INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Selon une caractéristique additionnelle possible, dans l’étape i), une moyenne d’une pluralité de couples C 1 , C 2 du moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur d’entraînement mesurés lors de mise en œuvre précédentes de l’étape i) par le capteur de couple et/ou de courant 33, 34 respectif est déterminée, dans l’étape ii), une troisième valeur représentant la moyenne de couples du moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur d’entraînement est en outre transférée par le dispositif d’interface de communication 15 du module de pilotage 31, 32 associé au moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur d’entraînement au module de pilotage 31, 32 associé au moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur auxiliaire et, dans l’étape iii), la vitesse de consigne Ω C1 , Ω C2 du moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur auxiliaire est en outre choisie par le module de pilotage 31, 32 du moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur auxiliaire en fonction de la troisième valeur transmise au module de pilotage 31, 32 associé au moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur auxiliaire.
Selon une caractéristique additionnelle possible, la vitesse de rotation Ω 1 , Ω 2 et/ou le couple C 1 , C 2 du moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur auxiliaire est mesuré par le capteur de vitesse de rotation 35, 36 et/ou le capteur de couple et/ou de courant 33, 34 respectif, la vitesse de consigne Ω C1 , Ω C2 du moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur auxiliaire étant en outre choisie dans l’étape iii) en fonction de la vitesse de rotation Ω 1 , Ω 2 et/ou du couple C 1 , C 2 mesuré du moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur auxiliaire.
Selon une possibilité, le couple C 1 , C 2 du moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur d’entraînement mesuré par le capteur de couple et/ou de courant 33, 34 respectif et/ou la vitesse de rotation Ω 1 , Ω 2 du moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur d’entraînement mesurée par le capteur de vitesse de rotation 35, 36 respectif lors de la mise en œuvre de l’étape i) est filtré(e) par un filtre passe-bas, dont une fréquence de coupure et un gain sont de préférence ajustés en fonction de l’inverse du rapport ρ afin d’obtenir que l’atténuation et le déphasage d’un signal provenant du capteur de vitesse de rotation 35, 36 respectif soit constant ou quasi-constant. De cette manière, des bruits de mesure susceptibles de perturber le calcul suivant peuvent être évités.
Ainsi, le moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur d’entraînement envoie au moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur auxiliaire deux grandeurs mesurées, représentatives de la vitesse de rotation Ω 1 , Ω 2 et du couple d’entraînement C 1 , C 2 . Le module de pilotage 31, 32 associé au moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur auxiliaire calcule d’une part, le rapport des vitesses de rotation ρ, image du rapport inverse des rayons R 2 /R 1 (si l’élément souple de protection 2 est tendu), qui est ensuite convenablement lissé par filtrage passe-bas, d’autre part, la valeur moyenne de la consigne de couple du moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur auxiliaire à laquelle viendra s’ajouter une ondulation pour compenser les fluctuations de couple du moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur d’entraînement.
La fréquence de coupure et le gain du filtre peuvent avantageusement être auto-ajustés en fonction du rapport inverse des rayons R 2 /R 1 sur chaque arbre 5, 6 pour conserver un gain et un déphasage quasi-constants sur la plage de fréquence de la fluctuation.
Ensuite, ce signal périodique filtré généré par le capteur de vitesse de rotation 35, 36 associé au moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur d’entraînement (qui se rapproche de sa composante fondamentale sinusoïdale) peut être échantillonné et stocké dans une table couvrant au minimum une demi-période lorsque cette dernière est la plus longue.
Si à une position donnée, il faut N échantillons pour couvrir une période, la moitié de l’écart entre le point courant d’indice n et le point d’indice n-k conservé dans la table des valeurs précédentes (avec 0 ≤ k ≤ N/2) représente une onde en avance de phase par rapport au signal filtré généré par le capteur de vitesse de rotation 35, 36 associé au moteur électrique M 1 , M 2 agissant comme moteur d’entraînement. Le résultat du calcul est représenté à la pour différentes valeurs de k.
- une deuxième boucle de régulation d’une richesse en oxygène mesurée en aval du catalyseur via la deuxième sonde à oxygène, la deuxième boucle de régulation étant configurée pour asservir l’ensemble thermique en amont du catalyseur afin de réguler la richesse en oxygène mesurée en aval par rapport à une deuxième consigne en richesse prédéterminée ;
- une commande stimulée du catalyseur définissant une consigne de richesse en oxygène du catalyseur sous la forme d’un signal périodique d’amplitude et de fréquence et alternant des valeurs de richesse dites pauvres et des valeurs de richesses dites riches.
