Brevet FR2788560A1 — publié le 20000721

L'invention concerne un moteur à combustion interne muni d'un seul turbocompresseur à gaz d'échappement ou de plusieurs turbocompresseurs à gaz d'échappement parallèles, qui comprennent chacun une unité pilotable de réglage du débit de refoulement pour le réglage variable du débit de refoulement d'air d'alimentation (de suralimentation), ainsi que de moyens pour la surveillance individuelle d'un dysfonctionnement de chaque unité de réglage du débit de refoulement, moyens qui, lorsqu'un dys- fonctionnement d'une unité de réglage du débit de refoulement est détecté, délivrent une information appropriée de dysfonctionnement. De tels turbo- compresseurs à gaz d'échappement, dont le débit de refoulement d'air d'alimentation peut être varié, permettent d'adapter le rendement du turbo- compresseur au point de fonctionnement du moteur et d'optimiser ainsi le comportement de réponse, la consommation de carburant ainsi que les émissions du moteur, installé par exemple dans un véhicule automobile. Un moteur du type mentionné au début est connu par le document DE 02 701 A1. Il y est décrit un moteur à combustion interne muni d'un turbocompresseur à gaz d'échappement comportant un appareil de guidage réglable combiné à la turbine. Une unité de calculateur, pour commander le refoulement d'air d'alimentation en fonction du régime du moteur, est coordonnée au moteur. Un changement de position de l'appareil de guidage de la turbine est régi par l'unité de calculateur du fait que celle-ci fournit préalablement des valeurs de consigne. L'unité de calculateur est informée simultanément d'un mouvement momentané de réglage d'éléments de réglage sur l'appareil de guidage de la turbine. Pour surveiller le fonctionne- ment du turbocompresseur, on a prévu des capteurs de surveillance pour déterminer la vitesse de rotation de la turbine, la température de l'huile de graissage, des phénomènes d'usure ou des balourds. En cas de déviation inadmissible du signal d'un capteur de surveillance par rapport à une valeur de consigne, l'unité de calculateur fournit une information indicatrice de dysfonctionnement. Le document JP 10-047 071 A décrit un moteur à combustion interne muni d'un seul turbocompresseur à gaz d'échappement, dont le fonctionne- ment est surveillé au moyen d'une unité de calculateur. Un capteur de masse d'air est installé à cet effet dans une canalisation d'air aspiré, capteur dont le signal est envoyé à l'unité de calculateur ensemble avec des valeurs mesurées par un capteur de pression et un capteur de température se trouvant dans une canalisation d'air refoulé. Sur la base des valeurs qui lui sont envoyées à partir des capteurs, I'unité de calculateur calcule un débit effectif de gaz d'échappement, lequel est comparé avec un débit mesuré de gaz d'échappement. En cas de trop forte déviation, l'unité de calculateur fournit un signal d'information de dysfonctionnement. Par le document DE 39 42 499 A1, il est connu de commander le débit d'air d'un conduit commun d'air aspiré - prévu en aval de deux turbo- compresseurs à gaz d'échappement parallèles - d'un moteur à combustion interne, au moyen de soupapes électriques afin d'adapter la capacité des turbocompresseurs de façon optimale à l'état de fonctionnement au régime du moteur. Le document DE 195 31 871 C1 décrit un moteur à combustion interne muni d'un turbocompresseur à gaz d'échappement dont la turbine est pourvue d'un appareil de guidage par lequel peuvent être variées la direction d'arrivée des gaz d'échappement sur les aubes de la turbine ainsi que la section d'arrivée elle-même. L'appareil de guidage est réglable par un servomoteur, pour le fonctionnement duquel on a prévu une unité de commande. Cette unité et le servomoteur permettent, par le changement de position de l'appareil de guidage de la turbine, une régulation de la pression d'alimentation actuelle, détectée au moyen d'un capteur de pression. Ceci permet la régulation de la pression d'alimentation à des valeurs de consigne qui correspondent à un diagramme caractéristique de pressions d'alimentation favorables, dépendantes de la vitesse de