Brevet FR2879251A1 — publié le 20060616

La présente invention concerne le domaine du contrôle d'un moteur. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de commande d'un moteur de véhicule et un système de réglage d'une pression de suralimentation dans un collecteur d'admission d'un moteur. L'utilisation d'un tel procédé et d'un tel système est particulièrement intéressante dans les moteurs diesel suralimentés par un turbocompresseur. Les véhicules automobiles, et en particulier les véhicules automobiles de type diesel, sont très souvent équipés d'un turbocompresseur de suralimentation du moteur en air, destiné à augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres. Ce turbocompresseur comporte généralement une turbine, placée à la sortie du collecteur d'échappement du moteur et entraînée par les gaz d'échappement. Il comporte en outre un compresseur, par exemple monté sur le même axe que la turbine, assurant une compression de l'air qui entre dans le collecteur d'admission. Dans ce cas, le turbocompresseur est associé à un organe de réglage de la puissance des gaz d'échappement destiné à réguler la pression régnant dans le collecteur d'admission autour d'une valeur de consigne de pression élaborée, par exemple, par apprentissage préalable, en fonction du régime du moteur et du débit du carburant. Un tel organe de réglage peut être une soupape de décharge, ou des ailettes, dans le cas d'un turbocompresseur à géométrie variable. Selon une variante, un échangeur peut être placé entre le compresseur et le collecteur d'admission pour refroidir l'air à la sortie du compresseur. Par ailleurs, on équipe aujourd'hui couramment les moteurs de type Diesel d'un filtre à particules, monté sur la ligne d'échappement du moteur, de manière à minimiser la quantité de particules rejetées vers l'atmosphère (fumées noires). 2879251 2 Ces filtres comportent typiquement un ensemble de micro- canaux dans lesquels une grande partie des particules se trouve piégée. Une fois le filtre plein, il est nécessaire de mettre en oeuvre une phase de régénération, consistant essentiellement à vider le filtre en brûlant les particules. Cette régénération peut être obtenue, soit par un dispositif de chauffage prévu à cet effet, soit en prévoyant des phases de fonctionnement du moteur selon des paramètres spécifiques. Le filtre à particules étant placé dans la ligne d'échappement après le turbocompresseur, l'introduction d'un tel dispositif engendre une élévation de pression en sortie de la turbine du turbocompresseur. Cette élévation de pression, qui est d'autant plus importante que le filtre est chargé en particules, se traduit par une réduction du taux de détente du turbocompresseur, par une réduction de la puissance fournie par les gaz d'échappement à la turbine et par une diminution consécutive des performances du moteur. Afin de conserver le même niveau de performances, il est nécessaire de maintenir le taux de détente sensiblement constant, ce qui conduit généralement à vouloir augmenter la pression en entrée de la turbine. Une telle augmentation de pression est généralement obtenue en agissant sur ledit organe de réglage. Ainsi, dans le cas où le turbocompresseur est associé à une soupape de décharge, il suffit d'agir par exemple sur la fermeture de la soupape. Par ailleurs, une telle opération est typiquement contrôlée par une unité centrale qui va réguler la pression de suralimentation dans le collecteur en fonction de la pression mesurée en entrée de la turbine. A cet égard, on pourra se référer notamment au document US 2003/0010019 où l'on adjoint une boucle de régulation de la pression en entrée de la turbine à une boucle de régulation de la pression de 2879251 3 suralimentation dans le collecteur. Ce type de régulation a rendu de nombreux services mais demeure limité. En particulier, il souffre d'un défaut de robustesse vis-à-vis de variations de la pression en sortie de la turbine, dues par exemple aux variations de masse des suies présentes dans le filtre. En outre, ce type de régulation ne permet pas de se prémunir d'une dégradation du turbocompresseur pouvant survenir lorsque la pression différentielle à ses bornes dépasse un niveau critique connu. Or, ce risque de dégradation est de plus en plus fréquent étant donné la sollicitation toujours plus importante des turbocompresseurs. En conséquence, il devient important de pouvoir contrôler précisément la pression différentielle aux bornes de la turbine. D'autres solutions que celle du document précité ont été proposées, mais elles ne constituent que des alternatives peu efficaces à résoudre en particulier les problèmes évoqués. Un but de l'invention est d'améliorer la commande d'un moteur. A cet effet, on prévoit selon l'invention un procédé de commande d'un moteur de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mesure d'une pression P4m régnant à la sortie d'une turbine d'un turbocompresseur, de sorte à effectuer un réglage d'une pression de suralimentation P2m dans un collecteur d'admission du moteur. Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont les suivants: - une étape de fourniture d'un signal de commande pour contrôler un organe de modulation de la puissance des gaz d'échappement, la valeur dudit signal dépendant notamment de la pression P4m régnant à la sortie de la turbine; 2879251 4 - la fourniture du signal est effectuée au moyen d'une boucle de régulation comprenant deux régulateurs en cascade, le premier régulateur minimisant un premier écart E1 entre une mesure P2m et une consigne P2con5 de la pression de suralimentation et le deuxième régulateur minimisant un deuxième écart E2 entre une variable Vm dépendant de la pression P4m régnant à la sortie de la turbine et la somme du premier écart obtenu E1 à une consigne Vcons associée à la variable Vm; l'un des deux régulateurs, au moins, met en oeuvre un processus de logique floue; la variable Vm correspond à une pression différentielle P3/4m aux bornes de la turbine; - on détermine la pression différentielle P3/4m aux bornes de la turbine à partir de l'équation: P3/4m = P3m P4m où P3m est une mesure de la pression régnant à l'entrée de la turbine; - le véhicule comporte en outre un circuit de re-circulation des gaz d'échappement EGR et en ce que l'on détermine la pression différentielle P3/4m aux bornes de la turbine à partir de l'équation: P3/4m = P2m + P3/2m P4m - Oë P3/2m est la pression différentielle mesurée entre l'entrée et la sortie du circuit de re-circulation des gaz d'échappement EGR, à savoir la différence entre les pressions P3m et P2m; la variable Vm correspond à un taux de détente PiTm dans la turbine; - on détermine le taux de détente PiTm à partir de la formule: PiTm = m P3 - on détermine le taux de détente PiTm à partir de la formule: ni P2n1 +P3/2 PiTm = m P4n1 On fournit également selon l'invention un système de réglage d'une pression de suralimentation dans un collecteur d'admission d'un moteur équipé notamment: - d'un turbo compresseur muni d'une turbine, - d'au moins un capteur de pression, et - de moyens de commande, caractérisé en ce qu'au moins l'un des capteurs de pression est apte à mesurer une pression P4m régnant à la sortie de la turbine de sorte à effectuer un réglage d'une pression de suralimentation P2m dans le collecteur d'admission du moteur. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de l'invention, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 montre schématiquement un moteur comportant un système de réglage conforme à la présente invention, - la figure 2 représente une structure de régulation selon un mode de réalisation de l'invention qui consiste à réguler en fonction de la pression différentielle aux bornes de la turbine du turbocompresseur, la figure 3 représente une composition d'un régulateur à logique floue selon l'invention, - la figure 4 montre schématiquement un élément de logique floue utilisé dans le régulateur à logique floue, la figure 5 illustre une élaboration possible d'un signal de consigne P2cons de la pression de suralimentation dans le collecteur d'admission, - la figure 6 illustre une élaboration possible d'un signal de consigne P3/4cons de la pression différentielle aux bornes de la turbine. La figure 1 montre un mode de réalisation préféré de l'invention, à savoir un moteur 10 à combustion interne d'un véhicule automobile, de type diesel, alimenté en air frais par une entrée 20 et qui rejette les gaz brûlés par un échappement 30. Le circuit d'admission d'air frais dans le moteur 10 comporte essentiellement un filtre à air 40 et un débitmètre d'air 50 alimentant, par l'intermédiaire d'un turbocompresseur 60 et de conduites appropriées, le collecteur d'admission 70 du moteur 10. Un collecteur d'échappement 80 récupère les gaz d'échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l'extérieur, par l'intermédiaire du turbocompresseur 60 et d'un filtre à particules 90 destiné à réduire la quantité de particules, notamment de suies, rejetées dans l'environnement. Pour ce qui concerne le turbocompresseur 60, il comporte essentiellement une turbine 61 entraînée par les gaz d'échappement et un compresseur 62 monté sur le même axe que la turbine 61 et assurant une compression de l'air distribué par le filtre à air 40, dans le but d'augmenter la quantité d'air admise dans les cylindres du moteur via un circuit EGR de re-circulation des gaz d'échappement. Selon l'invention, une unité centrale 110 récupère par l'intermédiaire de capteurs appropriés des signaux de mesure de pression ou de différence de pression. Par exemple, elle récupère la pression de suralimentation P2m dans le collecteur d'admission 70, la pression en entrée P3m de la turbine 61 et avantageusement la pression P4m en sortie de celle-ci. Comme nous le verrons, elle peut également récupérer la pression différentielle aux bornes du circuit EGR, c'est-à-dire entre le collecteur d'admission 70 et l'entrée de la turbine 61. 