FR2944317A3 - GAS INTAKE AND EXHAUST SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF A MOTOR VEHICLE - Google Patents
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Abstract
Description
SYSTEME D'ADMISSION ET D'ECHAPPEMENT DE GAZ D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE DE VEHICULE AUTOMOBILE DOMAINE DE L'INVENTION GAS INTAKE AND EXHAUST SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF A MOTOR VEHICLE FIELD OF THE INVENTION
La présente invention a trait aux systèmes de recirculation des gaz d'échappement à boucles basse et haute pression dans un moteur à combustion interne de véhicule automobile, et plus particulièrement à la gestion de l'impact d'une telle recirculation sur le fonctionnement de dispositifs de dépollution des gaz d'échappement dont le fonctionnement est impacté par celui de la recirculation des gaz d'échappement. The present invention relates to low and high pressure loop exhaust recirculation systems in a motor vehicle internal combustion engine, and more particularly to the management of the impact of such recirculation on the operation of devices. of exhaust gas pollution whose operation is impacted by that of the recirculation of the exhaust gas.
ETAT DE LA TECHNIQUE Sur la figure 1, un moteur de véhicule automobile à combustion interne de l'état de la technique est illustré sous la référence générale 10. STATE OF THE ART In FIG. 1, an internal combustion engine vehicle engine of the state of the art is illustrated under the general reference 10.
Le moteur 10 comporte un bloc cylindre 12, alimenté en gaz frais par un collecteur d'admission 14 et dont les gaz d'échappement sont collectés au niveau d'un collecteur 20 d'échappement 16. The engine 10 comprises a cylinder block 12, supplied with fresh gas by an intake manifold 14 and whose exhaust gas is collected at an exhaust manifold 16.
L'air est admis dans le moteur 10 via une entrée d'air 18 et, après passage par un filtre à air 20, est dirigé en entrée de la partie compresseur 22 d'un turbocompresseur à géométrie variable 24 pour y être compressé. La sortie de la partie compresseur 22 est par 25 ailleurs reliée au collecteur d'admission 14 au travers d'un échangeur de chaleur 26 refroidissant les gaz compressés. The air is admitted into the engine 10 via an air inlet 18 and, after passing through an air filter 20, is directed at the inlet of the compressor part 22 of a variable geometry turbocharger 24 to be compressed. The outlet of the compressor part 22 is also connected to the intake manifold 14 through a heat exchanger 26 cooling the compressed gases.
Une boucle de recirculation des gaz d'échappement haute pression 30 est en outre prévue et comporte une dérivation 32, reliant la sortie 34 du collecteur d'échappement 16 à 30 l'entrée 36 du collecteur d'admission 14, ainsi qu'une vanne pilotable 38 réglant le débit des gaz d'échappement recirculés par cette boucle haute pression 30. A high pressure exhaust gas recirculation loop 30 is further provided and includes a bypass 32 connecting the outlet 34 of the exhaust manifold 16 to the inlet manifold inlet 36 and a valve controllable valve 38 regulating the flow of exhaust gases recirculated by this high pressure loop 30.
La partie turbine 40 du turbocompresseur à géométrie variable 24 est quant à elle montée en aval de la dérivation haute pression 30 et fournit l'énergie au compresseur 22 par la 35 détente des gaz d'échappement. Comme cela est connu en soit, la partie turbine 40 comporte des ailettes orientables pour modifier le débit et la pression des gaz vers la turbine proprement dite afin notamment d'augmenter la réactivité du compresseur 22 dans les bas régimes. The turbine portion 40 of the variable geometry turbocharger 24 is in turn mounted downstream of the high pressure bypass 30 and supplies the energy to the compressor 22 by the expansion of the exhaust gas. As is known in itself, the turbine portion 40 comprises orientable vanes for modifying the flow rate and the pressure of the gases towards the turbine itself, in particular to increase the reactivity of the compressor 22 at low speeds.
Un dispositif de traitement des gaz d'échappement 42, tel qu'un catalyseur d'oxydation ou un piège à oxydes d'azote (ou NOx), est en outre prévu en aval de la partie turbine 40. La sortie du dispositif 42 est reliée à la sortie d'échappement 44 du véhicule ainsi qu'à une boucle de recirculation basse pression 46 des gaz d'échappement. An exhaust gas treatment device 42, such as an oxidation catalyst or a nitrogen oxide trap (or NOx), is further provided downstream of the turbine portion 40. The output of the device 42 is connected to the exhaust outlet 44 of the vehicle and to a low pressure recirculation loop 46 of the exhaust gas.
