FR3128251A1 - Procédé de diagnostic de la plausibilité de dérive d’un capteur débitmètre d’air dans un moteur thermique - Google Patents

Procédé de diagnostic de la plausibilité de dérive d’un capteur débitmètre d’air dans un moteur thermique Download PDF

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Abstract

Titre : PROCÉDÉ DE DIAGNOSTIC DE LA PLAUSIBILITÉ DE DÉRIVE D’UN CAPTEUR DÉBITMÈTRE D’AIR DANS UN MOTEUR THERMIQUE Ce procédé de diagnostic de la plausibilité de dérive d’un capteur débitmètre d’air adapté pour la mesure directe du débit d’air frais entrant dans un moteur thermique associé à un circuit d’admission d’air et à un circuit d’échappement des gaz brûlés ayant une recirculation des gaz d'échappement vers l’admission commandée par une vanne de réglage de débit ou un boîtier-papillon, le procédé comprenant pas d’étape de coupure de la vanne de recirculation des gaz d'échappement, et comportant une étape de calcul de la médiane de première, deuxième, troisième et quatrième valeurs de débit d'air frais par des méthodes différentes, et une étape de comparaison de la valeur renvoyée par le débitmètre d’air avec la médiane précédemment calculée. Figure pour l’abrégé : aucune