2879251 7 Ces mesures ainsi que des consignes correspondantes 111 et 112 sont fournies en entrée d'une structure cascade de régulation que comprend l'unité centrale 110. On rappelle ici qu'une telle structure comporte par exemple deux régulateurs 113, 114 en série. Le premier régulateur 113 permet de réguler la pression de suralimentation dans le collecteur d'admission 70. Et selon l'invention, le deuxième régulateur 114 permet de réguler la même pression en fonction d'une pression P4m en sortie de la turbine 61. Plus précisément, la régulation dépend d'une variable Vm fonction de la pression P4m. En sortie de l'unité centrale 110 un signal de commande 120 vient contrôler ledit organe. La variable Vm peut s'exprimer sous deux formes différentes que l'unité centrale 110 est à même de choisir de manière autonome ou qu'une personne a pu configurer préalablement. La première forme de la variable Vm correspond à une pression différentielle P3/4m aux bornes de la turbine 61, tandis que la deuxième forme correspond à un taux de détente PiTm dans cette dernière. Pour ce qui concerne la première forme, et qui correspond à un premier mode de réalisation de l'invention, on envisage de déterminer ladite pression différentielle P3/4m selon plusieurs variantes possibles. La première variante, consiste à mesurer directement cette différence de pression à l'aide du capteur différentiel évoqué plus haut. Dans la deuxième variante, on détermine cette pression différentielle P3/4m en effectuant la différence entre la mesure en entrée P3m et en sortie P4m de la turbine 61. La troisième variante, préférée de l'invention, consiste à déterminer cette pression différentielle P3/4m à l'aide de la relation suivante: 2879251 8 P3/4m = P2m + P3/2m P4m Oë P3/2m est la pression différentielle aux bornes du circuit EGR. La pression différentielle P3/2m pourra être directement mesurée (capteur différentiel) ou encore déduite de deux mesures distinctes des pressions P2m et P3m. Pour ce qui concerne la deuxième forme de la variable Vm, et qui correspond à un deuxième mode de réalisation de l'invention, on dispose également de plusieurs variantes possibles. Comme précédemment, la première variante consiste à mesurer directement le taux de détente PiTm. Dans la deuxième variante, on détermine le taux de détente PiTm à partir de la mesure des pressions P3m et P4m, puis on effectue le rapport entre ces deux pressions: P3m PiTm = P4m Finalement, la troisième variante, préférée de l'invention, consiste à déterminer ce taux de détente PiTm à l'aide de la relation suivante: P2m+P3/2m PiTm = P4m En se référant à la figure 2, on va maintenant décrire plus en détails l'unité centrale comportant la cascade de régulateur précitée. Comme cela est représenté sur cette figure, le régulateur 113 reçoit en entrée l'écart entre une consigne P2cons et la mesure P2m de la pression de suralimentation. La sortie du régulateur 113 est ensuite ajoutée à une consigne Vcons 2879251 9 associée à la variable mesurée Vm, puis l'écart 115 entre le résultat obtenu et la variable Vm est fournie à l'entrée du deuxième régulateur 114. Bien entendu, le lecteur comprendra que les signaux Vm et Vcons doivent être adaptés selon la forme de la variable choisie. A titre d'exemple, si le choix s'est porté sur une régulation en fonction de la pression différentielle P3/4m et non du taux de détente PPiTm, les variables Vcons et Vm correspondent respectivement à P3/4cons et P3/4m et le régulateur 114 régule la pression différentielle aux bornes de la turbine 61. Finalement, la sortie du deuxième régulateur 114 est ajoutée à une valeur de pré-positionnement de l'organe de sorte à fournir à ce dernier un signal de commande 120 pour agir sur la pression des gaz d'échappement du moteur. Classiquement, la valeur de pré-positionnement se présente sous la forme d'une cartographie, par exemple en régime moteur et débit carburant. A cet égard, le lecteur pourra se référer à de nombreux documents pour obtenir plus de détails sur les techniques d'élaboration et d'utilisation de telles cartes. Ainsi, lorsque la variable Vm correspond à la pression différentielle P3/4m aux bornes de la turbine 61, le régulateur de suralimentation 113 minimise l'écart entre la consigne P2cons et la mesure P2m de la pression de suralimentation en venant corriger la consigne P3/4cons de la pression différentielle aux bornes de la turbine 61. Puis, le régulateur 114 minimise l'écart entre