FR3098248A1 - Procede de diagnostic de presence de gel dans un piquage d'un capteur de pression differentielle - Google Patents

Procede de diagnostic de presence de gel dans un piquage d'un capteur de pression differentielle Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de diagnostic de présence de gel dans un piquage (16.1, 16.2) d'un capteur (16) de pression différentielle comportant: - une étape de mesure d'une pluralité de contrepressions (dP) du filtre à particules (13) correspondant à différents débits volumiques (Qvol) de gaz d'échappement, - une étape de détermination, à partir des contrepressions (dP) et des débits volumiques (Qvol) de gaz d'échappement mesurés précédemment, d'une régression linéaire de la contrepression (dP) du filtre à particules (13) en fonction du débit volumique (Qvol) de gaz d'échappement définie par un coefficient directeur et une ordonnée à l'origine, et - une étape de comparaison de l'ordonnée à l'origine de la régression linéaire avec un seuil minimum et un seuil maximum pour en déduire la présence ou non de gel dans un piquage (16.1, 16.2) du capteur de contrepression (16). Figure 1

Description

PROCEDE DE DIAGNOSTIC DE PRESENCE DE GEL DANS UN PIQUAGE D'UN CAPTEUR DE PRESSION DIFFERENTIELLE
La présente invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique. Plus précisément, l’invention porte sur un procédé de diagnostic de présence de gel dans un piquage d’un capteur de pression différentielle aux bornes d’un filtre à particules. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les moteurs à combustion interne à compression ou à allumage commandé dotés d’un filtre à particules associé à un capteur de pression différentielle.
Lors de la combustion d'un mélange d'air et de carburant dans un moteur thermique, des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone et/ou de gouttelettes d'huile peuvent être émises. Ces particules ont typiquement une taille comprise entre quelques nanomètres et un micromètre. Pour les piéger, on peut avantageusement prévoir des filtres à particules, usuellement constitués d'une matrice minérale, de type céramique, de structure alvéolaire, définissant des canaux disposés sensiblement parallèlement à la direction générale d'écoulement des gaz d'échappement dans le filtre, et alternativement obturés du côté de la face d'entrée des gaz du filtre et du côté de la face de sortie des gaz du filtre, comme cela est décrit
dans le document EP2426326.
La ligne d'échappement est également munie d'un capteur de mesure de pression différentielle, dit capteur de contrepression, pour mesurer la différence de pression entre un piquage amont et un piquage aval du filtre à particules à partir de laquelle il est possible de déduire une masse de suies accumulée. A cet effet, on utilise une cartographie établissant une corrélation entre la mesure de différence de pression et la masse de suies dans le filtre à particules.
Le capteur de contrepression sert ainsi à réaliser les diagnostics de l’état du filtre à particules demandés par les réglementations (dites "OBD" pour "On Board Diagnostic" en anglais) ainsi que les diagnostics de sécurité. Son information est donc indispensable pour garantir le bon fonctionnement du moteur thermique. Toutefois, lorsque les conditions extérieures sont froides, la présence de gel dans les piquages du capteur peut fausser l’information acquise par le capteur et donc l’interprétation de celle-ci par le calculateur moteur.
L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de diagnostic de présence de gel dans un piquage d'un capteur de pression différentielle, dit capteur de contrepression, connecté en amont et en aval d'un filtre à particules destiné à filtrer des gaz d’échappement d'un moteur thermique, ledit procédé comportant:
- une étape de mesure d'une pluralité de contrepressions du filtre à particules correspondant à différents débits volumiques de gaz d'échappement,
- une étape de détermination, à partir des contrepressions et des débits volumiques de gaz d'échappement mesurés précédemment, d'une régression linéaire de la contrepression du filtre à particules en fonction du débit volumique de gaz d'échappement définie par un coefficient directeur et une ordonnée à l'origine, et
- une étape de comparaison de l'ordonnée à l'origine de la régression linéaire avec un seuil minimum et un seuil maximum pour en déduire la présence ou non de gel dans un piquage du capteur de contrepression.
L’invention permet ainsi de diminuer les fausses détections des diagnostics de l’état du filtre à particules qui se basent sur l’information de contrepression et qui seraient produites à cause de la formation de gel dans les piquages du capteur provoquée par des conditions extérieures froides. Cela se traduit par un gain économique pour le conducteur et le constructeur si le véhicule se trouve encore dans la période de garantie en réduisant le nombre d’interventions en service après-vente dues aux fausses détections.
