Brevet FR2800873A1 — publié le 20010511

La présente invention est relative à un procédé de correction d'une mesure de la concentration en un gaz prédéterminé d'un mélange gaz et, plus particulièrement, à un tel procédé opérant une mesure tirée d'un signal délivré par un capteur sensible, outre à ladite concentration, à au moins un paramètre tel que la pression dudit mélange gaz et la température du capteur, ce procédé consistant à évaluer en continu la valeur dudit paramètre et à corriger ladite mesure de concentration en fonction de la valeur de ce paramètre. La présente invention est aussi relative à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On connait du document EP 488 791 un procédé du type décrit ci-dessus, appliqué à la compensation en température et/ou en pression d'un signal délivré par un capteur sensible à la concentration en oxygène des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, la mesure de cette concentration permettant de déterminer le rapport air/carburant du mélange qui alimente un tel moteur, ce rapport intervenant dans la gestion du fonctionnement du moteur, couramment assurée par un calculateur électronique. Le capteur utilisé à cet effet est du type dit typroportionnel" ou "linéaire" délivrant un signal électrique proportionnel à la concentration en oxygène à mesurer. Un tel capteur est bien connu et constitué par une double cellule électrochimique dont l'une est alimentée par un courant pompage d'oxygène constituant le signal de mesure. Celui-ci étant sensible, non seulement à la concentration en oxygène des gaz d'échappement du moteur, mais aussi à la pression de ces gaz au niveau du capteur à la température du capteur lui-même, des moyens sont prévus pour corriger le signal délivré par le capteur, en fonction des valeurs de cette pression et de cette température, obtenues mesures ou estimations. Les corrections ainsi opérées présentent cependant un caractère statique seulement et ne prennent donc pas en compte les tendances des variations de pression et de température observées, ce qui rend corrections peu efficaces en particulier lorsque des variations ou fluctuations transitoires affectent cette pression et cette température. présente invention a précisément pour but de fournir un procédé de correction de la mesure de la concentration d'un gaz prédéterminé entrant dans la composition d'un mélange de gaz,. tel que cette concentration est mesurée par un capteur sensible, outre à cette concentration, à la pression du mélange et, éventuellement, à la température du capteur -même, ce procédé étant conçu pour être efficace toute situation, et, notamment, quand des fluctuations transitoires affectent la valeur de cette pression et de cette température. On atteint ce but de l'invention, ainsi d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de correction d'une mesure de la concentration en un gaz prédéterminé d'un mélange de gaz, cette mesure étant tirée d'un signal délivre par un capteur sensible, outre à ladite concentration, à au moins un paramètre choisi parmi la pression du mélange de gaz et la température du capteur, procédé suivant lequel on évalue en continu la valeur du paramètre et on corrige la mesure de concentration en fonction de valeur de ce paramètre, ce procédé étant remarquable en ce qu'on applique une correction dynamique à la valeur évaluée du paramètre et on introduit la valeur du paramètre ainsi corrigée dynamiquement dans le calcul la valeur corrigée de la concentration en gaz. Suivant d'autres caractéristiques de la présente invention, lorsque ce procédé est appliqué 1 la correction de la mesure délivrée par un capteur sensible à la fois à la pression du mélange de gaz et à la température du capteur, on introduit dans le calcul de la valeur corrigée de la mesure de concentration des valeurs corrigées dynamiquement des valeurs évaluées la pression et de la température. Ces corrections dynamiques sont obtenues par un filtrage du deuxième ordre des valeurs évaluées. Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, celle-ci fournit un dispositif comprenant des moyens d'évaluation d'au moins un paramètre du groupe formé la pression du mélange de gaz et la température du capteur et des moyens de correction statique du signal délivré par le capteur, ce dispositif étant remarquable en ce qu'il comprend des moyens de correction dynamique dudit paramètre et des moyens pour délivrer ledit paramètre corrigé dynamiquement auxdits moyens de correction statique. Comme on le verra plus loin en détail, le procédé suivant l'invention ajoute ainsi des corrections dynamiques aux corrections statiques connues la technique antérieure, l'ensemble de ces corrections permettant de débarrasser efficacement le signal délivré par le capteur des influences de la pression et de la température, aussi bien en régime permanent qu'en régime transitoire du courant de gaz à analyser. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un dispositif assurant la mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention, et - les figures 2 et 3 sont des graphes illustrant le fonctionnement du dispositif de la figure 1. On se refère à la figure 1 du dessin annexé où l'on a schématisé par un bloc un capteur 1 de la concentration d'un gaz prédéterminé contenu dans un mélange de ce capteur pouvant, à titre illustratif et non limitatif seulement, être du type de celui décrit en préambule de la présente description, conçu pour délivrer un signal proportionnel à la concentration en oxygène gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. on sait qu'un tel capteur à double cellule électrochimique est couramment conditionné en température par des moyens de chauffage associés (non représentés). La température du capteur peut néanmoins fluctuer du fait par exemple de variations débit ou de la température gaz d'échappement qui passent sur le capteur. Le signal de sortie V du capteur en est affecté, ce signal prenant la forme d'une tension relevée aux bornes d'une résistance alimentée un courant électrique ip de pompage d'oxygène dans une cellule du capteur 1, ce courant étant proportionnel à la concentration en oxygène à mesurer. Toutes ces dispositions sont bien connues de l'homme de métier et exigent pas une description plus complete. Le dispositif suivant l'invention comprend donc, de manière connue, des moyens 2,3 conçus pour évaluer la température du capteur 1 et la pression du mélange de gaz dans lequel ce capteur est plongé, du fait du montage de ce capteur à l'intérieur d'une ligne d'échappement des gaz sortant d'un moteur à combustion interne, par exemple. Ces moyens d'évaluation 2,3 peuvent être constitués chacun par un capteur de mesure du paramètre concerné ou par un estimateur logiciel de ce paramètre. C'est ainsi que la température du capteur peut être déduite une estimation ou d'une mesure de celle des gaz d'échappement, à 'aide d'un tel estimateur logiciel. Suivant la technique antérieure à la présente invention, les valeurs de température et de pression ainsi évaluées sont directement délivrées à des moyens de correction statique 4 également alimentés par le signal V de sortie du capteur 1. Ces moyens de correction peuvent être des moyens logiciels classiquement programmés pour délivrer un signal corrigé V, débarrassé de variations parasites induites par la sensibilité du capteur à la pression P et à la température T. Comme on l'a plus haut, ces moyens de correction statique sont inadaptés pour débarrasser le signal V de variations induites par variations transitoires de la pression ou la température prises en compte. Suivant la présente invention, on surmonte cette difficulté en installant dans le dispositif des moyens de correction dynamique 5,6 des signaux délivrés les moyens d'évaluation 2,3 respectivement, ces moyens 5,6 délivrant aux moyens de correction statique 4 des signaux corrigés Tc,Pc de pression et de température, respectivement. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les capteurs ou estimateurs 2,3 délivrent des signaux échantillonnés et les moyens de correction 5,6 sont constitués par des filtres logiciels assurant un filtrage numérique du deuxième ordre des signaux reçus, ce filtrage étant défini par le système d'équations suivant : - A,B,C,D et Kd sont des constantes fonctions des caractéristiques du capteur 1, et du signal corrigé - At est la période d'échantillonnage, - Xct représente la valeur corrigée Tct Pct par les filtres 5 et 6, respectivement, de la pression ou de la température, échantillonnée à l'instant t. Il apparaît que Xft et Dt sont valeurs intermédiaires, intervenant dans le processus calcul des valeurs corrigées recherchées, et que valeurs intermédiaires combinent les échantillons successifs de Xf de Xc. Le filtrage du deuxième ordre ainsi appliqué aux valeurs brutes des paramètres P et T, estimées ou mesurées, permet de prendre en compte efficacement les variations transitoires de ces paramètres. Le graphe de la figure 2 illustre cette efficacité. On représenté sur cette figure l'évolution de la pression P estimée ou mesurée, lors d'un brusque saut de pression, de 1010 mb à 1250 mb par exemple. on a représenté en trait fin le signal brut P et en trait plus épais le signal Pc corrigé par le filtre 6, ce dernier étant largement débarrassé des oscillations transitoires qui affectent le signal P. On observe le même phénomène en traitant de même le signal T de température. Les signaux Tc et Pc ainsi corrigés sont fournis aux moyens de correction statique 4, en même