Brevet FR2989118A1 — publié le 20131011

B11-4579FR 1 Système de suralimentation pour moteur à combustion interne et procédé de gestion associé L'invention concerne les systèmes de suralimentation de moteurs à combustion interne, par exemple des moteurs à combustion interne de véhicules automobiles, et plus particulièrement les systèmes de contrôle de tels turbocompresseurs. Le turbocompresseur est un organe du système d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne. Il comprend un compresseur pour compresser l'air admis dans le moteur et une turbine qui fournit de l'énergie mécanique au compresseur, la turbine étant entraînée par les gaz d'échappement. existe deux types de turbocompresseurs, les turbocompresseurs à géométrie fixe et les turbocompresseurs à géométrie variable. Dans les turbocompresseurs à géométrie variable, on peut agir sur la vitesse de rotation de la turbine en ajustant l'inclinaison des ailettes de la turbine. Dans les turbocompresseurs à géométrie fixe, on peut, au contraire, agir sur la vitesse de rotation de la turbine grâce à une vanne de décharge montée en parallèle de la turbine (parfois appelée « waste gate ») et qui permet de détourner l'air d'échappement de la turbine. L'invention concerne les turbocompresseurs à géométrie variable. L'inclinaison des ailettes de la turbine permettant l'ajustement du débit est obtenue au moyen d'un actionneur. La durcissement des normes de dépollution amène de plus en plus souvent à insérer un filtre à particules dans le circuit d'échappement, ce qui réduit le taux de détente de la turbine du turbocompresseur et se traduit par la nécessité de réguler d'autant plus finement l'actionneur de la turbine. La régulation peut être assurée au moins pour partie par un système de régulation en boucle ouverte s'appuyant sur un modèle théorique du turbocompresseur. Les dispersions de fabrication, ainsi que les évolutions dans le temps du turbocompresseur, peuvent alors générer des imprécisions dans les estimations effectuées, donc dans l'élaboration de la grandeur de consigne destinée à piloter l'actionneur. L'invention a pour but de proposer un système de régulation d'un turbocompresseur qui permet de réduire ces imprécisions et de compenser leur dérive dans le temps, sans augmenter la complexité globale du système de régulation. A cette fin, l'invention propose un système de suralimentation pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, avec un turbocompresseur comprenant une turbine, à ailettes orientables par un actionneur, et une unité de commande électronique configurée pour calculer une consigne de position de l'actionneur. L'unité de commande électronique est configurée pour calculer la consigne de position à partir d'une valeur d'efficacité de la turbine consignée dans une cartographie en fonction d'une première coordonnée de fonctionnement et d'une seconde coordonnée de fonctionnement. L'unité de commande électronique est en outre configurée pour actualiser les valeurs de la cartographie au cours du roulage du véhicule. On entend par là qu'au moins une valeur de la cartographie est modifiée en fonction de mesures et d'estimations effectuées sur le véhicule, dès que l'on atteint un mode de roulage suffisamment stable et/ou qu'une période de roulage du véhicule se prolonge au-delà d'une certaine durée. Selon un mode de réalisation préféré, l'unité de commande électronique est configurée pour prendre en compte, lors du calcul de la consigne de position, une consigne de puissance de la turbine. La première et la seconde coordonnées peuvent être déterminées en fonction d'un régime de rotation d'un arbre de la turbine, d'une température des gaz en amont de la turbine, et d'un débit de gaz traversant la turbine. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'unité de commande prend en compte pour le calcul de la position de consigne, la puissance de consigne de la turbine, le débit des gaz traversant la turbine et la température des gaz en amont de la turbine, et utilise ces valeurs pour modifier la valeur lue dans la cartographie en vue d'obtenir la position de consigne. Avantageusement, au moins une valeur de la cartographie est actualisée au cours du roulage du véhicule en fonction d'une valeur d'efficacité turbine, qui est estimée en fonction de la consigne de puissance de la turbine, du débit de gaz traversant la turbine, de la température de gaz en amont de la turbine, et d'une valeur de consigne moyenne utilisée par ailleurs par l'unité de commande électronique pour calculer la consigne de position. Selon un mode de réalisation préféré, le système comprend un convertisseur configuré pour calculer la consigne de position à partir de la somme d'une première valeur de taux de détente calculée à partir de la puissance de consigne de la turbine, du débit des gaz traversant la turbine, de la température des gaz en amont de la turbine et de la valeur d'efficacité de la turbine lue dans la cartographie, et d'un second taux de détente délivré par un régulateur fonctionnant en boucle fermée. Le système de suralimentation avec turbocompresseur peut être relié à un moyen d'estimation de la pression dans un collecteur d'admission du moteur, et comprendre un régulateur configuré pour