le résultat ci- dessus et la mesure de la pression différentielle P3/4m en modifiant le positionnement de l'organe par rapport à son état initial (cet état initial était déterminé par les valeurs de pré-positionnement). Par analogie, dans le cas où la variable Vm correspond au taux de détente PiTm, le régulateur de suralimentation 113 minimise l'écart entre la consigne P2cons et la mesure P2m de la pression de suralimentation en venant corriger 2879251 10 la consigne PiTcons du taux de détente dans la turbine 61. Et cette fois-ci, le régulateur 114 minimise l'écart entre le résultat ci-dessus et la mesure PiTm du taux de détente dans la turbine 61 en modifiant le positionnement de l'organe par rapport à son état initial. Dans un souci de clarté, la description suivante est relative à la régulation de la pression de suralimentation dans le collecteur d'admission en fonction de la pression différentielle P3/4m aux bornes de la turbine 61, étant entendu que les adaptations nécessaires à la réalisation d'une régulation en fonction du taux de détente PiTm sont à la portée de l'homme du métier pour autant qu'il est pris connaissance de ce document. Sur la figure 3, nous avons représenté schématiquement un exemple de composition d'un régulateur utilisé dans l'invention. L'exemple choisi concerne un régulateur du type à logique floue, cependant l'invention n'est nullement limitée à ce type-ci. En outre, seul la composition du régulateur 113 se trouve représentée sur cette figure, étant entendu que celle du régulateur 114 peut être essentiellement identique. Le régulateur 113 à logique floue comporte une boucle de régulation qui comprend essentiellement un élément de logique floue 190, un additionneur 191, un élément de calcul de terme dérivée 192 et un élément de calcul de terme intégral 193. On notera ici que, de manière évidente l'élément de logique floue 190 peut être remplacé par un élément du type proportionnel-intégral- dérivé (PID) Cependant, l'utilisation de cet élément de logique floue 190 permet avantageusement de supprimer les parties proportionnelle et dérivée d'un élément du type proportionnel-intégral-dérivé (PID) tout en conservant la partie intégrale. La sortie 195 du régulateur 113 est ajoutée à la consigne P3/4C0ns de 2879251 11 pression différentielle aux bornes de la turbine 61 et le signal ainsi constitué est alors limité par un circuit de seuillage 194. Ainsi, comme on peut le voir, ladite consigne P3/4015 joue ici un rôle de pré-positionnement pour le régulateur 113. Pour ce qui concerne l'élément de logique floue 190, il comprend une succession d'éléments tels un étage 200 de partage des tâches (fuzzification), un étage 201 de calcul d'inférences, un étage 202 de départage des taches (défuzzification), puis un étage 203 d'arbitrage (voir figure 4). Un tel type d'élément est connu de l'homme de l'art. Nous laissons donc au lecteur le soin de se reporter par exemple au document EP 1 365 132 s'il souhaite obtenir des détails sur son fonctionnement. Cependant, nous noterons ici que, selon l'invention, l'étage 200 de partage des taches reçoit à ses entrées l'écart E1 entre la mesure P2m et la consigne P2C0ns de la pression de suralimentation dans le collecteur 70, l'écart E2 (non représenté sur la figure 3) entre la mesure P3m et la consigne P3cons de la pression en entrée de la turbine, et les dérivées (sI,s2) de ces écarts (È2 n'est pas représenté sur la figure). Plus précisément, ce sont les valeurs mises à l'échelle (par exemple xel pour E1 et xe2 pour s, ) qui sont fournies à l'entrée de l'élément 200 de partage des taches. La figure 5 illustre l'élaboration du signal de consigne P2cons de suralimentation dans le collecteur 70, celui-ci étant notamment utilisé pour déterminer l'écart de pression différentielle qui fait office d'entrée au régulateur 113 (voir notamment la figure 2). Sur cette figure, une première valeur 251 de consigne P2cons de pression de suralimentation est générée au moyen d'une cartographie 250 en régime 2879251 12 moteur et débit carburant. Cette valeur 251 correspond à la consigne P2cons de pression de suralimentation sans apport de correction. Cette première valeur 251 subit ensuite une double correction 252 et 253 en fonction par exemple de la pression atmosphérique et de la température d'air entrant dans le compresseur au moyen d'une cartographie appropriée 254 et 255 respectivement. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée à un tel exemple. La double correction permet de diminuer la consigne de pression de suralimentation P2cons au moyen de deux soustracteurs 260, ce qui limite avantageusement le régime du turbocompresseur en fonction de l'altitude et de la température ambiante. La figure 6 illustre l'élaboration du signal de consigne P3/4cons de pression différentielle aux bornes de la turbine 61. Une première valeur 260 de consigne P3/4cons de pression de suralimentation est générée au moyen d'une cartographie 250 en régime moteur et débit carburant. A l'aide de cartographies appropriées 270, 271, 272, la première valeur 260 est ensuite corrigée en fonction de la pression P4m et de la température en sortie de turbine 61 et de l'écart ci entre la mesure P2m et la consigne P2cons de la pression de suralimentation dans le collecteur 70. Ainsi, la correction en fonction de la pression P4m en sortie de turbine 61 permet avantageusement de prendre en compte l'impact de l'augmentation de la masse de suies dans le filtre à particules 90. Comme évoqué précédemment, le régulateur 114 de la pression différentielle aux bornes de la turbine 61 comporte essentiellement les mêmes éléments que celui de la pression de suralimentation P2m dans le collecteur d'admission 70 ci-dessus présenté. Bien entendu, on pourra apporter de nombreuses modifications sans 13 sortir du cadre de la présente invention. 14 REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur (10) de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de mesure d'une pression P4m régnant à la sortie d'une turbine (61) d'un turbocompresseur (60), de façon à effectuer un réglage d'une pression de suralimentation P2m dans un collecteur d'admission du moteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de fourniture d'un signal de commande (120) pour contrôler un organe de modulation de la puissance des gaz d'échappement, la valeur dudit signal dépendant notamment de la pression P4m régnant à la sortie de la turbine (61). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fourniture du signal (120) est effectuée au moyen d'une boucle de régulation comprenant deux régulateurs en cascade, le premier régulateur (113) minimisant un premier écart E1 entre une mesure P2m et une consigne P2cons de la pression de suralimentation et le deuxième régulateur (114) minimisant un deuxième écart E2 entre une variable Vm dépendant de la pression P4m régnant à la sortie de la turbine (61) et la somme du premier écart obtenu E1 à une consigne Vcons associée à la variable Vm. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'un des deux régulateurs (113, 114), au moins, met en oeuvre un processus de logique floue. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la 2879251 15 variable Vm correspond à une pression différentielle P3/4m aux bornes de la turbine (61). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on détermine la pression différentielle P3/4m aux bornes de la turbine (61) à partir de l'équation: P3/4m = P3m P4m où P3m est une mesure de la pression régnant à l'entrée de la turbine (61). 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le véhicule comporte en outre un circuit de re-circulation des gaz d'échappement EGR et en ce que l'on détermine la pression différentielle P3/4m aux bornes de la turbine (61) à partir de l'équation: P3/4m = P2m + P3/2m P4m Oë P3/2m est la pression différentielle mesurée entre l'entrée et la sortie du circuit de re-circulation des gaz d'échappement EGR, à savoir la différence entre les pressions P3m et P2m. 8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la variable Vm correspond à un taux de détente PiTm dans la turbine. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on détermine le taux de détente PiTm à partir de la formule: PiTm = m Py 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on détermine le taux de détente PiTm à partir de la formule: m 2879251 16 P2 PiTm = + P3/2 m P4. 11. Système de réglage d'une pression de suralimentation dans un collecteur d'admission (70) d'un moteur (10) équipé notamment: - d'un turbo compresseur (60) muni d'une turbine (61), - d'au moins un capteur de pression, et - de moyens de commande, caractérisé en ce qu'au moins l'un des capteurs de pression est apte à mesurer une pression P4m régnant à la sortie de la turbine (61) de sorte à effectuer un réglage d'une pression de suralimentation P2m dans le collecteur d'admission (70) du moteur. 12. Système de réglage selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'élément comporte une boucle de régulation comprenant deux régulateurs en cascade, le premier régulateur (113) minimisant un premier écart ci entre une mesure P2m et une consigne P2cons de la pression de suralimentation P2m et le deuxième régulateur (114) minimisant un deuxième écart E2 entre une variable Vm dépendant de la pression P4m régnant à la sortie de la turbine (61) et la somme du premier écart obtenu et à une consigne Vcons associée à la variable Vm. 13. Système de réglage selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'un des deux régulateurs (113, 114), au moins, est un élément de logique floue (190).