la quantité de carburant à injecter Q ainsi que la position St de l'organe de commande 12 de l'organe d'étranglement 9. La soupape d'étranglement 9 est représentée schématiquement ; l'organe de réglage qui sert à réguler la position de la sou-pape porte la référence 12. Dans le cas d'une soupape ou volet d'étranglement réglable, l'organe d'actionnement 12 est par exemple le volet lui-même ; dans le cas d'un turbocompresseur réglable il peut s'agir par exemple des ailettes réglables. Si le point d'étranglement 9 réglable est un turbocompresseur, on peut en outre mesurer par exemple sa vitesse de rotation nT et fournir cette vitesse de rotation à l'appareil de commande 11. La figure 2 est un schéma d'un régulateur du moteur à combustion interne. On suppose que la grandeur guide W est le couple de consigne Mons du moteur à combustion interne et que la grandeur de régulation X est le couple Trq réel fourni par le moteur à combustion interne 13. La grandeur de réglage du moteur à combustion interne 13 est la quantité ou dose de carburant Q injectée à chaque injection. Cette dose se détermine par un organe de coordination 14 pour déterminer les quantités à injecter Q à partir d'un couple MST, et commande, la dose injectée Q. Le couple de commande MST est formé par soustraction de la grandeur guide modifiée W qui porte la référence W' à la figure 2 et la grandeur de réglage modifiée X portant la référence X' à la figure 2. Le dispositif de régulation de la figure 2 correspond à un circuit ou boucle de régulation fermé, classique ; le moteur à corn- bustion interne 13 représente le chemin de régulation ; l'organe de coordination pour l'injection 14 est le régulateur et les référence X et X' représentent les grandeurs de régulation ; W, W' représentent les grandeurs guides. La différence entre X et X' est que la grandeur de régulation modifiée X' résulte d'une limitation de la grandeur de ré- gulation X ; la grandeur de régulation X est ainsi reconduite avec une limitation sur une valeur maximale. Dans le retour de la grandeur de régulation X, il y a un limiteur 15 qui fournit le minimum de différentes limitations de couple comme couple limite MLim. On peut par exemple utiliser une limitation de fumée MR, une protection contre la surchauffe MH ou analogue comme couple limiteur. Selon l'invention, on utilise en outre un couple limité MP3 découlant de la pression p3 à la sortie du moteur ou en aval de l'organe d'étranglement 9 et du dé-bit massique mA3 dans le moteur à combustion interne 13. A partir de la pression p3 ou du débit massique mA3 on détermine à l'aide d'un module de limitation de pression 16 et selon le point de fonctionne-ment, la limitation du couple MP3 et on passe sur le limiteur 15 en parallèle aux autres limitations de couple. La dépendance du point de fonctionnement signifie ici notamment que dans la détermination de la limitation du couple MP3, on fait intervenir des paramètres supplémentaires tels que la vitesse de rotation réelle nréel, la vitesse de rotation de consigne neons, le couple réel Mréei, le couple de consigne Meons, la vitesse de rotation réelle nT_réel d'un turbocompresseur, la vitesse de rotation nT_eons du turbo-compresseur, la quantité réelle injectée Qréel, la quantité de consigne à injecter Qeons ou analogue. La limitation de couple MP3 sur la valeur maximale de la grandeur guide W est formée comme fonction des pa- ramètres (MP3=f(n, Q, mA3, p3...) déposée dans l'appareil de com- mande comme fonction ou comme champ de caractéristiques. Comme la limitation de couple en particulier dans le mode transitoire en passant du mode de poussée (le couple fourni par le moteur à combustion interne est inférieur ou égal à zéro) du moteur à combustion interne à la transmission entraînée (couple fourni par le moteur à combustion interne supérieur à zéro) on peut utiliser comme valeur de consigne de la vitesse de rotation de consigne neons, du couple de consigne Meons, de la vitesse de rotation de consigne nT_eons du turbocompresseur et la quantité à injecter de consigne Qeons, les valeurs après le passage en mode moteur, la valeur réelle de la vitesse de rotation réelle nréel, le couple réel Mréel, la vitesse de rotation nT_réel du turbocompresseur, la quantité réelle injectée Qréel peuvent être définies à nouveau en permanence pendant la transition.

