FR3028565A1 - Procede de diagnostic de l'encrassement d'un filtre a air equipant un moteur a combustion interne suralimente - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de diagnostic de l'encrassement d'un filtre à air (2) équipant un circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion interne (1) suralimenté en air par un turbocompresseur (3, 8), ledit filtre à air (2) étant monté dans ledit circuit d'admission d'air en amont du compresseur (3) de turbocompresseur, ledit procédé comprenant la mesure de la pression (Pcoll) régnant dans le collecteur d'admission (6) du moteur (1) et la commande de moyens de réglage (10) du régime de rotation du turbocompresseur de manière à réguler la pression régnant dans le collecteur (6) autour d'une valeur de consigne de pression de suralimentation, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'acquisition d'un signal représentatif du régime de rotation du turbocompresseur (Nturbo) et la surveillance en continu dudit signal pour diagnostiquer l'encrassement du filtre à air (2).

Description

1 Procédé de diagnostic de l'encrassement d'un filtre à air équipant un moteur à combustion interne suralimenté La présente invention concerne un procédé de diagnostic de l'encrassement d'un filtre à air équipant un moteur à combustion interne suralimenté en air par un turbocompresseur. Comme illustré schématiquement à la figure 1, dans une architecture de moteur à combustion interne suralimenté, le moteur 1, de type à 4 cylindres en lignes dans l'exemple illustré, comporte un circuit d'admission d'air comportant d'amont en aval : un filtre à air 2, un compresseur 3 de turbocompresseur, qui aspire l'air ambiant à la pression atmosphérique et l'envoie sous pression à l'admission du moteur, un refroidisseur d'air admis 4 (R.A.S.), un volet d'air 5, tel que par exemple un boîtier papillon dans le cas d'un moteur essence et un répartiteur d'admission ou collecteur d'admission 6. Par ailleurs, le moteur 1 dispose également d'un circuit d'échappement comportant d'amont en aval : un collecteur d'échappement 7, une turbine 8 de turbocompresseur et un ou plusieurs dispositifs de traitement des gaz d'échappement 9. Par exemple, dans le cas d'un moteur à allumage commandé (essence), le dispositif de traitement des gaz d'échappement 9 comprend un catalyseur trois-voies 91, associé à des sondes à oxygène (sonde lambda) 92 et 93 respectivement placées en amont et en aval du catalyseur trois voies 91, pour le pilotage de l'injection de carburant autour de la richesse 1. Sur l'exemple de la figure 1, le turbocompresseur est dit « à géométrie fixe », c'est-à-dire que la turbine 8 a des ailettes à orientation fixe, et qu'elle peut être « by-passée » par un circuit de dérivation avec une vanne 10 de décharge à l'échappement, dite vanne « waste-gate ». Le fonctionnement du turbocompresseur est alors le suivant : l'air à l'admission est comprimé dans le compresseur grâce à l'énergie fournie au compresseur par la turbine. Cette énergie est prélevée aux gaz d'échappement qui traversent la turbine. En ouvrant plus ou moins la vanne « waste-gate », on dérive (« by-passe ») plus ou moins de gaz d'échappement de la turbine et donc on ajuste la quantité d'énergie prélevée aux gaz d'échappement pour la compression des gaz.