Cette boucle de recirculation basse pression 46 comporte une dérivation 48, reliant la sortie du dispositif 42 à l'entrée de la partie compresseur 22, un échangeur 50 pour le refroidissement des gaz circulant dans la dérivation 48, et une vanne pilotable 52 réglant le débit des gaz dans la dérivation 48. This low pressure recirculation loop 46 comprises a bypass 48, connecting the output of the device 42 to the inlet of the compressor part 22, an exchanger 50 for cooling the gases flowing in the bypass 48, and a controllable valve 52 regulating the flow gases in the bypass 48.
Comme cela est connu en soi, la recirculation des gaz d'échappement à pour effet de diminuer la génération de polluants, notamment les NOx, alors que la suralimentation produite par le turbocompresseur augmente la puissance du moteur. As is known per se, the recirculation of the exhaust gas has the effect of reducing the generation of pollutants, including NOx, while the turbocharging produced by the turbocharger increases the power of the engine.
De manière connue en soi, le pilotage des vannes 38 et 52 des boucles basse et haute pression et de la portion turbine 40 est réalisé en fonction de la mesure de la température T~1 mes et de la pression Pool mes des gaz dans le collecteur d'admission 14, délivrés respectivement par un capteur de température 54 et un capteur de pression 56 agencés dans le collecteur 14, et la mesure du débit d'air entrant Qair mes, délivrée par un débitmètre 58 monté en sortie du filtre à air 20. In a manner known per se, the control of the valves 38 and 52 of the low and high pressure loops and the turbine portion 40 is carried out as a function of the measurement of the temperature T ~ 1 mes and Pool me gas pressure in the collector intake 14, respectively delivered by a temperature sensor 54 and a pressure sensor 56 arranged in the manifold 14, and the measurement of the incoming airflow Qair mes, delivered by a flowmeter 58 mounted at the outlet of the air filter 20 .
Ce pilotage des vannes 38 et 52 et de la partie turbine 40, mis en oeuvre par une unité de traitement d'informations 60 connectées à celle-ci et aux capteurs 54, 56, 58, vise essentiellement à contrôler les masses d'air et de gaz brûlés entrant dans les cylindres ainsi que la température et la pression de ces gaz. Usuellement des consignes pour la pression et la température des gaz dans le collecteur ainsi qu'une consigne pour le débit d'air entrant sont déterminées a priori et mémorisées dans des cartographies en fonction de valeurs de régime et de couple moteur. La commande des vannes 38, 52 et de la partie turbine 40 vise alors à obtenir lesdites consignes. On pourra par exemple se reporter au document US 2007/0079614 pour un tel pilotage de l'état de la technique. This control of the valves 38 and 52 and the turbine part 40, implemented by an information processing unit 60 connected thereto and to the sensors 54, 56, 58, essentially aims at controlling the air masses and burnt gases entering the cylinders as well as the temperature and pressure of these gases. Usually setpoints for the pressure and temperature of the gases in the manifold and a setpoint for the incoming air flow are determined a priori and stored in maps according to engine speed and torque values. The control of the valves 38, 52 and the turbine part 40 then aims to obtain said instructions. For example, reference may be made to document US 2007/0079614 for such control of the state of the art.
Toutefois, un dispositif de traitement des gaz d'échappement, tel qu'un catalyseur d'oxydation ou un piège à NOx, nécessite d'être amorcé pour un fonctionnement présentant un minimum d'efficacité. Ceci signifie notamment que la température et le débit volumique des gaz en entrée de celui-ci présentent des valeurs minimales. L'efficacité d'un catalyseur d'oxydation, par exemple en termes de taux d'hydrocarbures imbrûlés traités (notamment du HC et du CO), est représentée à la figure 2. Comme cela est visible sur cette figure, l'efficacité du catalyseur d'oxydation dépend à la fois de la température et du débit des gaz entrant dans celui-ci. Notamment, l'efficacité du catalyseur augmente lorsque la température augmente et le lorsque le débit diminue. Il convient ainsi de respecter des gammes de températures et de débits pour un fonctionnement à minima du catalyseur, une remarque similaire pouvant être faite pour un piège à NOx. However, an exhaust gas treatment device, such as an oxidation catalyst or a NOx trap, needs to be primed for operation with a minimum of efficiency. This means in particular that the temperature and the volume flow rate of the gases at the inlet thereof have minimum values. The effectiveness of an oxidation catalyst, for example in terms of treated unburned hydrocarbon levels (in particular HC and CO), is represented in FIG. 2. As can be seen in this figure, the efficiency of the Oxidation catalyst depends both on the temperature and the flow rate of the gases entering it. In particular, the effectiveness of the catalyst increases as the temperature increases and when the flow rate decreases. It is thus necessary to respect ranges of temperatures and flow rates for minimum catalyst operation, a similar remark can be made for a NOx trap.
