Brevet FR2843778A1 — publié le 20040227

La présente invention concerne un procédé de diagnostic d'un dispositif de réglage d'un turbocompresseur à gaz d'échappement dans un moteur à combustion interne. La commande du comportement de la turbine d'un turbocompresseur à gaz 5 d'échappement s'effectue dans des conditions environnantes contraires. Un dispositif de réglage servant à commander le comportement de la turbine du turbocompresseur peut manifester un comportement de dispositif de réglage s'écartant du signal de commande. Des raisons de cet écart peuvent être une dureté de fonctionnement, de faibles défauts de constance dans le comportement de réglage et le voisinage de 10 positions extrêmes. Dans des procédés de diagnostic connus, c'est essentiellement un écart de réglage vis-à-vis d'une valeur attendue pour une commande préfixée du dispositif de réglage qui est diagnostiqué. C'est ainsi par exemple qu'il peut être diagnostiqué qu'une soupape de décharge située dans le trajet de gaz d'échappement (également 15 appelé ci-après plus succinctement "trajet d'échappement") ne peut pas se fermer complètement lorsque la pression de charge de pointe prévue pour le point de fonctionnement ne peut pas être atteinte. Un autre procédé de diagnostic connu fonctionne également avec la pression de charge. Dans ce cas, une pression de charge trop élevée est relevée pour une 20 soupape de décharge totalement ouverte sur le plan de la technique de commande. Ce comportement conduit au diagnostic que le papillon de soupape de décharge est coincé ou bloqué. Les procédés de diagnostic existant jusqu'à présent se sont constamment limités à des défaillances individuelles et n'ont pas surveillé d'une manière continue le 25 comportement de réglage sur le turbocompresseur à gaz d'échappement. L'invention a pour but de fournir un procédé de diagnostic pour un dispositif de réglage d'un turbocompresseur à gaz d'échappement qui autorise une surveillance fiable et continue du comportement de réglage avec un diagnostic individuel simultané des différentes parties constitutives de la voie de réglage. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de diagnostic d'un dispositif de réglage d'un turbocompresseur à gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes: a) constatation d'un état de fonctionnement stationnaire ou quasi-stationnaire du moteur à combustion interne, b) commande d'un premier dispositif de réglage, prévu pour le turbocompresseur à gaz d'échappement et situé dans le trajet de gaz d'échappement, et d'un second dispositif de réglage situé dans le trajet d'admission, d'une manière telle que le moteur à combustion interne reste dans l'état stationnaire ou quasistationnaire, c) détermination d'une grandeur d'état sur la turbine ou le compresseur du turbocompresseur à gaz d'échappement, d) un signal de diagnostic pour le premier dispositif de réglage étant produit à partir du signal de commande et de la grandeur d'état mesurée. Si, lors de l'opération a), il se présente un tel état de fonctionnement, l'opération b) a ensuite lieu. La commande du second dispositif de réglage compense l'effet qui résulte de la commande du premier dispositif de réglage. La détermination 10 de l'opération c) peut avoir lieu à partir de la commande de moteur au moyen de valeurs de mesure et/ou au moyen de valeurs de modèle. Etant donné que le procédé conforme à l'invention utilise un premier et un second dispositifs de réglage, la commande des dispositifs de réglage peut avoir lieu d'une manière telle que le moteur à combustion interne reste dans son état stationnaire ou quasi-stationnaire. Donc, 15 pendant le procédé de diagnostic, il n'est pas possible de déceler de l'extérieur, pour le conducteur, une modification se présentant sur le moteur. Dans le procédé conforme à l'invention, il est possible de distinguer deux démarches concernant les états de fonctionnement maintenus constants. Dans le cas de la première démarche, les points de fonctionnement prévus pour la combustion, 20 tels que par exemple l'angle d'allumage, sont maintenus constants. Dans le cas d'une seconde démarche, on travaille sans points de fonctionnement constants pour la combustion, de sorte qu'en tout état de cause, il ne peut pas se présenter un comportement de fonctionnement optimal. Dans les deux démarches, au moins le couple effectif est constant, de sorte qu'un conducteur ne remarque pas la 25 modification se présentant sur le moteur. En d'autres termes, suivant l'invention, le moteur à combustion interne reste dans l'état de fonctionnement avec ou sans points de fonctionnement constants pour la fabrication. Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, il est prévu, en tant que premier dispositif de réglage situé dans le trajet de gaz d'échappement, une ou 30 plusieurs unités de réglage pour une position de papillon de soupape de décharge, un angle de réglage d'aubes de turbine, un manchon coulissant situé sur le turbocompresseur à gaz d'échappement et/ou une position de papillon de gaz d'échappement. Le choix dépend de la structure du turbocompresseur à gaz d'échappement qui se présente dans chaque cas. En ce qui concerne le manchon 35 coulissant, il peut s'agir plus précisément du réglage d'une position du manchon. Grâce au procédé conforme à l'invention, des perturbations sont relevées précisément sur ces unités de réglage situées dans le trajet d'échappement. De préférence, en tant que second dispositif de réglage situé dans le trajet d'admission, il est prévu un papillon des gaz et/ou un papillon de recyclage d'air ou une valve de recyclage d'air. En ce qui concerne un papillon de recyclage d'air ou une valve de recyclage d'air, il s'agit d'un papillon ou d'une valve qui sont disposés dans 5 une tuyauterie parallèle vis-à-vis du compresseur du turbocompresseur à gaz d'échappement et, en fonction de leur position, font passer une partie du débit d'air admis en contournant le compresseur du turbocompresseur. Dans une réalisation préférée, l'état stationnaire ou quasi-stationnaire est constaté sur la base des valeurs correspondant aux vitesse de rotation de moteur, 10 remplissage, composition de remplissage dans le cas d'un recyclage interne de gaz d'échappement, débit d'injection, angle d'allumage, couple moteur et entraînement de soupapes. A cet effet, il est préfixé, dans une commande de moteur, des limites à l'intérieur desquelles le fonctionnement stationnaire est constaté pour une durée préfixée. D'une manière avantageuse, la commande du premier dispositif de réglage s'effectue pas-à-pas, la largeur de pas et la fréquence de pas entre les pas étant choisies d'une manière telle que la modification de la grandeur d'état sur la turbine ou le compresseur puisse être détectée à chaque pas. Il s'agit là de chaque pas individuel. Cela permet de pouvoir contrôler d'une manière voulue le fonctionnement 20 du premier dispositif de réglage commandé. Il est donc défini une modification pas-àpas des signaux de commande prévus pour le premier dispositif de réglage. Les paramètres correspondant à la modification pas-à-pas sont choisis d'une manière telle que, dans le cas d'un fonctionnement parfait du dispositif de réglage, les modifications produites peuvent être détectées avec une résolution individuelle au 25 moyen de capteurs de mesure et ne pas se confondre entre elles. Par ailleurs, la commande du premier dispositif de réglage s'effectue avec une variation du signal en forme de rampe, la hauteur de rampe étant choisie d'une manière telle que la modification des grandeurs d'état de la turbine peut être détectée à chaque pas. De préférence, la modification pas-à-pas du signal de commande provoque un actionnement progressif du dispositif de réglage, le signal de diagnostic pour un dysfonctionnement du dispositif de réglage étant produit lorsque la modification mesurée s'écarte de plus d'une valeur minimale préfixée d'une modification progressive proportionnelle au signal de commande du dispositif de réglage. La 35 modification mesurée signifie la modification relevée. La modification pas-à-pas des signaux de commande s'effectue en fonction de l'amplitude et du temps (temps de maintien). La modification peut dans ce cas avoir lieu sous forme de rampes, qui sont définies au moyen de hauteurs de niveau et de temps de maintien discrets pour chaque pas, ou au moyen de sauts, par exemple de sauts rectangulaires. Cette commande a pour résultat un actionnement du dispositif de réglage (stimulus) qui, après un temps de réponse attendu, provoque, dans le cas d'un 5 système fonctionnant parfaitement, une modification de l'état sur la turbine ou le compresseur qui est détectée à l'aide de capteurs dans le trajet d'admission et/ou le trajet d'échappement. Cette opération du procédé est basée sur la supposition qu'une modification du dispositif de réglage provoque également une modification de la grandeur d'état. 10 Pour le diagnostic de parties individuelles de la voie de réglage, il est possible de faire appel non seulement à la modification de la grandeur d'état en tant que telle, mais également au comportement de la modification dans le temps. Si, lors de la modification de la grandeur d'état, il se présente des modifications brusques ou une saturation, cela constitue alors une indication d'une défaillance existant sur le 15 dispositif de réglage. D'une manière avantageuse, le second dispositif de réglage est