Dans le contexte de la présente invention, la richesse en oxygène est définie par le rapport entre une quantité de carburant et une quantité d’oxygène. Ainsi, lorsque la richesse déterminée est trop riche, les molécules réducteurs sont en excès dans le catalyseur. A contrario, lorsque la richesse déterminée est trop pauvre, les molécules oxydant sont en excès dans le catalyseur.
Un inconvénient des procédés de pilotage connus réside dans le fait que la richesse en oxygène déterminée en aval du catalyseur – via la deuxième sonde à oxygène – est la seule mesure disponible que l’on peut relier à l’efficacité du catalyseur. Or, cette mesure est trop « tardive » car des écarts de richesse entre la consigne et la mesure peuvent survenir en amont du catalyseur. Il en résulte une forme de déphasage entre la deuxième boucle de régulation et la consigne en amont du catalyseur. Ce déphasage a notamment pour conséquence de modifier l’état l’équilibre du catalyseur lors de l’envoi d’oxydants ou de réducteurs via la commande stimulée. Dès lors, ce déphasage impacte négativement l’efficacité du catalyseur.
Un autre inconvénient des procédés de pilotage connus réside dans le fait que la stratégie de stimulation du catalyseur, assurée par la commande stimulée, est en boucle ouverte, c’est-à-dire sans tenir compte de ce qui a été réellement envoyé au catalyseur à partir de l’information donnée par la première sonde à oxygène.
La présente invention a pour objet de proposer un nouveau procédé de pilotage d’un ensemble thermique de véhicule automobile afin de répondre au moins en grande partie aux problèmes précédents et de conduire en outre à d’autres avantages.
Un autre but de l’invention est de proposer un procédé de pilotage qui permette d’améliorer l’efficacité et les performances du catalyseur.
Un autre but de l’invention est de limiter les émissions de polluants en aval du catalyseur.
Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs précités avec un procédé de pilotage d’un ensemble thermique comportant un bloc moteur relié à une ligne d’échappement comportant un catalyseur, l’ensemble thermique comportant une première sonde à oxygène – dite sonde amont – configurée pour mesurer une quantité d’oxygène présent dans un gaz d’échappement provenant du bloc moteur et en direction du catalyseur, et une deuxième sonde à oxygène – dite sonde aval – configurée pour mesurer la quantité d’oxygène présent dans le gaz d’échappement extrait du catalyseur, le procédé de pilotage comportant :
- une première boucle de régulation d’une richesse en oxygène mesurée en amont du catalyseur via la sonde amont à oxygène, la première boucle de régulation étant configurée pour piloter l’ensemble thermique en amont du catalyseur de sorte à réguler la richesse en oxygène du gaz d’échappement entrant dans le catalyseur par rapport à une première consigne en richesse prédéterminée ;
- une deuxième boucle de régulation d’une richesse en oxygène mesurée en aval du catalyseur via la sonde aval à oxygène, la deuxième boucle de régulation étant configurée pour asservir un rendement du catalyseur de sorte à réguler la richesse en oxygène mesurée en aval par rapport à une deuxième consigne en richesse prédéterminée ;
Conformément à l’invention, la consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée est asservie en fonction de la richesse en oxygène déterminée en amont du catalyseur via la sonde amont.
Comme évoqué précédemment, dans le contexte de la présente invention, la richesse en oxygène est définie par le rapport entre une quantité de carburant et une quantité d’oxygène. Par extension, une richesse est qualifiée de pauvre si le rapport ainsi calculé est inférieur à 1, et une richesse est qualifiée de riche si le rapport ainsi calculé est supérieur à 1.
Dans le contexte de l’invention, on comprendra indifféremment le terme « quantité » comme une quantité massique ou une quantité molaire ou une quantité volumique.
De manière particulièrement avantageuse, la présente invention propose désormais de rendre la consigne en richesse non plus « flottante » et prédéfinie selon une ou plusieurs valeurs non corrélées à un état réel de fonctionnement du catalyseur mais, a contrario, de réguler la consigne de richesse en oxygène définie par la commande stimulée en fonction de la mesure en oxygène réalisée par la sonde amont. En d’autres termes, la présente invention propose d’ajouter aux deux premières boucles de régulation déjà connues une troisième boucle de régulation de richesse qui met en œuvre une nouvelle variable basée sur la mesure de richesse en amont du catalyseur et qui permet ainsi de réguler la richesse moyenne en amont catalyseur. A cet effet, la commande stimulée est désormais régulée via cette nouvelle boucle de régulation afin de mieux gérer la quantité d’oxydants et de réducteurs dans le catalyseur tout en gardant une commande stimulée alternée. Désormais, la commande stimulée n’est plus régulière dans le temps mais elle est modulée afin de permettre un meilleur équilibre des oxydants et réducteurs envoyés aux catalyseur. En d’autres termes, cette nouvelle boucle de régulation sur la commande stimulée conduit à adapter en permanence l’alternance des créneaux riches et pauvres de ladite commande stimulée en fonction des données de la sonde amont afin d’optimiser l’efficacité de conversion des polluants dans le catalyseur.
