FR2934874A1 - Diagnostic de la defaiilance d'un dispositif de post traitement de vehicule automobile. - Google Patents

Diagnostic de la defaiilance d'un dispositif de post traitement de vehicule automobile. Download PDF

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Abstract

Procédé de diagnostic de la défaillance d'un dispositif de post-traitement (5) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mesure d'une première série de valeurs de température en sortie du dispositif de post-traitement; - estimation d'une seconde série de valeurs de température de sortie du dispositif de post-traitement pour les mêmes conditions de fonctionnement du véhicule automobile ; - comparaison des deux séries de valeur de température et si leur différence est supérieure à un seuil prédéfini, détection de la défaillance du dispositif de post-traitement.

Description

REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 1 L'invention concerne un procédé de diagnostic de défaillance majeure, comme l'absence totale, d'un dispositif de post-traitement d'un véhicule automobile, prévu pour le traitement anti-pollution des gaz d'échappement émis par le moteur interne du véhicule automobile. Elle concerne aussi un agencement de post-traitement de véhicule automobile et un véhicule automobile en tant que tels mettant en oeuvre un tel procédé de diagnostic de diagnostic de défaillance du dispositif de post-traitement.
Les moteurs à combustion interne rejettent dans l'atmosphère des éléments polluants comme des particules polluantes, des oxydes d'azote, du soufre, du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés. Pour réduire l'émission de ces éléments polluants, des dispositifs de post-traitement, comme un filtre à particules, un piège à oxydes d'azote, un convertisseur catalytique ou à fonction oxydante, etc., sont disposés sur la ligne d'échappement et ont pour fonction de piéger ces éléments polluants.
L'absence d'un de ces dispositifs de dépollution conduit à l'augmentation des gaz polluants émis par le véhicule et ce, aussi bien sur des applications avec une motorisation essence que sur des applications diesel. Les réglementations relatives aux émissions polluantes des moteurs à combustion internes obligent à surveiller le bon fonctionnement des organes de dépollution. Cette surveillance doit garantir de ne pas dépasser un niveau d'émission maximal en sortie de ligne échappement. Ainsi, la détection de la défaillance majeure, comme l'absence pure et simple d'un composant de dépollution dans la ligne d'échappement, qui peut être due à un acte de malveillance par exemple, est un élément de base de cette surveillance.30 REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 2 II est connu de détecter la présence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne à partir d'une détermination de la pression différentielle aux bornes du filtre, l'absence du filtre à particules se traduisant par un changement de comportement de cette pression différentielle. Cependant, cette méthode est peu fiable car la mesure de la pression est généralement très sensible et fortement perturbée.
II est également connu de détecter la présence d'un piège à oxydes d'azote à partir d'informations délivrées par deux capteurs de richesse des gaz d'échappement disposés en amont et en aval du piège, tel qu'une sonde de richesse binaire, ou une sonde de richesse proportionnelle, le niveau de richesse détecté permettant de déterminer l'absence ou la présence du piège à oxydes d'azote dans la ligne d'échappement. Cette méthode est coûteuse du fait de la nécessité de deux sondes de richesse dédiées.
D'autres principes exploitent certaines phases de fonctionnement particulières, telles que les phases de régénération du filtre à particules d'un moteur diesel, pour lesquelles la température atteignable en sortie du dispositif du filtre ne peut dépasser un certain seuil s'il n'est pas présent dans la ligne d'échappement. L'inconvénient de ces principes est qu'ils sont limités à certaines phases de fonctionnement précises qui sont peu souvent rencontrées. Cela limite grandement les instants où le procédé de surveillance peut être mis en oeuvre.
Le document FR2886347 décrit une solution de détection de l'absence d'un dispositif de post-traitement qui repose sur la variation de la dérivée de la température en sortie du dispositif de post-traitement.30 REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 3 Il existe toutefois un besoin d'une autre solution de détection de la défaillance majeure comme l'absence d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement de la voie d'échappement d'un véhicule automobile.
A cet effet, l'invention repose sur un procédé de diagnostic de la défaillance d'un dispositif de post-traitement de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - mesure d'une première série de valeurs de température en sortie 10 (Ts) du dispositif de post-traitement; - estimation d'une seconde série de valeurs de température de sortie (TsModélisée) du dispositif de post-traitement pour les mêmes conditions de fonctionnement du véhicule automobile ; - comparaison des deux séries de valeur de température et si leur 15 différence est supérieure à un seuil prédéfini, détection de la défaillance du dispositif de post-traitement.
