FR2915237A1 - Variable geometry supercharger controlling system i.e. electronic control unit, for internal combustion engine i.e. diesel engine, of motor vehicle, has calculating block deducing set point of geometry of compressor to regulate geometry - Google Patents
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Abstract
Description
1 DEMANDE DE BREVET B 07-0619 FR û AxC/cec Projet 7429-YK Société par1 APPLICATION FOR PATENT B 07-0619 EN - AxC / cec Project 7429-YK Company by
actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s Système et procédé de commande d'un turbocompresseur de suralimentation pour moteur à combustion interne. Invention de : FONTVIEILLE Laurent simplified actions known as: RENAULT s.a.s. System and method for controlling a turbocharger for an internal combustion engine. Invention of: FONTVIEILLE Laurent
2 Système et procédé de commande d'un turbocompresseur de suralimentation pour moteur à combustion interne. La présente invention est relative d'une manière générale à la technique de gestion d'un moteur à combustion interne comprenant un ensemble de capteurs et d'actionneurs, ledit moteur comprenant un turbocompresseur composé d'une turbine et d'un compresseur afin d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur. L'ensemble des lois de commande qui constituent des stratégies logicielles et les paramètres de caractérisation du moteur sont contenus dans un calculateur embarqué sur le véhicule, appelé unité de contrôle électronique (UCE). Le turbocompresseur comprend une turbine placée à la sortie du collecteur d'échappement et entraînée par les gaz d'échappement. 2 A system and method for controlling a turbocharger for an internal combustion engine. The present invention relates generally to the technique of managing an internal combustion engine comprising a set of sensors and actuators, said engine comprising a turbocharger composed of a turbine and a compressor in order to increase the amount of air admitted into the engine cylinders. The set of control laws that constitute software strategies and the engine characterization parameters are contained in an on-board computer on the vehicle, called an electronic control unit (ECU). The turbocharger comprises a turbine placed at the outlet of the exhaust manifold and driven by the exhaust gas.
La puissance prélevée par la turbine aux gaz d'échappement peut être avantageusement modulée en installant des ailettes d'orientation variable à l'entrée de la turbine. On parle alors de turbine à géométrie variable. La puissance que fournit le compresseur peut à son tour être modulée en disposant des ailettes d'orientation variable à l'entrée ou à la sortie du compresseur. On parle de compresseur à géométrie variable. Le compresseur est monté sur le même axe que la turbine et il comprime l'air qui entre dans le collecteur d'admission. Un échangeur de chaleur peut être placé entre le compresseur et le collecteur d'admission pour refroidir l'air à la sortie du compresseur. Des actionneurs sont prévus pour piloter l'ouverture et la fermeture de l'ensemble d'ailettes à orientation variable, qui équipent respectivement la turbine et le compresseur. Les signaux de commande de ces actionneurs sont fournis par l'unité de contrôle électronique, de façon à asservir la pression dans le collecteur d'admission. La valeur de consigne de la pression dans le collecteur est calculée par l'unité The power taken by the exhaust turbine can be advantageously modulated by installing blades of variable orientation at the inlet of the turbine. This is called a variable geometry turbine. The power provided by the compressor can in turn be modulated by arranging vanes of variable orientation at the inlet or the outlet of the compressor. We speak of compressor with variable geometry. The compressor is mounted on the same axis as the turbine and compresses the air entering the intake manifold. A heat exchanger can be placed between the compressor and the intake manifold to cool the air at the outlet of the compressor. Actuators are provided for controlling the opening and closing of the set of vanes with variable orientation, which respectively equip the turbine and the compressor. The control signals of these actuators are provided by the electronic control unit, so as to slave the pressure in the intake manifold. The setpoint of the pressure in the manifold is calculated by the unit
3 électronique de commande. La valeur réelle de la pression est mesurée au moyen d'un capteur de pression placé dans le collecteur d'admission. Compte tenu de l'augmentation des performances des moteurs à combustion interne suralimentés et en particulier des moteurs de type Diesel, les niveaux de pression de suralimentation augmentent et les turbocompresseurs sont de plus en plus sollicités. I1 est donc important de pouvoir piloter le plus finement possible le turbocompresseur afin d'éviter sa détérioration tout en améliorant les capacités d'accélération du véhicule. La valeur de consigne de la pression de suralimentation peut être cartographiée en fonction du régime de rotation du moteur thermique et du débit de carburant admis dans le moteur. Cette valeur de consigne de pression peut ensuite être corrigée en fonction d'un certain nombre de grandeurs d'environnement, telles que par exemple la pression atmosphérique, la température de l'air entrant dans le compresseur, etc. Pour un régime de rotation du moteur et un débit de carburant déterminé, il est possible d'identifier la quantité d'air nécessaire pour la combustion optimale dans le moteur. Cette quantité d'air peut ensuite être traduite en valeur de consigne de pression de suralimentation. I1 est cependant nécessaire de respecter les caractéristiques du turbocompresseur, parmi lesquelles, notamment, ce que l'on appelle le champ du compresseur. En effet, pour une géométrie déterminée du compresseur, il est possible de déterminer 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. La vitesse de rotation du compresseur ne doit pas dépasser une valeur limite, faute de quoi l'on entre dans ce que l'on appelle la zone de 3 electronic control. The actual value of the pressure is measured by means of a pressure sensor placed in the intake manifold. Given the increase in performance of supercharged internal combustion engines and in particular