Brevet FR2827336A1 — publié le 20030117

La présente invention concerne un procédé de détection d'erreur sur un turbocompresseur à gaz d'échappement pour moteur à combustion interne. Les turbocompresseurs à gaz d'échappement pour moteurs à combustion interne sont soumis à une usure mécanique qui entraîne, entre autres, un frottement accru dans le montage à palier. Du fait d'un fonctionnement du turbocompresseur dans des conditions défavorables, il peut apparaître une usure qui n'est pas négligeable. Parmi les conditions défavorables pour un turbocompresseur à gaz d'échappement, on peut par exemple citer une température excessive, des vitesses de rotation trop élevées, un manque de lubrification et un comportement du turbocompresseur qu'il est convenu d'appeler"pompage". Par pompage, on désigne une variation de pression oscillante sur le côté compresseur qui se présente du fait d'un décollement d'écoulement sur les aubes de compresseur. La raison en est un quotient de pression trop élevée, de sorte qu'il se présente un faible débit massique. Après le décollement de l'écoulement d'air, l'air retourne dans le compresseur et la pression s'abaisse jusqu'à ce que de nouveau un écoulement s'établisse sur les aubes de compresseur. Par JP-Abstract : JP 03 023 320 A, on connaît un auto-diagnostic d'un moteur à combustion interne comportant un turbocompresseur. A cet effet, le nombre de tours mesuré pour le turbocompresseur est comparé à une valeur de consigne prévue pour le nombre de tours. La valeur de consigne du nombre de tours est déterminée en fonction de la pression d'admission et de la vitesse de rotation du moteur. Par DE 197 19 630 A 1, on connaît un procédé de régulation d'un moteur à combustion à suralimentation. Selon le procédé, on utilise un turbocompresseur à gaz d'échappement à géométrie de turbine variable. Selon le procédé, une position préférée pour la turbine à gaz d'échappement est déterminée en fonction de la charge de moteur et de la vitesse de rotation de moteur au moyen d'une table caractéristique. Par DE 198 37 834 A 1, on connaît également un procédé de surveillance de fonctionnement d'un turbocompresseur à gaz d'échappement à géométrie de turbine variable. Selon ce procédé, des grandeurs principales servant à détecter une erreur dans le turbocompresseur et des grandeurs auxiliaires servant à l'identification d'erreur sont mesurées. La mesure du débit massique d'air fourni au moteur et la pression totale, la vitesse de rotation de moteur et la température sont proposées en tant que grandeurs principales. Par DE 41 19 657 A 1, on connaît l'utilisation d'un compresseur radial à réglage électromagnétique dans un turbocompresseur à gaz d'échappement. Pour le cas de l'équilibre de puissance sur le turbocompresseur, il est indiqué que la puissance de turbine et la puissance de compresseur diffèrent l'une de l'autre de la valeur de la puissance de frottement. Par DE 43 27 815 A 1, on connaît un roulement à billes destiné à être utilisé dans un turbocompresseur. Le roulement à billes est constitué, pour l'utilisation dans un turbocompresseur, d'une bague de roulement intérieure en un métal résistant à la chaleur et d'une cage en une résine synthétique résistant à la chaleur. L'invention a pour but de fournir un procédé qui détecte d'une manière fiable une erreur dans un turbocompresseur, notamment un frottement élevé du turbocompresseur. Dans ce but, l'invention a pour objet un procédé du type considéré, caractérisé en ce qu'une valeur est déterminée pour la puissance du compresseur à partir d'un modèle prévu pour le compresseur et en fonction de paramètres de fonctionnement du compresseur, une valeur est déterminée pour la puissance de la turbine, à partir d'un modèle prévu pour la turbine et en fonction de paramètres de fonctionnement de la turbine, et une unité de détection d'erreur produit, pour des états stationnaires, un signal d'erreur, destiné à une commande de moteur, lorsque la différence des puissances de la turbine et du compresseur est supérieure à une valeur limite. Lorsqu'il