EP3803316A1 - Procédé de diagnostic de fonctionnement d'un turbocompresseur adapte a la gravite de la defaillance - Google Patents

Procédé de diagnostic de fonctionnement d'un turbocompresseur adapte a la gravite de la defaillance

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EP3803316A1
EP3803316A1 EP19728505.9A EP19728505A EP3803316A1 EP 3803316 A1 EP3803316 A1 EP 3803316A1 EP 19728505 A EP19728505 A EP 19728505A EP 3803316 A1 EP3803316 A1 EP 3803316A1
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heat engine
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Jean Francois LEGROS
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Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé de diagnostic de fonctionnement d'un turbocompresseur de moteur thermique, caractérisé en ce que ledit procédé comporte : - une étape de réalisation d'une première comparaison entre une position mesurée (Pos_mes) du système de décharge et un seuil d'activation (S_act_min, S_act_max) défini en fonction de paramètres liés au fonctionnement du moteur thermique, - une étape de détermination d'un écart de boucle (Eb) égal à la différence entre une consigne de position du système de décharge et la position mesurée (Pos_mes) du système de décharge, - une étape de réalisation d'une deuxième comparaison entre l'écart de boucle (Eb) précédemment déterminé et un seuil de détection (S_det_pos, S_det_neg), et - une étape de remontée de défauts et/ou de reconfiguration du moteur thermique en fonction de la première comparaison et de la deuxième comparaison précédemment effectuées.

Description

PROCÉDÉ DE DIAGNOSTIC DE FONCTIONNEMENT D'UN
TURBOCOMPRESSEUR ADAPTE A LA GRAVITE DE LA DEFAILLANCE
[0001 ] La présente invention porte sur un procédé de diagnostic de fonctionnement d’un turbocompresseur adapté à la gravité de la défaillance. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des moteurs thermiques de véhicule automobile.
[0002] De façon connue en soi, un turbocompresseur comporte un étage de compression et une turbine. L’étage de compression comprime l’air d’admission afin d’optimiser le remplissage des chambres de combustion. A cet effet, l’étage de compression est placé sur le conduit d’admission de l’air, c’est-à-dire avant le moteur. L’écoulement des gaz d’échappement entraîne en rotation une roue de la turbine qui entraîne alors en rotation une roue de l’étage de compression par l’intermédiaire d’un arbre d’accouplement reliant les deux roues entre elles.
[0003] Les turbocompresseurs comportent un système de décharge associé à un circuit de décharge (ou "by-pass" en anglais) permettant à une partie des gaz d’échappement de ne pas passer par la roue de la turbine. Le système de décharge, dit à géométrie variable, comporte un rotor et un stator munis chacun d’une série d’orifices répartis sur leur circonférence. Le rotor peut être déplacé angulairement par rapport au stator de manière à aligner ou désaligner les orifices du rotor par rapport à ceux du stator pour ouvrir ou fermer le système de décharge. Il est ainsi possible de faire varier la section de passage des gaz d’échappement vers le circuit de décharge.
[0004] Afin de détecter une défaillance du turbocompresseur équipé d’une recopie de position, la mesure de cette dernière est comparée à sa consigne. On définit ainsi un écart de boucle égal à la différence entre une consigne de position et la position mesurée du système de décharge. Il existe un risque mécanique en cas d’écart de boucle négatif (trop de pression de suralimentation donc sur-régime du turbocompresseur, surpression dans la ligne d’air, température trop élevé, etc...) qui nécessite, entre autre, d’allumer un voyant au tableau de bord et limiter la performance du moteur. Il existe aussi un risque de manque de puissance sécuritaire en cas d’écart de boucle positif (pas assez de pression de suralimentation donc manque de performance) qui nécessite d’allumer un voyant au tableau de bord pour prévenir le conducteur. [0005] Le problème de cette stratégie est qu’il n’existe pas de distinction dans la position du blocage. Ainsi, les modes dégradés reconfigurant le moteur s’avèrent parfois trop sévères mais nécessaires pour couvrir le pire cas. Par exemple, un blocage en position de suralimentation maximale nécessite des reconfigurations sévères comme expliqué au- dessus (voyant au tableau de bord, limitation de performance, etc...). S’agissant d’un même diagnostic, un blocage en position intermédiaire appelle les mêmes reconfigurations du système. Or le risque mécanique est bien moindre, voire absent. Cela engendre des retours en service après-vente injustifiés et une sur-protection du moteur. De la même façon, l’allumage au tableau de bord est nécessaire en cas de blocage en suralimentation minimale par manque de plus de 50% de la performance. En position intermédiaire, ce manque de puissance n’est plus sécuritaire et ne nécessite donc pas une reconfiguration sévère du moteur ni une alerte du conducteur.