Toutefois, il apparaît souvent des situations de désamorçage du dispositif de traitement, et plus particulièrement dans les situations transitoires. En effet, l'évolution de la température des gaz dans le collecteur d'admission étant lente par rapport à l'évolution de la pression de ceux-ci et du débit d'air entrant, le suivi des consignes en transitoire peut entraîner de mauvaises conditions en entrée du dispositif de traitement et même un désamorçage de ce dernier. Par exemple, consécutivement à l'appui sur la pédale d'accélérateur par le conducteur, le suivi de la consigne de température peut entrainer une trop grande fermeture de la vanne de la boucle haute pression, ce qui augmente le débit de gaz d'échappement en entrée du dispositif de traitement et diminue ainsi son efficacité. However, there are often situations of defusing the treatment device, and more particularly in transient situations. Indeed, since the evolution of the temperature of the gases in the intake manifold is slow compared to the evolution of the pressure of these and the flow of air entering, the follow-up of the transient instructions can lead to bad input conditions of the treatment device and even a defusing of the latter. For example, following the driver pressing the accelerator pedal, monitoring the temperature setpoint may cause the high-pressure loop valve to close too much, which increases the exhaust gas flow rate. at the input of the treatment device and thus decreases its effectiveness.
Usuellement, les constructeurs font un compromis entre un suivi satisfaisant des consignes et un fonctionnement satisfaisant du dispositif de traitement. L'arbitrage entre ces contraintes antagonistes dépend généralement des contraintes réglementaires en vigueur. Usually, the manufacturers make a compromise between a satisfactory follow-up of the instructions and a satisfactory operation of the processing device. The arbitration between these conflicting constraints generally depends on the regulatory constraints in force.
Sur ce point, on pourra par exemple se référer au document WO 2007/085944 qui décrit l'influence de la boucle haute pression sur les performances d'un catalyseur d'oxydation. Ce document divulgue notamment un pilotage des vannes 38 et 52 lors d'un lâcher de pied pour assurer que la température du catalyseur d'oxydation reste dans une plage satisfaisante, tout en relâchant les contraintes sur le suivi des consignes. On this point, one can for example refer to WO 2007/085944 which describes the influence of the high pressure loop on the performance of an oxidation catalyst. This document notably discloses a control of the valves 38 and 52 during a release of foot to ensure that the temperature of the oxidation catalyst remains in a satisfactory range, while releasing the constraints on the follow-up of the instructions.
EXPOSE DE L'INVENTION SUMMARY OF THE INVENTION
Le but de la présente invention est de proposer un système turbocompressé à boucles haute et basse pression de recirculation des gaz d'échappement de moteur à combustion interne qui amoindrit l'antagonisme entre le suivi de consigne et l'efficacité du dispositif de post-traitement, permettant ainsi à la fois d'obtenir une suralimentation du moteur et un traitement des gaz plus efficace. The object of the present invention is to provide a turbocharged system with high and low pressure loops for recirculating the exhaust gases of an internal combustion engine which reduces the antagonism between the setpoint tracking and the efficiency of the aftertreatment device. thus allowing both engine over-fueling and more efficient gas handling.
A cet effet, l'invention a pour objet un système d'admission et d'échappement de gaz d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comportant : ^ une entrée d'air ; ^ un turbocompresseur à géométrie variable dont la partie turbine est agencée en sortie du collecteur d'échappement du moteur et dont la partie compresseur est agencée entre l'entrée d'air et l'entrée du collecteur d'admission du moteur ; ^ un dispositif de traitement des gaz d'échappement agencé entre la partie turbine du turbocompresseur et la sortie d'échappement du véhicule et nécessitant des conditions prédéterminées de température et/ou de débit de gaz pour un fonctionnement satisfaisant ; ^ une boucle de recirculation haute pression des gaz d'échappement, comportant une dérivation entre la sortie du collecteur d'échappement et l'entrée du collecteur d'admission, et une vanne pilotable agencée dans ladite dérivation ; ^ une boucle de recirculation basse pression des gaz d'échappement, comportant une dérivation entre la sortie du dispositif de traitement et l'entrée d'air, et une vanne pilotable agencée dans ladite dérivation ; et ^ un capteur de débit pour la mesure du débit d'air entrant ; ^ un capteur de température pour la mesure de la température des gaz dans le collecteur d'admission ; ^ un capteur de pression pour la mesure de la pression des gaz dans le collecteur d'admission ; et ^ une unité de commande des vannes des boucles hautes pression et basse pression et de la partie turbine du turbocompresseur en fonction des mesures des capteurs de débit, de température et de pression. For this purpose, the subject of the invention is an intake and exhaust gas system of an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising: an air inlet; a variable geometry turbocharger, the turbine portion of which is arranged at the outlet of the exhaust manifold of the engine and the compressor portion of which is arranged between the air intake and the inlet of the engine intake manifold; an exhaust treatment device arranged between the turbine portion of the turbocharger and the vehicle exhaust outlet and requiring predetermined temperature and / or gas flow conditions for satisfactory operation; a high pressure exhaust gas recirculation loop, having a bypass between the exhaust manifold outlet and the intake manifold inlet, and a controllable valve arranged in said manifold; a low-pressure exhaust gas recirculation loop, having a bypass between the output of the treatment device and the air inlet, and a controllable valve arranged in said bypass; and a flow sensor for measuring the flow of incoming air; a temperature sensor for measuring the temperature of the gases in the intake manifold; a pressure sensor for measuring the gas pressure in the intake manifold; and a control unit for the valves of the high pressure and low pressure loops and turbocharger turbine part as a function of the measurements of the flow rate, temperature and pressure sensors.
