Brevet FR2714697A1 — publié le 19950707

" Système de régulation de la suralimentation d'un moteur à combustion interne " Etat de la technique L'invention concerne un système de régulation de la suralimentation d'un moteur à combustion interne, comprenant un régulateur qui crée une grandeur de réglage (u) en fonction de la déviation entre une suralimentation souhaitée Pcons et la suralimentation réelle Préel, grandeur de réglage à l'aide de laquelle on commande un organe de réglage qui influence la suralimentation du moteur à com- bustion interne. On connaît déjà un tel système selon le docu- ment EP-0 084 037 B1. Dans ce système connu, la pression d'alimentation est réglée à une valeur de consigne par un régulateur qui cherche cette valeur dans un champ de carac- téristiques dépendant de la charge et de la vitesse de ro- tation, puis corrige cette valeur en fonction de la pression atmosphérique, de la température des gaz d'échappement, de la température de l'air ou de l'accélération. Suivant le type de moteur à combustion in- terne et le domaine d'application, on utilise un régulateur ayant une caractéristique proportionnelle, différentielle et/ou intégrale. La présente invention a pour but de réguler de manière optimale la suralimentation du moteur à combustion interne. A cet effet l'invention concerne un système de régulation correspondant au type défini ci-dessus caracté- risé en ce que: - on prédétermine un modèle du moteur à combustion interne y compris de l'installation de suralimentation, - on détermine les paramètres du modèle à partir de la grandeur de réglage (u) et de la suralimentation effec- tive Préel,' - à partir des paramètres du modèle on détermine les para- mètres de régulation, et - les paramètres de régulation fixent le comportement en régulation du régulateur. Avantages de l'invention L'invention a l'avantage de permettre une régu- lation optimale de la suralimentation d'un moteur à combus- tion interne. Il est particulièrement avantageux que le système selon l'invention puisse s'utiliser avec une adap- tation extrêmement modique aux différents types de moteur à combustion interne car le régulateur est optimisé automati- quement. Dans le cas d'une régulation active, le paramètre de régulation est tout d'abord lu dans un champ de caracté- ristiques de démarrage pour que la régulation puisse être démarrée immédiatement avec des paramètres de régulation aussi bons que possible, puis on commence l'optimisation. Un autre avantage de l'optimisation automatique est de com- penser les tolérances et la dérive qui s'établit au cours du temps. Le système selon l'invention est ainsi très ro- buste, s'utilise de manière universelle et dispose d'une qualité de régulation importante. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un schéma du système de l'in- vention. La figure 2 montre un ordinogramme du procédé de l'invention. Description de l'exemple de réalisation La figure 1 montre un moteur à combustion in- terne 100 avec une tubulure d'aspiration 102 et un canal d'échappement 104. La tubulure d'aspiration 102 comporte, vus dans le sens de circulation de l'air aspiré, un débit- mètre d'air ou débitmètre massique 105, un compresseur 106, un papillon d'étranglement 108 avec un capteur 109 détec- tant l'angle d'ouverture du papillon 108, un capteur de pression 110 pour détecter la pression d'alimentation, un capteur de température 112 pour détecter la température d'alimentation et au moins un injecteur 113. Le compresseur 106 est entraîné par un moyen de liaison 114 à partir d'une turbine 116 montée dans le canal des gaz d'échappement 104. Une conduite de dérivation 118 contourne la turbine 116. La conduite de dérivation 118 comporte une soupape de dériva- tion 120. Le moteur à combustion interne 100 comporte un capteur de température 122 pour détecter la température du liquide de refroidissement et un capteur de vitesse de ro- tation 124 pour détecter la vitesse de rotation (régime) du moteur à combustion interne 100. Le système selon l'invention assure la régula- tion de la suralimentation du moteur à combustion interne. Pour cela, on peut par exemple réguler la valeur réelle Préel détectée par le capteur d'alimentation 110, par rap- port à une valeur de consigne Pcons de la pression d'alimentation donnée par un champ de caractéristiques 126. Suivant la différence entre Préel et Pcons, on commande la soupape de dérivation 120 et on agit ainsi sur la vitesse de rotation de la turbine 116. Cette action agit sur le compresseur 106 par l'intermédiaire du moyen de liaison 114; le compresseur 106 agit à son tour sur la pression d'alimentation en aval de celui-ci c'est-à-dire la valeur réelle Préel de la pression d'alimentation détectée par le détecteur de pression 110. Le champ de caractéristiques 126 comporte deux entrées, la première entrée est reliée au capteur de vi- tesse de rotation 124 et la seconde entrée est reliée au capteur 109 qui