est fait mention ci-dessus d'états stationnaires, il s'agit d'états stationnaires du compresseur. A la base du procédé conforme à l'invention se trouve la détection du fait qu'à l'état stationnaire, la puissance du compresseur devrait être égale à la puissance de la turbine lorsque aucune erreur n'est présente sur le turbocompresseur à gaz d'échappement. Dans le cas d'une erreur, la puissance de turbine est nettement supérieure à la puissance de compresseur, étant donné qu'il doit en outre être fourni une puissance de frottement accrue. En régime stationnaire du compresseur, le procédé conforme à l'invention détecte une différence entre les puissances et indique par suite l'existence d'une erreur sur le turbocompresseur à gaz d'échappement. Dans le même but, l'invention a également pour objet un procédé du type considéré, caractérisé en ce qu'une valeur est déterminée pour la puissance du compresseur à partir d'un modèle prévu pour le compresseur et en fonction de paramètres de fonctionnement du compresseur, une valeur est déterminée pour la puissance de la turbine, à partir d'un modèle prévu pour la turbine et en fonction de paramètres de fonctionnement de la turbine, et une unité de détection d'erreur produit, pour des états transitoires, un signal d'erreur, destiné à une commande de moteur, lorsqu'un gradient de vitesse de rotation déterminé à partir d'une différence de puissance entre la puissance de turbine et la puissance de compresseur s'écarte de plus qu'une valeur limite d'un gradient de vitesse de rotation appliqué à l'unité de diagnostic. Lorsqu'il est fait mention ci-dessus d'états transitoires, il s'agit d'états transitoires du compresseur. Le signal d'erreur dépend de préférence de la différence de puissance entre turbine et compresseur, du moment d'inertie du rotor du turbocompresseur et de la vitesse de rotation de turbocompresseur momentanée. A partir de ces grandeurs, il est déterminé, par l'unité de diagnostic, un gradient de vitesse de rotation qui est comparé à un gradient de vitesse de rotation appliqué, sur la question de savoir si une valeur limite préfixée est ou non dépassée. A la différence du cas stationnaire, à l'état transitoire, les gradients de vitesse de rotation sont comparés l'un à l'autre. Le gradient de vitesses de rotation est la variation dans le temps de la vitesse de rotation. Suivant un développement préféré, l'unité de détection d'erreur servant à la détection d'erreur dans le cas d'états stationnaires détermine la valeur limite en fonction de la température de gaz d'échappement avant la turbine et de la vitesse de rotation de turbocompresseur. La valeur limite est de préférence déterminée au moyen d'une table caractéristique correspondante. Suivant un développement préféré, l'unité de détection d'erreur servant à la détection d'erreur dans le cas d'états transitoires détermine la valeur limite en fonction de la vitesse de rotation de turbine et de la différence de puissance entre turbine et compresseur. Ici également, la valeur limite est de préférence déposée dans une table caractéristique qui détermine la valeur limite en fonction de la vitesse de rotation de turbocompresseur. De préférence, l'unité de détection d'erreur servant à la détection d'erreur dans le cas d'états transitoires modifie la valeur limite en fonction de la température de gaz d'échappement avant la turbine. D'une manière préférée, l'unité de détection d'erreur servant à la détection d'erreur dans le cas d'états transitoires modifie un facteur en fonction de la température de gaz d'échappement avant la turbine. Le facteur est déterminé en fonction de ladite température et est multiplié par la valeur limite déterminée. Dans le cas des deux unités de détection d'erreur, l'unité de détection d'erreur servant à la détection d'erreur dans le cas d'états stationnaires et/ou dans le cas d'états transitoires modifie la valeur limite en fonction d'une propriété d'huile, de préférence de la température d'huile dans le turbocompresseur à gaz d'échappement. La modification s'effectue de préférence