Selon l'invention, ce système comporte en outre une vanne pilotable agencée dans la sortie d'échappement du véhicule, ladite unité de commande étant apte à piloter ladite vanne en fonction des mesures desdits capteurs. According to the invention, this system further comprises a controllable valve arranged in the exhaust outlet of the vehicle, said control unit being able to control said valve according to the measurements of said sensors.
En d'autres termes, une vanne est ajoutée en sortie d'échappement. Deux actionneurs sont ainsi présents dans le système pour répartir les débits entre l'échappement et la boucle basse pression de recirculation des gaz d'échappement. Lorsque ces deux actionneurs ne sont pas en butée, il est ainsi obtenu un degré de liberté supplémentaire car le système se caractérise alors par trois consignes à suivre, c'est-à-dire le débit d'air entrant, la température et la pression des gaz dans le collecteur d'admission, et quatre actionneurs, c'est-à-dire les vannes des boucles haute et basse pression, la partie turbine et la vanne en sortie d'échappement. In other words, a valve is added at the exhaust outlet. Two actuators are thus present in the system to distribute the flow rates between the exhaust and the low pressure recirculation loop of the exhaust gases. When these two actuators are not in abutment, it is thus obtained an additional degree of freedom because the system is then characterized by three instructions to follow, that is to say the inflow of air, temperature and pressure. gases in the intake manifold, and four actuators, that is to say the valves of the high and low pressure loops, the turbine part and the valve at the exhaust outlet.
Selon des modes de réalisation de l'invention, le système comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. L'unité de commande est apte à mettre en oeuvre une loi de commande linéaire quadratique pour piloter les vannes et la partie turbine en fonction des mesures de température, pression et de débit. L'unité de commande comprend : According to embodiments of the invention, the system comprises one or more of the following features. The control unit is able to implement a quadratic linear control law for controlling the valves and the turbine part as a function of the temperature, pressure and flow rate measurements. The control unit comprises:
^ des premiers moyens de calcul d'un signal de commande de la vanne de la bouche haute pression, d'un signal de commande de la partie turbine et d'un signal de first means for calculating a control signal of the valve of the high pressure mouth, a control signal of the turbine part and a signal of
commande de la vanne de la boucle basse pression en fonction des mesures de valve control of the low pressure loop according to the measurements of
température, pression et débit ; et temperature, pressure and flow; and
^ des deuxièmes moyens de calcul d'un signal de commande de la vanne en sortie second means for calculating a control signal of the outlet valve
d'échappement en fonction du signal de commande de la vanne de la bouche basse pression de manière à fermer la vanne en sortie d'échappement à mesure que la based on the control signal of the valve of the low pressure mouth so as to close the valve at the exhaust outlet as the
vanne de la boucle basse pression s'ouvre. Notamment : Low pressure loop valve opens. Especially :
^ les premiers moyens de calcul comprennent : the first calculation means comprise:
o un premier bloc de calcul du signal de commande de la vanne de la bouche haute pression, du signal de commande de la partie turbine, et d'une consigne de débit pour la boucle basse pression en fonction des mesures de température, pression et débit ; a first block for calculating the control signal of the valve of the high-pressure mouth, the control signal of the turbine part, and a flow setpoint for the low-pressure loop as a function of the temperature, pressure and flow rate measurements; ;
o un deuxième bloc de calcul d'un signal de commande non saturé pour la vanne o a second block of calculation of an unsaturated control signal for the valve
de la boucle basse pression en fonction de la consigne de débit et d'une mesure ou une estimation du débit dans la boucle basse pression en mettant en oeuvre un asservissement de ladite consigne sur ladite mesure ou estimation de débit ; the low pressure loop as a function of the flow setpoint and a measurement or estimation of the flow rate in the low pressure loop by implementing a servo-control of said setpoint on said measurement or flow rate estimation;
o un bloc de saturation du signal de commande non saturé pour former le signal de commande de la vanne de la boucle basse pression, et o a saturation block of the unsaturated control signal to form the control signal of the valve of the low-pressure loop, and
^ les seconds moyens de calcul sont aptes à calculer le signal de commande de la vanne en sortie d'échappement comme étant une fonction décroissante de la différence entre le signal de commande de la vanne de la boucle basse pression et le signal de commande saturé de celle-ci. the second calculation means are able to calculate the control signal of the valve at the exhaust outlet as a decreasing function of the difference between the control signal of the valve of the low pressure loop and the control signal saturated with it.