L'étape de mesure de la première série de valeurs de température peut être réalisée selon une fréquence donnée et un compteur (C) peut permet 20 la mesure d'un nombre (N) prédéfini de valeurs, et l'estimation de la seconde série de valeurs de température peut comprendre l'estimation du même nombre de valeurs selon la même fréquence.
L'étape d'estimation de la seconde série de valeurs de température peut 25 être réalisée sur la base d'un modèle de calcul, qui dépend notamment de la température en entrée du dispositif de post-traitement, qui est mesurée par un capteur de température ou obtenue par un modèle d'estimation, et du débit massique des gaz qui traverse le dispositif de post-traitement, afin d'obtenir une valeur estimée à chaque instant de mesure de la 30 température qui serait normalement obtenue en aval du dispositif de post REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 4 traitement sans défaillance dans les mêmes conditions de fonctionnement du moteur.
Le modèle de calcul peut être mis en oeuvre au moyen de plusieurs filtres 5 et peut tenir compte de l'inertie thermique du dispositif de post-traitement.
L'étape de comparaison des deux séries de valeurs de température peut reposer sur le calcul de l'écart type entre les deux séries pour obtenir un critère de défaillance défini par : 1 N E ((Ts - TsModélisée) (Ts - TsModélisée))2 Nù1 (Ts - TsModélisée) , est la valeur courante de la différence de température prise à l'instant i ; 15 (Ts-TsModélisée) est la valeur moyenne de la différence de température sur les N échantillons de valeurs de température de chaque série. L'étape de comparaison des deux séries de valeurs de température peut
20 comprendre la comparaison entre le critère de défaillance (Crit) qui est l'écart type et un seuil prédéfini (S), la défaillance étant diagnostiquée si le critère dépasse le seuil prédéfini. Le procédé de diagnostic peut comprendre une étape préalable d'attente
25 d'un certain délai après le démarrage du moteur avant sa mise en oeuvre, afin d'attendre la montée en température vers un régime de fonctionnement stabilisé du dispositif de post-traitement à diagnostiquer. 10 critère = Où: REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 5 Le procédé de diagnostic peut comprendre une étape préalable de vérification de la compatibilité du fonctionnement du moteur avec la mise en oeuvre du procédé de diagnostic de défaillance, éliminant les phases durant lesquelles des réactions exothermiques et endothermiques perturbent le fonctionnement du modèle comme les phases de régénération d'un filtre à particules diesel, ou de régénération d'un piège à oxydes d'azote, ou de désorption des oxydes de soufre.
Le procédé de diagnostic peut comprendre une étape préalable de 10 vérification qu'aucun défaut n'est détecté sur les capteurs de température.
L'invention porte aussi sur un agencement pour le post traitement des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, comprenant au moins un dispositif de post-traitement monté sur la voie d'échappement, caractérisé 15 en ce qu'il comprend un capteur de température en sortie du dispositif de post-traitement et une unité de commande électronique (ECU) qui met en oeuvre le procédé de diagnostic de défaillance du au moins un dispositif de post traitement tel que défini précédemment.
20 Le dispositif de post-traitement peut être un filtre à particules, un piège à oxydes d'azote ou un catalyseur.
Enfin, l'invention porte aussi sur un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un agencement pour le post-traitement des gaz 25 d'échappement tel que défini précédemment.
Le véhicule automobile peut comprendre une interface homme machine afin d'informer le conducteur en cas de défaillance comme l'absence d'un dispositif de post traitement. 30 REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 6 Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 illustre schématiquement un groupe motopropulseur selon un mode d'exécution de l'invention ; La figure 2 illustre schématiquement un diagramme mis en oeuvre par le procédé selon le mode d'exécution de l'invention ; Les figures 3a et 3b représentent des courbes de température obtenues dans différentes situations.
Les dispositifs de post-traitement ont une structure à base de céramique ou en carbure de silicium, et possèdent tous la particularité d'avoir une forte capacité calorifique ainsi qu'une masse volumique élevée. Ils ont par conséquent une inertie thermique élevée qui permet de les identifier, comme une signature thermique. Le concept de l'invention repose sur la surveillance de la température autour de ces dispositifs de post-traitement pour détecter leur présence ou non, en reconnaissant leur signature thermique. Pour cela, la température est mesurée en sortie du ou des dispositifs de post traitement dont la présence est surveillée, et comparée avec une température modélisée au même endroit dont le modèle de calcul inclut bien sûr sur l'inertie thermique du dispositif de post traitement à diagnostiquer.