recevoir deux premières valeurs mesurées ou estimées sur le turbocompresseur, une valeur de pression estimée dans le collecteur et une valeur de pression de consigne du collecteur. Le régulateur peut être configuré pour délivrer un second taux de détente calculé à partir de la différence entre un premier taux de compression calculé à partir des deux valeurs mesurées ou estimées et de la pression estimée dans le collecteur, et un second taux de compression de consigne, calculé à partir des deux premières valeurs estimées ou mesurées, et de la valeur de pression de consigne du collecteur. La valeur de consigne moyenne peut être une moyenne du premier taux de détente et du second taux de détente. La moyenne peut être une moyenne arithmétique, mais d'autre méthodes de calcul de moyenne, par exemple barycentrique ou géométrique, sont envisageables. La valeur moyenne peut être filtrée dans le temps. De manière préférentielle, au moins une valeur de la cartographie est actualisée lors de chaque utilisation stabilisée du turbocompresseur. Les conditions de stabilité peuvent être définies dans un algorithme d'apprentissage dédié à l'actualisation de la cartographie, et peuvent par exemple inclure des conditions de stabilité, de la première coordonnée, de la seconde coordonnée et de la valeur d'efficacité de la turbine estimée, pendant une durée prédéfinie. De manière générale, l'algorithme d'apprentissage modifie plusieurs points de la cartographie à chaque nouvelle valeur de l'efficacité de la turbine estimée. Selon un mode de réalisation préférentiel, la première coordonnée est calculée en fonction du régime du turbocompresseur et de la température des gaz en amont de la turbine. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la seconde coordonnée est calculée en fonction de la température des gaz en amont de la turbine, du débit des gaz traversant la turbine et du régime de rotation de l'arbre de la turbine. Par exemple, la seconde coordonnée peut être obtenue en multipliant le régime de rotation de l'arbre de la turbine par une température de référence constante, et en divisant ce produit par le débit des gaz traversant la turbine et par la température des gaz en amont de la turbine. Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé de gestion d'un turbocompresseur pour moteur à combustion interne de véhicule automobile. Dans ce procédé, on calcule une consigne de position d'ailettes de la turbine du turbocompresseur, en utilisant une cartographie reliant une première coordonnée de fonctionnement, une seconde coordonnée de fonctionnement et des troisièmes valeurs sans dimension. Les troisièmes valeurs de la cartographie sont actualisées au cours du roulage du véhicule. Avantageusement, la première coordonnée est calculée en fonction d'un régime de rotation du turbocompresseur et de la température des gaz en amont de la turbine, et dans la seconde coordonnée est obtenue en multipliant le régime du turbocompresseur par une température de référence constante, et en divisant ce produit par le débit des gaz traversant la turbine et par la température des gaz en amont de la turbine. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 rappelle l'architecture générale d'un moteur équipé d'un turbocompresseur, - la figure 2 illustre une partie d'un système de régulation selon l'invention. Tel qu'illustré sur la figure 1, un moteur à combustion interne 30 est muni d'un turbocompresseur 37 comprenant un compresseur 32 et une turbine 33 montés sur un arbre commun. De l'air frais A est filtré par un filtre à air 31. L'air filtré issu du filtre 31 est comprimé par le compresseur 32. L'air comprimé est ensuite refroidi par un échangeur 34 et injecté via une vanne 39 alimentant un collecteur 40 assurant une même pression d'air arrivant aux cylindres 41 du moteur 30. Une partie de l'air injecté est détournée via un court circuit muni d'un refroidisseur 35 et d'une vanne 36. La turbine 33 du turbocompresseur 37 est entraînée par les gaz d'échappement du moteur. La turbine 33 entraîne en rotation le compresseur 32. La turbine 33 est une turbine dont les ailettes peuvent être inclinées de manière variable par un actionneur (non représenté) de manière à pouvoir imposer différentes vitesses de rotation de la turbine pour un même débit de gaz d'échappement traversant la turbine. Le court circuit 35 représente ici un système de recirculation partielle des gaz d'échappement (EGR) à haute pression, ou "EGR HP". L'invention peut aussi être appliquée à des systèmes comprenant un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression, ou "EGR BP", dans lequel une partie des gaz d'échappement est réinjectée en amont du compresseur. La figure 2 illustre une partie d'un système de régulation associé à un turbocompresseur selon l'invention. Tel qu'illustré sur la figure 2, un système turbocompresseur 1 comprend le turbocompresseur 37 de la figure 1 et comprend une unité de commande électronique 2. L'unité de commande électronique 2 comprend un premier calculateur Cl, un second calculateur C2, une cartographie 3, un estimateur 4 en boucle ouverte, un sommateur 5, un régulateur 11, un convertisseur 7, et un estimateur d'efficacité 8. Le régulateur 11 comprend un premier estimateur