FR2782538A1 - Procede de verification du fonctionnement d'un turbocompresseur de suralimentation a gaz d'echappement ayant une geometrie de turbine variable - Google Patents
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Abstract
On détermine des valeurs réelles de paramètres de marche, influençant la capacité fonctionnelle du turbocompresseur qui comprennent des grandeurs principales renseignant sur la présence ou non d'un défaut et des grandeurs auxiliaires qui décrivent un composant et servent à l'identification du défaut.On mesure d'abord (2), à des fins de détection de défauts, une grandeur principale déterminant l'alimentation en air du moteur, puis on mesure (4) au moins une grandeur auxiliaire pour l'identification du défaut. En cas de déviation inadmissible de la valeur réelle de la valeur de consigne de la grandeur auxiliaire, représentant la position d'un élément de réglage de la géométrie de turbine, on génère un signal de défaut.Applicable à l'industrie automobile.
Description
L'invention concerne un procédé de vérification du fonctionnement d'un
turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement ayant une géométrie de turbine variable en vue du réglage variable de la section de turbine effective, selon lequel on détermine des valeurs réelles de paramètres de marche influençant la capacité fonctionnelle du turbocompresseur, paramètres qui comprennent à la fois des grandeurs principales servant à la prise d'une décision quant à la présence ou non d'un défaut dans le turbocompresseur et des grandeurs auxiliaires qui décrivent un composant du turbocompresseur et servent à l'identification du défaut
de ce composant.
Par le document DE 195 43 190 A1, on connaît un système de frein moteur pour un moteur à combustion interne suralimenté qui comprend une turbine ayant une géométrie de turbine réglable de façon variable par une grille de guidage réglable. Cette grille comprend des aubes directrices pouvant être réglées, à l'aide d'un organe de réglage, de manière que la section de turbine efficace de la turbine soit changée. Il est ainsi possible de produire, suivant le régime du moteur à combustion interne, des pressions de différentes ampleurs dans le tronçon entre les cylindres et le turbocompresseur, ce qui permet de régler la puissance de la turbine et la
puissance du compresseur selon les besoins.
Dans le but d'obtenir un effet de frein moteur du véhicule automobile en particulier dans le mode de freinage du moteur à combustion interne, la grille de guidage est amenée à une position de retenue à laquelle la section de turbine est nettement réduite. Dans le tronçon entre les
cylindres et le turbocompresseur, s'établit dans ce cas une haute sur-
pression et du gaz d'échappement s'écoule en même temps à haute vitesse à travers les canaux entre les aubes directrices et agit sur la roue de turbine, avec le résultat que le compresseur confère une surpression à l'air
de combustion amené au moteur.
Une pression accrue de suralimentation est appliquée de ce fait au côté entrée du cylindre. Côté sortie, une surpression règne entre la sortie du cylindre et le turbocompresseur, surpression qui s'oppose à ce que l'air comprimé dans le cylindre s'évacue à travers des soupapes de décompression dans la ligne d'échappement. Dans le mode frein moteur, le piston doit donc accomplir du travail de compression, lors des courses de compression et d'échappement, à l'encontre de la haute surpression régnant dans la ligne d'échappement, ce qui procure un important effet de freinage. La contre-pression du gaz d'échappement entre la sortie du cylindre et la turbine peut être accrue en plus, dans le mode frein moteur, afin d'augmenter l'effet de freinage du moteur, par des pièces de barrage susceptibles d'être introduites dans les intervalles entre les aubes directrices de la grille de guidage. La section de turbine efficace est réglée, à l'aide de ces pièces de barrage, de manière que la contre-pression du gaz d'échappement nécessaire à l'effet de freinage désiré soit obtenue dans la
ligne d'échappement.
L'engagement des pièces de barrage dans les intervalles entre les aubes directrices est détecté par un capteur et exploité. Au cas o un défaut est constaté dans le mouvement des pièces de barrage, on tente de régler la section de turbine efficace exclusivement par la grille de guidage variable, sans pièces de barrage. S'il y a également un défaut dans le mouvement des aubes directrices de la grille, un signal de défaut est
transmis à la commande moteur et délivré en sortie.