[0006] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un procédé de diagnostic de fonctionnement d'un turbocompresseur de moteur thermique, le turbocompresseur comportant un système de décharge pouvant prendre différentes positions pour faire varier un niveau d'ouverture d'une section de passage de gaz d'échappement, caractérisé en ce que le procédé comporte:
- une étape de réalisation d'une première comparaison entre une position mesurée du système de décharge et un seuil d'activation défini en fonction de paramètres liés au fonctionnement du moteur thermique,
- une étape de détermination d'un écart de boucle égal à la différence entre une consigne de position du système de décharge et la position mesurée du système de décharge,
- une étape de réalisation d'une deuxième comparaison entre l'écart de boucle précédemment déterminé et un seuil de détection, et
- une étape de remontée de défauts et/ou de reconfiguration du moteur thermique en fonction de la première comparaison et de la deuxième comparaison précédemment effectuées.
[0007] L'invention permet ainsi d'activer le diagnostic sur des positions critiques pour le moteur thermique ou pour sa performance afin d’appliquer des modes dégradés en adéquation avec le risque et donc limiter le retour en service après-vente au juste nécessaire. [0008] Selon une mise en œuvre, les paramètres de fonctionnement du moteur thermique sont les suivants: régime du moteur thermique, couple du moteur thermique, température d’admission des gaz d'échappement, et pression atmosphérique.
[0009] Selon une mise en œuvre, si la position du système de décharge est supérieure à un seuil d'activation maximal et si l’écart de boucle est inférieur à un seuil de détection négatif alors le procédé comporte une étape de remontée de défaut critique et de reconfigurations sévères du moteur thermique.
[0010] Selon une mise en œuvre, si la position du système de décharge est inférieure au seuil d'activation maximal et si l’écart de boucle est inférieur au seuil de détection négatif, alors le procédé comporte une étape de remontée de défaut non critique et de reconfigurations non sévères du moteur thermique.
[001 1 ] Selon une mise en œuvre, si la position du système de décharge est inférieure à un seuil d'activation minimal, et si l’écart de boucle est supérieur à un seuil de détection positif alors le procédé comporte une étape de remontée de défaut critique et de reconfigurations sévères du moteur thermique.
[0012] Selon une mise en œuvre, si la position du système de décharge est supérieure au seuil d'activation minimal, et si l’écart de boucle est supérieur au seuil de détection positif alors le procédé comporte une étape de remontée de défaut non critique et de reconfigurations non sévères du moteur thermique.
[0013] Selon une mise en œuvre, une reconfiguration sévère du moteur thermique consiste notamment à limiter un couple du moteur thermique à au moins 50% de sa valeur maximale et prévenir le conducteur par un allumage au tableau de bord.
[0014] Selon une mise en œuvre, une reconfiguration non sévère du moteur thermique consiste notamment à limiter un couple du moteur thermique au plus à 50%.
[0015] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de diagnostic de fonctionnement d'un turbocompresseur tel que précédemment défini.
[0016] L'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant un calculateur moteur tel que précédemment défini. [0017] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[0018] La figure 1 est une représentation schématique d'un exemple d'architecture de moteur thermique mettant en oeuvre le procédé selon l'invention de diagnostic de fonctionnement du turbocompresseur;
[0019] La figure 2 est une représentation schématique de différents états d'un système de décharge mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention de diagnostic de fonctionnement du turbocompresseur;
[0020] La figure 3 est un diagramme de blocs fonctionnels mettant en oeuvre le procédé selon l'invention de diagnostic de fonctionnement du turbocompresseur.