de taux de compression 9a, un second estimateur de taux de compression 9b, un contrôleur 6, et un soustracteur 10. L'unité de commande électronique 2 reçoit sur une première entrée numérique ou analogique une valeur de température Tut représentant une température en amont de la turbine 33. Cette valeur de température Tut est communiquée sur une entrée de l'estimateur 4, ainsi que sur une entrée du premier calculateur Cl et également sur une entrée du second calculateur C2. Le premier calculateur Cl reçoit sur une autre de ses entrées une valeur Nt, représentant une valeur estimée du régime de rotation du turbocompresseur 37, et calcule à partir des valeurs Ntc, et de la température Tut une valeur corrigée de régime de rotation Nt,cor. Cette valeur Nt,cor est envoyée comme première coordonnée de lecture vers une cartographie 3. Le second calculateur C2 reçoit, outre la valeur de température Tut, une valeur d'entrée Wt représentant un débit de gaz estimé traversant la turbine 33, et reçoit sur une autre entrée la même valeur de régime Nt, que le premier calculateur Cl. A partir des valeurs Wt, Nt, et Tut, le second calculateur C2 calcule une variable réduite TSR qui est envoyée comme seconde coordonnée de lecture vers la cartographie 3. A partir des deux coordonnées Nt,cor et TSR reçues par la cartographie 3, celle-ci délivre à l'estimateur 4 une variable rit, sans dimensions, pouvant représenter une efficacité ou, en d'autres termes, un rendement, de la turbine 33. A partir de la valeur de rendement rit, de la température Tut, du débit turbine Wt et d'une valeur POWt,sp représentant une puissance de consigne de la turbine 33, et reçue sur une autre entrée de l'estimateur 4, l'estimateur 4 calcule une première valeur de taux de détente PRcsp,o1 qu'il envoie sur une première entrée du sommateur 5. La puissance de consigne POWcsp de la turbine 33 peut être calculée notamment à partir d'une puissance de consigne POW,,sp du compresseur 32, et d'un régime de rotation de consigne Nt,,,p, du compresseur, comme indiqué plus bas à l'équation 11. Le régime de rotation de consigne Nt,,,p, du turbocompresseur est lui-même estimé à partir d'une consigne de taux de compression PR,,sp, comme indiqué plus bas à l'équation 8. La valeur PRcsp,01 est une première estimation (ou estimation en boucle ouverte) de consigne de taux de détente destinée à la turbine 33. Le sommateur 5 reçoit sur une seconde entrée une valeur PRcsp,c1 calculée par le contrôleur 6 à partir de la différence entre un taux de compression de consigne PR,,sp du compresseur, et un taux de compression estimé PRc est du compresseur. Le contrôleur 6 reçoit la différence entre les deux taux de compression d'un soustracteur 10, dont une première entrée est reliée au premier estimateur de taux de compression 9a, et dont une seconde entrée est reliée au second estimateur de taux de compression 9b. Le mode de calcul des deux taux de compression est donné plus bas, (voir équations 4 et 5). Le premier taux de compression délivré par le premier estimateur 9a est calculé en fonction de deux variables mesurées ou estimées sur le turbocompresseur 37, soit Puc et APcool, et d'une variable mesurée ou estimée au niveau du collecteur 40 P - spg,mes Le second taux de compression délivré par le second estimateur 9b est calculé en fonction des deux variables mesurées Puc et APcool, et d'une valeur de consigne Pspg,sp qui est substituée à la valeur P - spg,mes dans les formules de calcul ayant servi au calcul du premier taux de compression. Le contrôleur 6 délivre donc au sommateur 5 une valeur de consigne "en boucle fermée" PRt,sp,c1 venant s'ajouter au terme de consigne "en boucle ouverte" PRt,sp,ol. La sortie du sommateur 5 est une valeur corrigée de taux de détente de consigne qui est envoyée vers un convertisseur 7. Le convertisseur 7 calcule une consigne de position "u" envoyée à un actionneur actionnant les ailettes de la turbine 33 du turbocompresseur 37. Le convertisseur 7 calcule la consigne de position "u" en fonction du débit de la turbine Wt, de la température Tut en amont de la turbine, de la pression Pdt en aval de la turbine, et de la valeur délivrée par le sommateur 5. L'estimateur d'efficacité 8 calcule, à partir de la valeur délivrée en sortie du sommateur 5, de la température Tut, du débit de la turbine Wt et de la valeur de la puissance de la turbine POWt, suivant une expression détaillée plus loin (voir équation 26), une valeur corrigée d'efficacité turbine t,cor qui 11 est ensuite utilisée pour mettre à t jour la cartographie 3. La mise à jour de la cartographie 3 s'effectue suivant une technique d'apprentissage connue de manière à prendre en compte les nouvelles valeurs déterminées au cours du roulage du véhicule qt,cut sans dégrader la régularité de la surface cartographiée. Le mode de calcul des différentes grandeurs est exposé ci-après. Lexique des principales grandeurs utilisées : Grandeur Unité Description Pspg [mbar] Pression dans le collecteur, ou "pression de suralimentation" P [mbar] Pression en amont du compresseur uc P ut Pression en amont de la turbine [mbar] 1, [mbar] Pression en aval du compresseur [mbar] Pdt [mbar] Pression en aval de la turbine PR, H Taux de compression Pucl Pdc PR, H