Description

PROCÉDÉ DE DIAGNOSTIC DE LA PLAUSIBILITÉ DE DÉRIVE D’UN CAPTEUR DÉBITMÈTRE D’AIR DANS UN MOTEUR THERMIQUE
La présente invention concerne les procédés de diagnostic d’un débitmètre de moteur thermique permettant de déterminer s’il est défectueux ou s’il dérive, notamment en cas de fuite d’air admission.
La présente invention vise à constituer un procédé de diagnostic qui permet de diagnostiquer pratiquement en continu la dérive du débitmètre d’air ou diagnostiquer une fuite admission, sans nécessairement couper la recirculation des gaz d'échappement.
Techniques antérieures
Sur des moteurs à essence ou diesel équipés d’un débitmètre, la norme impose le diagnostic embarqué d’une dérive de ce capteur pour vérifier l’absence de fuite d’air à l’admission.
Les diagnostics actuels comparent un modèle de remplissage du moteur, qui utilise des capteurs de pression et de température, avec le débitmètre d’air.
Cela nécessite de couper la recirculation des gaz d'échappement, et ce pendant cinq à dix secondes, ce qui impacte l’efficience de la dépollution et augmente la consommation, puisque la recirculation permet, lorsqu’elle n’est pas coupée, de diminuer les rejets d’oxydes d’azote d’un moteur diesel et la consommation de carburant et des émissions de dioxyde de carbone d’un moteur essence.
Il est donc nécessaire de pouvoir limiter ces coupures autant que possible sans restreindre les capacités de diagnostic embarqué.
La demande de brevet FR2010965 divulgue un procédé de diagnostic d’un débitmètre d’air dans un moteur à combustion interne suralimenté, comportant au moins un circuit de recirculation partielle à basse pression des gaz d’échappement à l’admission du moteur, et pouvant comporter en outre un circuit de recirculation partielle à haute pression des gaz d’échappement à l’admission du moteur, ledit procédé comprenant au moins une étape de coupure du recyclage des gaz d’échappement puis une étape de diagnostic principal dans laquelle : on mesure une première valeur du débit d’air admis dans le moteur par le débitmètre ; on calcule une deuxième valeur du débit d’air grâce à un modèle de remplissage des cylindres du moteur ; et, on conclut que le débitmètre est en bon état ou défaillant respectivement quand la valeur absolue de l’écart entre ladite première et ladite deuxième valeur est inférieure ou supérieure à un seuil.
Ce procédé vise à résoudre le problème de coupure de circuit de recirculation, mais manque de précision car le pré diagnostic ne permet pas toujours de conclure.
Au contraire, l’invention permet d’obtenir un diagnostic qui minimise l’incertitude sur le diagnostic et qui ne nécessite pas la coupure systématique du circuit de recirculation.
La demande de brevet US2008/0270011 utilise une comparaison d’un modèle avec le débitmètre d’air, avec de nombreuses variations de réglages de mode de combustion et de température, et ne permet pas d’avoir un modèle de débit d’air frais précis.
La demande de brevet JP2006329138 décrit une estimation du débit compresseur basée sur la vitesse de rotation du turbocompresseur et du ratio de compression pour ensuite le comparer au débitmètre d’air. Le problème est l’obtention de la vitesse du turbocompresseur qui provient soit d’un capteur du régime turbocompresseur qui n’est pas disponible sur tous les moteurs, soit d’un modèle turbine peu fiable pour les turbocompresseurs.
Les demandes de brevet DE102014105838 et FR3053117 décrivent l’utilisation d’un capteur de pression dans les cylindres, qui n’est pas présent sur tous les véhicules thermiques, pour déterminer la masse d’air enfermée dans le cylindre, ce qui n’est pas fonctionnel en pratique.
L’invention a pour but de pallier au moins certains des inconvénients précités et de proposer un procédé de diagnostic capable de cumuler des avantages de précision, stabilité et fiabilité pour sa mise en œuvre.
Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet un procédé de de diagnostic de la plausibilité de dérive d’un capteur débitmètre d’air adapté pour la mesure directe du débit d’air frais entrant dans un moteur thermique associé à un circuit d’admission d’air et à un circuit d’échappement des gaz brûlés ayant une recirculation des gaz d'échappement vers l’admission, l’admission étant commandée par un volet d’admission et la recirculation des gaz d’échappement par une vanne de recirculation, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- une étape de mesure d’une première valeur de débit d'air frais dans la ligne d'admission par ledit débitmètre,
- une étape d'estimation d’une deuxième valeur de débit d'air frais dans la ligne d'admission à partir d’un modèle de remplissage appliqué au débit d’air gazeux total entrant dans le moteur et d’un premier ensemble de débits d’airs annexes à la ligne d'admission,
- une étape de calcul d’une troisième valeur de débit d'air frais dans la ligne d'admission à partir d’une équation d’hydrodynamique de Barré de Saint-Venant aux bornes du volet d’admission et d’un deuxième ensemble de débits gazeux annexes à la ligne d’admission,
- une étape de calcul d’une quatrième valeur de débit d'air frais dans la ligne d'admission donné par un débit de carburant et un signal d’une sonde de richesse montée dans le circuit d’échappement du moteur.
Le procédé n’impose donc pas de coupure de la vanne de recirculation des gaz d'échappement, mais comporte en outre une étape de calcul de la médiane des première, deuxième, troisième et quatrième valeurs de débit d'air frais, et une étape de comparaison de la valeur renvoyée par le débitmètre d’air avec la médiane précédemment calculée.
De préférence, le premier ensemble de débits gazeux annexes à la ligne d'admission comprend un débit de gaz d'échappement recyclés à l’admission du moteur. Il peut s’agir par exemple d’un débit de gaz d’échappement recyclés à haute pression, ou d’un débit de gaz d’échappement recyclés à basse pression, ou des deux en combinaison.
En outre, le premier ensemble de débits gazeux annexes à la ligne d'admission peut comprendre un débit gazeux provenant de la purge d’un réservoir de vapeurs de carburant.
Avantageusement, le réservoir de vapeurs de carburant fait partie d’un circuit de purge ayant un premier point de débouché juste après le débitmètre et un deuxième point de débouché après le volet d’admission. En variante, un seul point de débouché parmi les deux peut être présent.
