Brevet FR3063109A1 — publié le 20180824

PROCEDE DE DETERMINATION DE LA PRESSION DES GAZ D'ECHAPPEMENT EN AMONT DE LA TURBINE D'UN TURBOCOMPRESSEUR EQUIPANT UN MOTEUR THERMIQUE La présente invention se rapporte se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne suralimentés. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de détermination de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine d'un turbocompresseur. Les contraintes dues aux normes, par exemple les normes européennes dites Euro VI, relatives aux niveaux d'émissions polluantes générées par le fonctionnement des moteurs à combustion interne, deviennent de plus en plus en plus sévères. Les niveaux de performance requis pour les fonctions de contrôle moteur étant par conséquent de plus en plus exigeant, il est intéressant de bien connaître l'état du système à contrôler. Cette connaissance passe actuellement par l'implantation de capteur complétée par une modélisation des phénomènes physiques présents. Une grandeur spécifique du système peut alors être estimée via la mesure du capteur et par le résultat de la modélisation. Une grandeur caractéristique du système peut alors être estimée via la mesure d'un capteur et par le résultat d'un modèle. Ces deux sources d'information présentent des qualités et compromis différents : fiabilité, dynamique, coût ... En particulier dans le cas d'un moteur à combustion interne équipé d'un système de suralimentation tel qu'un turbocompresseur et/ ou d'un système de recirculation des gaz d'échappement vers l'admission, encore désigné EGR, l'estimation de la pression de collecteur échappement est un des estimateurs nécessaires au contrôle moteur pour respecter les critères de contraintes thermomécanique du collecteur et de la turbine mais également pour la maitrise de la pression de suralimentation et de la quantité de gaz recirculés. On connait le document FR2921114 qui décrit une méthode de détermination, dans un moteur thermique suralimenté, d'une pression en entrée de turbine basé sur un champ 35 turbine. 3063109 2 Il existe donc un besoin pour améliorer la précision de la détermination de la pression instantanée des gaz échappement en amont de la turbine, lorsque le moteur ne comprend pas de capteur de pression collecteur. 5 Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de détermination de la pression des gaz d'échappement entrant dans une turbine d'un turbocompresseur équipant un moteur thermique, dans lequel : -on détermine une grandeur caractéristique de l'ouverture de la turbine, la température du gaz entrant dans la turbine, la pression du gaz sortant de la turbine, 10 -on détermine le débit de gaz traversant la turbine, caractérisé en ce qu'on lit dans une cartographie une valeur du rendement isentropique de la turbine associée au couple de valeur formé par le débit de gaz et la grandeur caractéristique de l'ouverture de la turbine, -on détermine la température du gaz sortant de la turbine, 15 -on détermine à partir de cette température du gaz sortant de la turbine et du rendement isentropique la température isentropique du gaz sortant de la turbine, puis on détermine la pression des gaz d'échappement entrant dans la turbine à partir de la pression du gaz sortant de la turbine, de la température isentropique et d'un modèle de détente isentropique de la turbine. 20 L'effet technique est d'améliorer la détermination de la pression des gaz d'échappement en amont de la turbine en utilisant uniquement des informations de la turbine. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en 25 combinaisons : En variante, la pression en sortie de turbine est déterminée par un estimateur de pression. 30 En variante, la température du gaz entrant dans la turbine est déterminée par un estimateur de température. En variante, la température du gaz sortant de la turbine est déterminée par un capteur de température. 3063109 3 Dans une variante où le turbocompresseur est du type à géométrie variable à ailettes mobiles, la grandeur caractéristique de l'ouverture de la turbine est une valeur représentative de la position des ailettes. 5 Dans une variante où le turbocompresseur est du type à géométrie fixe avec un circuit de dérivation des gaz de la turbine, la grandeur caractéristique de l'ouverture de la turbine est une valeur représentative de l'ouverture de cette branche de dérivation. L'invention à également pour objet un calculateur, caractérisé en ce qu'il comprend les 10 moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des variantes précédemment décrites. L'invention à également pour objet un moteur comprenant un turbocompresseur, 15 caractérisé en ce qu'il comprend un tel calculateur. L'invention à également pour objet un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un tel moteur thermique. 