Taux de détente Pt/Pdt Ne [rpm] Régime du moteur N, [rpm] Régime du turbocompresseur cote [rad/s] Régime du turbocompresseur J [Kg/m2] Inertie du turbocompresseur Wu [Kg/s] Débit du compresseur Wt [Kg/s] Débit de la turbine 11, H Efficacité/rendement du compresseur 11t H Efficacité/rendement de la turbine T [°K] Température en amont du compresseur ., T., -T', [°K] Température en amont de la turbine (ou à l'échappement) c p,adm [J/(Kg-°K)] Capacité thermique massique à l'admission c p,exh [J/(Kg-°K)] Capacité thermique massique à l'échappement Y __'Y ech H Rapport des capacités thermiques massiques POW, [W] Puissance de la turbine POW, [W] Puissance du compresseur AP,00t Perte de charge du refroidisseur 35 Rair 8,314 J Mol-1K-1 Constante des gaz parfaits De manière générale dans ce qui suit, X.,' est une variable mesurée à l'aide d'un ou plusieurs capteurs; Xest est une variable estimée à partir d'une ou plusieurs variables mesurées, à l'aide de cartographies éventuelles ; Xsp ("set point") est une variable de consigne, élaborée au moins en partie à partir de grandeurs émanant du conducteur du véhicule, XcOr est une variable corrigée, calculée à partir d'une variable mesurée ou estimée de manière à pouvoir utiliser celle-ci de manière plus pertinente dans les cartographies disponibles. Le lien entre le taux de compression et le taux de détente se fait grâce au bilan d'énergie au niveau du turbocompresseur qui est un modèle physique fiable et indépendant du mode de fonctionnement moteur. Les variables utilisées comme "mesures" dans la stratégie de contrôle peuvent se décomposer trois catégories : - les variables directement mesurées - les variables directement estimées - les variables "hybrides" qui peuvent être estimées ou mesurées en fonction du fonctionnement du reste de l'air system. En plus de la pression de suralimentation de consigne, on utilise un débit du compresseur de consigne. Variables mesurées utilisées Ces variables sont : - Régime moteur N,, - Débit carburant FIM - Pression atmosphérique /3', - Pression aval turbine Pd' - Pression collecteur Pspg. - Variables "hybrides" utilisées Ces variables sont : - Débit passant à travers le compresseur Wc, - Température amont compresseur T. Les conditions d'utilisation de ces variables sont différentes selon que l'on est dans une configuration EGR HP ou EGR BP. Dans le cas de l'EGR HP, un débitmètre d'air est utilisé comme information de débit du compresseur et un capteur de température d'air extérieur est utilisé comme information de la température en amont du compresseur. Dans le cas contraire (EGR BP, ou pas d'EGR), le débit du compresseur est estimé via le remplissage, et la température en amont du compresseur est estimée via un bilan enthalpique utilisant le capteur de température d'air à l'entrée du moteur. Variables estimées utilisées Ces variables sont : - La pression en amont du compresseur Puc, - La température en amont de la turbine Tut - Le débit à l'échappement W. Estimation de la pression en amont du compresseur P. : Pour l'estimation de la pression en amont du compresseur, on considère la perte de charge du filtre à air. Cette perte de charge est estimée avec une cartographie qui dépend du débit d'air par l'équation : Puc= Patmo f f'(W c) (équation 1) où Patmo est la pression atmosphérique, ffaa est la valeur cartographique. Estimation de la température en amont de la turbine Tut : La température en amont de la turbine, Tut est estimée grâce à une cartographie qui dépend du régime du moteur et du débit du carburant. Cette cartographie est pré calibrée grâce à des essais réalisés sur banc moteur. La calibration est ensuite affinée par des essais sur véhicule. Estimation du débit à l'échappement (ou débit de la turbine) W_ En fonctionnement stabilisé, le débit de la turbine est égal au débit du compresseur plus le débit du carburant. En fonctionnement dynamique, ce bilan est affecté par les termes de dynamique de la ligne d'air et de l'échappement. Pour modéliser cette dynamique, on écrit le débit de la turbine comme suit : Wr -Wc +0.00012 FIM sp* Ne PspgV tot (équation 2) Rair adm Equation valable pour un moteur à 4 cylindres Où Tadm est la température de gaz à l'admission, mesurée par exemple à l'aide d'un capteur de température situé en amont du compresseur. Où FIMsp est le débit du carburant (en mg/coup). Le volume Vtot est une variable de calibration qui permet de représenter les effets dynamiques sur le débit. Calcul de la consigne de débit du compresseur W'& Les conditions de calcul de cette variable sont différentes selon que l'on est dans une configuration EGR HP ou EGR BP. Dans le cas de l'EGR HP, on prend directement la consigne qui sert de consigne à l'EGR HP. Dans le cas contraire (EGR BP ou sans EGR), la consigne de débit du compresseur est calculée sur la base de l'équation de remplissage du moteur. L'équation qui résume le calcul est la suivante : P (équation 3) w spg,spV cylN e air Ivoi adm,sp Ne ) c'sP 120R T .1"j a adm Où : - Vcy, [m3] est la cylindrée du moteur, - Ivoi est le rendement volumétrique. Cette cartographie est identifiée à partir des essais en stabilisé. - padm[Kg/m3] est la densité d'air dans le répartiteur d'admission 40 (obtenue en divisant la pression