commandé après un temps de retard préfixé. Cela permet de compenser la commande exécutée et le but en est que la modification du premier dispositif de réglage n'ait pas une action nuisible sur l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. Un processus de vieillissement du dispositif de réglage peut de préférence se diagnostiquer en rangeant la modification mesurée en commun avec le signal de commande associé et en la comparant à un instant ultérieur avec une seconde modification mesurée. En d'autres termes, suivant l'invention, la modification de la grandeur d'état sur la turbine et le signal de commande associé sont rangés en 25 mémoire et sont comparés à un instant ultérieur à des modifications de la grandeur d'état sur la turbine ou le compresseur et au signal de commande associé, afin de relever un vieillissement du premier dispositif de réglage. La comparaison indique si le comportement de réponse du dispositif de réglage aux signaux de commande a varié avec le temps. Le procédé de diagnostic conforme à l'invention est exposé en détail à l'aide d'un exemple préféré de réalisation. On voit: à la figure 1, en vue schématique, un moteur à combustion interne comportant un turbocompresseur à gaz d'échappement et, à la figure 2, le procédé conforme à l'invention en schéma-blocs. La figure 1 représente en vue schématique un moteur à combustion interne 10. Un trajet d'admission 12 est pourvu d'un filtre d'air 14 et d'un dispositif de refroidissement d'air de suralimentation 16. En amont du dispositif de refroidissement d'air de suralimentation 16, il est prévu une turbine à compresseur 18 d'un turbocompresseur à gaz d'échappement. Un papillon des gaz 20 est représenté schématiquement en aval du dispositif de refroidissement d'air de suralimentation 16. 5 Le débit massique d'air passant par le papillon des gaz 20 est distribué dans les cylindres 22 dont quatre sont indiqués dans l'exemple de réalisation. Du côté échappement, les cylindres 22 sont reliés à un trajet de gaz d'échappement ou trajet d'échappement 24. Le trajet d'échappement 24 peut être pourvu d'un catalyseur 26. Une turbine 28 du turbocompresseur à gaz d'échappement 10 est située en amont du catalyseur 26. Pour des raisons de clarté, il n'est pas représenté que la turbine 28 et le compresseur 18 du turbocompresseur à gaz d'échappement sont couplés mécaniquement l'un à l'autre, la turbine 28 entraînant en fonctionnement le compresseur 18. Une tuyauterie de dérivation 30, comportant une soupape de décharge 32, est 15 prévue dans le trajet de gaz d'échappement en parallèle à la turbine 28. Le papillon des gaz 20 et la soupape de décharge 32 sont commandés au moyen d'une commande de moteur 34. La commande de moteur 34 établit, au moyen des signaux indiqués 36, s'il existe un état stationnaire ou quasi-stationnaire du moteur à combustion interne. Dans le cas du procédé conforme à l'invention, la commande de la soupape de décharge 32 est surveillée en continu. Toutefois, l'invention n'est en aucune façon limitée à un diagnostic de la soupape de décharge 32, mais peut également être utilisée pour des turbines 28 à géométrie de turbine variable ou avec un compresseur à suralimentation à manchon coulissant. Dans le cas du procédé conforme à 25 I'invention, la soupape de décharge 32 est commandée pas-à-pas, la commande étant compensée avec un temps de retard au moyen d'une commande appropriée du papillon des gaz 20, afin qu'un état de fonctionnement constant du moteur reste maintenu. La valeur réelle de la puissance de compresseur, calculée à partir du débit massique de gaz d'échappement, des températures avant et après la turbine, de la 30 contre-pression de gaz d'échappement et de la pression après la turbine, est surveillée et, dans le cas d'une modification ne correspondant pas au signal de commande prévu pour la soupape de décharge 32, sert de point de départ pour un signal de diagnostic. La figure 2 représente le procédé conforme à l'invention en schéma-blocs. 35 Dans une première opération de procédé 38, les grandeurs telles que vitesse de rotation de moteur, remplissage ou composition de remplissage (EGR), débit d'injection, angle d'allumage, couple moteur et entraînement de soupapes, sont mesurées ou lues à partir de modèles de la commande de moteur 34. Les grandeurs provenant de l'opération de procédé 38 servent, dans une opération 40, à déterminer l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. Si un état de fonctionnement quasi-stationnaire est constaté, le signal de commande du dispositif 5 de réglage situé dans le trajet d'échappement est alors modifié pas-à-pas dans l'opération de procédé 42. Diverses variantes sont disponibles pour la modification