FR3073562A1 - Procede et dispositif de diagnostic d'un capteur de pression differentielle d'un filtre a particules - Google Patents
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Abstract
Procédé de diagnostic d'un capteur de pression différentielle (2) d'un filtre à particules (1) d'un moteur à combustion interne, le capteur de pression différentielle (2) étant relié par une première conduite de pression (3) au système de gaz d'échappement (10) en amont du filtre à particules et par une seconde conduite de pression (4) au système de gaz d'échappement (11) en aval du filtre à particules, procédé caractérisé en ce que l'on exploite un signal de pression différentielle fourni par le capteur de pression différentielle (2) pour le diagnostic du capteur de pression différentielle (2) sur le plan d'une fréquence.
Description
La présente invention se rapporte à un procédé de diagnostic d’un capteur de pression différentielle d’un filtre à particules d’un moteur à combustion interne, le capteur de pression différentielle étant relié par une première conduite de pression au système de gaz d’échappement en amont du filtre à particules et par une seconde conduite de pression au système de gaz d’échappement en aval du filtre à particules.
L’invention se rapporte également à un dispositif de diagnostic d’un capteur de pression différentielle d’un filtre à particules d’un moteur à combustion interne selon lequel le capteur de pression différentielle est relié par une première conduite de pression au système de gaz d’échappement en amont du filtre à particules et par une seconde conduite de pression au système de gaz d’échappement en aval du filtre à particules et en amont du pot d’échappement de sortie.
Etat de la technique
Selon le document DE 10 2014 209 840 Al on connaît déjà un procédé et un dispositif de diagnostic d’un filtre à particules selon lequel on exploite la pression différentielle du filtre à particules, c’est-à-dire la différence entre la pression en amont du filtre à particules et celle en aval du filtre à particules.
Exposé et avantages de l’invention
L’invention a pour objet un procédé du type défini cidessus, caractérisé en ce que l’on exploite le signal de pression différentielle fourni par le capteur de pression différentielle pour le diagnostic en fréquence du capteur de pression différentielle.
L’invention a également pour objet un dispositif de diagnostic du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu’ il comporte des moyens pour exploiter le signal de pression différentielle fourni par le capteur de pression différentielle pour le diagnostic en fréquence du capteur de pression différentielle.
Le procédé et le dispositif de diagnostic d’un capteur de pression différentielle d’un filtre à particules d’un moteur à combustion interne ont l’avantage, vis-à-vis de l’état de la technique de ne tenir compte que des composantes déterminantes du signal par une exploita tion sélective en fréquence. Cela permet une meilleure exploitation avec une meilleure détection à la fois des défauts du capteur ou des conduites de pression ainsi que de l’état de charge du filtre à particules.
Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse, on exploite l’amplitude du signal de pression différentielle pour une fréquence prédéfinie, ce qui est une solution particulièrement simple. La fréquence prédéfinie est un multiple entier ou le dividende entier de la vitesse de rotation de la fréquence des opérations ou phases de combustion dans le moteur à combustion interne. Grâce à l’algorithme de Goertzel, l’exploitation est particulièrement efficace. Pour améliorer l’exploitation, on compare à un seuil d’un capteur de pression différentielle sans défaut. Par la comparaison à des valeurs modélisées à l’aide d’une corrélation croisée, on pourra déceler (détecter) un défaut dans l’une des conduites de pression. On peut également détecter un défaut qui se produit en même temps dans les deux conduites de pression.
Suivant une autre caractéristique avantageuse à partir du signal de pression différentielle fourni par le capteur de pression différentielle et d’un signal de pression différentielle modélisé, on forme une corrélation croisée à l’aide de laquelle on détermine s’il y a un défaut dans la première conduite de pression ou dans la seconde conduite de pression.
Suivant une autre caractéristique avantageuse on détecte un défaut dans les deux conduites de pression si l’amplitude du signal de pression différentielle pour une fréquence prédéfinie, tend vers zéro. Dessins
Un procédé et un dispositif de diagnostic d’un capteur de pression différentielle d’un filtre à particules seront décrits ci-après de manière plus détaillée à l’aide des dessins annexés dans lesquels :
- La figure 1 montre un schéma d’un système de gaz d’échappement équipé d’un filtre à particules, d’un pot d’échappement et d’un capteur de pression différentielle, et
- La figure 2 montre le schéma d’un procédé d’exploitation.
