Brevet FR3082887A1 — publié le 20191227

PROCEDE DE DETERMINATION D'UNE CONSIGNE DE PUISSANCE D'UN COMPRESSEUR DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de détermination d'une consigne de puissance d'un compresseur de moteur à combustion interne. 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 en stabilisé et en transitoire. 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. En particulier dans le cas d'un moteur à combustion interne à allumage par compression équipé d'un système de suralimentation tel qu'un turbocompresseur, l'estimation du débit d'air qui va traverser le compresseur du turbocompresseur est nécessaire pour contrôler correctement par exemple, la vanne de décharge, encore désignée communément « waste gate » en anglais. Cette estimation demande de calculer la puissance que la turbine devra fournir au compresseur. La détermination de la puissance nécessaire au compresseur peut être réalisée à partir du débit d'air courant, cependant cela implique -une possible divergence car lorsque la pression de suralimentation va être plus élevée que la consigne, alors le débit d'air réalisé sera plus élevé que prévu. Hors, si le débit d'air est plus élevé que prévu alors les pertes de charges du filtre à air et du refroidisseur d'air de suralimentation vont augmenter. La puissance nécessaire au compresseur va alors augmenter, ce qui va avoir pour conséquence d'augmenter la pression de suralimentation et donc d'amplifier le phénomène. -Une réponse peu dynamique de la suralimentation. En effet en se basant sur le débit d'air courant, qui est dépendant de la pression de suralimentation réalisée, le calcul de la puissance compresseur va augmenter lorsque la pression de suralimentation va 2 augmenter. Pour être plus dynamique il faudrait que la puissance compresseur soit d'une forme de type créneau, qu'elle passe directement à la valeur qu'on voit lorsque l'on est sur point stabilisé. 5 Il existe donc un besoin pour estimer avec précision la puissance demandée au compresseur, Un but de la présente invention est de proposer un procédé qui permet d'améliorer la précision d'estimation de la puissance demandée au compresseur d'un tel 10 turbocompresseur. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de détermination d'une consigne de puissance d'un compresseur équipant une ligne d'admission reliée à un moteur à combustion interne au niveau d'un répartiteur d'air, dans lequel la consigne de puissance 15 du compresseur est déterminée à partir d'un débit d'air, caractérisé en ce que ce débit d'air est une consigne de débit d'air, cette consigne de débit d'air étant obtenue partir d'une détermination préalable : -du rendement volumétrique courant du moteur correspondant au ratio entre le débit de gaz réellement admis dans le moteur, et le débit théorique pouvant être admis dans le moteur, 20 -de la température courante et de la pression courante dans le répartiteur d'admission, - du régime moteur, - de la pression de suralimentation courante et de la consigne de pression de suralimentation en aval du compresseur. 25 L'effet technique est de créer un débit d'air de consigne qui est cohérent avec la pression consigne de pression de suralimentation, ce qui évite le risque de divergence en débit d'air et pression de suralimentation. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en 30 combinaisons : Selon une réalisation, on détermine à partir du rendement volumétrique courant un rendement volumétrique courant filtré par un filtre passe-bas. 35 Selon une réalisation, le filtre bas prend en compte un coefficient de filtrage qui dépend de l'écart entre la valeur filtrée et non filtrée du rendement volumétrique courant. 3 Selon une réalisation, le coefficient de filtrage est obtenu au moyen d'une cartographie qui établit ce coefficient de filtrage en fonction de l'écart entre la valeur filtrée et non filtrée du rendement volumétrique courant. 5 Selon une réalisation, pour laquelle le moteur comprend de plus une ligne de recirculation des gaz d'échappement, la détermination de la consigne de débit d'air, et du rendement volumétrique courant comprend une détermination préalable d'un taux courant de gaz d'échappement en recirculation. 