diesel type engines, boost pressure levels are increasing and turbochargers are more and more stressed. It is therefore important to be able to control the turbocharger as finely as possible in order to avoid its deterioration while improving the acceleration capabilities of the vehicle. The reference value of the boost pressure can be mapped according to the rotational speed of the engine and the fuel flow admitted into the engine. This pressure reference value can then be corrected according to a certain number of environmental variables, such as, for example, the atmospheric pressure, the temperature of the air entering the compressor, etc. For engine rotation and fuel flow, it is possible to identify the amount of air required for optimal combustion in the engine. This amount of air can then be translated into a booster pressure setpoint. However, it is necessary to respect the characteristics of the turbocharger, among which, in particular, what is called the field of the compressor. Indeed, for a given geometry of the compressor, it is possible to determine 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 on the compressor. the pressure of the air entering the compressor. The speed of rotation of the compressor must not exceed a limit value, otherwise we enter what is called the zone of
4 survitesse pour laquelle le compresseur risque d'être détruit. De la même manière, il est important d'éviter une zone dite de pompage , 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 entraînant également la destruction du compresseur. La zone de fonctionnement du compresseur doit donc finalement être comprise entre la limite de survitesse et la limite de pompage. Tous les points de fonctionnement du compresseur doivent ainsi se situer dans le champ compresseur qui représente les valeurs acceptables pour le fonctionnement du compresseur. L'utilisation d'un compresseur à géométrie variable permet d'obtenir différents champs de compresseur et donc de choisir le rendement et la vitesse de rotation du compresseur en contrôlant la géométrie du compresseur. On obtient ainsi une zone de fonctionnement plus étendue, puisque les limites de pompage et de survitesse dépendent de la géométrie du compresseur. La demande de brevet français 2 833 303 (DAIMLER CHRYSLER) décrit un système de régulation d'un turbocompresseur qui comporte un capteur détectant la limite de pompage du compresseur par une détection des vibrations du compresseur. La régulation est alors capable d'agir sur la position des aubes d'inclinaison réglable du compresseur, de façon à éviter un fonctionnement du compresseur dans la zone de pompage. La demande de brevet WO 2004/038229 (DAIMLER) a également pour objet d'éviter l'entrée dans la zone de pompage d'un compresseur. La détection de la limite de pompage se fait par une mesure de vitesse d'écoulement de l'air dans la couche limite d'un canal de sortie du compresseur. L'asservissement décrit dans ce document se fait sur la vitesse d'écoulement de l'air dans le compresseur. La présente invention a pour objet d'optimiser le rendement du compresseur et d'éviter de dépasser les limites de pompage et de survitesse en augmentant la flexibilité de gestion du turbocompresseur. L'invention a également pour objet un système de commande, 5 avec une régulation de la géométrie variable du compresseur utilisant une valeur de consigne déterminée de manière simple et indépendante du fonctionnement du moteur. Selon un aspect, il est proposé un système de commande d'un turbocompresseur de suralimentation pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, du type comprenant une turbine à géométrie variable et un compresseur à géométrie variable. Des moyens de régulation comprennent une boucle de régulation pour réguler la pression de suralimentation en agissant sur la géométrie de la turbine et une boucle de régulation pour réguler la géométrie du compresseur. 4 overspeed for which the compressor may be destroyed. In the same way, it is important to avoid a so-called pumping zone, in which there is a reversal of the air flow through the compressor for low airflows, such a pumping phenomenon also causing the destruction of the air. compressor. The operating zone of the compressor must therefore ultimately be between the overspeed limit and the pumping limit. All operating points of the compressor must thus be in the compressor field which represents the acceptable values for the operation of the compressor. The use of a variable geometry compressor makes it possible to obtain different compressor fields and thus to choose the efficiency and the speed of rotation of the compressor by controlling the geometry of the compressor. This results in a larger operating area, since the pumping and overspeed limits depend on the geometry of the compressor. French patent application 2,833,303 (DAIMLER CHRYSLER) describes a turbocharger control system which comprises a sensor detecting the pumping limit of the compressor by detecting the vibrations of the compressor. The regulation is then able to act on the position of the adjustable tilt blades of the compressor, so as to avoid operation of the compressor in the pumping zone. The patent application WO 2004/038229 (DAIMLER) also has the object of preventing entry into the pumping zone of a compressor. The detection of the pumping limit is done by a measurement of air flow velocity in the boundary layer of a compressor outlet channel. The servocontrol described in this document is done on the speed of air flow in the compressor. The present invention aims to optimize the efficiency of the compressor and to avoid exceeding the limits of pumping and overspeed by increasing the turbocharger management flexibility. The invention also relates to a control system 5 with a regulation of the variable geometry of the compressor using a set value determined simply and independently of the operation of the engine. In one aspect, there is provided a control system of a turbocharger for a motor vehicle internal combustion engine, of the type comprising a variable geometry turbine and a variable geometry compressor. Regulating means comprise a regulation loop for regulating the boost pressure by acting on the geometry of the turbine and a regulating loop for regulating the geometry of the compressor.