Description de modes de réalisation de l’invention
La figure 1 montre un système de gaz d’échappement équipé d’un filtre à particules 1 et d’un pot d’échappement 5. Les gaz d’échappement émis par un moteur à combustion interne sont conduits par une conduite de gaz d’échappement 10 vers le filtre à particules 1, que les gaz traversent pour arriver dans une conduite de liaison 11, puis dans le pot d’échappement 5 pour être ensuite évacués par la conduite de sortie 12.
A la traversée du filtre à particules 1, les particules contenues dans les gaz d’échappement sont filtrées du flux de gaz d’échappement de sorte que le pot d’échappement 5 ne reçoit que les gaz d’échappement par la conduite de liaison 11 ; ces gaz d’échappement sont alors pratiquement sans particules. Le pot d’échappement 5 assure l’amortissement phonique pour la sortie par la conduite 12 les gaz d’échappement n’ont plus qu’un faible niveau de bruit ou du moins un niveau de bruit réduit.
Pour détecter la quantité de particules qui ont déjà été séparées des gaz d’échappement et accumulées dans le filtre à particules 1 par l’effet de filtrage, on utilise un capteur de pression différentielle 2. Par l’exploitation de la pression différentielle (différence des pressions en amont et en aval du filtre à particules) dans la veine des gaz d’échappement, on peut évaluer la quantité de particules déjà déposées dans le filtre à particules 1 car les particules retenues dans le filtre 1 diminuent la section de passage ; ainsi la chute de pression dans le filtre à particules 1 est une mesure de la charge, c’est-à-dire de la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules 1. Le capteur de pression différentielle 2 est pour cela relié par une première conduite de pression 3 à la conduite d’arrivée des gaz d’échappement 10 en amont du filtre à particules et avec une seconde conduite de pression 4 à la conduite de liaison 11 reliée au filtre à particules 1. Le capteur de pression différentielle 2 comporte une membrane dont la déviation dépend de la pression relative dans la première conduite de pression 3 et la seconde conduite de pression 4 en générant un signal correspondant de pression différentielle. Si à partir du signal fourni par le capteur de pression différentielle 2, on constate que le filtre à particules 1 contient une quantité importante de particules, on peut lancer un procédé de régénération en fonction d’autres conditions aux limites ; par ce procédé, on brûle, par oxydation, les particules contenues dans le filtre à particules 1 ; en d’autres termes, on transforme les particules en des produits gazeux. Pour la régénération, c’est-à-dire la combustion des particules contenues dans le filtre à particules 1, il faut une température appropriée dans le filtre à particules 1 et les gaz d’échappement qui arrivent de la conduite d’alimentation en gaz d’échappement 10 doivent contenir une quantité encore suffisante d’oxygène pour permettre l’oxydation dans le filtre à particules 1. De tels procédés de régénération sont effectués en commandant de manière appropriée le moteur à combustion interne.
Il est important que les signaux de mesure fournis par le capteur de pression différentielle 2 permettent de déterminer, de manière fiable, la charge du filtre à particules 1. On a ainsi constaté que la première conduite de pression 3 et la seconde conduite de pression 4 pouvaient présenter des défauts. En particulier, l’une des conduites de pression peut avoir un trou ou une liaison non étanche ou encore la liaison peut être détachée de sorte que cette première conduite de pression 3 ou cette seconde conduite de pression 4 ne fournissent pas la pression en amont ou en aval du filtre à particules, mais seulement la pression ambiante. Le diagnostic selon l’invention se fait selon un procédé et un dispositif permettant d’identifier les défauts dans les conduites de pression en amont et en aval du filtre à particules 1 par une identification certaine.
Il est particulièrement intéressant pour cela de surveiller la fréquence des opérations de combustion. Après chaque opération (phase) de combustion dans un cylindre du moteur à combustion interne, les gaz d’échappement résultant de la combustion produit un flux particulièrement important de gaz d’échappement à travers le filtre à particules alors qu’entre les différentes phases de combustion, le flux dans le filtre à particules est significativement plus faible et se traduit par d’autres effets tels que, par exemple, des réflexions sur le pot d’échappement en sortie. Si dans ces conditions on ne prend en compte que le signal de pression différentielle pendant que le filtre à particules est chaque fois traversé par un flux important, on pourra obtenir une meilleure information concernant l’état du filtre à particules 2 et aussi l’état des conduites de pression 3, 4 reliant le capteur de pression différentielle 2 à la conduite d’arrivée des gaz d’échappement 10 en amont du filtre à particules et la conduite de liaison 11 en aval du filtre à particules 2. Le signal de pression différentiel est ainsi exploité en fréquence pour faire le diagnostic du capteur de pression différentielle. Si l’amplitude du signal de pression différentielle diffère d’un seuil, on diagnostique un défaut du capteur de pression différentielle 2. L’écart est normalement un dépassement du seuil mais dans certaines conditions de fonctionnement, l’écart peut également passer sous le seuil. Le cas échéant, le seuil peut être en même temps un seuil haut et un seuil bas selon le point de fonctionnement. Le défaut sera alors une ouverture de l’une des conduites de pression 3, 4 ou une fuite vers la pression ambiante. Le capteur de pression différentielle 2 ne mesurera plus, dans ces conditions, la pression en amont et en aval du filtre à particules, mais l’une ou l’autre de ces pressions par rapport à la pression normale, ambiante.