Un autre procédé de régulation de la pression d'alimentation est connu par le document DE 195 31 871 C1. Afin de permettre une régulation par des moyens simples lors du fonctionnement non stationnaire du moteur à combustion interne, en particulier à la suite d'un changement de charge positif (dans le sens de l'augmentation) à partir de bas régimes de charge et de vitesse de rotation, et afin d'améliorer le rendement, ce document propose, en vue du réglage de la pression de suralimentation, de déterminer la différence de la contre-pression du gaz d'échappement et de la pression de suralimentation en tant que grandeur pilote pour la régulation. Une forte déviation inadmissible de la contre-pression du gaz d'échappement lors d'un changement de charge positif peut être reconnue et corrigée par des mesures adéquates. Ce procédé de régulation est
appliqué dans le mode de fonctionnement avec combustion de carburant.
Par le document DE 27 09 667 C2, on connaît un moteur à combustion interne muni d'un turbocompresseur de suralimentation à gaz d'échappement de type conventionnel. Pour surveiller la capacité fonctionnelle de la régulation par dérivation dans le turbocompresseur, on mesure la pression de suralimentation. Si cette pression prend une valeur élevée inadmissible, le collecteur d'admission du moteur est relié à I'atmosphère et la quantité de carburant à injecter est diminuée. Le turbocompresseur est certes mis hors fonction de cette manière, mais le
risque d'une surcharge de composants est diminué.
Le document DE-OS 23 14 576 divulgue un dispositif à constater des défauts destiné à un moteur à combustion interne. L'état de charge, la température ambiante et la vitesse de rotation du moteur peuvent être déterminés par des capteurs. Si un capteur fournit un signal de défaut, une surveillance et une analyse de groupes ou d'unités de composants coordonnés au moteur peuvent être effectuées. Cependant, le document cité en dernier ne traite pas plus en détail le problème de la vérification du
fonctionnement d'un turbocompresseur à géométrie de turbine variable.
L'invention vise à diagnostiquer tôt les dysfonctionnements de
turbocompresseurs à géométrie de turbine variable.
Conformément à l'invention, partant d'un procédé comme défini au début, on obtient ce résultat par le fait que - dans une première étape, on mesure, à des fins de détection de défauts, un paramètre déterminant l'alimentation en air du moteur comme grandeur principale et, - dans une seconde étape, on mesure au moins une grandeur auxiliaire pour l'identification du défaut et, dans le cas d'une déviation inadmissible de la valeur réelle par rapport à la valeur de consigne de la grandeur auxiliaire, on génère un signal de défaut, la grandeur auxiliaire mesurée étant la position d'un élément par lequel peut être réglée la
géométrie de turbine variable.
Deux types de paramètres de marche sont déterminés dans la vérification du fonctionnement selon l'invention, qui décrivent chacun le comportement du turbocompresseur, mais auxquels sont attribuées des fonctions différentes: des grandeurs principales qui sont une mesure de l'aptitude fonctionnelle de principe du turbocompresseur et auxquelles est coordonnée une grandeur déterminant l'alimentation en air du moteur, ainsi que des grandeurs auxiliaires à partir desquelles peut être déduit si un composant déterminé est apte à fonctionner. Les grandeurs auxiliaires dépendent du type de turbocompresseur; elles désignent opportunément la
position d'un élément de réglage de la géométrie de turbine variable.
Dans une première étape, on mesure d'abord, à des fins de vérification du fonctionnement du turbocompresseur, une grandeur principale, que l'on utilise comme base pour décider s'il existe ou non un dysfonctionnement. Cette grandeur principale forme la base de décision
pour la détection de défauts.