rotation du moteur et de la quantité de carburant injectée. Le document DE 195 47 994 A1 divulgue un moteur à combustion interne muni de deux turbocompresseurs à gaz d'échappement, agissant en parallèle, qui refoulent de l'air frais dans une installation d'aspiration commune ou, en variante, dans deux installations d'aspiration séparées pour deux rangées de cylindres du moteur. Une disposition semblable, à deux turbocompresseurs parallèles pour des canalisations séparées d'aspi- ration, est divulguée dans le document DE 38 32 965 Ai, selon lequel, au moyen d'un capteur de pression et d'un capteur de pression différentielle, ou au moyen d'un seul capteur de pression commutable sélectivement sur chacune des deux canalisations d'aspiration, les pressions dans ces canali- sations sont détectées et peuvent ainsi être régulées à des valeurs égales. Dans le cas des systèmes conventionnels comportant deux turbo- compresseurs parallèles refoulant dans un conduit commun d'aspiration, une régulation conventionnelle de la pression d'alimentation permet seule- ment de garantir que la pression d'alimentation désirée soit atteinte, mais il ne peut pas être déterminé avec quelle pondération ou dans quelle proportion les deux turbocompresseurs contribuent à l'établissement de la pression d'alimentation. En fonctionnement normal, si la construction du moteur est symétrique pour ce qui concerne le guidage de l'air et si les angles d'arrivée des gaz d'échappement des deux turbocompresseurs sont les mêmes, on peut considérer que les contributions des deux turbo- compresseurs sont les mêmes. Cependant, s'il se produit une perturbation électrique ou mécanique sur une unité de réglage du débit de refoulement d'un ou des deux turbocompresseurs, il peut en résulter, bien que le débit total reste correct, une grande différence entre les débits des deux turbo- compresseurs, ce qui n'est pas détecté par le système de régulation de la pression d'alimentation et conduit à un dysfonctionnement pouvant provoquer la destruction mécanique d'un ou des deux turbocompresseurs. Le but de l'invention est de créer un moteur à combustion interne, muni d'un seul ou de plusieurs turbocompresseurs à gaz d'échappement parallèles, du type mentionné au début, sur lequel le fonctionnement d'un turbocompresseur puisse, moyennant une faible dépense, être surveillé de manière fiable. Partant d'un moteur à combustion interne du type défini au début, l'invention permet d'atteindre cet objectif par un moteur selon deux modes de réalisation. Selon un premier mode de réalisation, chaque unité de réglage du débit de refoulement comporte un dispositif de réglage pour changer l'angle d'arrivée du flux de gaz d'échappement sur les aubes de turbine et une unité de régulation de l'angle d'arrivée pour les aubes de turbine, et les moyens pour la surveillance d'un dysfonctionnement sont conçus de manière qu'ils déterminent si l'unité de régulation de l'angle d'arrivée régule, au moyen du dispositif de réglage, l'angle d'arrivée des gaz d'échappement dans un temps pouvant être préfixé à une valeur de consigne pouvant être préfixée, et ils délivrent l'information de dys- fonctionnement lorsque cela n'est pas le cas. Dans le cas d'un moteur à combustion interne muni de plusieurs turbocompresseurs à gaz d'échappement parallèles, selon le deuxième mode de réalisation, les moyens pour la surveillance d'un dysfonctionne- ment comportent un capteur de pression différentielle pour détecter la différence de pression d'alimentation entre au moins deux des turbo- compresseurs parallèles, et ils délivrent l'information de dysfonctionnement lorsque la différence de pression mesurée est plus grande qu'un seuil de différence de pression pouvant être préfixé. De cette manière, il est possible de réaliser une régulation de la pression d'alimentation qui est applicable avec une grande précision et permet de seulement respecter une faible marge de sécurité par rapport à la limite de pompage des turbo- compresseurs. Selon un développement du premier mode de réalisation précité, les moyens pour la surveillance d'un dysfonctionnement délivrent l'information de