La deuxième valeur de débit d’air, notée , est donnée par le calcul correspondant à l’équation 1 suivante :
Avec :
  • est le débit total donné par le modèle de remplissage en fonction au moins de la pression et de la température dans le collecteur d’admission du moteur et du régime moteur,
  • est un débit de gaz d'échappement recyclés à haute pression, calculé en utilisant la relation de Barré de Saint-Venant aux bornes du circuit de recirculation des gaz d'échappement à haute pression :
où :
  • est la section aéraulique de la vanne de recirculation à haute pression, calibrée en fonction de la recopie de position angulaire de ladite vanne,
  • r est la constante massique des gaz parfaits pour l’air,
  • est la pression en amont de la vanne de recirculation des gaz d'échappement à haute pression, issue d’un capteur ou d’un modèle,
  • est la pression en aval de la vanne de recirculation des gaz d'échappement à haute pression, issue d’un capteur ou d’un modèle,
  • est la température en amont de la vanne de recirculation des gaz d'échappement à haute pression, issue d’un capteur ou d’un modèle
  • est la fonction de Barré de Saint-Venant,
  • est le débit des gaz d'échappement recyclés à basse pression calculé en utilisant la relation de Barré de Saint-Venant aux bornes du circuit de recirculation des gaz d'échappement à basse pression :
Avec :
  • est la section aéraulique de la vanne de recirculation à basse pression calibrée en fonction de la recopie de position angulaire de ladite vanne,
  • est la pression en amont de la vanne de recirculation des gaz d'échappement à basse pression, issue d’un capteur ou d’un modèle,
  • est la pression en aval de la vanne de recirculation des gaz d'échappement à basse pression, issue d’un capteur de pression ou d’un modèle,
  • est la température en amont de la vanne de recirculation des gaz d'échappement à basse pression, issue d’un capteur ou d’un modèle,
  • sont les débits estimés de vapeurs de carburant réintroduits à l’admission du moteur respectivement en aval du débitmètre et en aval du volet d’admission, l’estimation étant réalisée par exemple en utilisant également le principe de Barré de Saint-Venant sur des vannes de commande des circuits de purge reliant le réservoir de vapeurs de carburant à l’admission du moteur.
Selon une forme de réalisation, la médiane calculée est comparée à la première valeur de débit d'air frais :
- en calculant un ratio de diagnostic donné par le quotient de ladite première valeur sur la médiane, auquel quotient est soustrait un, puis
- en calculant l’erreur de diagnostic donnée par la différence entre ledit ratio de diagnostic et zéro, puis
- en intégrant dans le temps ladite erreur de diagnostic, puis
- en comparant l’intégrale de diagnostic obtenue à une première valeur seuil prédéfinie permettant le diagnostic de dérive du débitmètre d’air.
Dans un mode de réalisation, on définit un intervalle de non-diagnostic défini par une deuxième valeur seuil et une troisième valeur seuil inférieure à ladite deuxième valeur seuil, et
  • si le ratio de diagnostic est inférieur à la deuxième valeur seuil, l’intégrale de diagnostic est diminuée de ladite deuxième valeur seuil moins la valeur absolue du ratio, avant sa comparaison à la première valeur seuil,
  • si le ratio de diagnostic est dans l’intervalle de non-diagnostic, l’intégrale de diagnostic est maintenue égale à elle-même pour sa comparaison à la première valeur seuil,
  • si le ratio de diagnostic est supérieur à la troisième valeur seuil, l’intégrale de diagnostic est diminuée de ladite troisième valeur seuil moins la valeur absolue du ratio, avant sa comparaison à la première valeur seuil.
Par exemple, de manière non limitative, la première valeur seuil est comprise entre quinze et vingt-cinq centièmes.
Par exemple, le procédé peut prévoir que la troisième valeur de débit d’air, notée , soit donnée par le calcul correspondant à l’équation 2 suivante :
où : désigne le débit gazeux traversant le volet d’admission
  • est la section aéraulique calibrée en fonction de la recopie de position angulaire du volet d’admission,
  • est la pression en amont du volet d’admission donnée par un capteur de pression,
  • : Pression en aval du volet d’admission (capteur de pression collecteur ou modèle de pression aval volet d’admission),
  • : température en amont du volet d’admission (issue d’un capteur ou d’un modèle),
r est la constante massique des gaz parfaits pour l’air.
On notera que dans cette équation 2, contrairement au débit gazeux total estimé grâce au modèle de remplissage, le débit gazeux traversant le volet d’admission ne comprend ni le débit de gaz d’échappement recyclés à haute pression, ni le débit de vapeurs de carburant introduit à l’entrée du collecteur d’admission, ces deux débits étant introduits en aval dudit volet.
De préférence, on conditionne la prise en compte ou non de chacune des première, deuxième, troisième et quatrième valeurs de débits pour calculer la médiane à une stabilité desdites valeurs de débits, de manière à prendre en compte que les débits ne sont pas temporellement synchronisés et à écarter des effets transitoires sur les débits susceptibles de les éloigner de leurs points de fonctionnement stabilités.
L'invention concerne également un procédé dans lequel on ajoute au moins l’une des conditions de précision suivantes qui permettent de prendre en compte ou non les première, deuxième, troisième et quatrième valeurs de débits pour calculer la médiane :
- pour chaque équation d’hydrodynamique de Barré de Saint-Venant, exiger que le rapport entre la pression amont et la pression aval dépasse une quatrième valeur seuil,
- pour le calcul de la quatrième valeur de débit, exiger que le débit carburant ne passe sous une cinquième valeur seuil au-dessous de laquelle la dispersion de réalisation de la quantité injectée réelle de carburant par rapport à sa consigne est trop élevée,
- pour le calcul de la quatrième valeur de débit, exiger que la richesse ne passe sous une sixième valeur seuil au-dessous de laquelle l’imprécision de mesure de la sonde de richesse est grande, notamment supérieure à un pourcent.