20 D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : 25 - La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur thermique de l'invention. - La figure 2 est un logigramme schématisant les étapes du procédé de l'invention. La figure 1 présente un moteur thermique, par exemple un moteur à combustion interne à 30 allumage commandé ou à allumage par compression, comprenant un bloc moteur 1 avec au moins un cylindre 2, par exemple ici quatre cylindres, pour la combustion. Un tel moteur thermique peut équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile pour permettre un déplacement de celui-ci. 35 Le moteur thermique comporte en outre un calculateur, non représenté, comprenant les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une 3063109 4 mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre du procédé détaillé après. Le moteur thermique est relié à une ligne 3 d'admission d'air destinée à diriger vers le 5 moteur 1 thermique l'air nécessaire à son fonctionnement. La ligne d'admission 3 comprend classiquement et dans cet ordre selon le sens de l'écoulement de l'air dans la ligne : - une entrée E d'air, 10 - un filtre 4 à air pour retenir les poussières contenues dans l'air admis, - un compresseur 5 de turbocompresseur 13, - un refroidisseur 6 d'air comprimé, - une vanne 7 de dosage d'air pour le contrôle du débit d'air admis dans le moteur 1, pouvant être par exemple classiquement un boitier papillon, 15 - un répartiteur 8 d'air vers les cylindres 2 du moteur thermique. Le moteur thermique est encore relié à une ligne 9 d'échappement pour l'évacuation des gaz de combustion produits dans les cylindres 2 pendant le fonctionnement du moteur. La ligne 9 d'échappement comprend classiquement et dans cet ordre selon le sens de 20 l'écoulement des gaz dans la ligne : - un collecteur 10 de gaz d'échappement, - un capteur 11 de température en amont de la turbine 12 de turbocompresseur 13 pour la détente des gaz d'échappement et l'entrainement du compresseur 5. 25 - un capteur 14 de température en aval de la turbine 12, - un capteur 15 de pression en aval de la turbine 12, - au moins un organe 16 de dépollution, tel que par exemple un catalyseur d'oxydation, un filtre à particules, - une sortie S des gaz d'échappement. 30 La turbine 12 et le compresseur 5 du turbocompresseur 13 sont reliés par un arbre 17 d'entrainement, maintenu par un palier, non représenté. Le moteur thermique comprend encore une ligne 18 de recirculation des gaz 35 d'échappement reliant la ligne 9 d'échappement à la ligne 3 d'admission. La ligne 18 de recirculation des gaz d'échappement est reliée à une de ses extrémités à la ligne 9 d'échappement par un piquage situé entre le collecteur 10 d'échappement et la turbine 3063109 5 12. La ligne 18 de recirculation des gaz d'échappement est reliée à l'autre de ses extrémités à la ligne 3 d'admission par un piquage situé entre le collecteur 8 d'admission et la vanne 7 de dosage d'air. Cette ligne 18 de recirculation des gaz d'échappement comprend classiquement : 5 - une vanne 19 de dosage de la quantité de gaz d'échappement à faire recirculer, - un échangeur 20 de refroidissement des gaz d'échappement à faire recirculer. Comme indiqué sur la figure 1, la pression et la température des gaz d'échappement en 10 amont de la turbine 12 sont respectivement notés P3 et T3, la pression et la température des gaz d'échappement en aval de la turbine 12 étant respectivement P4 et T4. L'amont et l'aval sont déterminés par le sens de circulation des fluides, de l'air pour la ligne 3 d'admission et des gaz brûlés pour la ligne 9 d'échappement. La température T4 est mesurée par le capteur 14. 15 L'invention porte sur un procédé de détermination de la pression P3 en amont de la turbine 12 permettant d'utiliser uniquement les informations de l'environnement de la turbine. 20 Ici, la détente thermique de la turbine 12 est modélisée par une détente isentropique : 1-Yech P3 ( T3 Yech P4 T4is) (1) Où P3 est la pression en amont de la turbine 12, c'est-à-dire la pression des gaz entrant dans la turbine 12 que l'on souhaite modéliser, 25 T3 est la température en amont de la turbine 12, P4 est la pression en aval de la turbine 12, c'est-à-dire la pression sortant de la turbine 12, Yech est le coefficient adiabatique des gaz d'échappement. T4is est la température isentropique en aval de la turbine 12, c'est-à-dire la température 30 des gaz sortant de la turbine 12 pour une détente isentropique. La température T4is n'est pas la température T4 mesurée par le capteur 14 de température en aval de la turbine 12. On détermine donc la température isentropique en aval de la turbine, T4is, en fonction de la température T4 mesurée par le capteur de 35 température 14 : 3063109 6 (T3 - T4) T4is = T3 (2) Où rtis est le rendement isentropique de la turbine 12. 5 Ceci requiert donc une modélisation du rendement isentropique, ii , de la turbine 12. Celle-ci est obtenu à partir d'une cartographie qui, en fonction d'une grandeur caractéristique de l'ouverture de la turbine 12, Posturbo, et du débit, 0 urbo, -turbine, traversant la turbine 12, donne la valeur du rendement isentropique, ii , de la turbine 12. /h, = Carto(Posturbo, Q turbine) (3) 10 Le turbocompresseur 13 peut être du type à géométrie variable comprenant des ailettes mobiles, l'inclinaison des ailettes du stator qui canalisent l'introduction du gaz dans les aubes du rotor de turbine étant par exemple variable, et étant pilotée par le calculateur. Dans ce cas, la grandeur caractéristique de l'ouverture de la turbine 12, Posturbo, peut être 15 une valeur représentative de la position des ailettes. Le turbocompresseur 13 peut aussi être un turbocompresseur à géométrie fixe, le circuit de suralimentation peut comprendre une branche de dérivation de la turbine 12, appelée en anglais "bypass" ou "waste gate", pourvue d'une électrovanne pilotée par le 20 calculateur, qui permet de réguler le débit et donc la pression en entrée de turbine 12. Dans ce cas, la grandeur caractéristique de l'ouverture de la turbine 12, Posturbo, peut être une valeur représentative de l'ouverture de cette branche de dérivation. La cartographie peut être apprise via des essais préalables de caractérisation de la 25 turbine 12. Le débit 0 -turbine, traversant la turbine 12 est une information qui peut être déterminée à partir d'une information capteur débitmètre à laquelle on ajoute le débit carburant pour en déduire le débit échappement passant dans la turbine. La figure 2 présente un logigramme schématisant les étapes du procédé. 