En présence d'un défaut, on mesure, dans une seconde étape, la grandeur auxiliaire, que l'on utilise pour l'identification du défaut. La valeur de la grandeur auxiliaire est une mesure de la capacité fonctionnelle de la géométrie de turbine variable. En cas de défaut, la valeur de la grandeur auxiliaire se trouve en dehors de la plage admissible et le composant concerné est fonctionnellement inapte ou restreint dans l'exécution de sa fonction. La détection de défauts par le biais de la grandeur principale déterminant l'alimentation en air du moteur offre l'avantage qu'on peut généralement faire appel à des dispositifs de mesure déjà existants, qui sont nécessaires à la régulation dans le mode avec combustion de carburant et dans le mode frein moteur, de sorte qu'aucune dépense supplémentaire
n'est créée pour le système de captage.
Un autre avantage réside dans le fait que le procédé de vérification du fonctionnement est à deux étapes, ce qui réduit la somme des données à mesurer et à exploiter. La décision fondamentale quant à l'éventuelle incapacité du turbocompresseur à fonctionner peut être prise seulement par comparaison des données de mesure représentant l'alimentation en air du moteur avec les valeurs de consigne correspondantes. À ce stade, il n'est pas absolument obligatoire de mesurer les grandeurs auxiliaires autorisant la délivrance d'une information sur la capacité fonctionnelle d'un composant déterminé. La mesure des grandeurs auxiliaires devient seulement nécessaire lorsque l'exploitation de la grandeur principale indique un défaut dans le turbocompresseur. La nature à deux étapes du procédé rend possible la délivrance d'une information, sur la capacité fonctionnelle, qui
est fondée sur une base de données minimale.
Le procédé à deux étapes selon l'invention permet de reconnaître les moindres déviations de la pression de suralimentation par rapport à la valeur de consigne et d'attribuer le défaut à un composant déterminé. Aussi bien une trop faible pression de suralimentation, laquelle influence négativement la puissance de freinage dans le mode frein moteur et la puissance du moteur dans le mode avec combustion de carburant, qu'une pression de suralimentation trop élevée, laquelle peut conduire à une surcharge des systèmes de conduction de gaz d'échappement et d'air de
combustion, peut être décelée sur la base de ce procédé.
Comme grandeurs principales, on peut envisager tous les paramètres d'état ou de marche du turbocompresseur représentatifs de l'alimentation en air du moteur. Ces grandeurs peuvent être déterminées à la fois par mesure directe du débit d'air massique vers le moteur et par mesure indirecte de la pression de suralimentation, de la vitesse de rotation du moteur et de la température. La grandeur principale déterminant l'alimentation en air du moteur peut être, notamment, la pression de suralimentation ou le débit d'air massique. D'autres caractéristiques de l'invention prévoient d'utiliser ou de tenir compte, en tant que grandeurs principales supplémentaires, de la température du courant d'air massique, de la vitesse de rotation du moteur, de la charge du moteur et/ou du temps à partir du début du processus de freinage moteur ou du début du mode
avec combustion de carburant.
La vérification du fonctionnement est réalisable pendant la marche et cela aussi bien dans le mode avec combustion de carburant que dans le mode frein moteur. Dans ce dernier, il est préférable d'utiliser ou de tenir compte, comme grandeurs principales, de la pression de suralimentation et de la vitesse de rotation du moteur; dans le mode avec combustion de
carburant, il est préférable de tenir compte en plus de la charge du moteur.
Il est en outre opportun de mesurer le temps à partir du début du processus de freinage par le moteur ou du début du mode avec combustion de carburant, ceci afin de tenir compte d'influences dynamiques sur les grandeurs principales et auxiliaires et afin de pouvoir déterminer le
comportement transitoire du turbocompresseur.
Pour la détermination de l'instant précis auquel est effectuée une mesure, il est possible de tenir compte de processus dynamiques d'amorçage de la comparaison "consigne-réalité" entre les valeurs mesurées
et les valeurs de consigne fournies préalablement.
Comme grandeur auxiliaire, on détermine la position d'un élément de réglage - ajustable de façon variable - faisant partie de la géométrie de
turbine variable et par lequel peut être réglée la section de turbine effective.