de l'air dans le répartiteur par la température de l'air dans le répartiteur et par la constante des gaz parfaits). Les différentes étapes du calcul à partir de ces valeurs calculées ou estimées sont les suivantes : 1) De la pression de suralimentation au taux de compression Cette première étape de calcul a pour but de transformer la pression de suralimentation en taux de compression. L'intérêt de cette transformation est de se mettre dans le référentiel du compresseur. Pour le calcul du taux de compression, on considère la perte de charge du refroidisseur d'air. Cette perte de charge est estimée avec une cartographie qui dépend du débit d'air. Les taux de compression de consigne et estimé sont calculés avec la consigne et la mesure de pression de suralimentation, respectivement Pspgsp et Pspg ,mes - Le calcul de la consigne et de l'estimation du taux de compression est effectué par les équations : P + APcool Calcul du taux de PRS 'g' compression de consigne (équation 4) - sp Puc p ''mes + APcool s Calcul du taux de PR compression de consigne (équation 5) c est = P uc APcool - f cool (WC) Calcul de la perte de charge du RAS (refroidisseur d'air de suralimentation (35)) (équation 6) Ce calcul s' effectue dans un bloc de calcul dont les entrées/sorties sont : Entrées : - Pression de suralimentation de consigne Pspg,s, - Pression de suralimentation mesurée Pspg ,mes - Débit du compresseur Wc - Pression en amont du compresseur Puc - Température en amont du compresseur Tc - Cartographie f , cool Sorties : - Taux de compression de consigne PR,, - Taux de compression estimé PR,s, Le taux de compression de consigne est limité afin de garantir à terme de ne pas dépasser un régime de turbocompresseur limite. Pour cela, on calcule PRc,max grâce à la formule : Tu, \ Tref ,c Dans cette équation, la fonction fNt permet de calculer le régime du turbocompresseur en fonction du taux de compression et du régime du moteur. Cette limitation permet de ne pas avoir de sur-régime pour le turbocompresseur en cas de variation de la pression 10 atmosphérique. En inversant la fonction fNt par rapport au taux de compression, on obtient le taux de compression limite en fonction de la limite du compresseur et du fonctionnement du moteur. 2) Du taux de compression au régime du turbocompresseur 15 Cette deuxième étape de calcul a pour but de lier le régime du turbocompresseur avec le taux de compression. L'intérêt de cette transformation est de se mettre dans le référentiel du turbocompresseur. Pour la consigne et l'estimation du régime du 20 turbocompresseur, on utilise les cartographies constructeur et moteur pour obtenir le régime du turbocompresseur corrigé en fonction du régime moteur et du taux de compression. En effet, en exprimant le débit du compresseur comme étant le débit aspiré par le moteur, on obtient : Ntc,max = fNt (PRc,max Ne) (équation 7) adm,sp, Ne ) Tu, 120R,',, Tadm TP ef ,c spgV cylN e ( 25 PR, = fc n N,' Ttic Pref T P ref ,c uc (équation 8) En inversant cette fonction, on obtient le régime du 30 turbocompresseur corrigé en fonction du taux de compression et du régime du moteur. Cette fonction est notée fNt. On a donc : Ntc,sp = fNt (PRc,sp Ne ),I N tc,est = fNt(PRc,est Ne (équation 9) (équation 10) Tuc Tref ,c Tuc Tref ,c où Tue est la température en amont du compresseur et Trete la température de référence du compresseur. Ce calcul se fait dans un bloc dont les entrées et les sorties sont les suivantes : Entrées : - Régime moteur Ne, - Taux de compression estimé PRc,est - Taux de compression de consigne PRe,sp , - Température mesurée en amont du compresseur T. Sorties : - Régime de consigne du turbocompresseur N te, s p , - Régime estimé du turbocompresseur Ntc,est . 3) Vers une consigne de puissance du compresseur Cette étape de calcul a pour but de lier les précédents calculs afin de construire une consigne de puissance du compresseur. L'expression de la puissance du compresseur est donnée par : ( 1 P 7-1 (équation 11) POW e c uc -cpadm Rc 11c où : - Wc est le débit passant à travers le compresseur, - Tucest la température en amont du compresseur, - TL est l'efficacité du compresseur, - PRcest le taux de compression, - cpad11 est la capacité thermique massique des gaz l'admission, - y est le rapport des capacités thermiques massiques à l'admission. Il convient d'utiliser dans ce calcul des valeurs de consignes ou des valeurs mesurées/estimées. Il en est de même pour le calcul de la puissance de la turbine qui utilise un débit et une efficacité de la turbine. Dans le calcul de la puissance de consigne, on utilise de préférence toutes les valeurs de consigne possibles. La puissance de consigne du compresseur devient : POWc,p ( 7 c,spTtic Cp adm PR -1 c,sp Calcul de la puissance de consigne du L'efficacité du compresseur est calculée suivante : (équation 12) compresseur par la relation statique ref ,c ref ,c N Tuc P t,sp Tue c,sp (équation 13) Puc Ce calcul peut se faire dans un bloc dont les entrées/sorties sont : Entrées : -Taux de compression de consigne PR,,, -Débit de consigne du compresseur Wc,sp, -Régime de consigne du turbocompresseur Art,sp, -Température et pression en amont du compresseur T.,. et Ptic. Sorties : Puissance de consigne du compresseur POW'. 