pas- à-pas des signaux de commande. Dans l'ensemble, la modification pas-à-pas peut se distinguer par une modification en amplitude et une modification dans le temps (temps de maintien). Pour l'amplitude des signaux de commande, il est encore 10 possible de définir diverses formes, telles que par exemple des rampes ou des sauts. Dans l'ensemble, la modification pas-à-pas des signaux de commande est choisie d'une manière telle que des signaux de réponse le plus riches possible en conclusions soient mesurés pour le segment de voie de réglage à analyser. La transformation du signal de commande fournit une valeur réelle pour la 15 puissance de turbine 44. Simultanément, la transformation du signal de commande fournit également une modification de l'état de turbine 46. Aussi bien la valeur réelle de la puissance de turbine que les états se présentant sur la turbine 46 sont déterminés en fonction du signal de commande exécuté du dispositif de réglage situé dans le trajet d'échappement, ainsi que du débit massique de gaz d'échappement, 20 des températures avant et après la turbine, de la contre-pression de gaz d'échappement et de la pression après la turbine. Le signal d'état 46 de la turbine sert à contrôler s'il existe en outre ou non un état quasi-stationnaire et/ou stationnaire. La valeur réelle de la puissance de turbine 44 est transformée par le calcul, dans une opération suivante 50, pour donner la valeur réelle de la puissance de 25 compresseur. La valeur réelle de la puissance de compresseur sert à la modification pas-à-pas du second dispositif de réglage situé dans le trajet d'air frais en vue de la compensation. Grâce à la compensation, on a l'assurance qu'aussi bien la pression de tubulure d'admission que le remplissage d'air frais des cylindres sont constants pendant le procédé. La valeur réelle de la puissance de compresseur 50 et le signal de commande provenant de l'opération de procédé 42 sont appliqués dans une opération de filtrage et d'exploitation 54. Dans l'opération 54, ces valeurs sont mises en relation entre elles et, en cas d'écarts de la valeur réelle de la puissance de compresseur, un signal de diagnostic 56 est produit. Pour cette opération, un modèle de la puissance de 35 compresseur n'est pas nécessaire, étant donné qu'il est déjà possible d'établir, sur la base de l'écart vis-à-vis du comportement linéaire, si une perturbation est ou non présente. Outre le diagnostic indiqué cidessus qui établit uniquement un écart vis-à-vis du comportement linéaire, il est également possible, au moyen d'un choix volontairement effectué des signaux de premier dispositif de réglage, de procéder à un diagnostic de segments de voie de réglage élémentaires. Par exemple, en tant que 5 signal de commande, il est choisi un signal de saut rectangulaire qui est totalement présent à un premier instant et est ramené à zéro après un temps Tl. Si l'amplitude de ce signal de saut est choisie suffisamment grande, on s'attend à une modification décelable des grandeurs d'état. Etant donné que, dans le cas d'une telle excitation, il est possible de négliger des effets d'hystérésis, ce qui signifie que les signaux du 10 dispositif de réglage de comportement et les signaux de commande sont indépendants les uns des autres, il est déjà possible de déduire un signal de diagnostic à partir d'un signal de réponse qui n'est pas présent. C'est ainsi par exemple que, dans le cas d'un système placé sous pression, un défaut d'étanchéité du système peut être établi lorsqu'une réaction est absente. Pour ce signal de 15 commande, il est également possible d'utiliser des retards ou des signaux de réponse en avance pour le diagnostic du système. Au moyen de signaux de commande en forme de rampe, il est par exemple possible de diagnostiquer une hystérésis dans la voie de réglage. Si les signaux de commande en forme de rampe augmentent dans ce cas, il est par exemple possible, 20 à partir du niveau de rampe qui est nécessaire pour produire une réponse de signal, de suivre si un effet d'hystérésis est ou non présent. Dans l'opération 54, il est tenu compte du fait qu'en cas de dispositifs de réglage défectueux ou présentant un vieillissement, il se produit des défauts de constance du comportement de réglage. Ceci signifie que de petites modifications lors 25 de la commande n'ont d'abord en aucune façon des effets, puis que, lorsque la mécanique réagit, il se produit une modification de position brusque du dispositif de réglage. Dans le cas d'une détérioration ou déformation d'un segment de la voie de réglage, il se présente un décalage continu des positions extrêmes du dispositif de réglage. A l'aide du procédé conforme à l'invention, il est également possible de 30 