Le système comprend des moyens de détermination du débit et du rapport de compression du compresseur et des moyens pour en déduire la valeur de consigne de la géométrie du compresseur utilisée pour réguler la géométrie du compresseur. Grâce à cette configuration, il devient possible d'optimiser le rendement du compresseur. On dispose de deux variables de régulation, l'une pour réguler la pression de suralimentation en agissant sur la turbine et l'autre pour réguler la géométrie du compresseur. La régulation de la pression de suralimentation est assurée par deux boucles de régulation, l'une sur la pression de suralimentation et l'autre sur la géométrie du compresseur. De plus, la détermination de la valeur de consigne pour la régulation de la géométrie du compresseur est faite de manière simple au moyen de grandeurs physiques qui sont déjà mesurées et nécessaires pour le contrôle du moteur. I1 n'est donc pas nécessaire de rajouter des The system comprises means for determining the flow rate and the compression ratio of the compressor and means for deriving therefrom the set value of the geometry of the compressor used to regulate the geometry of the compressor. With this configuration, it becomes possible to optimize the efficiency of the compressor. There are two control variables, one to regulate the boost pressure by acting on the turbine and the other to regulate the geometry of the compressor. The regulation of the boost pressure is ensured by two control loops, one on the supercharging pressure and the other on the geometry of the compressor. In addition, the determination of the set point for regulating the geometry of the compressor is done in a simple way by means of physical quantities which are already measured and necessary for the control of the motor. It is therefore not necessary to add
6 capteurs supplémentaires. Ces grandeurs physiques sont liées au fonctionnement du compresseur et non au fonctionnement du moteur. Lorsqu'un filtre à air est prévu en amont du compresseur, les moyens de détermination du rapport de compression du compresseur comprennent de préférence un correcteur de la perte de charge due au filtre à air. Lorsqu'un échangeur de chaleur est prévu en aval du compresseur, les moyens de détermination du rapport de compression du compresseur comprennent de préférence un correcteur de la perte de charge due à l'échangeur. Pour mesurer les grandeurs physiques nécessaires à la détermination de la valeur de consigne de la géométrie du compresseur, on peut avantageusement utiliser un capteur de mesure du débit d'air traversant le compresseur et un capteur de mesure de la température de l'air en amont du compresseur. Dans un mode de réalisation, les moyens pour déterminer la valeur de consigne de la géométrie du compresseur comprennent une cartographie mémorisée de différents zones de fonctionnement admissible du compresseur selon différentes géométries du compresseur, et sont capables de choisir une valeur de consigne de la géométrie du compresseur fournissant un rendement optimal du compresseur. On peut également prévoir 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 de manière à permettre la détermination du rapport de compression du compresseur. De préférence, le système comprend également un capteur de mesure de la géométrie du compresseur et un régulateur proportionnelintégral-dérivée recevant l'écart entre la valeur mesurée de la géométrie du compresseur et la valeur de consigne de la géométrie du 6 additional sensors. These physical quantities are related to the operation of the compressor and not to the operation of the engine. When an air filter is provided upstream of the compressor, the means for determining the compression ratio of the compressor preferably comprise a corrector of the pressure drop due to the air filter. When a heat exchanger is provided downstream of the compressor, the means for determining the compression ratio of the compressor preferably comprise a corrector of the pressure drop due to the exchanger. In order to measure the physical quantities necessary for the determination of the set value of the geometry of the compressor, it is advantageous to use a sensor for measuring the air flow through the compressor and an upstream air temperature measurement sensor. of the compressor. In one embodiment, the means for determining the set value of the geometry of the compressor comprise a memorized map of different zones of the compressor's possible operation according to different geometries of the compressor, and are capable of choosing a desired value of the geometry of the compressor. compressor providing optimum compressor performance. It is also possible to provide a sensor for measuring the air pressure upstream of the compressor and a sensor for measuring the air pressure downstream of the compressor so as to enable the compression ratio of the compressor to be determined. Preferably, the system also comprises a sensor for measuring the geometry of the compressor and an integral-proportional proportional regulator receiving the difference between the measured value of the geometry of the compressor and the set value of the geometry of the compressor.
7 compresseur et capable d'élaborer un signal de commande de la géométrie du compresseur. Dans un mode de réalisation, on peut en outre prévoir un moyen de calcul d'une valeur de prépositionnement de la géométrie du compresseur et un moyen pour corriger le signal élaboré par le régulateur en tenant compte de ladite valeur de prépositionnement. Cette valeur de prépositionnement représente une valeur de consigne de la géométrie du compresseur qui peut être cartographiée et simplifie la régulation en régime stabilisé. Lors des phases transitoires, l'adjonction d'une telle valeur de prépositionnement permet d'améliorer la précision et la vitesse de réponse de la régulation. Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de commande d'un turbocompresseur de suralimentation pour moteur à combustion interne de véhicule automobile du type comprenant une turbine à géométrie variable et un compresseur à géométrie variable, dans lequel on régule la pression de suralimentation en modifiant la géométrie de la turbine et on régule la géométrie du compresseur à géométrie variable à partir d'une valeur de consigne de la géométrie du compresseur. On détermine la valeur de consigne de la géométrie du compresseur utilisée pour réguler la géométrie du compresseur à partir d'une mesure du débit et du rapport de compression du compresseur. Pour déterminer la valeur de consigne de la géométrie du compresseur, on peut avantageusement tenir compte du rendement du compresseur pour différents zones de fonctionnement admissible du compresseur selon différentes géométries du compresseur. L'invention sera mieux comprise à partir de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple, description illustrée par les dessins annexés, sur lesquels : 7 compressor and able to develop a control signal of the geometry of the compressor. In one embodiment, it is also possible to provide means for calculating a prepositioning value of the geometry of the compressor and means for correcting the signal produced by the regulator taking into account said prepositioning value. This prepositioning value represents a set value of the geometry of the compressor that can be mapped and simplifies regulation in steady state. During transient phases, the addition of such a prepositioning value makes it possible to improve the accuracy and the response speed of the regulation. In another aspect, there is provided a method for controlling a turbocharger for a motor vehicle internal combustion engine of the type comprising a variable geometry turbine and a variable geometry compressor, in which the boost pressure is regulated by modifying the geometry of the turbine and the geometry of the variable geometry compressor is regulated from a set value of the geometry of the compressor. The set value of the compressor geometry used to regulate the compressor geometry is determined from a measurement of the compressor flow and compression ratio. In order to determine the set value of the geometry of the compressor, it is advantageous to take into account the efficiency of the compressor for different areas of admissible operation of the compressor according to different geometries of the compressor. The invention will be better understood from the detailed description of an embodiment, taken by way of example, a description illustrated by the appended drawings, in which:
8 - la figure 1 montre schématiquement les principaux éléments d'un moteur à combustion interne avec un turbocompresseur à géométrie variable et son dispositif de régulation ; - la figure 2 illustre les principaux éléments de la régulation de la pression de suralimentation ; - la figure 3 illustre deux exemples de champs du compresseur en fonction de la géométrie, qui peuvent être mémorisés dans une cartographie ; et - la figure 4 illustre un mode de réalisation des principaux éléments contenus dans l'unité de commande électronique pour l'élaboration de la valeur de consigne de la géométrie du compresseur à géométrie variable. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le moteur à combustion interne, référencé 1 de manière générale, est équipé d'un turbocompresseur de suralimentation référencé 2. La gestion du fonctionnement du moteur à combustion interne 1 est assurée par l'unité de commande électronique UCE référencée 3, laquelle assure également, comme on le verra plus loin, la commande du turbocompresseur 2. 8 - Figure 1 shows schematically the main elements of an internal combustion engine with a variable geometry turbocharger and its control device; FIG. 2 illustrates the main elements of the regulation of the boost pressure; FIG. 3 illustrates two examples of fields of the compressor as a function of geometry, which can be stored in a map; and FIG. 4 illustrates an embodiment of the main elements contained in the electronic control unit for developing the setpoint value of the geometry of the variable geometry compressor. As illustrated in FIG. 1, the internal combustion engine, generally referenced 1, is equipped with a turbocharger 2 referenced. The operation of the internal combustion engine 1 is controlled by the unit. UCE electronic control referenced 3, which also ensures, as will be seen later, the control of the turbocharger 2.