dysfonctionnement sous la forme d'un signal sur un bus de données ou sous la forme d'un signal périodique d'échantillonnage de masse sur une ligne électrique de commande, par laquelle sont transmis, en sens inverse, les signaux de pilotage pour l'unité de réglage du débit de refoulement. Ainsi est créée une possibilité simple pour transmettre des informations de dysfonctionnement. Selon un autre développement de l'un ou l'autre des premier et deuxième modes de réalisation précités, le moteur à combustion interne présente au moins deux turbocompresseurs à gaz d'échappement parallèles dont les côtés de sortie d'air d'alimentation sont amenés à un tronçon commun de tuyau d'aspiration du moteur et auxquels est coordonné un circuit de régulation de la pression d'alimentation comportant un capteur détectant la pression d'alimentation dans le tronçon de tuyau d'aspiration commun. On a prévu en plus un régulateur de pression d'alimentation, servant à la régulation de la pression d'alimentation à des valeurs de consigne pouvant être préfixées, qui pilote les unités de réglage du débit de refoulement en fonction du signal de sortie du capteur de la pression d'alimentation. Ainsi est créé un système de turbocompresseurs à gaz d'échappement, pourvu d'une régulation de la pression d'alimentation, qui assure, malgré la fourniture d'air d'alimentation par plusieurs turbo- compresseurs parallèles dans un système de tuyau d'aspiration commun, la surveillance du fonctionnement de chaque turbocompresseur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation avantageux, mais nullement limitatif, ainsi que de la figure unique du dessin annexé, qui est un schéma synoptique d'un moteur à combustion interne muni de deux turbocompresseurs de suralimentation à gaz d'échappement parallèles. La figure montre, schématiquement, une rangée gauche 1 et une rangée droite 2 de cylindres d'un moteur à combustion interne, lesquelles sont alimentées en air aspiré à travers un système commun de guidage d'air aspiré 3, auquel est coordonné un refroidisseur 4 d'air d'alimentation. Le système de guidage d'air aspiré 3 est alimenté en air frais comprimé par deux turbocompresseurs 5, 6 parallèles, lesquels sont mus, par l'inter- médiaire de leurs turbines à gaz d'échappement respectives, par le gaz d'échappement s'écoulant dans les conduits de gaz d'échappement 7 et provenant des rangées de cylindres 1 et 2 coordonnées. En vue de la régulation de la pression d'alimentation (de sur- alimentation) dans le système de guidage d'air aspiré 3 à une valeur favorable - pour le fonctionnement du moteur à combustion interne - dans le diagramme caractéristique du moteur, on a prévu des dispositifs méca- niques de réglage 8, 9 respectifs pour les turbines à gaz d'échappement, dispositifs qui servent au réglage de l'angle d'arrivée du gaz d'échappement sur les aubes de la turbine concernée et autorisent ainsi le réglage du débit de refoulement d'air d'alimentation. À chaque dispositif mécanique de réglage 8, 9 est coordonnée, en vue de la réalisation d'un circuit de régula- tion de position des aubes de turbine, une unité de régulation d'angle d'arrivée 10, 11 pour les aubes de turbine, laquelle est de préférence intégrée dans un appareil central de commande du moteur et pilote le dispositif de réglage 8, 9 associé pour le réglage à une valeur de consigne de la position des aubes, valeur qui est déterminée par un régulateur de pression d'alimentation 12, hiérarchiquement supérieur, prévu dans l'appa- reil de commande du moteur, et est appliquée en tant que grandeur réglante, de préférence sous la forme d'un signal à modulation d'impulsions en largeur, à l'unité de régulation d'angle d'arrivée 10, 11 respective à travers des lignes de commande 14, 15. La pression d'alimentation est détectée au moyen d'un capteur de pression d'alimentation 13 dans le système de guidage d'air aspiré 3 et envoyée comme grandeur de retour au régulateur de pression d'alimentation 12. Aux fins de la surveillance des deux turbocompresseurs 5, 6 quant à la survenance éventuelle d'un dysfonctionnement, on a prévu, pour la structure précédemment décrite comprenant