détecte l'angle d'ouverture du papillon d'étranglement 108. En fonction des signaux appliqués aux deux entrées, le champ de caractéristiques 126 donne la va- leur de consigne Pcons de la pression d'alimentation à une première entrée d'un point de combinaison 128. La seconde entrée du point de combinaison 128 est reliée au capteur de pression 110 qui détecte la valeur réelle Préel de la pres- sion d'alimentation. Le point de combinaison 128 détermine par différence à partir de la valeur de consigne de la pression d'alimentation Pcons et de la valeur réelle de la pression d'alimentation Préel, une déviation de régulation (e) et fournit un signal correspondant à la sortie. La sor- tie du point de combinaison 128 est reliée à l'entrée du régulateur 130. Le régulateur 130 détermine une grandeur de réglage (u) à partir de la déviation de régulation (e) et transmet cette grandeur à l'entrée de l'étage de limitation 132. L'étage de limitation 132 limite la grandeur de ré- glage (u) à une valeur minimale ou à une valeur maximale et fournit la déviation de régulation (u), limitée à un étage de commande 134. L'étage de commande 134 crée à partir de la grandeur de réglage (u), un signal pour commander la soupape de dérivation 120; ce signal est transmis à la soupape de dérivation 120. Le signal de commande peut être par exemple un signal à largeur d'impulsion modulée. Le circuit de régulation de la pression d'alimentation n'a pas été décrit jusqu'à présent. Dans la suite on décrira des composants servant à optimiser le ré- gulateur 130. L'optimisation du régulateur 130 se fait à l'aide d'un bloc d'identification 136 et d'un bloc de syn- thèse 138. Le bloc d'identification 136 possède deux en- trées. La première entrée est reliée à la sortie de l'étage de limitation 132 et la seconde entrée est reliée au cap- teur de pression 110 qui détecte la valeur réelle de la pression d'alimentation Préel; ainsi la première entrée reçoit la grandeur de réglage (u) limitée et la seconde en- trée reçoit la valeur réelle de la pression d'alimentation Préel. La sortie du bloc d'identification 136 est reliée à l'entrée du bloc de synthèse 138. La sortie du bloc de syn- thèse 138 est elle même reliée à une entrée de commande du régulateur 130. Le bloc d'identification 136 utilise les grandeurs d'entrée (u) et Préel selon un modèle paramétri- que du chemin de régulation (moteur à combustion interne y compris les composants influençant la suralimenta- tion), par exemple un filtre passe-bas d'ordre n, avec un temps mort et un procédé approprié, par exemple un ensemble à moindre carré, récurrent (Least-Square-Fit), ou un para- mètre de modèle en ligne, et transmet ce paramètre au bloc de synthèse 138. Le bloc de synthèse partant des paramètres du modèle détermine les paramètres de régulation correspon- dants et les transmet au régulateur 130. Les détails con- cernant les opérations du bloc d'identification 136 et du bloc de synthèse 138 sont représentés à la figure 2. La figure 2 montre un ordinogramme décrivant le fonctionnement de l'invention. Dans une première étape 200 on lit la grandeur de réglage (u) et la valeur réelle Préel de la pression d'alimentation c'est-à-dire la grandeur d'entrée et la grandeur de sortie du chemin de régulation dans le bloc d'identification 136. L'étape 200 est suivie par une étape 202. Dans l'étape 202, à partir de la gran- deur d'entrée et de la grandeur de sortie du chemin de ré- gulation, on détermine le paramètre du modèle utilisé dans le bloc d'identification 136 pour le chemin de régula- tion; cela signifie que l'on détermine les paramètres qu'il faut placer dans le modèle prédéterminé pour que ce modèle donne le signal Préel à partir du signal (u). Comme modèle il est avantageux d'utiliser un filtre passe-bas d'ordre n avec temps mort, notamment un filtre passe- bas du second ordre avec temps mort. Lorsqu'on utilise un filtre passe-bas du second ordre avec temps mort, il faut optimi- ser quatre paramètres de modèle. Ces quatre paramètres de modèle se déterminent à partir des signaux Préel et (u). On peut par exemple déterminer les paramètres du modèle à l'aide d'un élément à moindre carré. On détermine ainsi ou on actualise peu à peu tous les paramètres du modèle. Dans l'étape 204 qui suit l'étape 202, on transmet au bloc de synthèse 138 les paramètres actualisés du modèle. L'étape 204 est suivie d'une étape 206. Dans l'étape 206, le bloc de synthèse 138 détermine les paramè- tres de régulation à partir des paramètres du modèle. Pour cela, on peut utiliser un procédé connu par exemple une adaptation d'amplitude qui ne sera pas détaillée ici. L'étape 206 est suivie d'une étape 208 au cours de laquelle on transmet au régulateur 130 les paramètres de régulation déterminés dans l'étape 206. L'étape 208 est suivie de l'étape 210. L'étape 210 demande s'il y a un passage d'un état stationnaire à un état de fonctionnement non station- naire et si la variation