Les seconds moyens de calcul sont aptes à calculer le signal de commande de la vanne en sortie d'échappement selon la relation : brut ù \ Uech = ù 1 ù a(Uegr bp Uegr bp ) où Ueeh est le signal de commande de la vanne en sortie d'échappement, Uegrtbp est le signal de commande non saturé de la vanne de la boucle basse pression, Uegr bp est le signal de commande de la vanne de la boucle basse pression, et a est un paramètre 5 positif prédéterminé réglant la vitesse de fermeture de la vanne en sortie d'échappement. The second calculation means are capable of calculating the control signal of the valve at the exhaust outlet according to the relationship: ## EQU1 ## where Ueeh is the control signal of the valve at the exhaust outlet, Uegrtbp is the unsaturated control signal of the low-pressure loop valve, Uegr bp is the control signal of the low-pressure loop valve, and a is a predetermined positive-speed setting parameter. closing the valve at the exhaust outlet.
L'asservissement de la consigne de débit est du type PID. The enslavement of the flow instruction is of the PID type.
10 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en relation avec les dessins annexés, dans lesquels des références identiques désignent des éléments identiques ou analogues, et dans 15 lesquels : ^ la figure 1 est une vue schématique d'un système d'admission et d'échappement d'un moteur à combustion interne à double boucle de recirculation de gaz d'échappement de l'état de la technique, déjà discuté ci-avant ; ^ la figure 2 est un graphique de courbes illustrant la relation entre l'efficacité d'un 20 catalyseur d'oxydation et la température et le débit volumique des gaz d'échappement en entrée de celui-ci, déjà discuté ci-avant ; ^ la figure 3 est une vue schématique d'un système d'admission et d'échappement d'un moteur à combustion interne à double boucle de recirculation de gaz d'échappement selon l'invention ; 25 ^ la figure 4 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation selon l'invention d'une unité de commande des vannes et de la partie turbine du système de la figure 3 ; et ^ la figure 5 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation selon l'invention d'une unité de commande des vannes et de la partie turbine du système 30 de la figure 3. The invention will be better understood on reading the following description, given solely by way of example, and with reference to the appended drawings, in which like references designate identical or similar elements, and in which: FIG. 1 is a diagrammatic view of an intake and exhaust system of an exhaust gas recirculation double circulation internal combustion engine of the state of the art already discussed above; Fig. 2 is a graph of curves illustrating the relationship between the efficiency of an oxidation catalyst and the temperature and volume flow rate of the inlet exhaust gas thereof, already discussed above; FIG. 3 is a schematic view of an intake and exhaust system of an internal combustion engine with a double exhaust gas recirculation loop according to the invention; FIG. 4 is a schematic view of a first embodiment according to the invention of a control unit for the valves and the turbine part of the system of FIG. 3; and FIG. 5 is a schematic view of a second embodiment according to the invention of a control unit for the valves and the turbine part of the system 30 of FIG. 3.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
35 La figure 3 illustre schématiquement un système 70 d'admission et d'échappement d'un moteur à combustion interne turbocompressé et à double boucle de recirculation des gaz d'échappement selon l'invention. FIG. 3 schematically illustrates a system 70 for admitting and exhausting a turbocharged internal combustion engine with a double exhaust gas recirculation loop according to the invention.
Le système 70 diffère essentiellement de celui de l'état de la technique décrit en relation avec la figure 1 en ce qu'une vanne pilotable 72 est agencée en sortie d'échappement, c'est-à-dire en aval de la boucle basse pression de recirculation 46, et par l'unité de traitement d'informations 74 qui commande les vannes 38, 52 et 72 ainsi que la partie turbine 40 en fonction des mesures de température et de pression des capteurs 54, 56 et de débit d'air du capteur 58. The system 70 differs essentially from that of the state of the art described in connection with FIG. 1 in that a controllable valve 72 is arranged at the exhaust outlet, that is to say downstream of the low loop. recirculation pressure 46, and by the information processing unit 74 which controls the valves 38, 52 and 72 as well as the turbine portion 40 as a function of the temperature and pressure measurements of the sensors 54, 56 and the flow rate. sensor air 58.