[0021 ] La figure 1 montre un exemple d'architecture de véhicule automobile 1 comportant un moteur thermique 5 suralimenté par un turbocompresseur 2 comprenant un compresseur 3 et une turbine 4. Le compresseur 3 permet de comprimer l'air d'admission de manière à optimiser le remplissage des cylindres du moteur 5. A cet effet, le compresseur 3 est disposé sur une conduite d’admission 8 en amont du moteur 5. L'écoulement des gaz d'échappement entraîne en rotation la turbine 4 disposée sur une conduite d'échappement 9, laquelle entraîne alors en rotation le compresseur 3 par l'intermédiaire d'un arbre d'accouplement. Un système de décharge 15 du turbocompresseur 2 est disposé en amont de la turbine 4. Le système de décharge 15 permet de gérer la quantité de gaz d'échappement circulant à travers la turbine 4 et la quantité de gaz passant par une conduite de décharge 16.
[0022] De manière à maintenir la densité de l’air acquise en sortie du compresseur 3, on utilise un échangeur de chaleur 10 dit RAS (pour "Refroidisseur d'Air de Suralimentation") apte à refroidir l’air circulant dans la conduite d’admission 8. L'échangeur 10 est monté en aval du compresseur 3 et en amont d'un doseur d'air 18.
[0023] Par ailleurs, un système 23 de recirculation des gaz d'échappement (dit "EGR" pour "Exhaust Gaz Recirculation" en anglais) comporte une conduite de redirection 27 des gaz d'échappement apte à rediriger une partie des gaz d'échappement issus d'un collecteur d'échappement 20 vers le répartiteur d'admission 28 du moteur 5 après passage dans un échangeur 14. Ainsi, une partie des gaz d'échappement du moteur 5 est rejetée vers l'extérieur du véhicule automobile à travers la conduite d'échappement 9 et une autre partie des gaz est recyclée. La quantité de gaz devant être remise en circulation est contrôlée par la vanne EGR 25 montée en amont du répartiteur d'admission 28.
[0024] Un calculateur moteur 26 est apte à piloter les différents organes du véhicule, en particulier l'injection du moteur thermique 5, le système de décharge 15 du turbocompresseur 2, le doseur d'air 18, et la vanne EGR 25. Ce calculateur 26 comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention de diagnostic de fonctionnement du turbocompresseur 2 écrit plus en détails ci- après.
[0025] Le système de décharge 15 visible sur la figure 2, dit à géométrie variable, comporte un rotor 30 et un stator 31 munis chacun d'une série d’orifices respectivement 33 et 34 répartis sur leur circonférence. Le rotor 30 peut être déplacé angulairement par rapport au stator 31 de manière à aligner ou désaligner les orifices du rotor 33 par rapport à ceux 34 du stator 31 pour ouvrir ou fermer le système de décharge 15. Le système de décharge 15 peut prendre différentes positions pour faire varier un niveau d'ouverture d'une section S de passage de gaz d'échappement.
[0026] La figure 2 montre ainsi le système de décharge 15 respectivement en position ouverte (les orifices 33 et 34 se superposent complètement les uns par rapport aux autres), dans une position d'ouverture partielle (les orifices 33 et 34 se superposent partiellement les uns par rapport aux autres) et dans une position fermée (les orifices 33 et 34 sont complètement décalés les uns par rapport aux autres).
[0027] Par convention, on considère qu’une position du système de décharge 15 à 0% est considérée comme ouverte pour obtenir une suralimentation minimale et qu'une position du système de décharge 15 à 100% est considérée comme fermée pour obtenir une suralimentation maximale.
[0028] On décrit ci-après, en référence avec la figure 3, le procédé selon l'invention de diagnostic du fonctionnement du turbocompresseur 2.
[0029] On définit un seuil d'activation S_act_max, S_act_min en fonction de paramètres liés au fonctionnement du moteur 5. Le risque étant fonction du régime Reg_mot, du couple C_mot, de la température d’admission T_ad et de la pression atmosphérique P_atmo, le seuil d’activation S_act_min, S_act_max est défini en fonction de ces paramètres. [0030] Ainsi, la sortie d'une cartographie de seuil de recopie maximale critique Cart_S_rec_maxC recevant en entrée le régime moteur Reg_mot et le couple moteur C_mot ainsi que la sortie d'une cartographie de correction maximale Cart_corr_max recevant en entrée une température d'admission T_ad et une pression atmosphérique P_atmo sont combinées entre elles via le module M1 pour obtenir un seuil d'activation maximal S_act_max.