3028565 2 En variante non représentée, le turbocompresseur pourrait être « à géométrie variable », dans ce cas au lieu d'un circuit de dérivation et d'une vanne « waste-gate », la turbine est équipée d'ailettes à orientation variable dans le flux des gaz d'échappement, et l'énergie pour la compression de l'air 5 est ajustée en modifiant l'orientation des ailettes dans le flux. Dans les deux cas, un prélèvement d'énergie plus important aux gaz d'échappement se traduit par un régime de rotation du turbocompresseur plus élevé. Pour produire le couple nécessaire à l'entraînement du véhicule, en 10 fonction d'une demande du conducteur qui enfonce plus ou moins la pédale d'accélérateur et du régime du moteur, on règle la charge du moteur. Dans le cas d'un moteur à essence, pour régler la charge en air, c'est-à-dire le débit massique, on peut agir au moins théoriquement sur deux actionneurs : le volet d'air (boîtier-papillon) qui ajuste le débit volumique, et la 15 vanne « waste-gate », qui ajuste la densité de cet air en ajustant sa pression. Pour simplifier le contrôle, on peut n'agir que sur un seul de ces actionneurs, à savoir : - à faible charge (pression de collecteur Pcoll inférieure à un seuil dépendant du régime), la vanne « waste-gate » est complètement fermée, et on 20 ajuste la position du boîtier-papillon pour régler la pression de collecteur Pcoll sur une consigne, en boucle fermée. - à charge plus élevée, le boîtier-papillon est déjà complètement ouvert, la pression de collecteur Pcoll est ajustée en ouvrant plus ou moins la vanne « waste-gate ». La pression de suralimentation Psural se confond avec la 25 pression dans le collecteur Pcoll quand le boîtier-papillon est totalement ouvert (pas de perte de charge dû à une restriction), donc on règle indirectement la pression de suralimentation Psural en boucle fermée. Le carburant (essence) est injecté dans des proportions telles que la richesse du mélange air/carburant soit égale à une valeur donnée, en général 30 dans les proportions stoechiométriques, sur la plupart des points de fonctionnement. Dans le cas d'un moteur diesel, le moteur se comporte généralement comme une pompe volumétrique i.e., sauf exception où on l'étouffe en 3028565 3 refermant complètement le volet d'air pour des raisons de sécurité, le volet d'air est toujours complètement ouvert, et la régulation de la charge se fait en agissant sur la vanne « waste-gate » uniquement (idem que le cas à charge élevée décrit plus haut pour les moteurs à essence).
5 Le carburant (diesel) est injecté dans des proportions telles que la richesse du mélange soit égale à une valeur prédéterminée, inférieure à 1 (mélange pauvre, en général richesse entre 0,3 et 0,6). L'encrassement du filtre à air induit des pertes de charges sur l'écoulement de l'air à travers le circuit d'admission en air du moteur. Cette 10 dépression générée en amont du turbocompresseur aura pour conséquences d'altérer son fonctionnement, c'est-à-dire qu'en restant au même niveau de commande, on a une suralimentation plus faible. Or, comme la pression est régulée en aval du compresseur (pression de suralimentation Psural, voir figure 1), le système compensera le manque de suralimentation en augmentant 15 la commande turbo et donc, automatiquement, le régime de rotation du turbocompresseur augmentera. Le principe physique retenu dans les diagnostics connus de l'encrassement du filtre à air, est la mesure de perte charge générée par un l'encrassement du filtre. Ainsi, on connaît du document de brevet FR2980522 20 un procédé de détection de l'encrassement du filtre à air, qui repose sur la comparaison entre une valeur de pression mesurée en aval du filtre à air et en amont du turbocompresseur et la valeur de pression atmosphérique, considérée comme pression de référence à l'entrée du filtre à air. Une fois la différence de pression suffisamment grande, le filtre est considéré comme 25 encrassé car la perte de charge générée devient trop importante. On connaît également du document de brevet US8701473 un procédé permettant de faire un lien entre l'état d'encrassement du filtre à air et un paramètre d'admission tel que la pression ou encore le pourcentage d'ouverture du boîtier papillon.
30 Ces solutions, bien qu'elles permettent de diagnostiquer l'état d'encrassement du filtre de façon non intrusive, nécessitent toutefois l'utilisation d'un capteur de pression supplémentaire monté en aval du filtre à air et en amont du compresseur de turbocompresseur.
3028565 4 Ainsi, il existe un besoin pour pouvoir effectuer un diagnostic non intrusif de l'encrassement du filtre à air monté en amont du compresseur ou turbocompresseur d'un moteur à combustion interne suralimenté, qui ne présente pas les inconvénients de l'art antérieur.
5 Ce but est atteint grâce à un procédé de diagnostic de l'encrassement d'un filtre à air équipant un circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion interne suralimenté en air par un turbocompresseur, ledit filtre à air étant monté dans ledit circuit d'admission d'air en amont du compresseur de turbocompresseur, ledit procédé comprenant la mesure de la pression régnant 10 dans le collecteur d'admission du moteur et la commande de moyens de réglage du régime de rotation du turbocompresseur de manière à réguler la pression régnant dans le collecteur autour d'une valeur de consigne de pression de suralimentation, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'acquisition d'un signal représentatif du régime de rotation du 15 turbocompresseur et la surveillance en continu dudit signal pour diagnostiquer l'encrassement du filtre à air. Ainsi, en utilisant l'information de régime de rotation du turbocompresseur dans le cas où la pression de collecteur est régulée en boucle fermée sur une consigne de suralimentation, il est possible de diagnostiquer l'encrassement du 20 filtre à air en détectant une altération du comportement du turbocompresseur. Aucun nouveau composant n'est requis pour mettre en oeuvre le principe de l'invention dans la mesure où le capteur de régime du turbocompresseur est déjà présent et permet ainsi de détecter les altérations du comportement du turbocompresseur propres à permettre de diagnostiquer l'encrassement du 25 filtre à air dans les conditions de régulation définies. Avantageusement, le diagnostic de l'encrassement du filtre à air comprend la comparaison dudit signal de régime de rotation du turbocompresseur avec une valeur de seuil de régime de rotation et la détection du dépassement par une amplitude dudit signal de régime de rotation 30 du turbocompresseur de ladite valeur de seuil pendant une durée prédéterminée.