Là encore, la portion de tablier 4 s’étendant entre l’arbre de commande d’enroulement 5 et l’arbre de commande de déroulement 6 doit être maintenue en permanence en légère tension pour éviter un éventuel blocage du tablier 4, voire une rupture de ce dernier. En effet, l’amplitude de pivotement d’une lame 17 par rapport à une autre adjacente est souvent limitée, en particulier dans le sens contraire à l’enroulement de ces lames 17 autour de l’arbre de commande d’enroulement 5. En conséquence, si cette portion de tablier 4 venait à se détendre de trop entre l’arbre de commande d’enroulement 5 et l’arbre de commande de déroulement 6, les lames pourraient se plier excessivement les unes par rapport aux autres jusqu’à dépasser cette limite en provoquant la rupture d’une articulation entre ces lames 17.
Par ailleurs une absence de tension sur cette portion signifie que l’intégralité des efforts au déploiement ou au repliement du tablier 4 est procurée par le moteur de l’arbre de commande de déroulement 6.
La est une représentation schématique du dispositif d’entraînement 1 représenté dans la , la représentant le dispositif d’entraînement dans les deux sens de mouvement, c’est-à-dire le sens de déploiement S1 et le sens de repliement S2, et illustrant uniquement les forces tangentielles qui s’appliquent à des points de contacts P 1 et P 2 entre l’élément souple de protection 2 et les arbres de commande d’enroulement 5 et de déroulement 6.
Les figures 4b et 4c sont des représentations schématiques du dispositif d’entraînement 1 représenté dans la , dans le sens du déploiement S1 ( ) et dans le sens de repliement S2 ( ), qui illustrent uniquement les forces tangentielles qui s’appliquent aux points de contacts P 1 et P 2 entre l’élément souple de protection 2 et les arbres de commande d’enroulement 5 et de déroulement 6.
A ce propos et selon l’invention, la commande en rotation de l’arbre de commande d’enroulement 5 et de l’arbre de commande de déroulement 6 intervient au travers de deux moteurs électriques distincts dénommés, pour des questions de facilité de compréhension de la présente invention, premier moteur électrique M 1 pour celui agissant sur l’arbre de commande de déroulement 6 et deuxième moteur électrique M 2 pour celui entraînant l’arbre de commande d’enroulement 5.
Le dispositif d’entraînement 1 comprend un dispositif de pilotage 16 permettant le pilotage d’une alimentation électrique des moteurs électriques M 1 , M 2 . Le dispositif de pilotage 16 du dispositif d’entraînement 1 selon le premier mode de réalisation est représenté de façon détaillée dans la . Le dispositif de pilotage 16 peut comprendre un module de pilotage 31, 32 pour chaque moteur électrique M 1 , M 2 faisant partie du dispositif d’entraînement 1.
Pour les deux modes de réalisation de l’invention, le dispositif de pilotage 16 comprend un premier module de pilotage 31 permettant le pilotage du premier moteur électrique M 1 et un deuxième module de pilotage 32 permettant le pilotage du deuxième moteur électrique M 2 . Pour les deux modes de réalisation du dispositif d’entraînement 1 décrits, les modules de pilotage 31, 32 peuvent être identiques.
Chaque module de pilotage 31, 32 peut comprendre un capteur de couple et/ou de courant 33, 34 et/ou un capteur de vitesse de rotation 35, 36 du moteur électrique M 1 , M 2 respectif. Chaque élément de pilotage 31, 32 peut en outre comprendre une interface de communication 37, 38 apte à communiquer avec l’interface de communication 37, 38 de l’autre module de pilotage 31, 32, tel qu’une liaison série RS232, une interface de puissance 39, 40 tel qu’un pont de transistors piloté par un driver, une unité de traitement et de calcul 41, 42 tel qu’un microcontrôleur et une alimentation 43, 44.