temps que le signal V délivré par le capteur 1. Les moyens 4 peuvent comprendre à cet effet des moyens logiciels de calcul d'une valeur corrigée Vc de ce dernier signal à partir de l'expression suivante : où (x,y,Po et To sont des paramètres dépendant du capteur. Le graphe de la figure 3 illustre l'influence des corrections décrites ci-dessus sur le signal de sortie Vc (en trait épais) dans le cas où le saut de pression illustré par le graphe de la figure 2 intervient alors que la température du capteur 1 et la concentration gaz mesuree restent sans changement. Il apparaît que signal à la fois corrigé statiquement et dynamiquement par le procédé de correction suivant la présente invention, reste évidemment sensiblement constant et que ses faibles fluctuations transitoires résultent seulement de celles qui affectent les concentrations des gaz vues par le capteur et non de celles qui affectent le signal de pression P. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donne qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que, outre application à la mesure de la concentration de l'un quelconque des gaz entrant dans la composition des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, tels l'oxygène, les oxydes d'azote, les hydrocarbures imbrûlés, etc-, l'invention est applicable à la mesure de la concentration de tout gaz d'un mélange de gaz quand cette mesure peut être affectée par des fluctuations pression et/ou de température. C'est ainsi encore que les filtres dynamiques 5 et 6, décrits ci-dessus comme développant des fonctions de filtrage du deuxième ordre pourraient en fait être différents si leur adaptation au signal traité l'exige. REVENDICATIONS 1. Procédé de correction d'une mesure de la concentration en un gaz prédéterminé d'un mélange de gaz, ladite mesure étant tirée d'un signal délivré par un capteur (1) sensible, outre à ladite concentration, à au moins un paramètre choisi parmi la pression (P) dudit mélange de gaz et la température (T) dudit capteur, procédé suivant lequel on évalue en continu valeur dudit paramètre (P,T) et on corrige ladite mesure de concentration en fonction de la valeur de ce paramètre, procédé caractérisé en ce qu'on applique une correction dynamique ' la valeur évaluée dudit paramètre T) et on introduit ladite valeur (Pc,Tc) du paramètre ainsi corrigée dynamiquement dans le calcul de ladite valeur corrigée ladite concentration en gaz. 2. Procédé conforme à la revendication 1, appliqué à la correction de la mesure (V) délivrée par un capteur (1) sensible à la fois à la pression (P) dudit melange de gaz et à température du capteur (1), caractérisé en ce qu'on introduit dans le calcul de la valeur corrigée (Vc) de cette mesure des valeurs corrigées dynamiquement des valeurs évaluées de ladite pression (P) et ladite température (T). 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ces corrections dynamiques sont obtenues par un filtrage du deuxième ordre. 4. Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ledit filtrage est un filtrage numérique représenté par le système d'équations : Xct est la valeur corrigée de la pression (P) mélange de gaz, ou de la température (T) du capteur (1) échantillonnée à l'instant t, Xft et Dt des valeurs échantillonnées intermédiaires, A, C,D et Kd des constantes, fonction caractéristiques du capteur (1) et du signal corrigé. 5 Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 5, appliqué à un capteur (1) concentration en oxygène des gaz d'échappement dl moteur à combustion interne, délivrant un signal électrique (V) proportionnel à ladite concentration, caractérisé en ce qu'on tire une valeur corrigée (Vc) ce signal de la relation : où a, Po et To sont des paramètres dépendant du capteur 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à comprenant des moyens (2,3) dévaluation d'au moins paramètre du groupe formé par la pression (P) dudit mélange de gaz et la température (T) dudit capteur, et des moyens (4) de correction statique du signal délivré par ledit capteur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de correction dynamique (5,6) dudit paramètre (P,T) des moyens pour délivrer ledit paramètre corrigé dynamiquement auxdits moyens (4) de correction statique. 7 Dispositif conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de correction dynamiques (5,6) sont constitués par au moins un filtre du deuxième ordre. 8. Utilisation du dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 6 et 7, à la mesure de la concentration d'un gaz predéterminé contenu dans les gaz d'échappement d'un moteur ' combustion interne. 9. Utilisation conforme à la revendication 8, dans laquelle ledit gaz prédéterminé est choisi dans le groupe formé par : l'oxygène, un oxyde d'azote, un hydrocarbure.