On peut ainsi former le seuil de différentes manières. D’une part, on peut former des seuils par des mesures faites sur un capteur de pression différentielle 2 non défectueux en mesurant les signaux de pression différentielle d’un tel capteur de pression différentielle 2 non défectueux et en mémorisant ces signaux en tenant compte d’une marge de sécurité. Ces seuils peuvent également être obtenus en fonction de conditions aux limites du moteur à combustion interne de sorte que pour chaque point de fonctionnement, on utilisera un autre seuil. En variante, on peut également former les seuils pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne en faisant des mesures et en formant les valeurs moyennes des signaux de pression. Dans ces conditions, on détectera un défaut si, brusquement, les signaux de pression varient fortement. On peut également utiliser des combinaisons pondérées de ces deux procédures. Un cas de défaut particulièrement simple est celui d’un signal de pression différentielle qui est nul ou voisin d’une valeur nulle. Dans ce cas, on aura la même pression dans les deux conduites de pression 3, 4, ce qui ne peut être le cas que si les deux conduites de pression ont une fuite par rapport à la pression ambiante ou si les deux conduites sont bouchées ou si, de manière très simple, les deux conduites n’ont pas été raccordées à l’occasion d’une intervention d’entretien. Si le signal de pression différentielle est nul, il s’agit apparemment d’un défaut grave.
Pour exploiter en fréquence le signal de pression différentielle, il est particulièrement intéressant d’utiliser une transformée de Fourier. On représente ainsi le signal de pression par ses composantes pour des fréquences déterminées. On pourra faire l’exploitation en utilisant une sélection de fréquences déterminées et en considérant l’amplitude à de telles fréquences. Il est particulièrement avantageux d’utiliser des fréquences qui ont une relation fonctionnelle avec le flux de gaz à travers le filtre à particules. Il s’agit notamment de la fréquence des opérations de combustion (phases de combustion) dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne ; cela correspond à une fréquence particulièrement significative car le filtre à particules est traversé par le flux des gaz d’échappement à la cadence des phases de combustion. Cette fréquence des phases ou opérations de combustion est soit connue de manière directe, soit déterminée par les mesures faites sur des capteurs. Une possibilité est, par exemple, celle du signal d’allumage, c’est-à-dire de la commande des bougies d’allumage par l’appareil de commande 6 ou encore un multiple ou un sous multiple entiers de la vitesse de rotation du vilebrequin du moteur à combustion interne. Une transformée de Fourier ou une transformée rapide de Fourier, donneront ainsi une vue d’ensemble de toutes les fréquences qui se produisent dans la conduite des gaz d’échappement. Mais une transformée de Fourier nécessite un volume de calculs important. Dans ces conditions, il est intéressant de n’exploiter le signal de pression différentielle que pour une certaine fréquence des opérations de combustion dans le moteur. Une transformée de Fourier permet d’exploiter également les composantes des harmoniques de la fréquence de combustion, mais les moyens à mettre en œuvre sont importants. Dans de nombreux cas il suffit d’exploiter seulement la fréquence d’allumage ou la fréquence des opérations de combustion dans le moteur à combustion interne. On peut, pour cela, appliquer notamment l’algorithme de
Goertzel qui correspond à un calcul utilisant particulièrement peu de ressources pour la transformation pour une seule fréquence dans une plage de fréquences.
La figure 2 montre une succession d’étapes du procédé exécuté dans l’appareil de commande 6. Dans une première étape 100 on mesure le signal de pression différentielle et on mémorise ce signal. Si le capteur de pression différentielle est un capteur analogique, on effectue alors en même temps une conversion analogique / numérique. En mémorisant un grand nombre de valeurs successives, on enregistre le chronogramme du signal fourni par le capteur de pression différentielle 2. Ensuite, dans l’étape 200 on convertit les signaux en fonction du temps dans la plage de fréquence en ayant ainsi les composantes en amplitude en fonction de la fréquence. Si l’on utilise l’algorithme de Goertzel, on représente le signal de pression différentielle seulement pour la fréquence utilisée qui est, de manière caractéristique, la fréquences des phases de combustion dans le moteur à combustion interne. Dans l’étape 300 suivante, on exploite le signal obtenu dans l’étape 200 pour faire le diagnostic et savoir si le signal obtenue représente un défaut de fonctionnement du capteur de pression différentielle ou des conduites de pression 3, 4.
