Brevet FR3080152A1 — publié le 20191018

PROCÉDÉ DE DÉTECTION D'UNE DÉFAILLANCE DE MÉCANISME DE GÉOMETRIE VARIABLE DANS UN TURBOCOMPRESSEUR DE MOTEUR THERMIQUE [001] L'invention concerne de manière générale le domaine des turbocompresseurs à géométrie variable utilisés dans l'automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de détection d'une défaillance du mécanisme de géométrie variable dans un turbocompresseur du système de suralimentation d'air d'un moteur thermique de véhicule. [2] Dans le contexte de la réduction des émissions de CO2 des véhicules automobiles, 10 les constructeurs automobiles se sont orientés vers le développement de moteurs thermiques de plus faible cylindrée équipés de systèmes de suralimentation d'air plus performants et réactifs. [3] Comparativement au turbocompresseur classique qui présente l'inconvénient d'un temps de réponse, dit « turbo lag » en anglais, qui peut s'avérer très pénalisant à bas régime, 15 le turbocompresseur à géométrie variable autorise un comportement plus linéaire du moteur thermique et une meilleure réponse en couple moteur à bas régime. Les constructeurs automobiles s'orientent donc vers une intégration accrue des turbocompresseurs à géométrie variable dans les systèmes de suralimentation d'air des moteurs thermiques. [4] Dans ces turbocompresseurs, le mécanisme de géométrie variable comporte une 20 pluralité d'aubes mobiles dont la position est commandée au moyen d'un actionneur. Le débit et l'angle d'arrivée des gaz d'échappement sur la turbine sont ajustés avec la position des aubes, ce qui autorise un réglage de la suralimentation d'air. Le mécanisme de géométrie variable, ainsi que l'actionneur et la tringlerie nécessaires à son mouvement, sont soumis à de fortes contraintes de température et à un possible encrassement. 25 L'environnement agressif auquel est exposé ce mécanisme est susceptible de provoquer des défaillances, comme un blocage du mécanisme. [5] Dans l'état de la technique, comme décrit dans W09923377A1, il est connu de commander l'actionneur du mécanisme de géométrie variable au moyen d'une boucle d'asservissement. L'actionneur est commandé en fonction d'un écart entre une consigne de 30 position et une mesure de position du mécanisme fournie par un capteur. 2 [006] Par ailleurs, il est connu un procédé de diagnostic de défaillance dans lequel un blocage du mécanisme de géométrie variable est diagnostiqué à partir de l'écart de boucle dans la commande asservie de l'actionneur, entre la consigne de position et la mesure de position fournie par le capteur. Le blocage du mécanisme est diagnostiqué lorsque l'écart 5 de boucle devient anormalement élevé. Le signalement d'un blocage active un mode de commande dégradé du turbocompresseur dans l'unité électronique de commande du moteur thermique. L'unité électronique de commande applique alors des mesures sécuritaires telles que la limitation du couple moteur, signale le défaut par l'allumage d'un voyant sur le tableau de bord et désactive le diagnostic. [007] Dans ce procédé de diagnostic de défaillance connu, l'arrêt du diagnostic est nécessaire afin d'éviter des activations/désactivations intempestives du mode dégradé. En effet, la consigne de position reste active dans le mode dégradé et varie pendant le roulage du véhicule, de sorte que sans la désactivation du diagnostic, le mode dégradé pourrait être désactivé à tort et réactivé ensuite avec la variation de l'écart de boucle, alors que le mécanisme de géométrie variable est toujours resté bloqué. Un inconvénient de ce procédé est qu'il n'autorise pas l'effacement du défaut détecté et le retour au mode de commande normal du turbocompresseur lorsque le défaut est fugitif et disparaît réellement en cours de roulage. Un blocage temporaire du mécanisme de géométrie variable dû à la dilatation de pièces est un exemple de défaut fugitif qui peut survenir dans certaines conditions thermiques. [8] Il est donc souhaitable de perfectionner le procédé de diagnostic de défaillance susmentionné afin d'améliorer son fonctionnement relativement aux défauts et défaillances fugitifs et de réduire ainsi les retours de véhicule en service après-vente. [9] Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de détection d'une défaillance d'un mécanisme de géométrie variable de turbocompresseur dans un système de suralimentation d'air d'un moteur thermique de véhicule, le mécanisme de géométrie variable étant commandé en position avec une boucle d'asservissement par un écart de boucle entre une consigne de position et une mesure de position représentative de la position effective du mécanisme de géométrie variable, le procédé étant du type détectant une défaillance du mécanisme de géométrie variable lorsqu'une première condition est satisfaite, la première condition comprenant l'écart de boucle supérieur à un premier seuil prédéterminé. Conformément à l'invention, le procédé comprend également la