La figure 4 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation de l'unité de traitement d'informations 74, les blocs représentés à la figure 4 représentent par exemple 10 des fonctions logicielles mises en oeuvre par celle-ci. FIG. 4 is a schematic view of a first embodiment of the information processing unit 74, the blocks represented in FIG. 4 represent, for example, the software functions implemented by this unit.
Selon ce premier mode de réalisation, l'unité 74 met en oeuvre une commande linéaire quadratique, ou commande LQ . Elle comprend un bloc 80 formant cartographie recevant en entrée les valeurs du régime N et du couple moteur C et évaluant en fonction 15 de celles-ci une cartographie prédéterminée pour déterminer les consignes de débit d'air entrant Qair cons, de pression dans le collecteur d'admission 14 Pool cons, et de température dans le collecteur d'admission Taoi cons. According to this first embodiment, the unit 74 implements a quadratic linear control, or LQ command. It comprises a block 80 forming a map receiving as input the values of the speed N and the engine torque C and evaluating, according to these, a predetermined map for determining the setpoints of the incoming air flow Qair cons, pressure in the collector intake 14 Pool cons, and temperature in intake manifold Taoi cons.
Un soustracteur 82, connecté au bloc 80 formant cartographie, forme la différence entre 20 le vecteur des consignes (Qair cons, Pool cons, Pool eons)T et le vecteur (Qair mes, Pool mes, Teoi mes)T des mesures correspondantes de débit d'air, de pression et de température dans le collecteur d'admission 14, le symbole T représentant ici la transposée. A subtracter 82, connected to the mapping block 80, forms the difference between the setpoint vector (Qair cons, Pool cons, Pool eons) T and the vector (Qair mes, Pool mes, Teem mes) T corresponding flow measurements. air, pressure and temperature in the intake manifold 14, the symbol T here representing the transposed.
La différence entre ces vecteurs est alors intégrée par un intégrateur 84, puis multipliée 25 par un gain matriciel 86 de valeur prédéterminée L1 de dimension 3*3. Un soustracteur 88 reçoit par ailleurs un vecteur L2X et soustrait celui-ci de la sortie du gain 86 pour former le vecteur (Uegr hp, Uegr bp, Ueeh, Ugt)T du signal de commande Uegr hp de la vanne 38 de la boucle haute pression 30, du signal de commande Uegr bp de la vanne 52 de la boucle basse pression 46, du signal de commande Uech de la vanne 75 en sortie 30 d'échappement et du signal de commande Ugt de la partie turbine 40 du turbocompresseur à géométrie variable 24. The difference between these vectors is then integrated by an integrator 84, then multiplied by a matrix gain 86 of predetermined value L1 of dimension 3 * 3. A subtracter 88 also receives a vector L2X and subtracts it from the output of the gain 86 to form the vector (Uegr hp, Uegr bp, Ueeh, Ugt) T of the control signal Uegr hp of the valve 38 of the high loop. pressure 30, the control signal Uegr bp of the valve 52 of the low-pressure loop 46, the control signal Uech of the valve 75 at the exhaust outlet and the control signal Ugt of the turbine portion 40 of the turbocharger with geometry variable 24.
Un estimateur d'état 90 reçoit par ailleurs le vecteur (Uegr hp, Uegr bp, Ueeh, Ugt)T des signaux de commande et le vecteur (Qah mes, Pool mes, Teoi mes)T des mesures et estime le 35 vecteur d'état x d'un modèle linéaire prédéterminé du système d'admission et d'échappement ayant pour entrée les commandes (Uegr hp, Uegr bp, Ueeh, Ugt)T et pour sortie les mesures (Qah mes, Pool mes, Tcoi mes)T selon les relations : x=Ax+Bu y=Cx où u est le vecteur des signaux de commande, y est le vecteur des mesures, A est une 5 matrice carrée prédéterminée de dimension n*n, B est une matrice prédéterminée de dimension 4*n et C est une matrice prédéterminée de dimension n*3. A state estimator 90 also receives the vector (Uegr hp, Uegr bp, Ueeh, Ugt) T of the control signals and the vector (Qah mes, Pool mes, Teoi mes) T of the measurements and estimates the vector of state x of a predetermined linear model of the intake and exhaust system having for input the commands (Uegr hp, Uegr bp, Ueeh, Ugt) T and output measures (Qah mes, Pool mes, Tcoi mes) T according to the relationships: x = Ax + Bu y = Cx where u is the vector of the control signals, y is the vector of measurements, A is a predetermined square matrix of dimension n * n, B is a predetermined matrix of dimension 4 * n and C is a predetermined matrix of dimension n * 3.