de régime pendant ce passage est inférieure à un seuil. Si la déviation entre Préel et Pcons est supérieure à une valeur prédéterminée, on suppose que l'on est passé d'un état stationnaire à un état de fonc- tionnement non stationnaire. Si la réponse est négative, cela termine le parcours de l'ordinogramme. Par contre, si la réponse est positive, l'étape 210 est suivie d'une étape 212. L'étape 212 permet d'actualiser le champ de caracté- ristiques de démarrage des paramètres de régulation. Chaque fois que l'on active la régulation de la pression d'alimentation, on détermine les valeurs initiales des paramètres de régulation à partir des champs de carac- téristiques de démarrage car on ne dispose pas encore de paramètres de régulation, instantanés. Les champs de carac- téristiques de démarrage sont représentés chaque fois en fonction de la vitesse de rotation et d'un paramètre de fonctionnement qui caractérise l'état initial du moteur à combustion interne 100 ainsi que de l'installation de sur- alimentation à l'instant de l'activation de la régulation de la pression d'alimentation. Dans le document DE 42 19 791 il est décrit de manière détaillée comment le paramètre qui, dans ce document porte la référence (g), se détermine pour l'état de sortie, en particulier à la figure 2 et dans la description qui s'y rapporte. Les champs de caractéristiques de démarrage peuvent également être tracés en fonction de la charge et de la vitesse de rotation. Pour actualiser les champs de caractéristiques de démarrage, il faut tout d'abord déterminer la vitesse de rotation ou le paramètre de fonctionnement de l'état instantané et la charge. Puis on actualise dans les champs de caractéristi- ques de démarrage, la valeur caractéristique appartenant à la paire de valeur déterminée par les paramètres de régula- tion correspondants. Le parcours de l'ordinogramme se ter- mine par l'étape 212. Dans une variante, on ne mesure pas la pression d'alimentation mais la quantité d'air ou la masse d'air dé- tectée par le débitmètre d'air ou débitmètre massique d'air 105. R E V E N D I CATIONS 1) Système de régulation de la suralimentation d'un moteur à combustion interne (100), comprenant un régu- lateur (130) qui crée une grandeur de réglage (u) en fonc- tion de la déviation entre une suralimentation souhaitée (Pcons) et la suralimentation réelle (Préel), grandeur de réglage à l'aide de laquelle on commande un organe de ré- glage (120) qui influence la suralimentation du moteur à combustion interne (100), caractérisé en ce que, - on prédétermine un modèle du moteur à combustion interne (100) y compris de l'installation de suralimentation, - on détermine les paramètres du modèle à partir de la grandeur de réglage (u) et de la suralimentation effec- tive (Préel), - à partir des paramètres du modèle on détermine les para- mètres de régulation, et - les paramètres de régulation fixent le comportement en régulation du régulateur (130). 2) Système selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que les paramètres de régulation sont lus dans les champs de caractéristiques de démarrage au moment de la mise en oeuvre de la régulation. 3) Système selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que les champs de caractéristiques de démarrage sont tracés en fonction de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne (100) et d'un paramètre de fonctionne- ment qui caractérise l'état initial du moteur à combustion interne (100) y compris de l'installation de suralimenta- tion au moment de la mise en oeuvre de la régulation et/ou de la charge du moteur à combustion interne (100). 4) Système selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'après passage d'un état de fonc- tionnement stationnaire à un état non stationnaire pour le- quel le régime du moteur à combustion interne (100) varie de moins d'une valeur prédéterminée, on actualise les champs de caractéristiques de démarrage avec les paramètres de régulation obtenus à partir des paramètres du modèle. ) Système selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le modèle est un filtre passe-bas d'ordre n avec un temps mort. 6) Système selon la revendication 5, caractéri- sé en ce que le modèle est un filtre passe-bas du second ordre avec un temps mort. 7) Système selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que les paramètres du modèle se déterminent à l'aide d'un procédé récurrent d'un ensemble de moindre carré. 8) Système selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'on détermine les paramètres de régulation selon le procédé de l'adaptation à la de- mande. 9) Système selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le régulateur est de préfé- rence un régulateur à caractéristiques PID. 10) Système selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que la grandeur de régulation pour réguler la suralimentation est la pression d'alimentation ou la quantité d'air ou la masse d'air.