Le moteur 1 comprend, dans l'exemple illustré, quatre cylindres 4 recevant de l'air comprimé par l'intermédiaire d'un collecteur d'admission 5, les gaz d'échappement étant véhiculés par un collecteur d'échappement 6. Dans l'exemple illustré, qui concerne par exemple un moteur Diesel, on a également prévu de pouvoir recycler une partie des gaz d'échappement au moyen d'une canalisation 7 équipée d'une vanne commandée 8. L'air frais, symbolisé par la flèche 9, traverse tout d'abord un filtre à air 10 avant d'être amené par une conduite d'air 11 à l'entrée du turbocompresseur 2. Un capteur 12, monté dans la canalisation 11, The engine 1 comprises, in the illustrated example, four cylinders 4 receiving compressed air via an intake manifold 5, the exhaust gas being conveyed by an exhaust manifold 6. In the illustrated example, which concerns for example a diesel engine, it was also planned to recycle a portion of the exhaust gas by means of a pipe 7 equipped with a controlled valve 8. The fresh air, symbolized by the arrow 9, first passes through an air filter 10 before being led through an air duct 11 to the inlet of the turbocharger 2. A sensor 12, mounted in the duct 11,
9 est capable de mesurer la température de l'air amenée au turbocompresseur 2, soit Tair,mes. Un deuxième capteur 13 mesure le débit d'air amené au turbocompresseur 2, soit Qair,mes. 9 is able to measure the temperature of the air supplied to the turbocharger 2, ie Tair, mes. A second sensor 13 measures the air flow supplied to the turbocharger 2, ie Qair, mes.
Le turbocompresseur 2 comprend un compresseur à géométrie variable 14 et une turbine également à géométrie variable 15. Le compresseur 14 et la turbine 15 sont montés sur un arbre commun 16. Le compresseur 14, comme la turbine 15, peuvent par exemple être équipés d'une pluralité d'aubes d'orientation variable, non représentées sur la figure, et comportent des moyens de commande permettant de faire varier l'orientation de ces aubes, c'est-à-dire la géométrie du compresseur ou de la turbine. Un tel dispositif à aubes orientables peut être remplacé, pour la turbine 15, par une conduite de by-pass équipée d'une vanne de décharge (dite wastegate ) qui permet, au même titre que les aubes à orientation variable, de modifier la pression de l'air en sortie du compresseur. Dans la présente description, on parlera d'une modification de la géométrie du compresseur 14 et de la turbine 15. D'une manière générale, cette modification de la géométrie inclut à la fois des dispositifs à aubes pivotantes et d'autres types de dispositifs permettant d'obtenir le même effet. L'air comprimé issu du compresseur 14, est amené sur le collecteur d'admission 5 après avoir traversé un échangeur de chaleur 17 qui permet de refroidir l'air comprimé. The turbocharger 2 comprises a variable geometry compressor 14 and a turbine also with variable geometry 15. The compressor 14 and the turbine 15 are mounted on a common shaft 16. The compressor 14, such as the turbine 15, may for example be equipped with a plurality of blades of variable orientation, not shown in the figure, and comprise control means for varying the orientation of these blades, that is to say the geometry of the compressor or the turbine. Such a device with steerable blades can be replaced, for the turbine 15, by a bypass line equipped with a discharge valve (called wastegate) which allows, as well as the blades with variable orientation, to modify the pressure air coming out of the compressor. In the present description, reference will be made to a modification of the geometry of the compressor 14 and the turbine 15. In general, this modification of the geometry includes both devices with pivoting vanes and other types of devices. to achieve the same effect. The compressed air from the compressor 14 is fed to the intake manifold 5 after passing through a heat exchanger 17 which allows the compressed air to be cooled.
Les gaz d'échappement provenant du collecteur d'échappement 6 sont amenés à l'entrée de la turbine 15 qui est ainsi entraînée en rotation, et qui entraîne à son tour le compresseur 14 par l'intermédiaire de l'arbre 16. Après avoir cédé une partie de leur énergie, les gaz d'échappement issus de la turbine 15 sont véhiculés par la ligne d'échappement 18 qui comprend différents dispositifs de The exhaust gas from the exhaust manifold 6 is fed to the inlet of the turbine 15 which is thus rotated, and which in turn drives the compressor 14 through the shaft 16. After having part of their energy, the exhaust gases from the turbine 15 are conveyed by the exhaust line 18 which comprises various devices of
10 traitement anti-pollution, tels qu'un catalyseur d'oxydation et/ou un filtre à particules, l'ensemble étant symbolisé par le bloc 19 sur la figure 1. Le système comprend encore différents capteurs, et en particulier un capteur 20 capable de mesurer la pression de l'air dans le collecteur d'admission, soit P2 mes ; un capteur 22 pour mesurer la pression de l'air dans la conduite 11, c'est-à-dire en amont du compresseur 14, soit Plmes ; et un capteur 23 pour mesurer la position de la géométrie du compresseur 14, soit CGVpos,mes . 10 anti-pollution treatment, such as an oxidation catalyst and / or a particulate filter, the assembly being symbolized by the block 19 in Figure 1. The system further comprises various sensors, and in particular a sensor 20 capable to measure the air pressure in the intake manifold, P2 mes; a sensor 22 for measuring the air pressure in line 11, that is to say upstream of compressor 14, that is Plms; and a sensor 23 for measuring the position of the geometry of the compressor 14, ie CGVpos, mes.