Suivant le type de turbocompresseur employé, on peut envisager des grilles de guidage de turbine axialement déplaçables comme éléments de réglage et les positions de fin de course de la grille de guidage comme grandeur auxiliaire, ou alors une grille de guidage comportant des aubes directrices orientables angulairement en rotation comme élément de réglage et la position angulaire en rotation des aubes comme grandeur auxiliaire. On peut employer aussi, comme autre type de turbine, une turbine précédée d'un volet de freinage, auquel cas la position actuelle de ce volet sert de
grandeur auxiliaire.
Il est éventuellement possible aussi d'utiliser plusieurs grandeurs principales et/ou plusieurs grandeurs auxiliaires. Comme grandeurs auxiliaires, on peut envisager la section d'échappement d'une soupape d'évacuation ou de freinage ou aussi des grandeurs caractéristiques permettant de conclure à des fuites sur les circuits d'air de suralimentation et de gaz d'échappement ou à d'autres dommages au niveau du
turbocompresseur.
Une autre caractéristique du procédé de l'invention prévoit que, par des grandeurs auxiliaires supplémentaires, on détermine le fonctionnement d'au moins l'un des composants suivants: pompe d'injection, injecteur, pompe d'alimentation en carburant, conduites d'alimentation en carburant, roue de compresseur, roue de turbine, support du turbocompresseur, soupape d'étranglement constant et pilotage hydraulique de la soupape
d'étranglement constant.
La vérification du fonctionnement s'effectue opportunément à des intervalles de temps réguliers, ce qui accroît la sûreté de fonctionnement et permet en outre de fournir des renseignements relatifs à l'évolution dans le
temps de l'aptitude fonctionnelle de différents composants.
D'autres avantages et des modes de mise en oeuvre avantageux
ressortiront de la description qui va suivre de la figure unique du dessin
annexé, montrant un organigramme du procédé selon l'invention pour
déterminer la capacité fonctionnelle d'un turbocompresseur.
L'organigramme est partagé, pour faciliter la compréhension, en plusieurs blocs 1 à 6. L'organigramme montré dans ce diagramme est réalisé techniquement dans une commande et régulation de moteur, y
compris le système de captage nécessaire à la mesure.
Dans le bloc 1, est constaté, pour commencer, le mode de fonctionnement du moteur à combustion interne. Suivant ce mode - il peut s'agir du mode entraînement ou mode avec combustion de carburant ou du
mode frein moteur - un signal représentant le mode concerné est généré.
Le contrôle de la capacité fonctionnelle peut s'effectuer, pour les deux
modes, tant pendant la marche normale que sous des conditions d'essai.
Dans le bloc 2, sont mesurées, en fonction du signal représentant le mode, les valeurs réelles d'une grandeur principale ou de plusieurs grandeurs principales, la mesure comprenant, en tout cas, celle d'une grandeur déterminant l'alimentation en air du moteur comme grandeur principale. Cette grandeur principale, formant la base de décision pour la découverte d'un défaut, est généralement la pression de suralimentation P2 ou le débit d'air massique, l'alimentation en air du moteur pouvant être déterminée indirectement par le biais de la pression de suralimentation P2 et le débit d'air massique pouvant être déterminé directement. Si la pression de suralimentation P2 est mesurée, on peut, en vue d'une détermination exacte de l'alimentation en air du moteur, mesurer facultativement, en tant que grandeurs principales supplémentaires, la température et la vitesse de rotation du moteur et déterminer l'alimentation en air du moteur en fonction de la pression de suralimentation, de la température et de la vitesse de
rotation du moteur.
Cependant, la mesure de la pression de suralimentation, comme une grandeur fixant fondamentalement l'alimentation en air du moteur, suffit en principe. Il est toutefois à noter que pour déterminer la valeur de consigne correspondante, il faut également mesurer la vitesse de rotation du moteur afin de pouvoir établir le point de fonctionnement actuel du
moteur avec une exactitude suffisante pour la comparaison "consigne-
réalité". Dans le mode avec combustion de carburant, il est opportun de mesurer ou de déterminer, en tant que grandeur principale supplémentaire, la charge du moteur, laquelle entre également dans la détermination de la
valeur de consigne.