Selon une mise en œuvre, la régression linéaire est calculée par la méthode des moindres carrés.
Selon une mise en œuvre, pour qu'un calcul de l'ordonnée à l'origine de la régression linéaire soit considéré comme valide pour établir le diagnostic, on impose une répartition minimum de points correspondant aux couples de contrepression mesurée et de débit volumique de gaz d'échappement dans un nombre minimum d’intervalles de débit volumique de gaz d'échappement.
Selon une mise en œuvre, un nombre minimum de points dans un intervalle donné est exprimé par un pourcentage calibrable de points par rapport à un total de points d’un échantillon.
Selon une mise en œuvre, le nombre d'intervalles de débit volumique de gaz d'échappement est calibrable.
Le procédé est avantageusement mis en œuvre uniquement si une température extérieure est inférieure à 0°C.
Selon une mise en œuvre, suite à un défaut lié à une détection de la présence de gel dans un piquage, ledit procédé de diagnostic sera réhabilité dans le cas où l'ordonnée à l'origine de la régression linéaire redevient comprise entre le seuil minimum et le seuil maximum pendant une durée calibrable.
L'invention concerne en outre un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé tel que précédemment défini.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique comportant un filtre à particules et un calculateur permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention;
La figure 2 est un diagramme des différentes étapes du procédé selon l'invention de détection de la présence de gel dans un piquage d'un capteur de contrepression d'un filtre à particules;
La figure 3 montre des représentations graphiques de régressions linéaires de la contrepression du filtre à particules en fonction d'un débit volumique de gaz d'échappement;
La figure 4 montre des représentations graphiques illustrant différentes répartitions de mesures de contrepression dans des intervalles prédéfinis de la plage de débit volumique de gaz d'échappement.
La figure 1 représente un moteur thermique 10 notamment destiné à équiper un véhicule automobile. Le moteur thermique 10 pourra être à compression ou à allumage commandé. Le moteur thermique 10 est relié à une ligne d'échappement 11 pour l’évacuation des gaz brûlés produits par le fonctionnement du moteur thermique 10.
La ligne d'échappement 11 comprend un organe de dépollution 12 de polluant gazeux, par exemple un catalyseur d’oxydation ou un catalyseur trois-voies. Le catalyseur trois-voies 12 permet notamment de réduire les oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, d'oxyder les monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et les hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau.
La ligne d'échappement 11 comprend en outre un filtre à particules 13 pour filtrer des particules de suies dans les gaz d'échappement du moteur thermique 10. Le filtre à particules 13 est adapté au filtrage de particules de suies provenant de la combustion du carburant.
Dans le filtre à particules 13, les gaz d'échappement traversent la matière composant le filtre à particules 13. Ainsi, lorsque le filtre à particules 13 est formé de canaux, chacun de ces canaux comprend une extrémité bouchée, de sorte que les gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre à particules 13 passent de canaux en canaux, en traversant les parois des différents canaux du filtre à particules 13 pour sortir du filtre à particules 13. Le filtre à particules 13 pourra être à base d'une matrice céramique poreuse, par exemple en cordiérite, mullite, titanate d'aluminium ou carbure de silicium. S'il y a lieu, l'organe de dépollution 12 et le filtre à particules 13 pourront être implantés à l'intérieur d'une même enveloppe 15.
La ligne d'échappement 11 est également munie d'un capteur 16, dit capteur de contrepression, pour la mesure de pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules 13, dite également mesure de "contrepression", à partir de laquelle il est possible de déduire une masse de suies accumulée. A cet effet, le capteur 16 est connecté en amont et en aval du filtre à particules 13 respectivement par l'intermédiaire d'un piquage amont 16.1 et d'un piquage aval 16.2. Une cartographie permet d'établir une corrélation entre la mesure de contrepression et la masse de suies dans le filtre à particules 13.
Un calculateur 17, par exemple le calculateur moteur ou un calculateur dédié, comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention de diagnostic de la présence de gel dans un piquage 16.1, 16.2 du capteur de contrepression 16.