Le procédé selon l’invention consiste à :
a) assigner à chacun des moteurs électriques M 1 et M 2 , en fonction du sens de commande de déploiement S1 ou au repliement S2, une tension d’alimentation U d1 ; U d2 de démarrage;
b) déterminer la vitesse Ω 1 et Ω 2 des moteurs électriques M 1 et M 2 à un instant t;
c) calculer le rapport ρ des vitesses instantanées mesurées Ω 1 /Ω 2 à l’instant t;
d) assigner une tension d’alimentation U’ 1 et U’ 2 aux moteurs électriques M 1 et M 2 correspondant à une vitesse de consigne Ω c1 et Ω c2 de ces moteurs électriques M 1 ; M 2 en fonction du rapport ρ des vitesses instantanées mesurées Ω 1 /Ω 2 , pour exercer sur l’élément souple de protection 2, entre l’arbre de commande d’enroulement 5 et l’arbre de commande de déroulement 6, une tension d’une valeur comprise dans une plage définie ;
e) reprendre le procédé à l’étape b) à intervalles de temps, préférentiellement réguliers.
De préférence, ladite tension d’alimentation U d1 ; U d2 de démarrage correspond à une vitesse de rotation de consigne de démarrage Ω cd1 et Ω cd2 prédéfinie. L’étape a) permet d’exercer une tension sur l’élément souple de protection 2 entre l’arbre de commande d’enroulement 5 et l’arbre de commande de déroulement 6.
Selon une possibilité, la détermination de la vitesse Ω 1 et Ω 2 des moteurs électriques M 1 et M 2 à un instant t peut être effectuée à l’aide de capteurs de vitesse 35, 36 adaptés.
En tout état de cause, la première souplesse radiale SR1 ou, plus généralement, la souplesse radiale d’un des ensembles déjà décrits, est strictement inférieure à la troisième souplesse radiale SR3, et la troisième souplesse radiale SR3 est strictement inférieure à la deuxième souplesse radiale SR2. Ceci est notamment réalisé en faisant en sorte que le deuxième élément de connexion 8 présente un diamètre plus faible que le premier élément de connexion 7 et le troisième élément de connexion 9. En outre, l’arbre de soufflante 2 et le support 109 sont dimensionnés de manière très rigide pour pouvoir supporter les balourds de la soufflante 101 lors du fonctionnement de la turbomachine 100. Par conséquent, il est plus facile de dimensionner les éléments de connexion 7, 8, 9 les unes par rapport aux autres en se fixant cet ordre des souplesses radiales SR1, SR2, SR3 comme contrainte de conception.
Plus précisément, un rapport entre la première souplesse radiale SR1 (ou la souplesse radiale d’un des ensembles déjà décrits) et la troisième souplesse radiale SR3 est strictement inférieur à 10%. En d’autres termes, la troisième souplesse radiale SR3 est strictement supérieure à dix (10) fois la première souplesse radiale SR1 (ou la souplesse radiale d’un des ensembles déjà décrits). Alternativement, ou en complément, un rapport entre la première souplesse radiale SR1 (ou la souplesse radiale d’un des ensembles déjà décrits) et la deuxième souplesse radiale SR2 est strictement inférieur à 4%. En d’autres termes, la deuxième souplesse radiale SR2 est strictement supérieure à vingt-cinq (25) fois la première souplesse radiale SR1 (ou la souplesse radiale d’un des ensembles déjà décrits).
Ces différentes valeurs de rapport permettent d’assurer une bonne répartition des contraintes radiales entre le deuxième élément de connexion 8 et le troisième élément de connexion 9 lorsque la deuxième extrémité 72 sollicite le dispositif de transmission mécanique 6 selon un mouvement radial.
Ces relations entre les souplesses radiales peuvent ainsi servir de guide lors du dimensionnement de cette partie de la turbomachine 100. En effet, en s’assurant que ces relations sont respectées lors de la conception de la turbomachine 100, il est possible de garantir une réduction des contraintes mécaniques au sein du dispositif de transmission mécanique 6 et, de là, une augmentation de sa durée de vie et une amélioration de l’efficacité de la turbomachine 100.
Dans un mode de réalisation avantageux, la deuxième souplesse radiale SR2 est supérieure ou égale à 20.10 -9 m.N -1 , typiquement entre 50.10 -9 m.N -1 et 200.10 -9 m.N -1 , et vaut de préférence 100.10 -9 m.N -1 . En outre, la troisième souplesse radiale SR3 est comprise entre 350*10 -9 m.N -1 et 1500.10 -9 m.N -1 , typiquement entre 500.10 -9 m.N -1 et 1000.10 -9 m.N -1 , et vaut de préférence 800.10 -9 m.N -1 .
Souplesses dans une turbomachine à réducteur DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne une turbomachine comprenant un dispositif de transmission mécanique.
Plus précisément, la présente invention porte sur la souplesse radiale du dispositif de transmission mécanique.