Il peut être avantageux de relever, comme grandeur principale supplémentaire, le temps, sous la forme d'incréments de temps At, à partir du début d'un processus de mesure, afin de pouvoir tenir compte et d'enregistrer/mémoriser des processus dynamiques d'amorcçage ou d'autres développements et tendances dans le temps, en particulier de perturbations, dans les grandeurs principales et, éventuellement, dans les
grandeurs auxiliaires.
La valeur de consigne correspondant à la grandeur principale et désignée ici par "consigne" laquelle est généralement stockée en tant que fonction dans la commande et régulation moteur dans un diagramme caractéristique, est utilisée, dans le bloc 3, pour sa comparaison avec la valeur réelle mesurée, désignée par "réalité". Des déviations des valeurs réelles par rapport aux valeurs de consigne peuvent être enregistrées/ mémorisées (documentation) électroniquement. Au cas o la différence des valeurs de consigne et réelle "consigne-réalité" est plus petite qu'une tolérance "tol." donnée, il n'y a pas de défaut et le turbocompresseur possède toute sa capacité fonctionnelle. Dans ce cas, le processus revient généralement au bloc 1 o un nouveau cycle de contrôle est démarré le moment venu. Une documentation (enregistrement/mémorisation) des
valeurs réelles peut éventuellement avoir lieu dans un bloc 6.
Au cas o la différence des valeurs de consigne et réelle "consigne-
réalité" est plus grande que la tolérance "tol." donnée, il y a un défaut et le turbocompresseur possède seulement une capacité fonctionnelle limitée ou est incapable de fonctionner. Un signal de défaut est généré dans ce cas et le processus bifurque vers le bloc 6 en vue de l'affichage du signal de défaut
et de la documentation des grandeurs principales et du signal de défaut.
Suivant le signe et la grandeur de la différence, différents signaux de défaut peuvent être générés, lesquels peuvent avoir différentes conséquences. Une
différence "consigne-réalité" négative indique une pression de sur-
alimentation trop élevée, conduisant à une charge élevée importante des composants acheminant de l'air et du gaz d'échappement. Une pression de suralimentation trop élevée s'établit par exemple lorsque des soupapes
d'évacuation ne fonctionnent pas selon les règles.
Une différence "consigne-réalité" positive indique une pression de suralimentation trop faible. Comme causes possibles de défauts, on peut envisager des fuites au niveau de la turbine, pouvant être dues par exemple à des fuites par jeux dans le cas de géométries de turbine variables avec une grille axialement déplaçable qui n'atteint pas les positions de fin de course prescrites, ou alors une position erronée des aubes directrices en cas d'utilisation de grilles de guidage d'entrée réglables. D'autres causes peuvent être des manques d'étanchéité dans les circuits de guidage d'air de
combustion et de gaz d'échappement.
La localisation exacte du composant défectueux a lieu dans les blocs
4et 5.
Dans le cas d'un défaut - la différence "consigne-réalité" est alors plus grande que la tolérance "tol." préfixée -, on mesure tout d'abord, pour
l'identification du défaut dans le bloc 4, des grandeurs auxiliaires coor-
données à un appareil ou un composant déterminé du turbocompresseur.
Par la mesure des grandeurs auxiliaires et l'exploitation consécutive dans le bloc 5, o la différence "consigne-réalité" des valeurs de consigne fournies au préalable avec les valeurs réelles mesurées des grandeurs auxiliaires est déterminée et comparée avec une tolérance "tol. " préfixée, le composant défectueux peut être identifié. Il est opportun d'utiliser ou de tenir compte, dans ce processus, d'une pluralité de grandeurs auxiliaires différentes, coordonnées chacune à des composants différents et décrivant le comportement de ces composants. Une comparaison séquentielle des différentes grandeurs auxiliaires mesurées avec les valeurs de consigne
associées permet de localiser le composant défectueux.
Il est opportun que les valeurs réelles des grandeurs auxiliaires soient également affichées et enregistrées/mémorisées (documentation) dans le bloc 6 afin que des dispositions puissent être prises immédiatement
et que des évolutions et des tendances puissent être constatées.