Un gain matriciel 92 de valeur prédéterminée L2 de dimension n*3 est en outre connecté à l'estimateur 90 et multiplie l'estimation î du vecteur d'état par le gain L2 pour former 10 le vecteur L2X en entrée du soustracteur 88. L'unité 74 de traitement d'informations calcule ainsi un vecteur (Uegr hp, Uegr bp, Uech, Ut)T de signaux de commande selon la relation : 15 L' estimateur 90 met par exemple en oeuvre un filtrage de Kalman pour estimer le vecteur d'état x, et les gains matriciels L1 et L2 sont obtenues lors de la synthèse de la loi de commande LQ et permettent notamment de régler l'importance relative des actionneurs 20 du système, comme cela est connu en soi de l'état de la technique. A matrix gain 92 of predetermined value L2 of dimension n * 3 is further connected to the estimator 90 and multiplies the estimate of the state vector by the gain L2 to form the vector L2X at the input of the subtractor 88. The information processing unit 74 thus calculates a vector (Uegr hp, Uegr bp, Uech, Ut) T of control signals according to the relationship: The estimator 90 uses, for example, Kalman filtering to estimate the vector. state x, and the matrix gains L1 and L2 are obtained during the synthesis of the LQ control law and allow in particular to adjust the relative importance of the actuators 20 of the system, as is known per se of the state of the technique.
La figure 5 est une vue schématique d'un second mode de réalisation de l'unité 74 de traitement d'informations. Fig. 5 is a schematic view of a second embodiment of the information processing unit 74.
25 L'unité 74 comporte, comme pour le premier mode de réalisation décrit ci-dessus, un bloc 80 formant cartographie déterminant en fonction des valeurs du régime et du couple moteur le vecteur des consignes (Q P T air cons, col cons, col cons)T. The unit 74 comprises, as for the first embodiment described above, a block 80 forming a map determining according to the values of the speed and the engine torque the vector of the instructions (QPT air cons, col cons, col cons) T.
L'unité 74 comporte également un bloc de commande 100 recevant le vecteur des 30 consignes (Qair cons, Pcoi cons, Tcoi cons)T ainsi que le vecteur des mesures (Qair mes, Peoi mes, Tcoi mes)T et déterminant en fonction de ceux-ci un premier vecteur de trois signaux de commande, à savoir les signaux de commande Uegr hp et de la vanne 30 de la boucle haute pression 30 et de la partie turbine 40, ainsi qu'un signal de commande intermédiaire Qegr_bp_cons du débit volumique de la boucle basse pression 46. (U \ egr hp (/Q\ ( air cons V A _ `C mes Uegrbp L1 f Pcol cons Pcol mes ù L2x Uech \ \ Tcolcons / \ T U col mes / 35 Le bloc de commande 100 met en oeuvre une commande carrée à trois consignes et trois signaux de commande, tel qu'une commande du type observateur retour d'état par exemple, de manière à satisfaire aux contraintes classiques de l'alimentation en gaz du moteur. La consigne Qegr_bp_cons de débit de la boucle basse pression 46 est quant à elle satisfaite par la commande des vannes 58 de la boucle basse pression 46 et de la vanne 72 en sortie d'échappement.The unit 74 also comprises a control block 100 receiving the vector of the setpoints (Qair cons, Pcoi cons, Tcoi cons) T as well as the vector of the measurements (Qair mes, Peoi mes, Tcoi mes) T and determining according to these a first vector of three control signals, namely the control signals Uegr hp and the valve 30 of the high-pressure loop 30 and the turbine part 40, as well as an intermediate control signal Qegr_bp_cons of the volume flow rate of the low-pressure loop 46. (U \ egr hp (/ Q \ (air cons VA _ `C my Uegrbp L1 f Pcol cons Pcol mes ù L2x Uech \ \ Tcolcons / \ TU columns / 35 The command block 100 sets implementing a square control with three setpoints and three control signals, such as a control of the status return observer type for example, so as to satisfy the conventional constraints of the engine gas supply The flow instruction Qegr_bp_cons of the low-pressure loop 46 is satisfied by the controlling the valves 58 of the low pressure loop 46 and the valve 72 at the exhaust outlet.