10 Selon une réalisation, le procédé est activé lorsque le taux courant de gaz d'échappement en recirculation est inférieur ou égal à 5%. Selon une réalisation, que la consigne de débit d'air Q'ircon,est donnée par la relation : 100 - egi Psuralcons (Psural_cour PP) 100X11 vol X X T rp lenum p 15 Avec -Tp et Pp respectivement la température et la pression dans le répartiteur d'admission (9), -Psuralsons et Psuralsour respectivement la consigne de pression de suralimentation et la pression de suralimentation courante, -Tegr , le taux courant de gaz d'échappement en recirculation, 20 4,1'',', la constante spécifique des gaz dans le répartiteur d'admission, -11'voile rendement volumétrique courant filtré. L'invention a aussi pour objet un ensemble moteur comprenant : -un moteur à combustion interne 25 -une ligne d'admission d'air équipée d'un compresseur et reliée au moteur à combustion interne au niveau d'un répartiteur d'air, -le cas échéant, une ligne de recirculation des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur électronique comprenant les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi 30 que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des variantes précédemment décrites. L'invention a aussi pour objet un comprenant un tel ensemble moteur pour son déplacement. 35 4 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 : 5 - La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur thermique conforme à l'invention. - La figure 2 est une représentation schématique du procédé de l'invention. La figure 1 présente un moteur thermique 1, par exemple un moteur à combustion interne 10 à allumage par compression, comprenant un bloc-moteur 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 pour permettre un déplacement de celui-ci. Le moteur thermique 1 comporte en outre un calculateur, non représenté, comprenant les 15 moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre du procédé détaillé après. Le moteur thermique 1 est relié à une ligne 3 d'admission d'air et à une ligne 4 d'échappement des gaz brûlés. Le moteur thermique 1 comprend encore un 20 turbocompresseur 5, avec son compresseur 6 disposé dans la ligne d'admission et sa turbine 7 disposée dans la ligne 4 d'échappement. La ligne 3 d'admission comprend encore une vanne 8 de dosage d'air pour le contrôle du débit d'air admis dans le moteur 1, pouvant être par exemple classiquement un boitier papillon, et un répartiteur 9 d'air vers les cylindres 2 du moteur thermique. La ligne 3 d'admission peut comprendre encore un filtre à air 10 25 placé en amont du compresseur 6 et un refroidisseur d'air de suralimentation 11 placé en aval du compresseur Le moteur thermique 1 comprend encore une ligne 12 de recirculation des gaz d'échappement reliant la ligne 4 d'échappement à la ligne 3 d'admission. La ligne 12 de 30 recirculation des gaz d'échappement est reliée à une de ses extrémités à la ligne 4 d'échappement par un piquage situé en amont de la turbine 7, relativement au sens d'écoulement des gaz d'échappement. La ligne 12 de recirculation des gaz d'échappement est reliée à l'autre de ses extrémités à la ligne 3 d'admission par un piquage situé en aval du compresseur 6, relativement au sens de circulation de l'air d'admission. La ligne 12 de 35 recirculation des gaz d'échappement comprend classiquement une vanne 13 de dosage de la quantité de gaz d'échappement à faire recirculer. 5 La figure 2 détaille les étapes du procédé de l'invention. Au bloc 20 est calculé le rendement volumétrique courant. courant. Le rendement volumétrique correspond au ratio entre le débit de gaz réellement admis dans le moteur, Qtotadmis, et le 5 débit théorique pouvant être admis dans le moteur : Qtotadmis Qteadmis_theorique Avec d'une part : Qtotadmis = Qair Qegr 10 Et, Qair, le débit d'air courant dans la ligne 3 d'admission. Ce débit d'air courant est par exemple mesuré par un débitmètre, Qegr, le débit de gaz d'échappement en recirculation. 15 Le taux courant de gaz d'échappement en recirculation, Ter , est donné par la relation : Tegr = 100 x Qtotadmis En pratique, ce taux courant de gaz d'échappement en recirculation est estimé en fonction du le débit d'air courant, Qair, et du point de fonctionnement moteur. 20 Le débit de gaz réellement admis dans le moteur, Qtotadmis, s'écrit alors : 100 Qtotadmis = 100 _ Tegr X Qair Le débit total théorique au moteur, Qtotadmistheorique' correspond à : Pp X Cylunitai, x Nbre cylindre X N 25 Qtotadmis_theorique = rplenum X ; Avec : N, le régime du moteur, qui peut être obtenu par mesure à l'aide d'un capteur de régime, Nbrecoindre, le nombre de cylindre du moteur, 30 Cylunitaire, la cylindrée d'un seul cylindre du moteur, Qegr 6 Pp, la pression dans le plénum, autrement dit dans le répartiteur d'admission 9, qui peut être mesurée au moyen d'un capteur de pression, Tp, la température dans le plénum, qui peut être mesurée par un capteur ou estimée par calcul, 5 rpienum, la constante spécifique des gaz