4) Vers une consigne de puissance de la turbine Cette étape de calcul a pour but de passer d'une consigne de puissance du compresseur à une consigne de puissance de la turbine grâce au bilan de puissance sur l'arbre du turbocompresseur. L'utilisation du terme dynamique apporte un gain sur le temps de réponse de la boucle de suralimentation (effet d'anticipation). C,Sp =fC,11 Le bilan de puissance sur l'arbre est donné par : POW = POWc + -d (1Jo)Tc,2) (équation 14) dt 2 où : - POWcest la puissance du compresseur, - POWtest la puissance de la turbine, - coTcest le régime du turbocompresseur (en rad/s), - Jest l'inertie en rotation des éléments liés à l'arbre du turbocompresseur. La consigne de puissance de la turbine se calcule donc en fonction de la puissance de consigne du compresseur et de la variation d'énergie cinétique de consigne. Elle s'écrit donc : 71 2 POW = POW ' + (-30) 'IN ,sp dt (équation 15) Ce calcul se fait dans un bloc dont les entrées/sorties sont : Entrées : - Puissance de consigne du compresseur POWc,, - Régime de consigne du turbocompresseur N,c,sp. Sorties : - Puissance de consigne de la turbine POW,,,p. 5) Vers une consigne de taux de détente en boucle ouverte PR,,,p,o, Cette étape de calcul a pour but de passer d'une consigne de puissance turbine à une consigne de taux de détente. Le calcul de la puissance de la turbine est décrit par : ( 1-7 POW, =WITutfitC p,exh 1- PR, (équation 16) où : - Wtest le débit passant à travers la turbine, - Tutest la température en amont de la turbine, - Th est l'efficacité de la turbine, - PR, est le taux de détente, - Cpexh est la capacité thermique massique à l'échappement, - Y est le rapport des capacités thermiques massiques à l'échappement. Dans le cas d'un turbocompresseur à géométrie variable, la puissance de la turbine dépend aussi de la position des ailettes, ce qui implique une cartographie en trois dimensions : = frit (H, N t ,cor PRt) (équation 17) Il est préférable de se passer de la recopie de la position des ailettes pour la commande et donc de supprimer cette dépendance dans les cartographies. Il est à noter qu'on a le même type de dépendance avec le débit turbine comme on peut le voir dans l'expression : W t ,cor = frrt(11, N t ,cor PRt) (équation 18) où Wt,cor est le débit turbine corrigé. La dépendance par rapport à la position des ailettes peut donc s'éliminer en concaténant les deux équations précédentes. On obtient une efficacité qui ne dépend plus de la position des ailettes (et donc de la commande) mais qui est toujours de dimension 3. On obtient ainsi : = frit(NI,cor, ,cor PRÉ) (équation 19) où Th est une efficacité de la turbine indépendante de la position des ailettes. Cependant, dans la stratégie présentée, la pression l'échappement et donc le taux de détente n'est qu'une variable intermédiaire de calcul. Une grande précision n'est en général pas requise. Un seul cas nécessite une bonne maîtrise de la pression à l'échappement, c'est la limitation en transitoire. L'impératif est donc d'avoir une cartographie d'efficacité de turbine cohérente sur le champ moteur et précise pour les pressions à l'échappement élevées. On peut donc simplifier l'efficacité pour obtenir une dépendance vis-à-vis de seulement deux paramètres. Or on constate que : - l'efficacité de la turbine dépend peu, à position ailettes fixe, du taux de détente. - le débit de la turbine dépend peu, à position ailettes fixe, du régime du turbocompresseur. On peut donc simplifier la dépendance vis-à-vis du taux de détente et écrire : = frit(Nt,cor ,W ,cor) (équation 20) 6) Vers une consigne de taux de détente en boucle fermée PRt,sp,c1 Un contrôleur est nécessaire pour compenser les erreurs de modèle. Il est à noter que plus le modèle utilisé est précis, moins l'action du contrôleur sera nécessaire et importante. La stratégie basée sur un modèle est suffisamment performante pour qu'un régulateur du type Proportionnel/Intégral (PI) à gains fenêtrés constants soit suffisant. Entrées/ Sorties du bloc La sortie du contrôleur est une correction du taux de détente PRt,s,,c/), une entrée du contrôleur est une erreur de taux de compression, ce qui permet de limiter la variation de gain statique entre les valeurs d'entrée et de sortie. Les entrées/sorties sont Entrées : - Taux de compression de consigne PR,p - Taux de compression estimé PRc,es, Sorties : - Taux de détente de consigne en boucle fermé PR,,,,p,' Le contrôleur est représenté sur la figure 2 par l'ensemble {contrôleur 6 + soustracteur 10} 7) Vers une consigne de position u,Sp (consigne de position de l'actionneur des ailettes de la turbine 33) Le modèle de débit turbine est donné par: Wt Tut PrefP = S (uvgt); )fit (PR, )PR, (équation 21) I ref ,t dt Où S et fl)t sont des fonctions connues, par exemple sous forme de cartographies. T'f et Pref, sont respectivement une température de référence et une pression de référence associées avec une cartographie. La consigne de position u se calcule donc en inversant le modèle présenté. Elle s'écrit donc : ( usp = S-1 ),(PR,,p)PR,,,p (équation 22) T P f W u re ,t t T P ref ,t dt Il est à noter que dans la stratégie de contrôle, le bilan de puissance de la turbine se fait avec les mesures/estimations afin d'avoir un