A cet effet, le calculateur 17 reçoit en entrée une mesure de la contrepression dP aux bornes du filtre 13 retournée par le capteur 16, une estimation du débit volumique Qvol des gaz d’échappement en amont du filtre à particules 13, ainsi qu’une température extérieure car le diagnostic est activé de préférence uniquement pour des températures inférieures à 0 °C. Le calculateur 17 est apte à générer en sortie un signal de défaut qui passe à l'état 1 en cas de détection de la présence de gel dans un piquage 16.1, 16.2.
On décrit ci-après, en référence avec les figures 2, 3, et 4, les différentes étapes du procédé de diagnostic selon l’invention.
Dans une étape 101, le calculateur 17 fait l'acquisition d'une pluralité de mesures de contrepressions dP du filtre à particules 13 correspondant à différents débits volumiques Qvol de gaz d'échappement.
Dans une étape 102, le calculateur 17 détermine à partir des contrepressions dP et des débits volumiques Qvol de gaz d'échappement mesurés précédemment, une régression linéaire RL de la contrepression dP du filtre à particules 13 en fonction du débit volumique Qvol des gaz d'échappement.
La régression linéaire RL est définie par la relation suivante:
dP= α*Qvol + β
- dP étant la contrepression du filtre à particules exprimée en mbar,
- α étant le coefficient directeur,
- β étant l'ordonnée à l'origine, et
- Qvol étant le débit volumique en amont du filtre exprimé en m3/s.
Le diagnostic de gel se base sur le calcul du coefficient β de la régression linéaire RL via la méthode des moindres carrés. A cet effet, la loi de contrôle établit des échantillons d'un nombre N de mesures calibrable. Chaque mesure représente un couple de mesures : contrepression dP aux bornes du filtre 13 et débit volumique Qvol en amont du filtre à particules 13. Ces mesures sont réalisées suivant une période d’échantillonnage Te donnée.
Dans un exemple de réalisation, le nombre N de mesure vaut 800, tandis que la période d'échantillonnage Te est de l'ordre de 100 millisecondes. Le calcul est ainsi effectué sur une durée de 80 secondes.
Le calcul de la régression linéaire RL est effectué via les formules théoriques suivantes:
La relation ci-dessus y = βo + β1.x est équivalente à la relation dP= β + α*Qvol, soit βo= β et β1= α.
On a représenté des exemples de plusieurs régressions linéaires RL1-RL5 sur la figure 3. La régression linéaire RL1 présente un coefficient β valant 3,1 ce qui correspond à une absence de gel dans les piquages 16.1, 16.2 comme cela est expliqué plus en détails ci-après. Les régressions linéaires RL4 et RL5 présentent des coefficients β valant respectivement 64 et 118, ce qui correspond à une présence de gel dans un piquage 16.1, 16.2, comme cela est expliqué plus en détails ci-après.
Pour que le calcul du coefficient β soit considéré comme valide pour le diagnostic, les points correspondant au couple (contrepression dP mesurée; débit volumique Qvol de gaz d'échappement) de l’échantillon de taille N doivent être suffisamment répartis dans la plage de débit volumique Qvol. En effet si les points ne sont pas bien répartis (c’est-à-dire que le débit volumique Qvol est concentré sur une faible plage), la régression linéaire RL qui en est issue peut mener à de fausses détections de présence de gel dans un piquage 16.1, 16.2.
Pour éviter cela, on définit une pluralité d'intervalles I dans la plage de débit volumique Qvol et on impose une répartition minimum de points dans un nombre minimum d’intervalles calibrable. Un nombre minimum de points dans un intervalle donné est exprimé par un pourcentage calibrable de points par rapport à un total de points d’un échantillon, par exemple l'échantillon précité de 800 points.
Comme cela est illustré par la figure 4, on peut par exemple définir 10 intervalles numérotés de I0 à I9 et on impose un minimum de 25% de points (Dp, Qvol) dans les intervalles suivants: I0=[0.03 - 0.05] m3/s et I1=[0.05 - 0.1] m3/s.
Dans l'exemple de la figure 4, les points représentés par des croix sont suffisamment répartis dans le champ de débit volumique Qvol. En effet, les deux intervalles précités I0 et I1 contiennent chacun au moins 25% des points.