[0031 ] Par ailleurs, la sortie d'une cartographie de seuil de recopie minimale critique Cart_S_rec_minC recevant en entrée le régime moteur Reg_mot et le couple moteur C_mot ainsi que la sortie d'une cartographie de correction minimale Cart_corr_min recevant en entrée une température d'admission T_ad et une pression atmosphérique P_atmo sont combinées entre elles via le module M2 pour obtenir un seuil d'activation minimal S_act_min.
[0032] Une première comparaison est effectuée, via les modules M3-M6, entre une position mesurée Pos_mes du système de décharge 15 et un seuil d'activation S_act_max, S_act_min correspondant.
[0033] Par ailleurs, on détermine un écart de boucle Eb égal à la différence entre une consigne de position du système de décharge 15 et la position mesurée Pos_mes du système de décharge 15. Un écart de boucle Eb négatif signifie que le turbocompresseur 2 est trop fermé et donc génère plus de suralimentation qu’attendu et à l’inverse, un écart de boucle Eb positif signifie que le turbocompresseur 2 est trop ouvert et donc génère moins de suralimentation qu’attendu.
[0034] Une deuxième comparaison est effectuée, via les modules M7 et M8, entre l'écart de boucle Eb précédemment déterminé et un seuil de détection S_det_pos et S_det_neg correspondant. Ces seuils de détection S_det_pos, S_det_neg sont définis en fonction du régime moteur Reg_mot, du couple moteur C_mot, de la température d’admission T_ad, et de la pression atmosphérique P_atmo.
[0035] Une remontée de défauts, par exemple par génération d'une alerte visuelle sur le tableau de bord ou sur un écran de contrôle, et/ou une reconfiguration du moteur thermique 5 est effectuée en fonction de la première comparaison et de la deuxième comparaison précédemment effectuées. [0036] Plus précisément, lorsque la position mesurée Pos_mes du système de décharge 15 est supérieure au seuil S_act_max, le diagnostic d’écart de boucle négatif "critique" s’active (cf. module Act_diag_neg_C). Si l’écart de boucle Eb est inférieur au seuil de détection négatif S_det_neg (cela correspond à trop de suralimentation) alors le défaut remonte et engendre une reconfiguration sévère en adéquation avec le risque via les modules M9 et Def_bou_neg_C.
[0037] De façon analogue, si l’écart de boucle Eb est détecté, c’est-à-dire que l'écart de boucle Eb est inférieur au seuil de détection négatif S_det_neg mais que la position Pos_mes est inférieure au seuil d'activation maximal S_act_max (cf. module Act_diag_neg_NC), un défaut d’écart de boucle "non critique" remonte avec une reconfiguration non sévère, via les modules M10 et Def_bou_neg_NC.
[0038] Le principe est analogue pour un écart de boucle Eb positif. Ainsi, lorsque la position Pos_mes du système de décharge 15 est inférieure au seuil d'activation S_act_min, le diagnostic d’écart de boucle positif "critique" s’active (cf. module Act_diag_pos_C). Si l’écart de boucle Eb est supérieur au seuil de détection positif S_det_pos (cela correspond à un manque de suralimentation), alors un défaut remonte et engendre une reconfiguration sévère en adéquation avec le risque, via les modules M1 1 et Def_bou_pos_C.
[0039] De façon analogue, si l’écart de boucle Eb est détecté, c’est-à-dire que l'écart de boucle Eb est supérieur au seuil de détection positif S_det_pos, mais que la position Pos_mes est supérieure au seuil d'activation minimal S_act_min (cf. module Act_diag_pos_NC), un défaut d’écart de boucle "non critique" remonte avec une reconfiguration non sévère du moteur 5, via les modules M12 et Def_bou_pos_NC.
[0040] Une reconfiguration sévère du moteur thermique 5 pourra consister notamment à limiter un couple C_mot du moteur thermique 5 à au moins 50% de sa valeur maximale. La remontée de défaut critique associée pourra consister en une génération d'une alerte visuelle sur le tableau de bord ou un écran de contrôle.