détection d'une disparition de la défaillance lorsqu'une deuxième condition est satisfaite, la deuxième 3 condition comprenant l'écart de boucle inférieur à un deuxième seuil prédéterminé et un gradient de la mesure de position supérieur à un troisième seuil prédéterminé. [0010] Selon une caractéristique particulière de l'invention, les premier et deuxième seuils prédéterminés sont calibrés à une même valeur juste supérieure à un écart de boucle 5 maximum obtenu avec un fonctionnement normal du mécanisme de géométrie variable et le troisième seuil prédéterminé est calibré à une valeur supérieure ou égale à une vitesse de mouvement minimum du mécanisme de géométrie variable avec un fonctionnement normal de celui-ci. [0011] Selon une autre caractéristique particulière, les premier et deuxième seuils 10 prédéterminés sont calibrés à des valeurs différentes introduisant une hystérésis et le troisième seuil prédéterminé est calibré à une valeur supérieure ou égale à une vitesse de mouvement minimum du mécanisme de géométrie variable avec un fonctionnement normal de celui-ci. [0012] Selon encore une autre caractéristique particulière, la première condition comprend 15 aussi le gradient inférieur à un quatrième seuil prédéterminé. [0013] Selon encore une autre caractéristique particulière, le quatrième seuil prédéterminé est calibré à une valeur inférieure à une vitesse de mouvement minimum du mécanisme de géométrie variable avec un fonctionnement normal de celui-ci. [0014] Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi une unité électronique de 20 commande comportant une mémoire stockant des instructions de programme pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit brièvement ci-dessus. [0015] L'invention concerne aussi un ensemble comprenant un moteur thermique équipé d'un turbocompresseur de géométrie variable et une unité électronique de commande, et un véhicule comprenant un tel ensemble. 25 [0016] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-dessous de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig.1 est un schéma de principe montrant un premier module logiciel pour la mise en oeuvre d'un premier mode de réalisation particulier du procédé de détection de 30 défaillance selon l'invention ; et 4 la Fig.2 est un schéma de principe montrant un deuxième module logiciel pour la mise en oeuvre d'un deuxième mode de réalisation particulier du procédé de détection de défaillance selon l'invention. [0017] En référence aux Figs.1 et 2, le procédé de détection de défaillance selon 5 l'invention est typiquement mis en oeuvre au moyen d'un module logiciel 1 a, 1 b, qui est implanté dans une mémoire ME d'une unité électronique de commande ECU du véhicule. Typiquement, l'unité ECU est l'unité de contrôle moteur qui a à charge la commande du moteur thermique et de ses différents organes fonctionnels comme le turbocompresseur à géométrie variable. Le module logiciel 1 a, 1 b, autorise la mise en oeuvre du procédé de 10 détection de défaillance selon l'invention par l'exécution d'instructions de code de programme par un processeur de l'unité ECU. [0018] En référence plus particulièrement à la Fig.1, il est maintenant décrit le module logiciel 1 a mettant en oeuvre le premier mode de réalisation particulier du procédé de détection de défaillance selon l'invention. 15 [0019] Comme visible à la Fig.1, le module 1 a est associé à une boucle d'asservissement 2 qui commande le fonctionnement du mécanisme de géométrie variable 3 du turbocompresseur (non représenté) du véhicule. [0020] Le mécanisme de géométrie variable 3 comprend une pluralité d'aubes 30 ayant une orientation variable qui est commandée par un actionneur 4. Une commande de position 20 CA est fournie par la boucle d'asservissement 2 à l'actionneur 4 pour commander la position des aubes 30. [0021] La boucle d'asservissement 2 reçoit en entrée une consigne de position CP. La consigne de position CP est délivrée par un module logiciel de commande de suralimentation d'air 5 qui est implanté dans l'unité ECU. Le module 5 gère le 25 fonctionnement du turbocompresseur et de son mécanisme de géométrie variable 3 en accord avec une stratégie de commande de suralimentation d'air. [0022] Comme montré à la Fig.1, la boucle d'asservissement 2 comprend essentiellement un soustracteur 20 et un correcteur 21. Le soustracteur 20 délivre un écart EC entre la consigne de position CP et une mesure de position MP, à savoir, EC = CP - MP. La mesure 30 de position MP est délivrée par un capteur de mesure de position 6 et représente la position du mécanisme d'orientation variable 3, plus précisément, la position des aubes 30 du 5 mécanisme d'orientation variable 3. On notera que la position du mécanisme d'orientation variable 3 pourra être obtenue, par exemple, par la mesure de la position du bras d'actionnement de l'actionneur 4. La mesure de position MP est fournie par le capteur 6 au soustracteur 20 et au module