La figure 1 illustre schématiquement un groupe motopropulseur selon l'invention. Ce dispositif comprend un moteur diesel 1, alimenté en air arrivant par une conduite d'admission 2 et en carburant par un système d'injection 6. En sortie du moteur, les gaz d'échappement sont conduits REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 7 par une conduite d'échappement 3 et traversent successivement un catalyseur 4 puis un filtre à particules 5.
Le dispositif comprend de plus une unité de commande électronique (ECU) 10, composée d'éléments matériel (hardware) et/ou logiciel (software), qui se présente généralement sous la forme d'un ordinateur de bord. Cette unité ECU reçoit des données de capteurs de température 7, 8, et 9 respectivement disposés en amont du catalyseur 4, entre le catalyseur 4 et le filtre à particules 5, et en aval du filtre à particules 5 et de différents autres capteurs, non représentés. A partir de ces données et/ou de modèles mémorisés, l'unité ECU met en oeuvre le procédé de détection de défaillance du filtre à particules et du catalyseur. Les capteurs de température peuvent être une thermistance, ou d'autres types de capteurs de température comme par exemple un thermocouple de type K.
Nous allons décrire ci-dessous le procédé selon un mode d'exécution de l'invention dans le cadre de la détection de la défaillance majeure du filtre à particules 5. Ce même procédé est appliqué à la détection de la défaillance du catalyseur et peut être implémenté pour la détection de tout dispositif de post-traitement de véhicule automobile.
Le principe de ce procédé repose sur la comparaison entre une première série de mesures de température réalisées en aval du filtre à particules 5 avec une seconde série de valeurs de température obtenues par un modèle de calcul mis en oeuvre dans l'unité ECU. Ainsi, le procédé comprend les étapes essentielles suivantes : El - mesure d'une première série de valeurs de température Ts en sortie du filtre à particules ; REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 8 E2 - estimation d'une seconde série de valeurs de température TsModélisée pour ces mêmes conditions de fonctionnement du véhicule automobile ; E3 - comparaison des deux séries de valeur de température et si 5 leur différence est supérieure à un seuil prédéfini, détection de la défaillance du filtre à particules.
La mesure El de la température en sortie du filtre à particules est réalisée à une fréquence prédéfinie. L'estimation E2 de la température permet 10 d'obtenir une série de valeurs respectant la même fréquence. Un compteur c est incrémenté pour chaque acquisition d'une nouvelle mesure selon une première sous-étape E2'. Lorsque ce compteur c atteint un nombre prédéfini N, par exemple 300, ce qui est vérifié par une seconde sous-étape E2", alors l'étape de comparaison E3 est engagée. Bien 15 entendu, le procédé peut être mis en oeuvre quelque soit le nombre prédéfini N de valeurs. Un compromis est choisi entre un petit nombre de valeurs permettant une rapidité de mise en oeuvre et un grand nombre de valeurs permettant une grande fiabilité du résultat.
20 L'étape d'estimation E2 des valeurs de température repose sur un modèle de calcul de la température en sortie du filtre à particules, qui dépend notamment de la température en entrée du filtre à particules, qui est mesurée par le capteur de température intermédiaire 8, et du débit massique des gaz qui traverse le filtre à particules. En variante, la 25 température en entrée du filtre à particules peut être obtenue par un modèle d'estimation. Cette modélisation permet ainsi d'obtenir une valeur estimée de la température qui serait normalement obtenue en aval du filtre à particules sans sa défaillance, dans les mêmes conditions de fonctionnement du moteur que celles existant lors de la mesure de cette 30 température. Naturellement, on choisit un modèle fiable sur toute la plage REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 9 de fonctionnement du moteur concernée par le procédé. L'invention ne porte pas spécifiquement sur un tel modèle, qui peut par exemple être constitué d'un ensemble de filtres du premier ordre disposés en série. L'entrée du premier filtre est alors la température d'entrée du filtre à particules. La constante de temps de chaque filtre est dépendante du débit massique à l'échappement. L'estimation est obtenue à chaque instant de mesure de la température selon la fréquence de mesure définie, pour obtenir le même nombre N de valeurs de température modélisée.