Claims (11)

  1. Procédé de diagnostic de la plausibilité de dérive d’un capteur débitmètre d’air adapté pour la mesure directe du débit d’air frais entrant dans un moteur thermique associé à un circuit d’admission d’air et à un circuit d’échappement des gaz brûlés ayant un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à l’admission, l’admission étant commandée par un volet d’admission et la recirculation des gaz d’échappement par une vanne de recirculation, le procédé comprenant les étapes suivantes :
    - une étape de mesure d’une première valeur de débit d'air frais dans la ligne d'admission par ledit débitmètre,
    - une étape d'estimation d’une deuxième valeur de débit d'air frais dans la ligne d'admission à partir d’un modèle de remplissage appliqué au débit gazeux total entrant dans le moteur et d’un premier ensemble de débits gazeux annexes à la ligne d'admission,
    - une étape de calcul d’une troisième valeur de débit d'air frais dans la ligne d'admission à partir d’une équation d’hydrodynamique de Barré de Saint-Venant aux bornes du volet d’admission et d’un deuxième ensemble de débits gazeux annexes à la ligne d’admission,
    - une étape de calcul d’une quatrième valeur de débit d'air frais dans la ligne d'admission donné par un débit carburant et un signal d’une sonde de richesse montée dans le circuit d’échappement du moteur,
    le procédé étant caractérisé en ce qu’il n’impose pas de coupure de la vanne de recirculation des gaz d'échappement, et en ce qu’il comporte en outre une étape de calcul de la médiane des première, deuxième, troisième et quatrième valeurs de débit d'air frais, et une étape de comparaison de la valeur renvoyée par le débitmètre d’air avec la médiane précédemment calculée.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier ensemble de débits gazeux annexes à la ligne d'admission comprend un débit de gaz d'échappement recyclés à l’admission du moteur.
  3. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier ensemble de débits gazeux annexes à la ligne d'admission comprend un débit gazeux provenant de la purge d’un réservoir de vapeurs de carburant.
  4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le réservoir de vapeurs de carburant fait partie d’un circuit de purge ayant au moins un premier point de débouché après le débitmètre ou au moins un deuxième point de débouché après le volet d’admission, et dans lequel la deuxième valeur de débit, notée , est donnée par le calcul suivant :

    Avec :
    • est le débit gazeux total dans le moteur donné par le modèle de remplissage en fonction au moins de la pression et de la température dans le collecteur d’admission du moteur, et du régime moteur,
    • est un débit de gaz d'échappement recyclés à haute pression, calculé en utilisant la relation de Barré de Saint-Venant aux bornes du circuit de recirculation des gaz d'échappement à haute pression :

    où :
    • est la section aéraulique de la vanne de recirculation du circuit de recirculation à haute pression, calibrée en fonction de la recopie de position angulaire de ladite vannez d'échappement haute pression,
    • r est la constante massique des gaz parfaits pour l’air,
    • est la pression en amont de ladite vanne, issue d’un capteur ou d’un modèle,
    • est la pression en aval de ladite vanne, issue d’un capteur ou d’un modèle,
    • est la température en amont de ladite vanne, issue d’un capteur ou d’un modèle
    • est la fonction de Barré de Saint-Venant,
    • est un débit de gaz d'échappement recyclés à basse pression, calculé en utilisant la relation de Barré de Saint-Venant aux bornes du circuit de recirculation des gaz d'échappement à basse pression :