[0041 ] Une reconfiguration non sévère du moteur thermique 5 pourra consister notamment à limiter un couple du moteur thermique au plus à 50%. Il est également possible de limiter le couple C_mot du moteur 5 dans une moindre mesure que dans le cas d'une reconfiguration sévère. La limitation de couple n'est toutefois pas toujours nécessaire car le risque de détérioration du moteur 5 est faible. Il sera également possible d'alerter ou non le conducteur par l'affichage d'un signal d'alerte via la remontée d'un défaut "non critique" mais cela n'est pas forcément nécessaire, car le ressenti d'un dysfonctionnement "non critique" du turbocompresseur 2 est faible pour le conducteur.
[0042] Les activations des diagnostics des boucles locales pourront être réalisées en fonction de conditions générales d'activation des boucles de surveillance de boucles locales Cond_act, via les modules correspondants M13-M16.

Claims

Revendications :
1 . Procédé de diagnostic de fonctionnement d'un turbocompresseur (2) de moteur thermique (5), ledit turbocompresseur (2) comportant un système de décharge (15) pouvant prendre différentes positions pour faire varier un niveau d'ouverture d'une section de passage (S) de gaz d'échappement, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
- une étape de réalisation d'une première comparaison entre une position mesurée (Pos_mes) du système de décharge (15) et un seuil d'activation (S_act_min, S_act_max) défini en fonction de paramètres liés au fonctionnement du moteur thermique (5),
- une étape de détermination d'un écart de boucle (Eb) égal à la différence entre une consigne de position du système de décharge (15) et la position mesurée (Pos_mes) du système de décharge (15),
- une étape de réalisation d'une deuxième comparaison entre l'écart de boucle (Eb) précédemment déterminé et un seuil de détection (S_det_pos, S_det_neg), et
- une étape de remontée de défauts et/ou de reconfiguration du moteur thermique (5) en fonction de la première comparaison et de la deuxième comparaison précédemment effectuées.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les paramètres de fonctionnement du moteur thermique (5) sont les suivants: régime du moteur thermique (Reg_mot), couple du moteur thermique (C_mot), température d’admission des gaz d'échappement (T_ad), et pression atmosphérique (P_atmo).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que si la position (Pos_mes) du système de décharge (15) est supérieure à un seuil d'activation maximal (S_act_max) et si l’écart de boucle (Eb) est inférieur à un seuil de détection négatif (S_det_neg) alors le procédé comporte une étape de remontée de défaut critique (Def_bou_neg_C) et de reconfigurations sévères du moteur thermique (5).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que si la position (Pos_mes) du système de décharge (15) est inférieure au seuil d'activation maximal (S_act_max) et si l’écart de boucle (Eb) est inférieur au seuil de détection négatif (S_det_neg), alors le procédé comporte une étape de remontée de défaut non critique (Def_bou_neg_NC) et de reconfigurations non sévères du moteur thermique (5).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que si la position (Pos_mes) du système de décharge (15) est inférieure à un seuil d'activation minimal (S_act_min), et si l’écart de boucle (Eb) est supérieur à un seuil de détection positif (S_det_pos) alors le procédé comporte une étape de remontée de défaut critique (Def_bou_pos_C) et de reconfigurations sévères du moteur thermique (5).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que si la position (Pos_mes) du système de décharge (15) est supérieure au seuil d'activation minimal (S_act_min), et si l’écart de boucle (Eb) est supérieur au seuil de détection positif (S_det_pos) alors le procédé comporte une étape de remontée de défaut non critique (Def_bou_pos_NC) et de reconfigurations non sévères du moteur thermique (5).
7. Procédé selon la revendication 3 ou 5, caractérisé en ce qu'une reconfiguration sévère du moteur thermique (5) consiste notamment à limiter un couple (C_mot) du moteur thermique (5) à au moins 50% de sa valeur maximale.
8. Procédé selon la revendication 4 ou 6, caractérisé en ce qu'une reconfiguration non sévère du moteur thermique (5) consiste notamment à limiter un couple du moteur thermique au plus à 50%.
9. Calculateur moteur (26) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de diagnostic de fonctionnement d'un turbocompresseur (2) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
10. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur moteur (26) tel que défini selon la revendication 9.
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