dans le plénum, Le rendement volumétrique s'écrit alors de la manière suivante : nue! = 100 100 - T egr X Qair Pp X CYlunitaire X N brecyund' X N 10 rplenum X Tp On fait ici comme hypothèse que la constante spécifique des gaz dans le plénum est égale à celle de l'air : rplenum -rai r -287 J/kg/K 15 Ce rendement volumétrique nvoiest ensuite filtré via un filtre passe-bas (bloc 23), dont la valeur du filtrage dépend de l'écart entre la valeur du rendement volumétrique Thou et la valeur de rendement volumétrique rit'i filtrée. Cet écart entre la valeur non filtrée et la valeur filtrée du rendement volumétrique est réalisé sur le figure 2 au bloc 21. A partir de cet écart, il est déterminé au bloc 22 un coefficient de filtrage, qui peut être déterminé à 20 partir d'une cartographie qui établit le coefficient de filtrage en fonction de l'écart entre la valeur non filtrée et la valeur filtrée du rendement volumétrique. Ce filtre permet d'atténuer les oscillations du rendement volumétrique dues aux différents calculs. Sur la figure 2, le débit d'air de consigne est ensuite calculé au bloc 24, de la manière suivante : consigne / consigne Qtotadmis - 'I' vol X Qtotadmistheorique Avec le rendement volumétrique n'y& filtré, et consigne Qtotadmis , la consigne de débit total de gaz à admettre dans le moteur, 25 30 7 consigne, la consigne de débit total de gaz pouvant être admis dans le Qtotadmis theorique moteur, En utilisant la pression plénum de consigne, P consigne -plenum , on peut calculer le débit total, 5Qtotadmis consigne correspondant à cette pression : theorique Qtotadmis theoriquerp X CYlunitaire rplenum X '13 consigne consigne Pplenum x Nbrecylindre X N Pour calculer la pression plénum de consigne : 10 consigne nconsigne Pplenum rsural_cons APdoseur P Avec -sural_cons ,la consigne de pression de suralimentation, et, A -- doseur consigne P , la consigne d'écart de pression au niveau du doseur d'air 8. Cette consigne, APdoseur"nsi9ne, 15 d'écart de pression au niveau du doseur d'air 8 étant impossible à prédire, nous faisons l'hypothèse que la valeur courante correspond à la valeur de consigne : consigne A courant n, APdoseur ardoseur rsural_cour Pp 20 Avec Pp la pression plenum courante, et Psuralcoun la pression courante de suralimentation , en aval du compresseur 6 et en amont du doseur 8. Cette pression courante de suralimentation P -sural cour, peut être estimée via Qair, le débit d'air courant dans la ligne 3 d'admission, la pression plenum courante, Pp, et la position du papillon du doseurs. 25 La pression plénum de consigne, P -plenumconsigne, s'écrit alors : consigne plenum = sural _cons - (Psural_cour Pp) Soit pour le débit total : 30 consigne = Qtotadmis 100 - Tegr consigne X Qair cons 100 8 Avec Tegconsigne,r la consigne de taux de gaz d'échappement en recirculation. Cette consigne de taux de gaz d'échappement en recirculation étant impossible à prédire, nous faisons également l'hypothèse que la valeur courante correspond à la valeur de consigne : consigne = Tegr Tegr On obtient alors pour le débit d'air de consigne, Qair cons Q air cons = 100 - T egr X Q tot consigne admis 10 0 Soit en définitive : 100 - T egi , Psuralcons (Psural cour Pp) Qaircon, 100 X TI vol X rplenum X Tp X Cylunitai' X Nbrecylindrc X N Le débit d'air de consigne étant directement liée à la pression de suralimentation de consigne, le risque de divergence est supprimé car on ne dépend plus de la pression de suralimentation réalisée dans le calcul de la puissance demandée au compresseur. 20 Avantageusement, le procédé est utilisé lorsqu'il y a recirculation de gaz d'échappement pour une plage de taux de gaz d'échappement en recirculation faible, c'est-à-dire dans une plage inférieure à ou égale à 5%. En effet si l'estimation de taux de gaz d'échappement en recirculation est entachée d'erreur, cela permet de limiter cette erreur et donc en définitive 25 celle de la consigne de puissance du compresseur 6. Au bloc 28 on détermine, P - comp_cons, la consigne de puissance du compresseur 6. Cette consigne de puissance est obtenue à partir la consigne de débit d'air, Qair cons , des consignes de pression amont et aval du compresseur, P - am comp cons et Pav comp cons, ainsi que 30 de Tarn_. p, la consigne de température d'air en amont du compresseur 6: 5 10 15 9 Pcomp_cons = ( _comp_cons Vair Yair-1 Pav Qair_cons X Cpair X Tam_comp X p am comp cons ficomp Avec, ri'mp ,le rendement compresseur, cpair, la capacité calorifique de l'air, 5 yak, coefficient adiabatique de l'air La consigne de pression en amont du compresseur, P - am_comp_oens est déterminée