les unités de réglage du débit de refoulement - sous la forme des circuits de régulation de position des aubes de turbine avec les unités de régulation d'angle d'arrivée et les dispositifs mécaniques de réglage d'aubes, pilotés électriquement par ces unités -, un système de rétro-signalisation de défaut depuis les circuits de régulation de position, de préférence à l'appareil de commande du moteur, contenant le régulateur de pression d'alimentation 12. Dans les circuits de régulation de position, ce système de rétro- signalisation de défaut contient des moyens pour déterminer si la position désirée des aubes de turbine peut être établie par le circuit de régulation de position concerné dans un laps de temps pouvant être préfixé. Si tel n'est pas le cas, il est conclu qu'un défaut existe et une information de défaut correspondante est délivrée. Afin de réduire le câblage, cette rétro-signalisation de défaut s'effec- tue, dans cet exemple, par un signal de dysfonctionnement transmis en retour à la ligne de commande 14, 15 associée. Dans ce but, les lignes de commande 14, 15 sont conçues de façon appropriée pour une transmission bidirectionnelle de signaux. Une facçon de procéder préférée consiste à transmettre l'information de défaut par échantillonnage de masse de la ligne de commande 14, 15 concernée dans le circuit de régulation de position 8, ou 9, 11, à travers cette ligne, de telle sorte que cette information puisse être distinguée des signaux de grandeur réglante, à modulation en largeur, envoyés par le régulateur de pression d'alimentation 12 au circuit de régulation de position coordonné. Pour distinguer l'information de défaut transmise en retour par rapport à des perturbations sur les lignes de commande 14, 15 - lesquelles sont surveillées de façon conventionnelle -, il peut s'agir par exemple de court-circuits ou d'interruptions de ligne, l'infor- mation de défaut est transmise par échantillonnage périodique de masse à des intervalles caractéristiques qui sont par exemple de 100 ms à 500 ms. Une variante de réalisation de l'invention prévoit une liaison entre le régulateur de pression d'alimentation 12 et l'unité 10 ou 11 de régulation d'angle d'arrivée par un système de bus CAN. Aussi bien dans l'exemple de réalisation décrit plus haut que dans ce cas, on peut définir un protocole élargi de transmission de données afin de permettre une transmission d'in- formations plus approfondies de diagnostic à partir des unités respectives 10, 11de régulation d'angle d'arrivée vers l'appareil de commande du moteur. Une autre variante de réalisation de l'invention prévoit la surveillance du fonctionnement de chaque turbocompresseur, en particulier d'une unité de réglage du débit de refoulement, au moyen d'un système supplémen- taire de capteurs, par exemple de capteurs de masse d'air, tels que des capteurs de masse d'air chaud, afin de déterminer la masse d'air refoulée par chaque turbo 5, 6. Une caractéristique de l'invention prévoit dans ce but que les moyens pour la surveillance d'un dysfonctionnement comportent un capteur de masse d'air pour détecter la masse d'air d'alimentation refoulée par le turbocompresseur concerné, lesdits moyens délivrant l'information de dysfonctionnement lorsque la masse d'air d'alimentation mesurée dévie durablement de plus d'une quantité pouvant être préfixée d'une valeur de consigne, pouvant être préfixée, de la masse d'air d'alimentation. Il est possible aussi, en variante, de prévoir un capteur de pression différentielle, par lequel est surveillée la pression différentielle des deux turbo- compresseurs 5, 6. À cet égard, on prévoit que les moyens pour la surveillance d'un dysfonctionnement comportent un capteur de pression différentielle pour détecter la différence de pression d'alimentation entre au moins deux turbocompresseurs parallèles, lesdits moyens délivrant l'infor- mation de dysfonctionnement lorsque la différence de pression mesurée est plus grande qu'un seuil, pouvant être préfixé, de la différence de pression. Dans tous les cas, il est caractéristique pour l'invention que des moyens soient prévus pour la surveillance individuelle lors