3028565 5 Avantageusement, ladite valeur de seuil de régime de rotation est fonction de ladite valeur de consigne de pression de suralimentation et de la valeur de pression atmosphérique. De préférence, on réalise au moins une itération du diagnostic.
5 Avantageusement, le procédé comprend, en parallèle du diagnostic de l'encrassement du filtre à air, la détection d'une fuite dans le circuit d'admission d'air en aval du turbocompresseur, de manière à discriminer dans la surveillance dudit signal représentatif du régime de rotation du turbocompresseur, l'encrassement du filtre à air d'une fuite en aval du 10 turbocompresseur. De préférence, la détection d'une fuite dans le circuit d'admission d'air en aval du turbocompresseur est basée sur une surveillance de la pression de suralimentation. Avantageusement, ledit signal représentatif du régime de rotation du 15 turbocompresseur est fourni par un capteur de régime inductif disposé dans une zone d'entrée d'air d'un carter du compresseur du turbocompresseur. Il est en outre proposé un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions pour effectuer les étapes du procédé décrit ci-dessus lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
20 Le procédé de diagnostic décrit ci-dessus peut être mis en oeuvre par des moyens numériques de traitement, par exemple un microprocesseur, un microcontrôleur ou autre. L'invention concerne également un dispositif de diagnostic de l'encrassement d'un filtre à air équipant un circuit d'admission d'air d'un moteur 25 à combustion interne suralimenté en air par un turbocompresseur, ledit filtre à air étant monté dans ledit circuit d'admission d'air en amont du compresseur de turbocompresseur, ledit dispositif comprenant un capteur de mesure de la pression régnant dans le collecteur d'admission du moteur et des moyens de commande de moyens de réglage du régime de rotation du turbocompresseur 30 de manière à réguler la pression régnant dans le collecteur autour d'une valeur de consigne de pression de suralimentation, ledit dispositif comprenant en outre un capteur de mesure du régime de rotation du turbocompresseur apte à fournir un signal représentatif du régime de rotation du turbocompresseur, ledit 3028565 6 dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement aptes à acquérir ledit signal représentatif du régime de rotation du turbocompresseur et à surveiller en continu ledit signal pour diagnostiquer l'encrassement du filtre à air.
5 L'invention concerne enfin un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de diagnostic comme décrit ci-dessus. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins 10 annexés sur lesquels : - la Figure 1 illustre de façon schématique une architecture d'un moteur à combustion interne suralimenté en air par un turbocompresseur; - la Figure 2 est un schéma illustrant le principe de fonctionnement du diagnostic de l'encrassement du filtre à air par mesure du régime de rotation du 15 turbocompresseur ; - la Figure 3 est un est un organigramme illustrant la mise en oeuvre de la stratégie de diagnostic du catalyseur selon un mode de réalisation de l'invention ; La stratégie de diagnostic selon la présente invention s'applique à 20 l'architecture déjà décrite en référence à la figure 1. Pour la mise en oeuvre du diagnostic, on se place dans les cas où le volet d'air 5 est entièrement ouvert et où la pression de suralimentation Psural se confond avec la pression Pcoll régnant dans le collecteur 6. La pression de collecteur Pcoll est régulée en boucle fermée, sur une valeur de consigne de pression de suralimentation qui 25 correspond au couple demandé par le conducteur, en agissant sur la position de la vanne « waste-gate » 10 (ou, selon la variante du turbocompresseur à géométrie variable, en agissant sur la position des ailettes), ce qui permet de régler le régime de rotation du turbocompresseur. Comme des pertes de charge excessives dans le filtre à air 2 entraînent 30 une pression d'air en amont du compresseur 3 plus faible que la normale, pour obtenir la pression de suralimentation requise, il faut que la vanne « wastegate » 10 soit fermée davantage et que le régime du turbocompresseur soit plus élevé qu'une valeur prédéterminée (qui peut être définie par essais 3028565 7 préalables avec un filtre d'encrassement connu). Aussi, conformément à l'invention, ce phénomène physique de survitesse du turbocompresseur va être observé pour diagnostiquer l'encrassement du filtre à