En revanche, les points représentés par des ronds ne sont pas suffisamment répartis dans le champ de débit volumique Qvol. En effet, l'intervalle I1 contient la majorité des points tandis que l'intervalle I0 contient moins de 25% des points, ce qui pourrait entraîner un calcul erroné de la régression linéaire RL. Ces points ne seront donc pas retenus pour le calcul de la régression linéaire RL.
Le calculateur 17 réalise le diagnostic dans une étape 103. Si la condition de répartition de points est vérifiée et une fois que le calcul du coefficient β a été effectué, la valeur dudit coefficient β est comparée avec un seuil minimum Smin et un seuil maximum Smax calibrables.
Dans le cas où le coefficient β est compris entre le seuil minimum Smin et le seuil maximum Smax, alors le calculateur 17 en déduit qu'il n'y a pas de présence de gel dans les piquages 16.1, 16.2 du capteur de contrepression 16. Dans le cas où le coefficient β calculé sort de la plage valide [Smin-Smax], c’est-à-dire que le coefficient β est inférieur au seuil Smin ou supérieur au seuil Smax alors le calculateur 17 en déduit qu'il y a une présence de gel dans un piquage 16.1, 16.2. Le signal de défaut correspondant passe alors à l'état 1.
Les seuils minimum Smin et maximum Smax retenus sont par exemple Smin=-10 et Smax=+10. En variante, les valeurs des seuils minimum Smin et maximum Smax situées autour de 0 pourront être différentes.
Suite à un défaut lié à une détection de la présence de gel dans un piquage 16.1, 16.2, le procédé de diagnostic pourra être réhabilité dans une étape 104. En effet, une fois que le gel des piquages 16.1, 16.2 disparaît, la mesure de la contrepression dP retrouve son comportement normal.
L'ordonnée à l'origine β de la droite d'utilisation redevient alors comprise entre le seuil minimum Smin et le seuil maximum Smax. Après une durée calibrable pendant laquelle on observe des calculs du coefficient β valide, le diagnostic de gel est réhabilité.

Claims (8)

  1. Procédé de diagnostic de présence de gel dans un piquage (16.1, 16.2) d'un capteur (16) de pression différentielle, dit capteur de contrepression, connecté en amont et en aval d'un filtre à particules (13) destiné à filtrer des gaz d’échappement d'un moteur thermique, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
    - une étape de mesure d'une pluralité de contrepressions (dP) du filtre à particules (13) correspondant à différents débits volumiques (Qvol) de gaz d'échappement,
    - une étape de détermination, à partir des contrepressions (dP) et des débits volumiques (Qvol) de gaz d'échappement mesurés précédemment, d'une régression linéaire (RL) de la contrepression (dP) du filtre à particules (13) en fonction du débit volumique (Qvol) de gaz d'échappement définie par un coefficient directeur (α) et une ordonnée à l'origine (β), et
    - une étape de comparaison de l'ordonnée à l'origine (β) de la régression linéaire (RL) avec un seuil minimum (Smin) et un seuil maximum (Smax) pour en déduire la présence ou non de gel dans un piquage (16.1, 16.2) du capteur de contrepression (16).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la régression linéaire (RL) est calculée par la méthode des moindres carrés.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour qu'un calcul de l'ordonnée à l'origine (β) de la régression linéaire (RL) soit considéré comme valide pour établir le diagnostic, on impose une répartition minimum de points correspondant aux couples de contrepression (dP) mesurée et de débit volumique (Qvol) de gaz d'échappement dans un nombre minimum d’intervalles de débit volumique (Qvol) de gaz d'échappement.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un nombre minimum de points dans un intervalle donné (I0-I9) est exprimé par un pourcentage calibrable de points par rapport à un total de points d’un échantillon.
  5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le nombre d'intervalles (I0-I9) de débit volumique (Qvol) de gaz d'échappement est calibrable.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre uniquement si une température extérieure est inférieure à 0°C.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que suite à un défaut lié à une détection de la présence de gel dans un piquage (16.1, 16.2), ledit procédé de diagnostic sera réhabilité dans le cas où l'ordonnée à l'origine (β) de la régression linéaire (RL) redevient comprise entre le seuil minimum (Smin) et le seuil maximum (Smax) pendant une durée calibrable.
  8. Calculateur (17) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé tel que défini selon l’une quelconque des revendications précédentes.
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