30 Ayant préalablement détermine la grandeur caractéristique, Posturbo ,de l'ouverture de la turbine 12, et le débit, 110 -turbine , de gaz traversant la turbine 12, 3063109 7 A l'étape 30, on lit dans la cartographie la valeur du rendement isentropique, rus, de la turbine 12 associée au couple de valeur formé par le débit de gaz, Qturbine, et la grandeur caractéristique de l'ouverture de la turbine 12, Posturbo 5 A l'étape 40, on procède à la détermination de la température isentropique, T4is, en aval de la turbine 12, à l'aide de la relation (2), du rendement isentropique, rus, de la température T3 déterminée en amont de la turbine 12 et de la température T4 déterminée en aval de la turbine 12. 10 A l'étape 50, on détermine la pression P3 des gaz d'échappement entrant dans la turbine 12 à partir de la pression P4 du gaz sortant de la turbine 12, de la température isentropique T4is et du modèle de détente isentropique de la turbine de la relation (1). L'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit. En variante, le capteur de 15 température T3 des gaz en amont de la turbine 12 et/ou le capteur de température T4 des gaz en aval de la turbine 12 et/ou le capteur de pression P4 des gaz en aval de la turbine 12 peuvent être remplacés chacun par un estimateur pour déterminer ces paramètres. Ainsi on peut avoir la configuration spécifique suivante : un estimateur pour la température T3 avec un capteur de température T4 et un estimateur de pression P4. 20 L'invention permet l'obtention d'une pression P3 en amont de la turbine 12 plus précis en statique et plus fiable que l'art antérieur. L'usage d'une pression P3en amont de la turbine 12 déterminé selon le procédé de l'invention de supprimer les risques d'instabilité des régulations de la suralimentation et de la recirculation de gaz d'échappement. L'invention 25 permet d'améliorer la protection des composants à l'échappement et la précision du prépositionnement des actionneurs du turbocompresseur 13 et / ou de la vanne 19 de dosage EGR. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la pression (P3) des gaz d'échappement entrant dans une turbine (12) d'un turbocompresseur (13) équipant un moteur thermique, dans lequel : , -on détermine une grandeur caractéristique (Posturbo 1 de l'ouverture de la turbine (12), la température (T3) du gaz entrant dans la turbine (12), la pression (P4) du gaz sortant de la turbine (12), -on détermine le débit (Ob 1 de gaz traversant la turbine (12), -turbine, caractérisé en ce qu'on lit (30) dans une cartographie une valeur du rendement isentropique de la turbine (12) associée au couple de valeur formé par le débit (CD 1 de -turbine, - - , gaz et la grandeur caractéristique (Posturbo 1 de l'ouverture de la turbine (12), -on détermine la température (T4) du gaz sortant de la turbine (12), -on détermine à partir de cette température (T4) du gaz sortant de la turbine et du rendement isentropique la température isentropique (T4is) du gaz sortant de la turbine, puis on détermine la pression (P3) des gaz d'échappement entrant dans la turbine (12) à partir de la pression (P4) du gaz sortant de la turbine (12), de la température isentropique (T4is) et d'un modèle de détente isentropique de la turbine (12). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression (P4) en sortie de turbine (12) est déterminée par un estimateur de pression. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la température (T3) du gaz entrant dans la turbine (12) est déterminée par un estimateur de température. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température (T4) du gaz sortant de la turbine (12) est déterminée par un capteur de 25 température. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le turbocompresseur étant du type à géométrie variable à ailettes mobiles, la grandeur caractéristique (PosT) de l'ouverture de la turbine (12) est une valeur représentative de la position des ailettes. 30 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le turbocompresseur étant du type à géométrie fixe avec un circuit de dérivation des gaz de la turbine (12), la grandeur caractéristique (PosT) de l'ouverture de la turbine est une valeur représentative de l'ouverture de cette branche de dérivation. 3063109 9 7. Calculateur, caractérisé en ce qu'il comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5 8. Moteur comprenant un turbocompresseur (13), caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur selon la revendication précédente. 9. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur thermique selon la revendication précédente.