de commande de suralimentation d'air 5. En cas de blocage 5 du mécanisme de géométrie variable 3, le module de commande de suralimentation d'air 5 utilise la mesure de position MP pour la définition d'un mode dégradé. Le correcteur 21 est un correcteur classique d'asservissement, par exemple de type PID, qui produit la commande de position CA destinée à l'actionneur 4 par une correction de l'écart EC. [0023] Le module 1 a comprend essentiellement des premier, deuxième et troisième 10 comparateurs 10, 11 et 12, une bascule RS 13, un soustracteur 14, un intégrateur 15 et une porte logique ET 16. [0024] Les comparateurs 10, 11 et 12 sont ici similaires et délivrent une sortie SO = « 1 » lorsque l'entrée El est supérieure à l'entrée E2, et SO = « 0 » dans le cas contraire. [0025] Le premier comparateur 10 assure la détection d'un blocage du mécanisme de 15 géométrie variable 3 par une comparaison de l'écart de boucle EC à un premier seuil de détection de blocage SB1. Typiquement, le premier seuil de détection de blocage SB1 est calibré à une valeur juste supérieure à un écart de boucle maximum obtenu avec un fonctionnement normal du mécanisme de géométrie variable. L'écart de boucle EC est appliqué à la première entrée El du comparateur 10. Le premier seuil de détection de 20 blocage SB1 est appliqué à la deuxième entrée E2 du comparateur 10. Le comparateur 10 délivre à sa sortie SO une commande d'écriture de défaut DB qui est appliquée à une entrée S, de mise à l'état « 1 », de la bascule RS 13. [0026] Dans un fonctionnement normal du mécanisme de géométrie variable 3, la position du mécanisme 3 suit la consigne de position CP et l'écart de boucle EC reste faible et 25 inférieur au premier seuil de détection de blocage SB1. La condition EC SB1 est alors satisfaite et la sortie SO du comparateur 10 délivre la 5 commande d'écriture de défaut DB = « 1 » qui indique la présence d'un blocage. La commande d'écriture de défaut DB = « 1 » appliquée à l'entrée S de la bascule RS 13 provoque une commutation à « 1 » de l'état interne de celle-ci et la sortie Q délivre alors l'information d'état de blocage/déblocage EB = « 1 ». L'information d'état de blocage/déblocage EB = « 1 » est transmise au module de commande de suralimentation 10 d'air 5 et indique à celui-ci un blocage du mécanisme de géométrie variable 3. Connaissant l'état de blocage du mécanisme de géométrie variable 3, le module de commande de suralimentation d'air 5 définit un mode dégradé de commande du turbocompresseur, en prenant en considération la position de blocage du mécanisme 3 renseignée par la mesure de position MP. 15 [0028] Les deuxième et troisième comparateurs 11, 12, et la porte logique ET 16 servent à détecter un déblocage du mécanisme de géométrie variable 3. L'écart de boucle EC et le gradient G_MP de la mesure de position MP sont les informations utilisées pour détecter un déblocage. [0029] Un premier seuil de détection de déblocage SD1 est appliqué à la première entrée 20 El du comparateur 11. Ce premier seuil SD1 pourra être calibré à la même valeur que le premier seuil de détection de blocage SB1 ou bien calibré à une valeur différente, typiquement inférieure à celle de SB1, de manière à introduire une hystérésis. L'écart de boucle EC est appliqué à la deuxième entrée E2 du comparateur 11. Le comparateur 11 délivre à sa sortie SO une première information de pré-détection de déblocage DD1 qui est 25 appliquée à une première entrée de la porte logique ET 16. Le premier seuil de détection de déblocage SD1 permet de détecter un écart de boucle EC qui est revenu à une valeur normale. La première information de pré-détection de déblocage DD1 prend un état actif « 1 » lorsque la condition EC SD2 est satisfaite et l'état inactif « 0 » dans le cas contraire. [0034] La sortie de la porte logique ET 16 délivre une commande d'effacement de défaut RE qui est appliquée à une entrée R, de mise à l'état « 0 », de la bascule RS 13. La commande d'effacement de défaut RE prend l'état actif « 1 » lorsque les première et deuxième informations de pré-détection de déblocage DD1, DD2, sont toutes deux à l'état 20 actif « 1 » et prend l'état inactif « 0 » dans le cas contraire. Les deux informations de pré-détection de déblocage DD1, DD2, à l'état actif « 1 » représentent la satisfaction de la double condition EC SD2. Lorsque la commande d'effacement de défaut RE est à l'état « 1 », RE = « 1 », l'état interne de la bascule RS 13 est forcé à Q = « 0 », effaçant ainsi une détection de blocage précédente représentée par Q = « 1 » et 25 l'information d'état de blocage/déblocage EB = « 1 ». L'état interne de la bascule RS 13 ayant commuté à Q = « 0 », l'information d'état de blocage/déblocage EB = « 0 » informe le module de commande de suralimentation d'air 5 du retour du mécanisme de géométrie variable 3 à un fonctionnement normal. Le module de commande de suralimentation d'air 5 met alors fin au mode de commande