ETAT DE LA TECHNIQUE En référence à la , on connaît de l’état de la technique une turbomachine 1000 présentant une architecture à réducteur, la turbomachine 1000 étant centrée sur un axe longitudinal X-X. Une telle turbomachine 1000 est notamment utilisée pour la propulsion d’un aéronef (non représenté) sur lequel elle est rapportée fixe.
Comme l’illustre la , la turbomachine 1000 comprend une soufflante 1001 entourée par un carénage 1002. En outre, la turbomachine 1000 comprend un carter 1 entourant une section de compresseur basse pression 1003, une section de compresseur haute pression 1004, une chambre de combustion 1005, une section de turbine haute pression 1006 et une section de turbine basse pression 1007.
La turbomachine 1000 comprend également un arbre de soufflante 2, un arbre de turbine basse pression 4 et un arbre de turbine haute pression 1008, chaque arbre étant mobile en rotation par rapport au carter 1 autour de l’axe longitudinal X-X. L’arbre de soufflante 2 est supporté en rotation par un couple de paliers 3 montés fixes sur le carter 1.
L’arbre de soufflante 2 entraîne la soufflante 1001, l’arbre de turbine basse pression 4 est entraîné par la section de turbine basse pression 1007 et entraîne la section de compresseur basse pression 1003, et l’arbre de turbine haute pression 1008 est entraîné par la section de turbine haute pression 1006 et entraîne la section de compresseur haute pression 1004.
Comme visible sur la , la turbomachine 1000 comprend également un dispositif de transmission mécanique 8, autrement appelé boîtier réducteur.
En fonctionnement, un flux d’air est aspiré par la soufflante 1001 au sein de la turbomachine 1000. Une partie de ce flux circule au sein du carter 1 pour être, successivement, compressée par la section de compresseur basse pression 1003 puis la section de compresseur haute pression 1004, enflammée au sein de la chambre de combustion 1005, et enfin détendue par la section de turbine haute pression 1006 puis la section de turbine basse pression 1007.
Cette circulation permet d’entraîner au rotation l’arbre de turbine basse pression 4 et l’arbre de turbine haute pression 1006 autour de l’axe longitudinal X-X. En outre, l’arbre de turbine basse pression 4 entraîne l’arbre de soufflante 2 par l’intermédiaire du dispositif de transmission mécanique 8, lequel transmet un couple et une vitesse de rotation de l’arbre de turbine basse pression 4 à l’arbre de soufflante 2. Le découplage dynamique de l’arbre de soufflante 2 et de l’arbre de turbine basse pression 4, permis par le dispositif de transmission mécanique 8, autorise l’arbre de turbine basse pression 4 à atteindre des vitesses de rotation bien plus élevées, sans risquer une survitesse à l’extrémité des pales de soufflante 1001. De là, l’efficacité de la turbomachine 1000 est améliorée, et sa taille peut être réduite.
L’utilisation d’un dispositif de transmission mécanique 8 pose néanmoins un certain nombre de difficultés, parmi lesquelles la stabilité mécanique du dispositif de transmission mécanique 8 en fonctionnement, laquelle influe directement sur son efficacité et sa durée de vie.
En effet, en fonctionnement, les différents composant de la turbomachine 1000 sont susceptibles de suivre une évolution dynamique différente les uns des autres. Par exemple, l’arbre de soufflante 2 est susceptible d’être sujet à des mouvements dont l’intensité et la direction sont différents de mouvements dont l’arbre de turbine basse pression 4 est susceptible d’être sujet. Comme l’arbre de soufflante 2 et l’arbre de turbine basse pression 4 sont mécaniquement liés au dispositif de transmission mécanique 8, ce-dernier est alors susceptible d’accumuler des contraintes pour compenser ces évolutions dynamiques différentes. Typiquement, l’arbre de turbine basse pression 4 peut être sujet d’un déplacement radial, tandis que l’arbre de soufflante 2 demeure fixe radialement. Dans ce cas, c’est le dispositif de transmission mécanique 8 qui amortit cette différence de mouvement radial, en accumulant des contraintes mécaniques radiales.
La détection de la non-pertinence des mesures réalisées par la sonde peut être due au dysfonctionnement de la sonde en elle-même ou aux gaz inertes qui se sont déposés sur les électrodes de la sonde. Cependant, dans ce dernier-cas, la pollution des électrodes de la sonde par le gaz inerte est réversible et la sonde aura donc été remplacée inutilement, engendrant des coûts et une manutention inutiles.
Il existe donc le besoin d’une solution permettant de résoudre, au moins en partie, ces inconvénients.