En plus du diagnostic du signal de pression différentielle, on propose un autre diagnostic (voir le document DE102017211575) qui permet également de déterminer laquelle des deux conduites de pression présente une fuite vers l’environnement ou s’il y a une rupture de conduite. Ce procédé peut être exécuté de façon continue en parallèle ou seulement si le diagnostic du signal de pression différentielle en fonction de la fréquence a déjà permis de constater un défaut du capteur de pression différentielle 2. Pour cela, il est proposé de combiner le signal mesuré par le capteur de pression différentielle 2 et la pression modélisée dans le système de gaz d’échappement par des fonctions de corrélation croisée pour obtenir des coefficients de corrélation croisée que l’on en déduit par le calcul (coefficient KKF), pour l’exploiter. La fonction de corrélation croisée indique dans quelle mesure des signaux sont voisins ou sont identiques. Si, par exemple, le filtre à particules est complètement vide, la chute de pression dans le filtre à particules 1 se ra très faible ; cela signifie que le signal de pression différentielle mesuré et le signal de pression modélisé se correspondent et sont ainsi très analogues. En fonction de la charge du filtre à particules 1, la similitude entre la pression amont et la pression aval du filtre à particules change. En outre, à titre d’exemple, la pression en aval du filtre à particules peut également être fortement influencée par la contre-pression dans le pot d’échappement de sortie 5. En outre, toutes les conditions de pression régnant dans le système de gaz d’échappement dépendent également de la température et du volume du flux de gaz d’échappement.
Ces différentes pressions peuvent servir au diagnostic du capteur de pression différentielle ou de la première conduite de pression 3 et de la seconde conduite de pression 4.
Pour le diagnostic du capteur de pression différentielle 2 on forme tout d’abord un coefficient de relation croisée (KKF1) qui se calcule comme suit :
KKF1 ~Σ2ο sec (ApFiitre ,mesure ' Appiltre,modèle) / C20sec (ApFiitre, modèle)^
Pour calculer le coefficient KKF1 on fait l’intégration ou la somme du signal sur une période prédéfinie qui est ici de 20 sec. Mais on peut également envisager d’autres périodes, par exemple 5 sec dans la mesure où la période est suffisamment longue pour calculer une corrélation croisée stable, c’est-à-dire des coefficients de corrélation croisée, stables. Le signal Apatre,mesure est la valeur mesurée de la pression différentielle, c’est-à-dire le signal de sortie du capteur de pression différentielle. La valeur ApFiitre,modèle est la valeur modélisée de la chute de pression dans le filtre à particules. Cette valeur s’obtient par l’application du moteur à combustion interne et du système de gaz d’échappement en mesurant des valeurs caractéristiques de fonctionnement. Ces valeurs sont mémorisées dans un champ de caractéristiques, par exemple, en fonction de la charge et de la vitesse de rotation ; ces valeurs sont utilisées pour calculer une pression différentielle modélisée dans le filtre à particules 1. A côté de la charge et de la vitesse de rotation on peut également tenir compte d’autres valeurs telles que, par exemple, la température ou la charge modélisée du filtre à particules 1 pour le calcul de cette pression différentielle modélisée ApFiitre,modèle.
A l’aide de ce premier coefficient KKF1 on détermine si la pression différentielle effectivement mesurée par le capteur de pression différentielle 2 dans le filtre à particules 1 coïncide avec la pression différentielle calculée avec un modèle du filtre à particules 1. Un incident dans la première conduite de pression 3 ou la seconde conduite de pression 4, influence le signal de pression différentielle effectivement mesurée par le capteur de pression différentielle 2, mais reste sans effet sur la pression différentielle mesurée car celle-ci est formée seulement sur un modèle.