L'unité de commande électronique 3 comprend, notamment, un bloc de calcul 25 capable de calculer une valeur de consigne pour la pression de suralimentation P2eons. Le bloc de calcul 25 reçoit différents paramètres d'entrée, en particulier la valeur de la pression atmosphérique Patm,mes par la connexion 26, la température de l'air à l'entrée du compresseur 14, Tair,mes, telle que mesurée par le capteur 12, cette valeur de température lui étant fournie par la connexion 27. Le bloc de calcul 25 reçoit également un signal correspondant au régime de rotation du moteur N par la connexion 28 et un signal de débit de carburant d injecté dans les cylindres du moteur 1, par la connexion 29. Le signal de sortie du bloc de calcul 25 correspondant à la valeur de consigne de la pression de suralimentation P2eons est amené par la connexion 30 sur un dispositif de régulation 31, également inclus dans l'unité de commande électronique 3. Le dispositif de régulation 31 permet la régulation de la pression de suralimentation P2 en agissant par le signal de sortie, amené par la connexion 33, sur la géométrie de la turbine 15. L'unité de commande électronique 3 comprend également un bloc de calcul 34, capable de calculer une valeur de consigne de la position de la géométrie du compresseur 14, valeur qui est notée sur la The electronic control unit 3 comprises, in particular, a calculation block 25 capable of calculating a set value for the boost pressure P2eons. The calculation block 25 receives various input parameters, in particular the value of the atmospheric pressure Patm, mes by the connection 26, the temperature of the air at the inlet of the compressor 14, Tair, mes, as measured by the sensor 12, this temperature value being supplied to it by the connection 27. The calculation block 25 also receives a signal corresponding to the rotational speed of the motor N through the connection 28 and a fuel flow signal injected into the cylinders of the motor 1, by the connection 29. The output signal of the calculation block 25 corresponding to the setpoint value of the boost pressure P2eons is fed through the connection 30 to a regulating device 31, also included in the control unit 3. The control device 31 allows the regulation of the supercharging pressure P2 by acting by the output signal, brought by the connection 33, on the geometry of the turbine 15. The unit of com Electronic control 3 also comprises a calculation block 34, capable of calculating a set value of the position of the geometry of the compressor 14, a value which is noted on the
11 figure 1 CGVpos,eons. Le bloc de calcul 34 reçoit en entrée la valeur de la température de l'air à l'entrée du compresseur 14, telle que mesurée par le capteur 12, soit la valeur Tair,mes par la connexion 37, la valeur du débit d'air pénétrant dans le compresseur 14, soit Qair,mes, telle que mesurée par le capteur 13, cette valeur provenant de la connexion 38, la valeur de la pression de l'air à l'entrée du compresseur 14 mesurée par le capteur 22, soit la valeur Plmes transmise par la connexion 39, la valeur de la pression de l'air à la sortie du compresseur 14 telle que mesurée par le capteur 20, soit la valeur P2mes fournie par la connexion 41 et enfin, la valeur de la pression atmosphérique, soit la valeur Patm,mes fournie par la connexion 35. Le signal de sortie du bloc de calcul 34, c'est-à-dire la valeur de consigne de la géométrie du compresseur 14, CGVpos,eons, est transmise par la connexion 42 à un dispositif de régulation 43 de la géométrie du compresseur 14. Le signal de sortie de la régulation 43 transmis par la connexion 44, agit sur la position de la géométrie du compresseur 14. On va maintenant expliciter à partir de la figure 2, le bloc de calcul 25 et le dispositif de régulation 31, qui permettent la régulation de la pression de suralimentation par action sur la géométrie de la turbine 15. La valeur de consigne de la pression de suralimentation P2CO1S est cartographiée dans un bloc 45 mémorisé dans l'unité de commande électronique en fonction du régime de rotation N du moteur thermique et du débit de carburant d. En fonction de ces deux paramètres d'entrée, la cartographie 45 permet donc de déterminer une valeur de consigne pour la pression de suralimentation P2CO1S qui apparaît sur la connexion 46. I1 est cependant préférable de procéder à diverses corrections de cette valeur de consigne en fonction de différents paramètres 11 figure 1 CGVpos, eons. The calculation block 34 receives as input the value of the temperature of the air at the inlet of the compressor 14, as measured by the sensor 12, ie the value Tair, mes by the connection 37, the value of the flow rate. air entering the compressor 14, ie Qair, mes, as measured by the sensor 13, this value coming from the connection 38, the value of the air pressure at the inlet of the compressor 14 measured by the sensor 22, the value Plms transmitted by the connection 39, the value of the air pressure at the outlet of the compressor 14 as measured by the sensor 20, the value P2mes supplied by the connection 41 and finally the value of the pressure the output value of the calculation block 34, that is to say the set value of the geometry of the compressor 14, CGVpos, eons, is transmitted by the connection 42 to a regulator 43 of the geometry of the compressor 14. The signal of the setting of the regulation 43 transmitted by the connection 44, acts on the position of the geometry of the compressor 14. It will now be explained from Figure 2, the calculation block 25 and the control device 31, which allow the regulation of the supercharging pressure by action on the geometry of the turbine 15. The set point of the boost pressure P2CO1S is mapped in a block 45 stored in the electronic control unit as a function of the rotation speed N of the engine and the engine. fuel flow d. As a function of these two input parameters, the map 45 thus makes it possible to determine a setpoint value for the boost pressure P2CO1S that appears on the connection 46. However, it is preferable to carry out various corrections of this setpoint value as a function different parameters
12 d'environnement, et ce de façon à améliorer le fonctionnement du système. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, on a prévu deux corrections : l'une en fonction de la pression atmosphérique, et l'autre en fonction de la température de l'air pénétrant dans le compresseur. Pour effectuer la première correction en fonction de la pression atmosphérique, la valeur de la pression atmosphérique, Patm est amenée à un bloc 47 qui émet un signal de correction par la connexion 48. Une cartographie de la pression de suralimentation en fonction du régime de rotation N du moteur et du débit de carburant d, identique à celle du bloc 45, est incluse dans un bloc 49, qui émet par la connexion 50 un signal amené à un correcteur 51. La correction ainsi obtenue est amenée à un additionneur 52, afin de modifier la valeur de consigne provenant du bloc 45. 12 in order to improve the operation of the system. In the example illustrated in FIG. 2, two corrections are provided: one as a function of the atmospheric pressure, and the other as a function of the temperature of the air entering the compressor. To perform the first correction as a function of the atmospheric pressure, the value of the atmospheric pressure Patm is brought to a block 47 which emits a correction signal via the connection 48. A mapping of the boost pressure as a function of the rotational speed N of the engine and of the fuel flow d, identical to that of the block 45, is included in a block 49, which emits a signal supplied by the connection 50 to a corrector 51. The correction thus obtained is fed to an adder 52 in order to to change the setpoint from block 45.