L'étape de comparaison E3 des deux séries de valeur de température repose sur la différence entre la température mesurée en sortie Ts du filtre à particules et la température modélisée TsModélisée au même endroit, qui renseigne sur la défaillance ou non du filtre à particules à diagnostiquer.
Selon le mode d'exécution avantageux de l'invention, l'étape de comparaison E3 repose sur une première sous-étape E3' de calcul de l'écart type de cette différence de température Ts û TsModélisée pour obtenir une valeur de critère de la comparaison définie par : critère = 1 ((Ts -TsModélisée) (Ts - TsModélisée))2 N 1 ;=1 Où: (Ts -TsModélisée) , est la valeur courante de la différence de 25 température prise à l'instant i ; (Ts-TsModélisée) est la valeur moyenne de la différence de température sur N échantillons.20 REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 10 Si le filtre à particules est présent, cette différence de température est faible et peu perturbée dans le temps, notamment durant des phases de transition du régime du moteur. Dans le cas contraire, l'amplitude de cette différence devient très importante, notamment lors des phases de brusques variations thermiques. L'écart type de cette différence devient alors très important dans cette situation. L'avantage d'utiliser l'écart type Crit pour déterminer le critère de défaillance est que cela permet d'effacer les dispersions sans fondement réel des résultats donnés par les capteurs de température.
Ensuite, une seconde sous-étape E3" consiste en la comparaison de cette valeur de défaillance Crit avec un seuil calibré S, pour déterminer la présence ou non du filtre à particules. En fonction du résultat obtenu par la comparaison, le procédé peut donc conclure s'il y a défaillance ou pas du filtre à particules. En cas de défaillance, cette information peut être transmise au conducteur par l'intermédiaire d'une interface homme machine comme un voyant sur le tableau de bord.
D'autre part, le procédé peut comprendre une étape préalable EO d'attente d'un certain délai après le démarrage du moteur avant sa mise en oeuvre, afin d'attendre la montée en température vers un régime de fonctionnement stabilisé des différents dispositifs de post-traitement dont la température converge vers la température des gaz d'échappement.
De plus, le procédé peut comprendre une étape de validation EO' de certaines conditions de fonctionnement du moteur qui doivent être compatibles avec la mise en oeuvre du procédé de détermination de défaillance. Par exemple, cette étape permet d'éliminer toutes les phases durant lesquelles des réactions exothermiques et endothermiques perturbent le fonctionnement du modèle comme les phases de REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 11 régénération du filtre à particules diesel, ou de régénération d'un piège à NOx diesel, ou de désorption des SOx diesel.
De plus, le procédé peut nécessiter le test d'autres conditions matérielles préalables à sa mise en oeuvre, comme la vérification E0" qu'aucun défaut par exemple électrique ne soit détecté sur les capteurs de température.
Le diagramme de la figure 2 résume schématiquement toutes les étapes précédentes du procédé mis en oeuvre selon un mode d'exécution. Les figures 3a et 3b illustrent le fonctionnement du procédé selon deux scenarii différents. La figure 3a représente un premier scenario dans lequel le dispositif de post-traitement est présent, ce qui se répercute par une courbe de température mesurée 12 très proche de la courbe de température modélisée 11, comme le montre la courbe 13 proche de zéro qui représente la différence entre les deux premières courbes. La figure 3b représente au contraire un scenario dans lequel le dispositif de post-traitement est absent, ce qui se répercute par une courbe de température mesurée 22 éloignée de la courbe de température modélisée 21, comme le montre les fortes oscillations de la courbe 23 qui représente la différence entre les deux premières courbes
La solution permet donc bien d'atteindre les objets recherchés et présente en outre les avantages suivants : -elle peut être réalisée durant les phases de fonctionnement normales du moteur. Dans le cas d'un moteur diesel, elle ne nécessite pas d'injection supplémentaire calée après l'injection principale. Dans le cas d'un moteur essence, le procédé est mis en oeuvre pour un fonctionnement du moteur proche de la richesse nominale active du moteur ; REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 12 -elle est simple et ne nécessite pas un agencement complexe pour sa mise en oeuvre ; -elle est fiable ; -elle permet une surveillance en continue et non intrusive.5

Claims (13)

  1. Revendications1. Procédé de diagnostic de la défaillance d'un dispositif de post-traitement (5) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : (El) - mesure d'une première série de valeurs de température en sortie (Ts) du dispositif de post-traitement; (E2) - estimation d'une seconde série de valeurs de température de sortie (TsModélisée) du dispositif de post-traitement pour les mêmes 10 conditions de fonctionnement du véhicule automobile ; (E3) - comparaison des deux séries de valeur de température et si leur différence est supérieure à un seuil prédéfini, détection de la défaillance du dispositif de post-traitement. 15
  2. 2. Procédé de diagnostic selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de mesure de la première série de valeurs de température (El) est réalisée selon une fréquence donnée et en ce qu'un compteur (C) (E2') permet la mesure d'un nombre (N) prédéfini (E2") de valeurs, et en ce que l'estimation de la seconde série de valeurs de 20 température (E2) comprend l'estimation du même nombre de valeurs selon la même fréquence.