    Avec :
    • est la section aéraulique de la vanne de recirculation du circuit de recirculation à basse pression, calibrée en fonction de la recopie de position angulaire de ladite vanne,
    • est la pression en amont de ladite vanne, issue d’un capteur ou d’un modèle,
    • est la pression en aval de ladite vanne, issue d’un capteur de pression ou d’un modèle,
    • est la température en amont de ladite vanne, issue d’un capteur ou d’un modèle,
    • sont les débits estimés, en utilisant également la relation de Barré de Saint-Venant, de gaz provenant de la purge du réservoir de vapeurs de carburant renvoyés respectivement en aval du débitmètre et en aval du volet d’admission.
  5. Procédé selon l’une des revendications 3 et 4, dans lequel la médiane calculée est comparée à la première valeur de débit d'air frais :
    - en calculant un ratio de diagnostic donné par le quotient de ladite première valeur sur la médiane, auquel quotient est soustrait un, puis
    - en calculant l’erreur de diagnostic donnée par la différence entre ledit ratio de diagnostic et zéro, puis
    - en intégrant dans le temps ladite erreur de diagnostic, puis
    - en comparant l’intégrale de diagnostic obtenue à une première valeur seuil prédéfinie permettant le diagnostic de dérive du débitmètre d’air.
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on définit un intervalle de non-diagnostic défini par une deuxième valeur seuil et une troisième valeur seuil inférieure à ladite deuxième valeur seuil, et
    - si le ratio de diagnostic est inférieur à la deuxième valeur seuil, l’intégrale de diagnostic est diminuée de ladite deuxième valeur seuil moins la valeur absolue du ratio, avant sa comparaison à la première valeur seuil,
    - si le ratio de diagnostic est dans l’intervalle de non-diagnostic, l’intégrale de diagnostic est maintenue égale à elle-même pour sa comparaison à la première valeur seuil,
    - si le ratio de diagnostic est supérieur à la troisième valeur seuil, l’intégrale de diagnostic est diminuée de ladite troisième valeur seuil moins la valeur absolue du ratio, avant sa comparaison à la première valeur seuil.
  7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième ensemble de débits gazeux annexes comprend au moins un débit de gaz d’échappement recyclés à basse pression.
  8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième ensemble de débits gazeux annexes comprend au moins un débit de gaz provenant de la purge du réservoir de vapeurs de carburant renvoyé en aval du débitmètre.
  9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel la troisième valeur de débit, notée , est donnée par le calcul suivant :

    où : désigne le débit gazeux traversant le volet d’admission,
    • est la section aéraulique du volet d’admission calibrée en fonction de la recopie de position angulaire dudit volet
    • est la pression en amont du volet d’admission donnée par un capteur de pression sur le moteur,
    • : est la pression en aval du volet d’admission
    • : est la température en amont du volet d’admission
    • r est la constante massique des gaz parfaits pour l’air.
  10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on conditionne la prise en compte ou non de chacune des première, deuxième, troisième et quatrième valeurs de débits pour calculer la médiane à une stabilité desdites valeurs de débits, de manière à prendre en compte que les débits ne sont pas temporellement synchronisés et à écarter des effets transitoires sur les débits susceptibles de les éloigner de leurs points de fonctionnement stabilisés.
  11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on ajoute au moins l’une des conditions de précision suivantes qui permettent de prendre en compte ou non les première, deuxième, troisième et quatrième valeurs de débits pour calculer la médiane :
    - pour chaque équation d’hydrodynamique de Barré de Saint-Venant, exiger que le rapport entre la pression amont et la pression aval dépasse une quatrième valeur seuil,
    - pour le calcul de la quatrième valeur de débit, exiger que le débit carburant ne passe sous une cinquième valeur seuil au-dessous de laquelle la dispersion de réalisation de la quantité injectée réelle de carburant par rapport à sa consigne est trop élevée,
    - pour le calcul de la quatrième valeur de débit, exiger que la richesse ne passe sous une sixième valeur seuil au-dessous de laquelle l’imprécision de mesure de la sonde de richesse est grande, notamment supérieure à un pourcent.
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