par multiplication et la propriété d'huile est de préférence détectée au moyen d'un détecteur d'huile. D'une manière avantageuse, il est déterminé, en fonction d'une propriété d'huile, de préférence de la température d'huile, un facteur par lequel la valeur limite déterminée est multipliée. Le facteur est de préférence lu dans une table caractéristique. Concernant le compresseur, suivant un développement préféré du procédé conforme à l'invention, il est prévu que le modèle de compresseur comporte, comme grandeurs d'entrée, les paramètres de fonctionnement suivants : pression ambiante, température ambiante, perte de pression sur le dispositif de refroidissement de charge d'air et sur le filtre à air, débit massique d'air traversant le filtre à air et pression de charge filtrée. Ces grandeurs d'entrée sont appliquées au modèle de compresseur. De préférence, le modèle de compresseur détermine les grandeurs de fonctionnement suivantes : puissance du compresseur, vitesse de rotation de compresseur, pression avant et après la turbine et débit massique d'air passant dans le compresseur. Il s'agit là d'une valeur pour le débit massique d'air. Ces grandeurs sont déterminées par le modèle pour le traitement ultérieur. Concernant la turbine, suivant un développement préféré du procédé conforme à l'invention, il est prévu, d'une manière avantageuse, que le modèle de turbine détermine la puissance de turbine en fonction des grandeurs de fonctionnement suivantes : vitesse de rotation de turbine, température de gaz d'échappement avant la turbine, rapport de pression sur la turbine et pression avant et après la turbine. Il s'agit là du modèle de turbine utilisé dans le procédé conforme à l'invention. Suivant un développement du procédé conforme à l'invention, il est prévu une première unité de détection d'état qui détecte un état stationnaire ou quasi stationnaire du compresseur et produit un signal de sortie qui indique l'état stationnaire du compresseur. De préférence, il est prévu une première unité de détection d'état qui détecte des états stationnaires en fonction de grandeurs de fonctionnement suivantes : température de gaz d'échappement avant la turbine, pression avant et après la turbine, pression avant et après le compresseur et débit massique d'air passant dans le compresseur. Lorsqu'il est indiqué ci-dessus que ladite première unité détecte un état stationnaire, ceci signifie qu'elle travaille pour cet état stationnaire. Les grandeurs de fonctionnement précitées permettent de détecter d'une manière fiable l'état stationnaire ou quasi stationnaire. Suivant un autre développement du procédé conforme à l'invention, il est prévu une seconde unité de détection d'état qui détecte des états stationnaires et non stationnaires et produit un signal de sortie qui indique l'état transitoire du compresseur, ainsi qu'un autre signal de sortie qui indique l'état stationnaire du compresseur. Lorsqu'il est question ci-dessus d'états non stationnaires, il s'agit d'états non stationnaires et/ou transitoires du turbocompresseur à gaz d'échappement. De ce fait, la seconde unité de détection d'état travaille de préférence avec les mêmes grandeurs de fonctionnement que la première unité de détection d'état. A partir de ces grandeurs, la seconde unité de détection d'état détecte si est ou non présent un état transitoire du turbocompresseur à gaz d'échappement qui permet une détection fiable d'une erreur. Deux exemples du procédé conforme à l'invention sont exposés ci-après en détail à l'aide de schémas-blocs. On voit : à la figure 1, le schéma-blocs servant à détecter une erreur dans l'état stationnaire, à la figure 2, l'unité de détection d'erreur servant à détecter une erreur dans l'état stationnaire, à la figure 3, un schéma-blocs servant à détecter une erreur aussi bien dans l'état stationnaire que dans l'état transitoire et, à la figure 4, l'unité de détection d'erreur servant à détecter une erreur dans l'état transitoire. La figure désigne par 10 un modèle prévu pour le compresseur d'un moteur à combustion interne. En