la survenance éventuelle d'un dysfonctionnement de chaque unité de réglage du débit de refoulement de plusieurs, de préférence, turbocompresseurs à gaz d'échap- pement parallèles, moyens qui, lorsqu'un dysfonctionnement d'une unité de réglage du débit de refoulement coordonnée est constaté, délivrent une5 information appropriée de dysfonctionnement. De cette manière, des dysfonctionnements d'une des unités de réglage du débit de refoulement parallèles peuvent être reconnus aussi lorsque l'ensemble de plusieurs turbocompresseurs parallèles fournit, malgré cela, le débit total désiré. R E V E N D I C A T I ON S 1. Moteur à combustion interne muni d'un seul turbocompresseur à gaz d'échappement ou de plusieurs turbocompresseurs à gaz d'échappe- ment (5, 6) parallèles, qui comprennent chacun une unité pilotable de réglage du débit de refoulement (8, 9) pour le réglage variable du débit de refoulement d'air d'alimentation (de suralimentation), caractérisé par des moyens (10, 11) pour la surveillance individuelle d'un dysfonctionnement de chaque unité de réglage du débit de refoulement (8, 9), moyens qui, lorsqu'un dysfonctionnement d'une unité de réglage du débit de refoulement (8, 9) est détecté, délivrent une information appropriée de dysfonctionnement. 2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé par au moins deux turbocompresseurs à gaz d'échappement (5, 6) paral- lèles dont les côtés de sortie d'air d'alimentation sont amenés à un tronçon commun de tuyau d'aspiration (3) du moteur à combustion interne, par un circuit de régulation de la pression d'alimentation, comportant un capteur (13) détectant la pression d'alimentation dans le tronçon commun de tuyau d'aspiration, ainsi que par un régulateur de pression d'alimentation (12) servant à la régulation de la pression d'alimentation à des valeurs de consigne, pouvant être préfixées, et pilotant les unités de réglage du débit de refoulement (8, 9) en fonction du signal de sortie du capteur de la pression d'alimentation. 3. Moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens (10, 11) pour la surveillance d'un dys- fonctionnement délivrent l'information de dysfonctionnement sous la forme d'un signal sur un bus de données ou sous la forme d'un signal périodique d'échantillonnage de masse sur une ligne électrique de commande (14, 15), par laquelle sont transmis, en sens inverse, les signaux de pilotage pour l'unité de réglage du débit de refoulement (8, 9). 4. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque unité de réglage du débit de refoulement (8, 9) comporte un dispositif de réglage pour changer l'angle d'arrivée du flux de gaz d'échappement sur les aubes de turbine et une unité de régulation de l'angle d'arrivée pour les aubes de turbine, et que les moyens (10,11) pour la surveillance d'un dysfonctionnement sont conçus de manière qu'ilsdéterminent si l'unité de régulation de l'angle d'arrivée régule, au moyen du dispositif de réglage, I'angle d'arrivée des gaz d'échappement dans un temps pouvant être préfixé à une valeur de consigne pouvant être préfixée, et qu'ils délivrent l'information de dysfonctionnement lorsque cela n'est pas le cas. 5. Moteur à combustion interne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens (10, 11) pour la surveillance d'un dys- fonctionnement comportent un capteur de masse d'air pour détecter la masse d'air d'alimentation refoulée par le turbocompresseur (5, 6) concerné, et délivrent l'information de dysfonctionnement lorsque la masse d'air d'alimentation mesurée dévie durablement de plus d'une quantité, pouvant être préfixée, d'une valeur de consigne, pouvant être préfixée, de la masse d'air d'alimentation. 6. Moteur à combustion interne selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens (10, 11) pour la surveillance d'un dys- fonctionnement comportent un capteur de pression différentielle pour détecter la différence de pression d'alimentation entre au moins deux turbo- compresseurs parallèles, et délivrent l'information de dysfonctionnement lorsque la différence de pression mesurée est plus grande qu'un seuil, pouvant être préfixé, de la différence de pression.