au bloc 25 à partir de la consigne de débit d'air, 0 ,air_cons, et en prenant en compte les pertes de charge induites par le filtre à air 10. La consigne de pression en aval du compresseur, Pay cor,,,,,_con consigne de débit d'air, n -sair_cons, en prenant en compte les le refroidisseur d'air de suralimentation 11 (bloc 26) et P -sural de suralimentation (bloc 27). L'invention permet de créer un débit d'air de consigne qui est cohérent avec la pression plénum de consigne. L'invention a pour avantage de supprimer le risque de divergence en débit d'air et pression 20 de suralimentation qui font que lorsque la pression de suralimentation augmente alors le débit d'air augmente ce qui a tendance à faire diverger la loi de commande car la puissance demandée au niveau du compresseur augmente. De plus, elle permet d'avoir une puissance demandée au compresseur qui est de type REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d'une consigne de puissance (Pcomp_cons) d'un compresseur (6) équipant une ligne d'admission (3) reliée à un moteur (1) à combustion interne au niveau d'un répartiteur d'air (9), dans lequel la consigne de puissance (Pcompsons) du compresseur est déterminée à partir d'un débit d'air, caractérisé en ce que ce débit d'air est une consigne de débit d'air (Qair_cons), cette consigne de débit d'air (Qair_cons) étant obtenue partir d'une détermination préalable : -du rendement volumétrique courant (11,01) du moteur correspondant au ratio entre le débit de gaz réellement admis dans le moteur, et le débit théorique pouvant être admis dans le moteur, -de la température courante (Tp) et de la pression courante (Pp) dans le répartiteur d'admission (9), - du régime moteur (N), - de la pression de suralimentation courante (Psural_cour) et de la consigne de pression de suralimentation (Psuralsons) en aval du compresseur (6). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine à partir du rendement volumétrique courant (TI,,f) un rendement volumétrique courant filtré (T1'.1) par un filtre passe-bas (23). 3. Procédé selon revendication 2, caractérisé en ce que le filtre passe-bas (23) prend en compte un coefficient de filtrage (22) qui dépend de l'écart (21) entre la valeur filtrée et non filtrée du rendement volumétrique courant. 4. Procédé selon revendication 3, caractérisé en ce que le coefficient de filtrage est obtenu au moyen d'une cartographie qui établit ce coefficient de filtrage en fonction de l'écart (21) entre la valeur filtrée et non filtrée du rendement volumétrique courant. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (1) comprenant de plus une ligne (12) de recirculation des gaz d'échappement, la détermination de la consigne de débit d'air (Qair_cons), et du rendement volumétrique courant (l'Ivoi) comprend une détermination préalable d'un taux courant de gaz d'échappement en recirculation (regr). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est activé lorsque le taux courant de gaz d'échappement en recirculation (Tegr) est inférieur ou égal à 5%. 11 7. Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6 et la revendication 2, caractérisé en ce que la consigne de débit d'air (Qair_cons) est donnée par la relation = 100X 1 vol X rplenum x Tp 100 - Tegr , Psuralcons (Psuralsour Pp) Avec 5 -Tp et Pp respectivement la température et la pression dans le répartiteur d'admission (9), -Psural_cons et Psural_cour respectivement la consigne de pression de suralimentation et la pression de suralimentation courante, -Tegr, , le taux courant de gaz d'échappement en recirculation, 10 -l'en., la constante spécifique des gaz dans le répartiteur d'admission, - le rendement volumétrique courant filtré. 8. Ensemble moteur comprenant : -un moteur (1) à combustion interne -une ligne d'admission d'air (3) équipée d'un compresseur (6) et reliée au moteur (1) à 15 combustion interne au niveau d'un répartiteur d'air (9), caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur électronique comprenant 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 1 à 4. 20 9. Ensemble moteur comprenant -un moteur (1) à combustion interne, -une ligne d'admission d'air (3) équipée d'un compresseur (6) et reliée au moteur (1) à combustion interne au niveau d'un répartiteur d'air (9), -une ligne (12) de recirculation des gaz d'échappement, 25 caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur électronique comprenant 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 5 à 7. 10. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble moteur selon la 30 revendication 8 ou la revendication 9 pour son déplacement.