comportement cohérent et précis à l'échappement. Les entrées/sorties du convertisseur 7 sont : Entrées : - Taux de détente de consigne PRtsp =PRt,sp,or+PRtsp~r - Débit de la turbine estimé W, - Température à l'échappement estimée Tay, - Pression en aval de la turbine, mesurée Pdi . Sorties : - Position de consigne Choix des coordonnées de la cartographie 3 On définit une variable réduite ou TSR (« tip speed ratio ») par le rapport entre le régime du turbocompresseur et le débit de la turbine normalisé par rapport à la température à l'échappement. (équation 23) avec Tut la température en amont de la turbine et T 'f t une température de référence de la turbine. Treft qui est par exemple une constante fournie par le constructeur de la turbine. La cartographie d'efficacité de la turbine peut alors être 20 exprimée sous la forme : fit =fit TSR(TSR, Nt,cor ) (équation 24) Ce changement de variable permet d'obtenir une surface cartographiée plus régulière que, par exemple, une cartographie 25 exprimée en fonction de Nt,cor et Wt,cor et donc permet une interpolation entre deux points plus précise. En outre, la variable TSR est calculée directement à partir de variables estimées indépendamment du calcul des valeurs de consigne : la lecture de cette cartographie ne nécessite donc pas de 30 boucle de correction sur une des coordonnées de lecture. Une telle boucle de correction est utilisée dans certaines méthodes utilisant Wt,cor, comme une des coordonnées de la cartographie, et peut alors causer des instabilités du système de calcul. N icT'Lt TSR = WiTut15 On peut estimer le rendement de la turbine corrigé "r1 itcor de la manière suivante : L'expression de la puissance de la turbine est donnée par l'équation : ( 1 Y ech P ° Wt = Wt Tu tri t C p , exh 1- PR,'Y'' (équation 25) Cette équation est utilisée pour calculer la consigne de taux de détente à partir de la consigne de la puissance de la turbine en boucle ouverte (terme du pré-positionnement). L'équation est inversée pour calculer le rendement de la turbine corrigé. Powsp (1-y' 1f1Till (1 - (PR,o, + PR,,a) Yom, Une fois que le turbocompresseur atteint un mode de fonctionnement stable, le rendement de la turbine corrigé calculé selon l'expression ci-dessus peut être mémorisé dans la cartographie pour faire évoluer celle-ci et la rapprocher des conditions réelles de fonctionnement du turbocompresseur. La méthode d'apprentissage peut être choisie parmi différentes méthodes connues. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et peut se décliner en de nombreuses variantes. Dans l'exemple illustré plus haut, certaines variables de fonctionnement du turbocompresseur sont mesurées à l'aide de capteurs ou directement déduites à partir de mesures effectuées par des capteurs. D'autres variables sont estimées à partir des mesures effectuées à l'aide de modèles mathématiques. La proportion de variables directement issues de mesures et de variables estimées peut être modifiée sans sortir du cadre de l'invention. Un système de saturation peut être prévu entre le sommateur et le turbocompresseur 37 pour imposer un taux de détente de consigne compris entre une valeur minima et une valeur maxima dépendant des autres paramètres de fonctionnement du moteur 30. Tl 'co' (équation 26) La changement de variable proposé, consistant à cartographier l'efficacité de la turbine en fonction des deux variables Nt,cor et TSR, et en particulier en fonction de la variable TSR, peut être utilisé dans des système de pilotage de turbine sans apprentissage. Ce changement de variable permet de limiter les erreurs d'interpolation lors de la lecture de la cartographie, car la surface d'efficacité obtenue dans ce repère particulier est plus régulière, ses variations s'effectuant à l'échelle des domaines de travail de la première et seconde coordonnées, et non sur un sous ensemble restreint de coordonnées de travail -ce qui est le cas pour d'autres choix de système de coordonnées-. Le système de régulation selon l'invention peut être utilisé aussi bien pour des systèmes avec recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression (EGR HP) que pour des systèmes avec recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression (EGR BP). Il ne nécessite qu'un nombre minimal de capteurs de pression (un capteur de pression dans le collecteur d'admission). Le système de régulation proposé permet de limiter le coût des essais préalables à la mise en service du turbocompresseur, puisque celui-ci affine sa précision lors des premiers roulages du véhicule. En outre, on limite les dérives du système liées à l'évolution dans le temps (évolutions liées à l'usure, aux variations de température et de conditions atmosphériques...). REVENDICATIONS1. Système de suralimentation pour moteur (30) à combustion interne de véhicule automobile, avec un turbocompresseur comprenant une turbine (33), à ailettes orientables par un actionneur, et une unité de commande électronique (2) configurée pour calculer une consigne de position (u) de l'actionneur, l'unité de commande électronique étant configurée pour calculer la consigne de position (u) à partir d'une valeur d'efficacité turbine (rit) consignée dans une cartographie (3) en fonction d'une première coordonnée de fonctionnement (Nt,cor) et d'une seconde coordonnée de fonctionnement (TSR), caractérisé en ce que l'unité de commande électronique (2) est configurée pour actualiser les valeurs de la cartographie (3) au cours du roulage du véhicule. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel l'unité de commande électronique (2) est configurée pour prendre en compte, lors du calcul de la consigne de position (u), une consigne de puissance de la turbine (POWt,,p), et dans lequel la première (Nt,cor) et la seconde (TSR) coordonnées sont déterminées en fonction d'un régime de rotation (NO d'un arbre de la turbine (33), d'une température des gaz (Tut) en amont de la turbine (33), et d'un débit des gaz (Wt) traversant la turbine (33). 3. Système selon la revendication 2, dans lequel l'unité de commande électronique est configurée pour actualiser au moins une valeur (rit) de la cartographie (3) au cours du roulage du véhicule en fonction d'une valeur d'efficacité de la turbine (1)t,cor), qui est estimée en fonction de la consigne de puissance (POWt,,p) de la turbine, du débit des gaz (Wt) traversant la turbine, de la température des gaz (Tut) en amont de la turbine, et d'une valeur de consigne moyenne utilisée par ailleurs par l'unité de commande électronique (2) pour calculer la consigne de position (u). 4. Système selon l'une des revendications 2 ou 3, comprenant un convertisseur (7) configuré pour calculer la consigne de position (u) à partir de la somme d'un premier taux de détente (PRt,sp,o1) calculée à partir de la puissance de consigne (POWt,sp) de la turbine(33), du débit des gaz (Wt) traversant la turbine, de la température des gaz (Tut) en amont de la turbine (33), et de la valeur d'efficacité de la turbine(rit) lue dans la cartographie (3), et d'un second taux de détente (PRt,sp,a) délivré par un régulateur (11) fonctionnant en boucle fermée. 5. Système selon la revendication précédente, relié à un moyen d'estimation de la pression de gaz dans un collecteur d'admission (40) du moteur, et comprenant un régulateur (11) configuré pour recevoir deux premières valeurs (APcool, Pue) mesurées ou estimées sur le turbocompresseur (37), une valeur estimée de pression (P \-- spgmes) dans le collecteur (40) et une valeur de pression de consigne (Pspg,sp) du collecteur, et configuré pour délivrer un second taux de détente (PRt,sp,a) calculé à partir de la différence entre un premier taux de compression (PRc,sp) calculé à partir des deux valeurs (413,001, Pue) mesurées ou estimées au niveau du turbocompresseur (37), et de la pression (P \-- spg,mes) estimée dans le collecteur (40), et entre un second taux de compression (PRc,est) de consigne calculé à partir des deux premières valeurs (APcool, Puc) estimées ou mesurées, et de la valeur de pression de consigne (Pspg,sp) du collecteur. 6. Système selon les revendications 3 et 4, ou selon les revendication 3 et 5, dans lequel la valeur de consigne moyenne est une moyenne du premier taux de détente (PRt,sp,01) et du second taux de détente (PRt,sp,c1). 7. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande électronique est configurée pour actualiser au moins une valeur (qt) de la cartographie (3) lors de chaque utilisation stabilisée du système turbocompresseur. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande électronique est configurée pour calculer la première coordonnée (Nt ,C0r) en fonction du régime du turbocompresseur (NO et de la température (Tut) de gaz en amont de la turbine (33). 9. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande électronique est configurée pour calculer la seconde coordonnée (TSR) en fonction de la température (Tut) desgaz en amont de la turbine (33), du débit des gaz (Wt) traversant la turbine (33) et du régime de rotation (NO de l'arbre de la turbine (33). 10. Système selon la revendication 9, dans lequel l'unité de commande électronique est configurée pour calculer la seconde coordonnée (TSR) en multipliant le régime (NO de rotation de l'arbre de la turbine (33) par une température de référence constante, et en divisant ce produit par le débit des gaz (Wt) traversant la turbine et par la température des gaz (Tut) en amont de la turbine (33). 11. Procédé de gestion d'un turbocompresseur pour moteur (30) à combustion interne de véhicule automobile, dans lequel on calcule une consigne (u) de position d'ailettes d'une turbine (33) du turbocompresseur (37), en utilisant une cartographie (3) reliant une première coordonnée (Nt ,cor) de fonctionnement, une seconde coordonnée (TSR) de fonctionnement et des troisièmes valeurs (rit) sans dimension, caractérisé en ce que les troisièmes valeurs (qt) de la cartographie sont actualisées au cours du roulage du véhicule. 12. Procédé de gestion selon la revendication 11, dans lequel la première coordonnée (Nt,cor) est calculée en fonction d'un régime de rotation (NO du turbocompresseur et de la température (Tut) des gaz en amont de la turbine (33), et dans lequel la seconde coordonnée (TSR) est obtenue en multipliant le régime (NO du turbocompresseur par une température de référence constante, et en divisant ce produit par le débit des gaz (W) traversant la turbine (33) et par la température des gaz (Tut) en amont de la turbine.