On peut également avoir un défaut dans la première conduite de pression 3 par l’exploitation de la valeur du coefficient KKF1. S’il n’y a aucun défaut, la valeur du coefficient KKF1 est positive. S’il y a un défaut, c’est-à-dire si la pression ambiante apparaît dans la première conduite de pression 3, alors la pression mesurée en amont du filtre à particules 1 est inférieure à la pression mesurée en aval du filtre à particules ; en d’autres termes, si la chute de pression dans le filtre à particules est négative, ce qui signifie que les gaz traversant le filtre à particules 1 ne subissent pas une réduction de pression mais une augmentation de pression. Il en résulte que la valeur du coefficient KKF1 change de signe algébrique et devient négative. Ainsi, la seule exploitation du coefficient KKF1 permet de constater de façon très simple s’il y a un défaut dans la première conduite de pression 3 dans laquelle il ne règne que la pression ambiante.
En outre, un signe algébrique négatif pour le coefficient KKF1 peut également signifier que les conduites de pression 3 et 4 ont été inversées. Cela peut venir de la construction du moteur à combustion interne ou d’une intervention sur celui-ci. Ainsi, s’il n’y a pas de changement de signe algébrique du coefficient de corrélation KKF1 pendant le fonctionnement continue mais si, à l’établissement du coefficient KKF1 il y a en permanence un signe algébrique négatif, la cause peut en être non seulement un défaut dans la première conduite de pression, mais également une inversion des conduites de pression 3 et 4.
On peut également constater un défaut dans la seconde conduite de pression 4 car, par l’exploitation du signal de pression différentielle établie en fonction de la fréquence, on constate un défaut du capteur de pression différentielle ou des conduites de pression 3, 4 à l’aide du coefficient KKF1, pour en conclure à un défaut de la seconde conduite de pression 4 si le signe algébrique du coefficient KKF1 change. Ainsi, par l’exploitation de l’amplitude dans l’étape 200 on peut 5 constater un défaut et dans l’étape 300 on exploite en plus le signe algébrique du coefficient KKF1, ce qui permet de constater, de manière simple, un défaut dans la seconde conduite de pression 4.
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX
Filtre à particules
Capteur de pression différentielle
Première conduite de pression
Pot d’échappement
Appareil de commande
Conduite de gaz d’échappement en amont du filtre à particules
Conduite de gaz d’échappement en aval du filtre à particules
Conduite de sortie des gaz d’échappement
100, 200, 300 Etapes du procédé
Claims (8)
- REVENDICATIONS1°) Procédé de diagnostic d’un capteur de pression différentielle (2) d’un filtre à particules (1) d’un moteur à combustion interne, le capteur de pression différentielle (2) étant relié par une première conduite de pression (3) au système de gaz d’échappement (10) en amont du filtre à particules et par une seconde conduite de pression (4) au système de gaz d’échappement (11) en aval du filtre à particules, procédé caractérisé en ce que l’on exploite un signal de pression différentielle fourni par le capteur de pression différentielle (2) pour le diagnostic en fréquence du capteur de pression différentielle (2).
- 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’ on exploite l’amplitude du signal de pression différentielle à une fréquence prédéterminée.
- 3°) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence prédéterminée correspond à un multiple entier ou à un sous-multiple entier de la vitesse de rotation ou de la fréquence des opérations de combustion du moteur à combustion interne.
- 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’ on exploite le signal de pression différentielle par un algorithme de Goertzel avec une fréquence prédéfinie.
- 5°) Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’ on détecte un défaut du capteur de pression différentielle si le signal de pression différentielle exploité en fréquence dépasse un seuil, le seuil étant déduit d’une mesure faite sur un capteur de pression différentielle sans défaut.
- 6°) Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’ à partir du signal de pression différentielle fourni par le capteur de pression différentielle (2) et d’un signal de pression différentielle modélisé, on forme une corrélation croisée et, à l’aide de la corrélation croisée on détermine s’il y a un défaut dans la première conduite de pression (3) ou dans la seconde conduite de pression (4).
- 7°) Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’ on détecte un défaut dans les deux conduites de pression (3, 4) si l’amplitude du signal de pression différentielle pour une fréquence prédéfinie tend vers zéro.
- 8°) Dispositif de diagnostic d’un capteur de pression différentielle (2) d’un filtre à particules (1) d’un moteur à combustion interne selon lequel le capteur de pression différentielle (2) étant relié par une première conduite de pression (3) au système de gaz d’échappement (10) en amont du filtre à particules et par une seconde conduite de pression (4) au système de gaz d’échappement (11) en aval du filtre à particules et en amont du pot d’échappement de sortie (5), dispositif caractérisé en ce qu’ il comporte des moyens pour exploiter le signal de pression différentielle fourni par le capteur de pression différentielle (2) pour le diagnostic en fréquence du capteur de pression différentielle (2).
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