La sortie du limiteur 15 est reliée à une entrée d'un autre limiteur 25 qui reçoit en outre le signal d'un régulateur de vitesse de rotation 17 (sous la forme d'un couple). La sortie de l'autre limiteur 25 est appliquée à un additionneur 18 à signe algébrique négatif. La sortie de l'autre limiteur 16 est en outre appliquée à un additionneur 19 à signe algébrique négatif ; l'additionneur 19 reçoit en outre la sortie du limiteur 15 avec signe algébrique positif. Cette différence est appliquée à un troisième limiteur 20 qui reçoit également la grandeur guide W qui est le couple souhaité par le conducteur Mw. La sortie du troisième limiteur 20 est reliée par un formeur guide 21 à signe positif au point d'addition 18. Le formeur guide constitue un signal grand a qui passe à un signal grand b à sa sortie comme fonction b=f(a). La figure 3 montre une partie d'un circuit de régulation d'un moteur à combustion interne comportant un turbocompresseur réglable constituant une soupape d'étranglement 9. Le turbocompresseur a la possibilité de mesurer la vitesse réelle n_réel du turbo-compresseur. Il est en outre connu pour le turbocompresseur que la vitesse de rotation autorisée est la vitesse n_zul. A partir de ces deux indications, on détermine alors le couple limite ML;m. La différence entre la vitesse de rotation autorisée n zul et la vitesse de rotation réelle n_réel du turbocompresseur sont soustraites par un soustracteur 22 l'une de l'autre et le résultat est appliqué à l'entrée d'un régulateur PID 23 (régulateur proportionnel intégral différentiel). Sa sortie est limitée par un limiteur 24 qui fournit ainsi le couple limite MLm. Le limiteur 24 reçoit comme grandeur minimale MN qui dans le cas présent correspond à une valeur nulle comme valeur maximale MX, le minimum est appliqué à partir de différents couples limites tels que la limite de fumée M_Fumée_Lim, une limitation de température M_Temp_Lim, une limitation maximum de couple M_Trq_Lim et une limitation de couple pour éviter les défauts M_Défaut_Lim. Le couple limite M_P3 appliqué à la sortie du moyen d'action selon la figure 3 correspond au couple limite appliqué à la sortie du limiteur 15 de la figure 2. L'ensemble de limite composé du limiteur 15 et du limiteur 16 est remplacé comme régulateur partiel à la figure 5.

La figure 4 montre une variante de réalisation du module de limitation de pression 16 du circuit de régulation. On suppose que la commande de l'organe d'étranglement 9 n'est pas faite par la commande du moteur mais par un interrupteur indépendant dont la po- sition de l'interrupteur est connue dans l'appareil de commande du moteur. Dans ce cas, on applique la pression maximale à la manière d'une rampe. La partie de circuit de la figure 4 remplace le module de limitation de pression 16 de la figure 2. En activant le frein moteur, partant de la valeur limite actuelle (sortie de l'élément MN de la figure 4), on applique la valeur limite du frein moteur activé (M_P3_MIN) suivant une forme de rampe à la sortie du module de limitation de pression 16 (M_P3_Lim 1). En neutralisant le frein moteur, partant de la valeur limite actuelle (M_P3_Lim 1), on applique la valeur de limita- tion du frein moteur neutralisé (M_P3_MAX) suivant une forme de rampe à la sortie du module de limitation de pression 16 (M_P3_Lim 1) .20

Claims

REVENDICATIONS

1 ) Procédé de régulation d'une grandeur de sortie, réelle (Trq) d'un moteur à combustion interne sur une grandeur guide (W), caractérisé en ce qu' en fonction d'au moins une grandeur physique (' A3 , p3) dans la con-duite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, on forme une valeur maximale (Mp3) de la grandeur guide (W) et on limite cette grandeur guide (W) à la valeur maximale (Mp3). l0 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une première grandeur physique est la valeur réelle de la pression (p3) des gaz d'échappement. 15 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression des gaz d'échappement (p3) est la pression statique mesurée ou modélisée ou la pression totale en amont d'un élément fluidique (9). 20 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une seconde grandeur physique est la vitesse de rotation réelle (nT-réel) d'un turbocompresseur. 25 5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur guide (W) est le couple (M) et/ ou la quantité injectée (Q) et/ou la vitesse de rotation (n) du moteur à combustion interne. 30 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur maximale de la grandeur guide est formée comme fonction de paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne (MP3=f(n, Q, mA3, P3) . 357 ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les paramètres de fonctionnement comprennent des valeurs de la vitesse de rotation réelle (nréel) et/ou de la vitesse de rotation de consigne (ncons) et/ou du couple réel (Mréel) et/ou du couple de consigne (Mcons) et/ou de la quantité injectée réelle (Qréel) et/ou de la quantité injectée de consigne (QCOns). 8 ) Dispositif de régulation d'une grandeur de sortie réelle (Trq) d'un 10 moteur à combustion interne sur une grandeur guide (W), caractérisé en ce qu' en fonction d'au moins une grandeur physique (mA3, p3) dans la con-duite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne, on forme une valeur maximale (Mp3) de la grandeur guide (W) et on limite la gran- 15 deur guide (W) sur cette valeur maximale (Mp3). 9 ) Programme d'ordinateur comportant un code programme pour la mise en oeuvre de toutes les étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 exécuté sur un ordinateur. 20