tant que grandeurs d'entrée, la pression ambiante (AMP) 12, la température ambiante en degrés kelvin (TAMABS) 14, la perte de pression à travers le dispositif de refroidissement de charge d'air (PRS~LOSS~ICO) 16, la perte d'air en pression sur le filtre à air (PRS LOSS~AIC) 18, le débit massique d'air passant dans le filtre à air (MAFAAIC) 20 et la pression de charge filtrée (PUTMMV) 22 sont appliquées au modèle de compresseur 10. A partir de ces grandeurs d'entrée, qui entrent dans les calculs dans le modèle du compresseur, une série de grandeurs caractéristiques sont déterminées pour le compresseur. Le modèle de compresseur 10 détermine la puissance de compresseur (POCHA) 24, la vitesse de rotation de compresseur (NCHA) 26, la pression avant et après le compresseur (PRS~CHA~UP, PRS~CHA~DOWN) 28,30. En outre, le débit massique d'air passant dans le compresseur (MAFCHA) 32 est déterminé au moyen du modèle de compresseur. La vitesse de rotation de compresseur déterminée 26 est comparée ensuite à la vitesse de rotation de turbine (NTUR) 34. Le modèle de turbine 36 détermine une valeur pour la puissance de la turbine (POWTUR) 38. La puissance de turbine est déterminée en fonction de la température de gaz d'échappement avant la turbine 40. La température de gaz d'échappement entre dans le modèle 36 sous forme de la racine carrée de la température absolue (TEGTURUPABSSQRT). Le rapport de pression sur la turbine (PQEX) 42 entre également dans le modèle. Il est en outre tenu compte de la pression avant et après la turbine (PRSEXTURDOWN, PRS~EX) 44,46. Une détection 48 d'états stationnaires s'effectue à partir des grandeurs 40,44, 46 et des grandeurs de sortie 28,30 et 32 du modèle de compresseur 10. Un état stationnaire du compresseur est indiqué au moyen du signal 50. Une unité de détection d'erreur 52 détermine, à partir de la puissance de turbine 38 et de la puissance de compresseur 62 si une erreur est ou non présente sur le turbocompresseur à gaz d'échappement. Une erreur est indiquée au moyen du signal (LVERRTCHA~MEC) 54. La figure 2 représente plus en détail l'unité de détection d'erreur 52. La puissance de la turbine et celle du compresseur sont appliquées à cette unité en 24 et 38. La puissance de compresseur est soustraite de la valeur de la puissance de turbine 38 à un pas 56. La valeur de différence obtenue au pas 56 peut encore faire l'objet d'un examen de plausibilité de la part de la commande de moteur. La différence de puissance (POW~DIFF) formée au pas 56 est appliquée avec une valeur limite maximale (POWD) FFTCHAMAX) 58 à un comparateur 60. La valeur limite maximale est d'abord déterminée indépendamment de la propriété d'huile (Q~OIL) 62. A cet effet, il est tenu compte de la température de gaz d'échappement avant la turbine (TEGTURUP) 64 et de la vitesse de rotation de compresseur (NTCHA) 66. A partir des grandeurs 64 et 66, une différence de puissance maximale entre turbine et compresseur (IP~POW~DIFF~TCHA~MAX) est déterminée au moyen d'une table caractéristique 68. Cette grandeur est multipliée par un facteur (IP~FAC~POW~DF~CHA) 70 dépendant de la température d'huile. Si le comparateur 60 établit que la différence de puissance est située en dehors du domaine admissible, il est alors produit un signal de comparaison 72 qui, lors d'une opération logique ET avec le signal 50 correspondant à l'état stationnaire, constitue un signal d'erreur 54. La figure 3 représente le procédé conforme à l'invention lorsqu'il est en outre prévu une unité de détection d'erreur pour des états transitoires. L'unité de détection d'erreur 74 reçoit, en tant que grandeurs d'entrée, le gradient de vitesse de rotation du turbocompresseur (NTCHAGRD) 76, ainsi que la puissance du compresseur 24, la puissance de la turbine 38, la vitesse de rotation de turbine 66, la propriété d'huile 62 et la température de gaz d'échappement avant la turbine 64. Pour pouvoir produire un signal d'erreur 78 d'une manière fiable, il est également appliqué à l'unité de détection d'erreur 74 un signal 80 qui indique l'état transitoire