Par le biais des grandeurs auxiliaires, il est possible de déterminer le fonctionnement du composant réglable de la géométrie de turbine variable, de soupapes d'évacuation et de soupapes de freinage, ainsi que de divers autres composants coordonnés directement au turbocompresseur ou influencçant d'une autre manière l'alimentation en air du moteur, par exemple des dispositifs et des conduites pour l'alimentation en carburant, des éléments de réglage hydrauliques ou pneumatiques, des soupapes
d'étranglement, et ainsi de suite.
Après la fin de la comparaison des grandeurs auxiliaires, le cycle de
contrôle recommence une nouvelle fois.
Claims (17)
1. Procédé de vérification du fonctionnement d'un turbo-
compresseur de suralimentation à gaz d'échappement ayant une géométrie de turbine variable en vue du réglage variable de la section de turbine effective, selon lequel on détermine des valeurs réelles de paramètres de marche influençant la capacité fonctionnelle du turbocompresseur, paramètres qui comprennent à la fois des grandeurs principales servant à la prise d'une décision quant à la présence ou non d'un défaut dans le turbocompresseur et des grandeurs auxiliaires qui décrivent un composant du turbocompresseur et servent à l'identification du défaut de ce composant, caractérisé en ce que - dans une première étape, on mesure, à des fins de détection de défauts, un paramètre déterminant l'alimentation en air du moteur comme grandeur principale et, - dans une seconde étape, on mesure au moins une grandeur auxiliaire pour l'identification du défaut et, dans le cas d'une déviation inadmissible de la valeur réelle par rapport à la valeur de consigne de la grandeur auxiliaire, on génère un signal de défaut, la grandeur auxiliaire mesurée étant la position d'un élément par lequel peut être réglée la
géométrie de turbine variable.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur principale déterminant l'alimentation en air du moteur est la
pression de suralimentation.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la grandeur principale déterminant l'alimentation en air du moteur est le débit
d'air massique.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce
que, comme grandeur principale supplémentaire, on tient compte de la
température du débit d'air massique.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce
que, comme grandeur principale supplémentaire, on tient compte de la
vitesse de rotation du moteur.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce
que, comme grandeur principale supplémentaire, on tient compte de la
charge du moteur.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce
que, comme grandeur principale supplémentaire, on tient compte du temps à partir du début du processus de freinage moteur ou du début du
fonctionnement du moteur avec combustion de carburant.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce
que l'élément de réglage, ajustable de façon variable, de la géométrie de turbine variable est une grille de guidage de turbine axialement déplaçable et, comme grandeur auxiliaire, on tient compte des positions de fin de
course de la grille de guidage de turbine.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce
que l'élément de réglage, ajustable de façon variable, est une grille de guidage comportant des aubes orientables angulairement en rotation, et on tient compte de la position angulaire en rotation des aubes comme
grandeur auxiliaire.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce
que la géométrie de turbine comprend un volet de freinage et on tient compte de la position actuelle du volet de freinage comme grandeur auxiliaire.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce
que, comme grandeur auxiliaire supplémentaire, on tient compte de la
section d'échappement d'une soupape d'évacuation.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce
que, par des grandeurs auxiliaires supplémentaires, on détermine le fonctionnement d'au moins l'un des composants suivants: pompe d'injection, injecteur, pompe d'alimentation en carburant, conduites d'alimentation en carburant, roue de compresseur, roue de turbine, support du turbocompresseur, soupape d'étranglement constant et pilotage
hydraulique de la soupape d'étranglement constant.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce
qu'on effectue la vérification du fonctionnement pendant la marche.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on mesure la pression de suralimentation et la vitesse de rotation du moteur
dans le mode frein moteur.
15. Moteur selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu'on mesure la pression de suralimentation, la vitesse de rotation du moteur et la
charge du moteur dans le mode avec combustion de carburant.
16. Procédé selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé en
ce qu'on effectue la vérification du fonctionnement à intervalles de temps réguliers.
17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce
que des déviations des valeurs réelles par rapport aux valeurs de consigne
sont enregistrées/mémorisées électroniquement.
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