La deuxième correction est effectuée dans les mêmes conditions, le bloc 53 recevant la température de l'air à l'entrée du compresseur 14 telle que mesurée par le capteur 12 et émettant sur la connexion 54 un signal de correction qui modifie dans le correcteur 55 la valeur de consigne de la pression de suralimentation issue d'une cartographie identique à celle du bloc 45 contenue dans un bloc 56. La valeur ainsi corrigée est amenée à un additionneur 57, qui permet d'appliquer cette deuxième correction à la valeur de consigne de la pression de suralimentation. La valeur de consigne ainsi corrigée P2eons est amenée sur le dispositif de régulation 31, qui comprend un premier additionneur 58 recevant également la valeur mesurée de la pression de suralimentation P2,mes telle que mesurée par le capteur 20. L'écart entre la valeur de consigne et la valeur mesurée est amené par la connexion 59 à un régulateur qui est de préférence du type proportionnel intégral dérivé (PID), référencé 60 sur la figure 2. Le The second correction is performed under the same conditions, the block 53 receiving the temperature of the air at the inlet of the compressor 14 as measured by the sensor 12 and emitting on the connection 54 a correction signal which modifies in the corrector 55 the reference value of the supercharging pressure resulting from a mapping identical to that of the block 45 contained in a block 56. The value thus corrected is fed to an adder 57, which makes it possible to apply this second correction to the set point boost pressure. The setpoint thus corrected P2eons is fed to the regulating device 31, which comprises a first adder 58 also receiving the measured value of the supercharging pressure P2, mes as measured by the sensor 20. The difference between the value of setpoint and the measured value is brought by the connection 59 to a regulator which is preferably of the proportional integral derivative (PID) type, referenced 60 in FIG.
13 signal de sortie du régulateur 60 constitue le signal de commande de la géométrie variable de la turbine 15. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, on a prévu en outre un deuxième additionneur 61 qui reçoit une valeur de prépositionnement de la géométrie de la turbine 15 par la connexion 62. Cette valeur de prépositionnement constitue en quelque sorte une valeur prédéterminée du signal de commande de la géométrie de la turbine 15 pour le point de fonctionnement considéré du moteur. En phase stabilisée du fonctionnement du moteur, cette valeur de prépositionnement constitue la valeur du signal de commande, de sorte que le régulateur 60 n'agit pas. Au contraire, pour les phases transitoires du fonctionnement du moteur, par exemple en cas d'accélération brutale, il est nécessaire de faire intervenir le régulateur 60, la valeur de prépositionnement additionnée dans l'additionneur 61 améliorant cependant la réponse du régulateur. Pour la détermination de la valeur de consigne de la géométrie du compresseur, on va s'appuyer sur la caractéristique principale du compresseur qui est le champ compresseur. On sait en effet, comme indiqué précédemment, que le fonctionnement d'un compresseur peut être défini par une série de courbes dans un repère comportant en abscisses le débit d'air du compresseur, noté Qcomp et en ordonnées le taux de compression du compresseur, noté Pic. Le taux de compression est le rapport de la pression d'air à la sortie du compresseur, soit P2 sur la pression à l'entrée du compresseur, soit Pic. Pz c Sur la figure 3, on a illustré, à titre d'exemple, deux champs compresseur pour le compresseur 14 illustré sur la figure 1 dans deux géométries différentes. Dans la pratique, on prendra en compte bien 13 output signal of the regulator 60 is the control signal of the variable geometry of the turbine 15. In the example illustrated in Figure 2, there is further provided a second adder 61 which receives a prepositioning value of the geometry of the the turbine 15 through the connection 62. This prepositioning value is a kind of predetermined value of the control signal of the geometry of the turbine 15 for the operating point of the engine considered. In the stabilized phase of the motor operation, this prepositioning value constitutes the value of the control signal, so that the regulator 60 does not act. On the contrary, for the transient phases of the operation of the engine, for example in the event of sudden acceleration, it is necessary to use the regulator 60, the prepositioning value added in the adder 61, however, improving the response of the regulator. For the determination of the set value of the geometry of the compressor, we will rely on the main characteristic of the compressor which is the compressor field. It is known, as indicated above, that the operation of a compressor can be defined by a series of curves in a coordinate system comprising, on the abscissa, the air flow rate of the compressor, denoted by Qcomp and on the ordinate the compression ratio of the compressor, noted Pic. The compression ratio is the ratio of the air pressure at the outlet of the compressor, P2 on the pressure at the inlet of the compressor, or Pic. FIG. 3 illustrates, by way of example, two compressor fields for the compressor 14 illustrated in FIG. 1 in two different geometries. In practice, we will take into account