du compresseur (signal (LV~TRA~DIAG). La figure 4 représente plus en détail l'unité de détection d'erreur 74. Tout d'abord, l'unité de détection d'erreur forme la différence entre la puissance de turbine 38 et la puissance de compresseur 24. Au moyen de la vitesse de rotation de turbine 66, la différence de puissance est transformée par le calcul en une différence de couple du compresseur (TQ~DIFFFCHA) 82. A partir de là, avec le moment d'inertie du rotor 84, un gradient de vitesse de rotation attendu 86 est déterminé. Le gradient de vitesse de rotation 76 appliqué à l'unité de diagnostic est soustrait du gradient de vitesse de rotation attendu. La différence (N~TCHA~GRD~DIFF) 88 ainsi obtenue est comparée à une différence maximale (N-TCHA-GRD-DIFF-MAX) 90. La différence maximale 90 est traitée, en fonction de la vitesse de rotation de turbocompresseur 66 et de la différence de couple sur le turbocompresseur 82 et au moyen d'une table caractéristique 92, pour donner la valeur limite maximale (IP~NTCHAGRDDIFFJv) AX) 94. La valeur limite 94 est multipliée par un facteur (tPFACNTCHAGRDQOiL) 96 dépendant des propriétés d'huile. En outre, la valeur limite 94 est multipliée par un facteur (IP~FAC~N~TCHA~GRD~TEG) 98 dépendant de la température de gaz d'échappement. Un comparateur 100 compare la valeur limite modifiée 90 à l'écart du gradient de vitesse de rotation attendu vis-à-vis du gradient de vitesse de rotation se présentant effectivement. Si la comparaison établit que la différence de vitesse de rotation est supérieure ou égale à la valeur limite modifiée 90 et si un signal correspondant à un état transitoire 80 est présent, un signal d'erreur 104 pour l'état transitoire est établi au moyen d'une opération logique ET. La seconde unité de détection 106 utilisée dans le cas d'une détection d'erreur pour des états stationnaires et des états transitoires se distingue de la première unité de détection d'erreur 48 représentée à la figure 1 par le fait qu'il est produit à la fois un signal pour l'état stationnaire 50 et un signal pour l'état transitoire 80. Dans la commande de moteur, les signaux d'erreur correspondant à l'état stationnaire et ceux correspondant à l'état transitoire sont pris en considération sous forme d'une opération logique OU 108, afin de produire un signal d'erreur commun (LVERRTCH~MEC) 110. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection d'erreur sur un turbocompresseur à gaz d'échappement pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce que : - une valeur est déterminée pour la puissance du compresseur (POCHA) à partir d'un modèle (10) prévu pour le compresseur et en fonction de paramètres de fonctionnement du compresseur, - une valeur est déterminée pour la puissance de la turbine (POW TUR), à partir d'un modèle (36) prévu pour la turbine et en fonction de paramètres de fonctionnement de la turbine, - une unité de détection d'erreur (52) produit, pour des états stationnaires, un signal d'erreur (LVERRTCHA MEC), destiné à une commande de moteur, lorsque la différence des puissances de la turbine et du compresseur est supérieure à une valeur limite. 2. Procédé de détection d'erreur sur un turbocompresseur à gaz d'échappement pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce que : - une valeur est déterminée pour la puissance du compresseur (POCHA) à partir d'un modèle (10) prévu pour le compresseur et en fonction de paramètres de fonctionnement du compresseur, - une valeur est déterminée pour la puissance de la turbine (POW TUR), à partir d'un modèle (36) prévu pour la turbine et en fonction de paramètres de fonctionnement de la turbine, - une unité de détection d'erreur (74) produit, pour des états transitoires, un signal d'erreur (LVERRTCHATRA), destiné à une commande de moteur, lorsqu'un gradient de vitesse de rotation déterminé à partir d'une différence de puissance entre la puissance de turbine (38) et la puissance de compresseur (24) s'écarte de plus qu'une valeur limite d'un gradient de vitesse de rotation appliqué à l'unité de diagnostic. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité de détection d'erreur (52) servant à la détection d'erreur dans le cas d'états stationnaires détermine la valeur limite (IP~FAC~POW~DIFF~CHA) en fonction de la température de gaz d'échappement avant la turbine (TEGTURUP) et de la vitesse de rotation de turbocompresseur (NTCHA) au moyen d'une table caractéristique (68) préfixée. 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de détection d'erreur (74) servant à la détection d'erreur dans le cas d'états transitoires détermine la valeur limite (IP~FAC-TCHA-GRD-DIFF-MAX) en fonction de la vitesse de rotation de turbine (NTCHA) et de la différence de puissance entre turbine et compresseur. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'unité de détection d'erreur (74) servant à la détection d'erreur dans le cas d'états transitoires modifie la valeur limite en fonction de la température de gaz d'échappement avant la turbine. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'unité de détection d'erreur servant à la détection d'erreur dans le cas d'états transitoires modifie un facteur (tPFACNTCHAGRDTEG) en fonction de la température de gaz d'échappement avant la turbine (TEGTURUP). 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que l'unité de détection d'erreur servant à la détection d'erreur dans le cas d'états stationnaires et/ou dans le cas d'états transitoires modifie la valeur limite en fonction d'une propriété d'huile (Q~OIL), de préférence de la température d'huile (T~OIL) dans le turbocompresseur à gaz d'échappement. 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est déterminé, en fonction d'une propriété d'huile (Q~OIL), de préférence de la température d'huile (T~OIL), un facteur (IP~FAC~POW~DIFF~CHA ; IPFAC~N~TCHA~GRD~Q~OIL) par lequel la valeur limite déterminée est multipliée. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le modèle de compresseur (10) comporte, comme grandeur d'entrée, les paramètres de fonctionnement suivants : pression ambiante (AMP), température ambiante (TAM), perte de pression sur le dispositif de refroidissement de charge d'air et sur le filtre à air (PRS~LOSS~ICO, PRS~LOSS~AIC), débit massique d'air traversant le filtre à air (MAFAIC) et pression de charge filtrée (TUTJMMV). 10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le modèle de compresseur détermine les grandeurs de fonctionnement suivantes : - puissance du compresseur (POCHA), - vitesse de rotation de compresseur (N~CHA), - pression avant et après la turbine (PRSCHAJJP, PRS~CHA - DOWN) et - débit massique d'air passant dans le compresseur (MAFCHA). 11. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le modèle de turbine détermine la puissance de turbine en fonction des grandeurs de fonctionnement suivantes : - vitesse de rotation de turbine (NTUR), - température de gaz d'échappement avant la turbine (TEGTURUP), - rapport de pression sur la turbine (PQ~EX) et - pression avant et après la turbine (PRS~EX, PRSEXTURDOWN). 12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est prévu une première unité de détection d'état qui détecte un état stationnaire ou quasi stationnaire du compresseur et produit un signal de sortie (LVSTEADYSTATE) qui indique l'état stationnaire du compresseur. 13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est prévu une première unité de détection d'état qui détecte des états stationnaires en fonction de grandeurs de fonctionnement suivantes : - température de gaz d'échappement avant la turbine (TEGTURUP), - pression avant et après la turbine PRS~EX, PRS~EX~TUR~DOWN), - pression avant et après le compresseur PRSCHAUP. PRSCHADOWN) et - débit massique d'air passant dans le compresseur (MAFCHA). 14. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il est prévu une seconde unité de détection d'état (106) qui détecte des états stationnaires et non stationnaires et produit un signal de sortie (LVTRA~DIAG) qui indique l'état transitoire du compresseur, ainsi qu'un autre signal de sortie (LVSTEADYSTATE) qui indique l'état stationnaire du compresseur.