produire un signal de diagnostic au moyen du processus de vieillissement ou, en cas de déformations brusques, également au moyen de modifications brusques des positions extrêmes du dispositif de réglage. Dans l'opération de comparaison 54, il est possible de faire appel, en tant qu'autre critère, à la vitesse de réponse et/ou au temps de retard utilisé pour la compensation, en vue de décider de la présence de 35 résistances mécaniques dans la voie de réglage. Il s'est avéré que, pour analyser le comportement de réglage dans le temps, il est possible de produire des valeurs de diagnostic au moyen du procédé conforme à l'invention, d'une manière pondérée en ce qui concerne le risque et l'efficacité. La valeur de diagnostic pour le dispositif de réglage situé dans le trajet d'échappement devrait être intégrée, moyennant une gradation, dans le concept de diagnostic total de véhicule. Des gradations peuvent par exemple signifier (a) tout est en ordre, (b) un remplacement est conseillé en ce 5 qui concerne les propriétés de conduite, (c) un remplacement doit avoir lieu dans les X prochains kilomètres ou (d) urgence sans suralimentation ou (e) mise immédiate à l'arrêt du véhicule. Bien que, dans l'exemple de réalisation, le procédé conforme à l'invention ait été décrit d'une manière concrète pour une soupape de décharge et la valeur réelle 10 de la puissance de turbine, le procédé conforme l'invention n'est en aucune façon limité à cet exemple. REVENDICATIONS 1. Procédé de diagnostic d'un dispositif de réglage d'un turbocompresseur à gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes: a) constatation (40) d'un état de fonctionnement stationnaire ou quasistationnaire du moteur à combustion interne (10), b) commande (42) d'un premier dispositif de réglage, prévu pour le turbocompresseur à gaz d'échappement et situé dans le trajet de gaz d'échappement, et d'un second dispositif de réglage situé dans le trajet d'admission, d'une manière 10 telle que le moteur à combustion interne reste dans l'état stationnaire ou quasistationnaire, c) détermination (44) d'une grandeur d'état sur la turbine ou le compresseur du turbocompresseur à gaz d'échappement, d) un signal de diagnostic (50) pour le premier dispositif de réglage étant 15 produit à partir du signal de commande et de la grandeur d'état mesurée. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne reste dans l'état de fonctionnement avec ou sans points de fonctionnement constants pour la fabrication. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en 20 ce qu'il est prévu, en tant que premier dispositif de réglage situé dans le trajet de gaz d'échappement, une ou plusieurs unités de réglage pour une position de papillon de soupape de décharge, un angle de réglage d'aubes de turbine, un manchon coulissant situé sur le turbocompresseur à gaz d'échappement et/ou une position de papillon de gaz d'échappement. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'en tant que second dispositif de réglage situé dans le trajet d'admission, il est prévu un papillon des gaz et/ou un papillon de recyclage d'air ou une valve de recyclage d'air. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en 30 ce que la commande du premier dispositif de réglage s'effectue pasà-pas, la largeur de pas et la fréquence de pas entre les pas étant choisies d'une manière telle que la modification de la grandeur d'état sur la turbine ou le compresseur puisse être détectée à chaque pas. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en 35 ce que la commande du premier dispositif de réglage s'effectue avec une variation du signal en forme de rampe, la hauteur de rampe étant choisie d'une manière telle que la modification des grandeurs d'état de la turbine peut être détectée à chaque pas. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la modification pas-à-pas du signal de commande provoque un actionnement progressif du dispositif de réglage, le signal de diagnostic pour un dysfonctionnement du dispositif de réglage étant produit lorsque la modification mesurée s'écarte de plus 5 d'une valeur minimale préfixée d'une modification progressive proportionnelle au signal de commande du dispositif de réglage. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le second dispositif de réglage est commandé après un temps de retard préfixé. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la modification de la grandeur d'état sur la turbine et le signal de commande associé sont rangés en mémoire et sont comparées à un instant ultérieur à des modifications de la grandeur d'état sur la turbine ou le compresseur et au signal de commande associé, afin de relever un vieillissement du premier dispositif de réglage.