14 entendu, un plus grand nombre de champs compresseur correspondant à toute une échelle de variation de la géométrie. Pour le premier champ compresseur, noté 63 dans son ensemble, on voit apparaître des courbes iso vitesses notées 63a qui représentent la variation du taux de compression Pic en fonction du débit d'air Qcomp pour différentes vitesses de rotation du compresseur. La courbe 63b délimite, sur la gauche par rapport à la figure 3, le champ compresseur, la zone se trouvant sur la gauche de la courbe 63b étant la zone de pompage qu'il est nécessaire d'éviter pour éviter un risque de destruction du compresseur. Dans la zone située au-dessus du champ compresseur, c'est-à-dire au-delà de la vitesse maximale acceptable pour le compresseur, on se trouve dans une zone dite de survitesse, où le compresseur risque également d'être détruit. Enfin, les courbes en pointillés notées 63c sont des courbes iso rendement, les rendements les plus importants étant situés au centre du champ. Pour le deuxième exemple de champ, référencé 64 dans son ensemble, on voit apparaître des courbes iso vitesses 64a, une courbe 64b définissant la limite de pompage du compresseur dans cette géométrie. On a représenté une seule courbe iso rendement 64c correspondant à un rendement proche du maximum pour le compresseur, dans la géométrie correspondant au champ 64. Pour un débit indiqué à titre d'exemple sur la figure 3 QA et un rapport de compression P;A correspondant au point A indiqué sur la figure 3, on voit qu'il est préférable, pour obtenir le meilleur rendement, de choisir la géométrie du compresseur qui correspond au champ compresseur 64 et non pas la géométrie du compresseur qui correspond au champ compresseur 63. Une régulation convenable de la géométrie du compresseur permettant d'utiliser la géométrie correspondant au champ compresseur 64 doit donc être de préférence 14 understood, a greater number of compressor fields corresponding to a whole scale of variation of the geometry. For the first compressor field, denoted 63 in its entirety, iso-velocity curves denoted 63a appear which represent the variation of the compression ratio Pic as a function of the air flow rate Qcomp for different speeds of rotation of the compressor. The curve 63b delimits, on the left with respect to FIG. 3, the compressor field, the zone on the left of the curve 63b being the pumping zone which it is necessary to avoid in order to avoid a risk of destruction of the compressor. In the area above the compressor field, that is to say beyond the maximum acceptable speed for the compressor, one is in a so-called overspeed zone, where the compressor may also be destroyed. Finally, the dotted curves denoted 63c are iso-yield curves, the most important yields being located at the center of the field. For the second example of a field, referenced 64 as a whole, iso-velocity curves 64a appear, a curve 64b defining the pumping limit of the compressor in this geometry. There is shown a single iso yield curve 64c corresponding to a yield close to the maximum for the compressor, in the geometry corresponding to the field 64. For a flow indicated by way of example in FIG. 3 QA and a compression ratio P; A corresponding to the point A shown in Figure 3, it is seen that it is preferable, to obtain the best efficiency, to choose the geometry of the compressor which corresponds to the compressor field 64 and not the geometry of the compressor which corresponds to the compressor field 63. Proper regulation of the geometry of the compressor making it possible to use the geometry corresponding to the compressor field 64 must therefore preferably be
15 obtenue par la commande de l'unité électronique de commande 3 au moyen d'une action du régulateur 43 (figure 1). Une valeur de consigne de la géométrie du compresseur à géométrie variable 14, respectant les champs compresseur, doit de préférence être fonction du débit du compresseur Qcomp et du rapport de compression Pic. En se reportant à la figure 4, on va maintenant décrire un exemple de réalisation permettant une détermination de la valeur de consigne de position de la géométrie du compresseur CGVpos,cons. 15 obtained by the control of the electronic control unit 3 by means of an action of the regulator 43 (Figure 1). A set value of the geometry of the variable geometry compressor 14, respecting the compressor fields, should preferably be a function of the flow rate of the compressor Qcomp and the compression ratio Pic. Referring to Figure 4, will now be described an embodiment for determining the set position value of the geometry of the compressor CGVpos, cons.