air. Pour ce faire, on utilise un signal représentatif du régime de rotation du 5 turbocompresseur Nturbo. Ce signal est par exemple fourni par le capteur de mesure du régime de rotation du turbocompresseur référencé 11 sur la figure 1. Il s'agit par exemple d'un capteur de régime inductif comme décrit dans le document de brevet W02013102510, apte à être utilisé pour un turbocompresseur et par exemple disposé dans la zone d'entrée d'air du carter 10 de compresseur 3 du turbocompresseur Un critère de diagnostic est donc basé sur cette mesure du régime de rotation du turbocompresseur Nturbo et l'évolution temporelle de ce critère est illustrée à la figure 2. Ainsi, on surveille en continu le régime de rotation du turbocompresseur Nturbo et on le compare à une valeur de seuil de régime de 15 rotation, donnée par une cartographie selon laquelle cette valeur de seuil de régime de rotation Npatmo,psural est fonction de la valeur de consigne de pression de suralimentation, d'une part et de la valeur de pression atmosphérique mesurée, d'autre part. Ainsi, au cours de cette surveillance, lorsque le régime de rotation du turbocompresseur devient supérieur à la valeur de seuil 20 renseignée dans la cartographie pendant une certaine durée T (détection de la survitesse du turbocompresseur), la stratégie de diagnostic est conçue pour valider le défaut d'encrassement du filtre à air (défaut levé). Le critère de diagnostic se résume alors comme suit : critère = Nturbo Pao, psural pendant une durée T, en secondes.
25 Comme illustré sur la figure 2, afin de fiabiliser le diagnostic et le rendre robuste, plusieurs itérations du diagnostic peuvent être réalisées pour confirmer les résultats. Ainsi, on détermine l'état du critère de diagnostic sur plusieurs fenêtres temporelles successives de durée T pour lever le défaut. Préférentiellement, en parallèle de cette stratégie de diagnostic, on met 30 également en oeuvre un diagnostic de l'état de la suralimentation via une surveillance de la pression de suralimentation Psural, afin de s'assurer qu'aucun défaut de fuite d'air dans le circuit d'admission d'air en aval du 3028565 8 turbocompresseur n'est présent. En effet, un tel défaut de fuite d'air est aussi compensé par une augmentation de la vitesse du turbocompresseur. Aussi, à des fins de robustesse du diagnostic d'encrassement du filtre à air, il est souhaitable de pouvoir discriminer l'encrassement du filtre à air de la présence 5 d'une fuite dans le circuit d'admission en air en aval du turbocompresseur dans les causes susceptibles de générer une augmentation de la vitesse du turbocompresseur. Cette surveillance de la pression de suralimentation aux fins de détecter une fuite en aval du turbocompresseur est par exemple mise en oeuvre suivant 10 les étapes du procédé de diagnostic de l'état d'un dispositif de suralimentation à turbocompresseur décrites dans le document de brevet FR2937379. La stratégie de diagnostic va être plus précisément décrite en référence à la figure 3. Après une première étape d'initialisation du diagnostic (étape El ), on réalise (étape E2) le diagnostic de surveillance de la suralimentation via la 15 surveillance de la pression de suralimentation afin de détecter éventuellement une fuite en aval du turbocompresseur dans le circuit d'alimentation en air. Si la détection est positive, on revient au point de départ, sinon le diagnostic d'encrassement du filtre à air se poursuit et une détection des conditions de diagnostic est mise en oeuvre (étape E3). Les conditions de 20 déroulement du diagnostic nécessitent en effet que le moteur soit sur un point de fonctionnement constant pour éviter les effets des transitoires. Ainsi, si les conditions de diagnostic sont réunies, le diagnostic est autorisé (étape E4) et, pour chaque incrémentation d'un nombre prédéterminé de fenêtres temporelles de diagnostic de durée T, on détermine l'état du critère 25 de diagnostic sur ladite fenêtre temporelle (étape E5). Lorsque le critère de diagnostic indique que la valeur du régime de rotation du turbocompresseur est supérieure à la valeur de seuil renseignée dans la cartographie, fonction de la consigne de suralimentation et de la pression atmosphérique, on vérifie (étape E6) que la durée maximale de la fenêtre est bien atteinte. Si ce n'est pas le 30 cas, on retourne à l'étape E2 de façon à contrôler si la réalisation du critère de diagnostic à l'étape E5 n'a pas été générée par une fuite en aval du turbocompresseur.