dégradé du turbocompresseur pour un mode de 30 commande normal. [0035] En référence à la Fig.2, le module logiciel 1 b pour la mise en oeuvre d'un deuxième mode de réalisation particulier du procédé de détection de défaillance selon l'invention se 8 distingue du module la par une détection du blocage du mécanisme de géométrie variable 3 qui fait appel à la contribution conjointe de l'écart de boucle EC et du gradient G_MP. Le gradient G_MP apporte ici une robustesse accrue de la détection de blocage compte-tenu que celle-ci ne repose pas seulement sur un écart de boucle EC supérieur à des valeurs 5 normales, mais aussi sur une vitesse de mouvement du mécanisme de géométrie variable 3 qui est anormalement basse. [0036] A la Fig.2, exceptés un comparateur 17 et une porte logique ET 18 qui sont ajoutés dans le module 1 b, l'ensemble des autres éléments représentés restent analogues à ceux du module la et gardent les mêmes fonctions et références. 10 [0037] Le comparateur 10 reçoit ici sur ses entrées E1, E2, les mêmes informations que dans le module 1 a, à savoir, l'écart de boucle EC et le premier seuil de détection de blocage SB1, et délivre en sortie une première information de pré-détection de blocage DB1. La première information de pré-détection de blocage DB1 prend l'état actif « 1 » lorsque la condition EC > SB1 est satisfaite et l'état inactif « 0 » dans le cas contraire. La première 15 information de pré-détection de blocage DB1 est fournie à une première entrée de la porte logique ET 18. [0038] Le comparateur 17 reçoit un deuxième seuil de détection de blocage SB2 et le gradient G_MP à ses première et deuxième entrées El et E2, respectivement, et délivre en sortie une deuxième information de pré-détection de blocage DB2. Le deuxième seuil de 20 détection de blocage SB2 est calibré de manière à détecter un gradient G_MP qui est inférieur à une vitesse de mouvement minimum du mécanisme de géométrie variable avec un fonctionnement normal de celui-ci. La deuxième information de pré-détection de blocage DB2 prend l'état actif « 1 » lorsque la condition G_MP SB1 et G_MP REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'une défaillance d'un mécanisme de géométrie variable (3) de turbocompresseur dans un système de suralimentation d'air d'un moteur thermique de véhicule, ledit mécanisme de géométrie variable (3) étant commandé en position avec une boucle d'asservissement (2) par un écart de boucle (EC) entre une consigne de position (CP) et une mesure de position (MP) représentative de la position effective dudit mécanisme de géométrie variable (3), ledit procédé étant du type détectant une défaillance dudit mécanisme de géométrie variable (3) lorsqu'une première condition est satisfaite, ladite première condition comprenant ledit écart de boucle (EC) supérieur à un premier seuil prédéterminé (SB1), caractérisé en ce qu'il comprend également la détection d'une disparition de ladite défaillance lorsqu'une deuxième condition est satisfaite, ladite deuxième condition comprenant ledit écart de boucle (EC) inférieur à un deuxième seuil prédéterminé (SD1) et un gradient (G_MP) de ladite mesure de position (MP) supérieur à un troisième seuil prédéterminé (SD2). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième seuils prédéterminés (SB1, SD1) sont calibrés à une même valeur juste supérieure à un écart de boucle maximum obtenu avec un fonctionnement normal dudit mécanisme de géométrie variable (3) et ledit troisième seuil prédéterminé (SD2) est calibré à une valeur supérieure ou égale à une vitesse de mouvement minimum dudit mécanisme de géométrie variable (3) avec un fonctionnement normal de celui-ci. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième seuils prédéterminés (SB1, SD1) sont calibrés à des valeurs différentes introduisant une hystérésis et ledit troisième seuil prédéterminé (SD2) est calibré à une valeur supérieure ou égale à une vitesse de mouvement minimum dudit mécanisme de géométrie variable (3) avec un fonctionnement normal de celui-ci. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite première condition comprend aussi ledit gradient (G_MP) inférieur à un quatrième seuil prédéterminé (SB2). 11 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit quatrième seuil prédéterminé (SB2) est calibré à une valeur inférieure à une vitesse de mouvement minimum dudit mécanisme de géométrie variable (3) avec un fonctionnement normal de celui-ci. 5 6. Unité électronique de commande (ECU) comportant une mémoire (ME) stockant des instructions de programme pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7. Ensemble comprenant un moteur thermique et une unité électronique de commande, ledit moteur thermique étant équipé d'un turbocompresseur de 10 géométrie variable, caractérisé en ce que ladite unité électronique de commande est une unité (ECU) selon la revendication 6. 8. Véhicule comprenant un ensemble selon la revendication 7.