  3. 3. Procédé de diagnostic selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape d'estimation de la seconde série de valeurs de température 25 (E2) est réalisée sur la base d'un modèle de calcul, qui dépend notamment de la température en entrée du dispositif de post-traitement, qui est mesurée par un capteur de température (8) ou obtenue par un modèle d'estimation, et du débit massique des gaz qui traverse le dispositif de post-traitement, afin d'obtenir une valeur estimée à chaque 30 instant de mesure de la température qui serait normalement obtenue enREN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 14 aval du dispositif de post traitement sans défaillance dans les mêmes conditions de fonctionnement du moteur.
  4. 4. Procédé de diagnostic selon la revendication précédente, caractérisé 5 en ce que le modèle de calcul est mis en oeuvre au moyen de plusieurs filtres et tient compte de l'inertie thermique du dispositif de post-traitement.
  5. 5. Procédé de diagnostic selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de comparaison des deux séries de valeurs 10 de température (E3) repose sur le calcul (E3') de l'écart type entre les deux séries pour obtenir un critère de défaillance défini par : critère = Nl 1 E ((Ts - TsModélisée) (Ts - TsModélisée))2 =1 Où: 15 (Ts -TsModélisée) , est la valeur courante de la différence de température prise à l'instant i ; (Ts -TsModélisée) est la valeur moyenne de la différence de température sur les N échantillons de valeurs de température de chaque série. 20
  6. 6. Procédé de diagnostic selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de comparaison des deux séries de valeurs de température (E3) comprend la comparaison (E3") entre le critère de défaillance (Crit) qui est l'écart type et un seuil prédéfini (S), la défaillance 25 étant diagnostiquée si le critère dépasse le seuil prédéfini.
  7. 7. Procédé de diagnostic selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable d'attente (E0) d'un certain délai après le démarrage du moteur avant sa mise en oeuvre, afinREN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 15 d'attendre la montée en température vers un régime de fonctionnement stabilisé du dispositif de post-traitement à diagnostiquer.
  8. 8. Procédé de diagnostic selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de vérification de la compatibilité (E0') du fonctionnement du moteur avec la mise en oeuvre du procédé de diagnostic de défaillance, éliminant les phases durant lesquelles des réactions exothermiques et endothermiques perturbent le fonctionnement du modèle comme les phases de régénération d'un filtre à particules diesel, ou de régénération d'un piège à oxydes d'azote, ou de désorption des oxydes de soufre.
  9. 9. Procédé de diagnostic selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de vérification (E0") qu'aucun défaut n'est détecté sur les capteurs de température (8, 9).
  10. 10. Agencement pour le post traitement des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, comprenant au moins un dispositif de post-traitement (5) monté sur la voie d'échappement (3), caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de température en sortie (9) du dispositif de post-traitement et une unité de commande électronique (ECU) (10) qui met en oeuvre le procédé de diagnostic de défaillance du au moins un dispositif de post traitement (5) selon l'une des revendications précédentes.
  11. 11. Agencement pour le post traitement des gaz d'échappement d'un véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif de post-traitement est un filtre à particules, un piège à oxydes d'azote ou un catalyseur.REN 110FR / PJ9246 - dépôt DA 16
  12. 12. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un agencement pour le post-traitement des gaz d'échappement selon la revendication 10 ou 11.
  13. 13. Véhicule automobile selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comprend une interface homme machine afin d'informer le conducteur en cas de défaillance comme l'absence d'un dispositif de post traitement.10
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