10 Plus particulièrement, l'unité 74 comporte en outre un soustracteur 102 recevant la consigne de débit Qegr_bp_cons ainsi qu'une estimation Qegr_bp_est du débit volumique dans la boucle basse pression 46 et formant la différence Qegr_bp_cons - Qegr bp est entre celles-ci, ainsi qu'un correcteur proportionnel intégral dérivé (PID) 104 recevant ladite différence. La sortie du PID forme ainsi un signal de commande brut Uegrtbp de la vanne 58, c'est- 15 à-dire sans prise en compte de son domaine de fonctionnement. L'estimation Qegr_bp_est du débit volumique de la boucle basse pression est obtenue d'une manière connue en soi, par exemple à l'aide d'un estimateur de Kalman ou d'un observateur d'état se fondant sur un modèle linéaire du système ayant pour entrée le vecteur (Ueg hp, Qegr bp, U,gt)T, la vanne d'échappement 72 étant considérée comme complètement ouverte, et pour sortie le 20 vecteurs des mesures (Qair mes, Peoi mes, Teol mes)T. En variante, un débitmètre est agencé dans la dérivation 48 de la boucle basse pression 46 en amont de l'échangeur 50. Le PID est connecté à un bloc de saturation 106 qui sature le signal de commande brut Uegrtbp sur des valeurs correspondant aux ouvertures minimales et maximales de la vanne 25 58 pour former le signal de commande Uegr bp délivré à la vanne 58. Le signal de commande Uech de la vanne 72 en sortie d'échappement est quant à lui formé à l'aide de deux soustracteurs 108, 110, d'un gain unitaire 112 et d'un gaina 114 selon la relation : = 77 brut Uech ù 1 ù a(Uegr bp ù Uegr bp ) où a est un paramètre positif prédéterminé réglant la vitesse de fermeture de la vanne 72 en sortie d'échappement. Comme on peut ainsi le noter, tant que la vanne 58 de la boucle basse pression n'est pas en saturation haute, c'est-à-dire complètement ouverte, la vanne 72 en sortie d'échappement reste complètement ouverte également. Une fois la vanne 58 en saturation 30 35 haute toute demande supplémentaire de débit ne peut être satisfaite, Uegr bp restant par ailleurs constant et égal à la valeur de saturation haute. Par contre, cette demande supplémentaire de débit se traduit par un signal Uegrtbp augmentant au-delà de la valeur de saturation haute. Le signal Uech diminue alors, c'est-à-dire que la vanne 72 en sortie 5 d'échappement se ferme. Le débit de gaz, qui initialement était évacué à l'extérieur de véhicule par la sortie d'échappement, se retrouve ainsi dévié vers la boucle basse pression, ce qui équivaut donc à modifier la perte de charge de l'échappement pour retrouver de la liberté de contrôle sur la branche basse pression.More particularly, the unit 74 further comprises a subtracter 102 receiving the flow instruction Qegr_bp_cons as well as an estimate Qegr_bp_est of the volume flow in the low pressure loop 46 and forming the difference Qegr_bp_cons - Qegr bp is between these, as well as a derivative integral proportional corrector (PID) 104 receiving said difference. The output of the PID thus forms a raw control signal Uegrtbp of the valve 58, that is to say without taking into account its operating range. The estimate Qegr_bp_est of the volume flow of the low pressure loop is obtained in a manner known per se, for example using a Kalman estimator or a state observer based on a linear model of the system. having for input the vector (Ueg hp, Qegr bp, U, gt) T, the exhaust valve 72 being considered completely open, and for output the vectors of the measurements (Qair mes, Peoi mes, Teol mes) T. Alternatively, a flowmeter is arranged in the branch 48 of the low pressure loop 46 upstream of the exchanger 50. The PID is connected to a saturation block 106 which saturates the raw control signal Uegrtbp to values corresponding to the minimum openings. and maximum of the valve 58 to form the control signal Uegr bp delivered to the valve 58. The control signal Uech of the valve 72 at the exhaust outlet is formed with the aid of two subtractors 108, 110 , a unit gain 112 and a gain 114 in the ratio: = 77 raw Uech ù 1 ù a (Uegr bp ù Uegr bp) where a is a predetermined positive parameter setting the closing speed of the valve 72 output exhaust. As can thus be noted, as long as the valve 58 of the low pressure loop is not in high saturation, that is to say completely open, the valve 72 at the exhaust outlet remains completely open as well. Once the valve 58 is saturated, any additional flow request can not be satisfied, Uegr bp remaining constant and equal to the high saturation value. On the other hand, this additional request for bit rate results in a signal Uegrtbp increasing beyond the high saturation value. The signal Uech then decreases, that is to say that the valve 72 at the exhaust outlet 5 closes. The flow of gas, which was initially discharged outside the vehicle by the exhaust outlet, is thus diverted to the low pressure loop, which is equivalent to changing the pressure drop of the exhaust to find the freedom of control on the low pressure branch.
10 Bien qu'un correcteur du type PID ait été décrit, tout autre type de correcteur à erreur statique nulle conviendrait. Although a PID corrector has been described, any other type of zero static error corrector would be suitable.
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