La pression en amont du compresseur qui est égale à la pression atmosphérique mesurée Patm,mes est amenée sur l'entrée positive d'un additionneur 65. Cette pression doit faire l'objet d'une correction dans le cas où un filtre à air comme le filtre 10 est monté dans la conduite d'admission d'air, comme indiqué sur la figure 1. Le débit d'air frais mesuré Qair,mes, tel que mesuré par le capteur 13 (figure 1) est amené à l'entrée d'un bloc correcteur 66 qui émet sur sa sortie 67 un signal de correction, fonction de la perte de charge dans le filtre à air 10. Ce signal est amené sur l'entrée négative de l'additionneur 65 qui fournit sur sa sortie la pression amont du compresseur ainsi corrigée, soit la valeur Pic. La pression de suralimentation mesurée P2mes déterminée par le capteur 20 (figurel) est amenée à l'entrée positive d'un deuxième additionneur 68, qui reçoit sur sa deuxième entrée positive 69 un signal de correction en tenant compte de la perte de charge due à l'existence de l'échangeur de chaleur 17, illustré sur la figure 1. Le signal de correction est déterminé par le bloc correcteur 70, qui reçoit sur son entrée la valeur du débit d'air frais mesurée Qair,mes telle que mesurée par le capteur 13. La sortie de l'additionneur 68 donne une valeur égale à la pression aval du compresseur, soit P2c. Les deux valeurs ainsi calculées Pic et P2 sont amenées sur un bloc de calcul 71 qui réalise la division et détermine ainsi le rapport de compression P =Pz c c e Pc Le débit du compresseur, soit Qcomp égal au débit d'air mesuré Qair,mes avec une correction qui prend en compte les conditions de température et de pression à l'entrée du compresseur. On utilise la formule : _ Tair,mes 1 ref Qcomp = Qair, mes' Tref P1 c dans laquelle Tair,mes est la température mesurée en amont du compresseur, Pie est la pression en amont du compresseur, Tref est une température de référence constante, et Pref est une pression de référence constante. Le bloc de calcul 72 reçoit sur l'une de ses entrées 73 la valeur du débit d'air frais mesurée Qair,mes. Le bloc 72 reçoit également sur son entrée 74 la valeur de la température mesurée en amont du compresseur, soit Tair,mes. Enfin, sur son entrée 75, le bloc 72 reçoit la valeur de la pression en amont du compresseur, soit Pie issue de l'additionneur 65. The pressure upstream of the compressor which is equal to the measured atmospheric pressure Patm, mes is brought to the positive input of an adder 65. This pressure must be corrected in the case where an air filter such as the filter 10 is mounted in the air intake duct, as shown in FIG. 1. The measured fresh air flow rate Qair, mes, as measured by the sensor 13 (FIG. 1) is brought to the inlet a corrector block 66 which emits at its output 67 a correction signal, a function of the pressure drop in the air filter 10. This signal is fed to the negative input of the adder 65 which provides on its output the Compressor upstream pressure thus corrected, the value Pic. The measured supercharging pressure P2mes determined by the sensor 20 (figurel) is brought to the positive input of a second adder 68, which receives on its second positive input 69 a correction signal taking into account the pressure drop due to the existence of the heat exchanger 17, illustrated in FIG. 1. The correction signal is determined by the correction block 70, which receives on its input the value of the measured fresh air flow Qair, my as measured by the sensor 13. The output of the adder 68 gives a value equal to the downstream pressure of the compressor, ie P2c. The two values thus calculated Pic and P2 are fed to a calculation block 71 which realizes the division and thus determines the compression ratio P = Pzcce Pc The flow rate of the compressor, ie Qcomp equal to the airflow measured Qair, mes with a correction that takes into account the temperature and pressure conditions at the compressor inlet. We use the formula: _ Tair, my 1 ref Qcomp = Qair, my 'Tref P1 c in which Tair, mes is the temperature measured upstream of the compressor, Pie is the pressure upstream of the compressor, Tref is a constant reference temperature , and Pref is a constant reference pressure. The calculation block 72 receives on one of its inputs 73 the value of the measured fresh air flow Qair, mes. The block 72 also receives on its input 74 the value of the temperature measured upstream of the compressor, ie Tair, mes. Finally, on its input 75, the block 72 receives the value of the pressure upstream of the compressor, ie Pie coming from the adder 65.
La valeur de consigne de position de la géométrie du compresseur à géométrie variable 14 est fonction du débit du compresseur ainsi corrigé Qcomp obtenu à la sortie du bloc de calcul 72 et du rapport de compression P1c. Un bloc 6 contenant une cartographie mémorisée des différents champs compresseurs, c'est-à-dire des zones de fonctionnement admissibles du compresseur selon différentes géométries, reçoit en entrée le débit du compresseur Qcomp tel que calculé par le bloc de calcul 72 et la valeur du rapport de compression Pic établie par le bloc 71. La sortie du bloc 6 est la valeur de consigne The position setpoint value of the geometry of the variable geometry compressor 14 is a function of the compressor speed thus corrected Qcomp obtained at the output of the calculation block 72 and the compression ratio P1c. A block 6 containing a memorized map of the different compressor fields, that is to say the acceptable operating zones of the compressor according to different geometries, receives as input the flow rate of the compressor Qcomp as calculated by the calculation block 72 and the value the compression ratio Pic established by block 71. The output of block 6 is the setpoint
17 CGVpos,eons de la géométrie du compresseur qui est émise sur la connexion 42 à la sortie du bloc de calcul 34, illustré sur la figure 1. Cette valeur de consigne est amenée à l'entrée du régulateur 43, de façon à déterminer le signal de commande plaçant le compresseur 14 dans lagéométrie conforme à la valeur de consigne, ainsi déterminée. Le dispositif de régulation 43 peut comprendre un régulateur , non illustré sur les figures, par exemple un régulateur du type proportionnel intégral dérivé (PID). Le dispositif de régulation 43 reçoit sur son entrée 42 la valeur de consigne élaborée dans le bloc 34 comme indiqué précédemment et la valeur mesurée de la position de la géométrie du compresseur 14 telle que mesurée par le capteur 23, soit la valeur CGVpos,mes. Le signal de sortie du dispositif de régulation 43 constitue le signal de commande pour agir sur la géométrie du compresseur 14. CGVpos, eons of the geometry of the compressor which is transmitted on the connection 42 to the output of the calculation block 34, illustrated in Figure 1. This setpoint is brought to the input of the regulator 43, so as to determine the control signal placing the compressor 14 in the metometry according to the set value, thus determined. The regulator device 43 may comprise a regulator, not shown in the figures, for example a derivative integral proportional type regulator (PID). The control device 43 receives on its input 42 the set value developed in the block 34 as indicated above and the measured value of the position of the geometry of the compressor 14 as measured by the sensor 23, the value CGVpos, mes. The output signal of the regulating device 43 constitutes the control signal for acting on the geometry of the compressor 14.
Comme c'était le cas pour le dispositif de régulation 31 agissant sur la turbine 15, on peut prévoir l'adjonction d'une valeur de prépositionnement qui permet de simplifier la régulation, en particulier dans les phases de fonctionnement stabilisées et d'améliorer la réponse lors des phases transitoires.20 As was the case for the regulating device 31 acting on the turbine 15, provision can be made for the addition of a prepositioning value which makes it possible to simplify the regulation, in particular in the stabilized operating phases, and to improve the response during transitional phases.20
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