3028565 9 Afin de fiabiliser le diagnostic et le rendre robuste, plusieurs itérations du diagnostic peuvent être réalisées pour confirmer les résultats. Aussi, si on a détecté à l'étape E5 que la valeur du régime de rotation du turbocompresseur est supérieure à la valeur de seuil et, à l'étape E6, que la durée maximale de la 5 fenêtre est atteinte, alors on vérifie (étape E7) si le nombre de détection maximale est atteint. Une fois ce nombre maximal atteint, le diagnostic d'encrassement du filtre à air est terminé et génère une prise de décision finale et la levée du défaut (étape E8), indiquant la détection d'un filtre à air encrassé. 10

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de diagnostic de l'encrassement d'un filtre à air (2) équipant un circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion interne (1) suralimenté en air par un turbocompresseur (3, 8), ledit filtre à air (2) étant monté dans ledit circuit d'admission d'air en amont du compresseur (3) de turbocompresseur, ledit procédé comprenant la mesure de la pression (Pcoll) régnant dans le collecteur d'admission (6) du moteur (1) et la commande de moyens de réglage (10) du régime de rotation du turbocompresseur de manière à réguler la pression régnant dans le collecteur (6) autour d'une valeur de consigne de pression de suralimentation, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend l'acquisition d'un signal représentatif du régime de rotation du turbocompresseur (N turbo) et la surveillance en continu dudit signal pour turbo, diagnostiquer l'encrassement du filtre à air (2).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diagnostic de l'encrassement du filtre à air (2) comprend la comparaison dudit signal de régime de rotation du turbocompresseur avec une valeur de seuil de régime de rotation (Npatmo,psural) et la détection du dépassement par une amplitude dudit signal de régime de rotation du turbocompresseur de ladite valeur de seuil pendant une durée prédéterminée (T).
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite valeur de seuil de régime de rotation est fonction de ladite valeur de consigne de pression de suralimentation et de la valeur de pression atmosphérique.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une itération du diagnostic.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, en parallèle du diagnostic de l'encrassement du filtre à air, la détection d'une fuite dans le circuit d'admission d'air en aval du turbocompresseur, de manière à discriminer dans la surveillance dudit signal représentatif du régime de rotation du turbocompresseur, l'encrassement du filtre à air d'une fuite en aval du turbocompresseur. 3028565 11
  6. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la détection d'une fuite dans le circuit d'admission d'air en aval du turbocompresseur est basée sur une surveillance de la pression de suralimentation (Psural).
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 5 caractérisé en ce que ledit signal représentatif du régime de rotation du turbocompresseur est fourni par un capteur de régime inductif (11) disposé dans une zone d'entrée d'air d'un carter du compresseur (3) du turbocompresseur.
  8. 8. Dispositif de diagnostic de l'encrassement d'un filtre à air (2) 10 équipant un circuit d'admission d'air d'un moteur à combustion interne (1) suralimenté en air par un turbocompresseur (3, 8), ledit filtre à air (2) étant monté dans ledit circuit d'admission d'air en amont du compresseur (3) de turbocompresseur, ledit dispositif comprenant un capteur de mesure de la pression (Pcoll) régnant dans le collecteur d'admission (6) du moteur (1) et des 15 moyens de commande de moyens de réglage (10) du régime de rotation du turbocompresseur de manière à réguler la pression régnant dans le collecteur (6) autour d'une valeur de consigne de pression de suralimentation, ledit dispositif comprenant en outre un capteur de mesure (11) du régime de rotation du turbocompresseur apte à fournir un signal représentatif du régime de 20 rotation du turbocompresseur, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement aptes à acquérir ledit signal représentatif du régime de rotation du turbocompresseur et à surveiller en continu ledit signal pour diagnostiquer l'encrassement du filtre à air (2).
  9. 9. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif 25 de diagnostic selon la revendication 8.
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