Brevet FR2848874A1 — publié le 20040625

L'invention porte sur un procédé pour surveiller le degré d'encrassement d'une installation de filtration et, en particulier, d'un filtre à air pour un moteur à combustion interne, dans lequel on mesure la chute de la pression (Ap) dans un élément de filtre dans une installation de 5 filtration et le flux massique (n) du milieu circulant dans l'élément de filtre, pour calculer ensuite à partir de ces valeurs mesurées et à l'aide d'une relation déterminée une valeur de référence (rp) et comparer cette valeur de référence (rp) avec une valeur de seuil (rp,um) correspondante, et dans lequel un signal de défaut est produit en cas d'un dépassement de la valeur (rp,Lim) 10 Un procédé de ce type est connu, grâce au document publié DE 199 51 962 Al, dans lequel on mesure, à l'aide d'une installation de détection d'un différentiel de pression, la différence de pression entre une section de circulation en amont et une section de circulation en aval de l'élément de filtre dans l'appareil de filtration En outre, une installation 15 de détection du débit est prévue pour déterminer le débit du flux massique traversant l'unité de filtre Les valeurs du différentiel de pression et du débit sont fournies à une installation électronique d'exploitation, o elles sont converties, à l'aide d'une relation spécifique, en une valeur d'état, qui est comparée avec une valeur de seuil prédéterminée Pour ce qui 20 concerne la relation utilisée pour la conversion, on peut utiliser une courbe caractéristique définissant la relation non linéaire qui existe entre le débit et la valeur du différentiel de pression Aussi longtemps que les valeurs mesurées restent dans une région autorisée, délimitée par une courbe caractéristique de valeurs de seuil, le filtre à air est pleinement 25 capable de fonctionner Lorsque la courbe caractéristique des valeurs de seuil est franchie, I'appareil de filtration est contaminé par un niveau d'encrassement excessif et un signal d'avertissement est produit, pour attirer l'attention du conducteur sur l'encrassement de l'appareil de filtration. Compte tenu de cet état de la technique, I'invention vise à résoudre le problème qui est celui d'une surveillance en continu et avec une précision améliorée du degré d'encrassement d'une installation de filtration et, en particulier, d'un filtre à air pour un moteur à combustion interne. Ce problème est résolu, selon l'invention, par le fait que l'on calcule la valeur de référence pour le degré d'encrassement (rp) de I'élément de filtre à l'aide de la relation rp =fkt(c* a) ) m dans laquelle fkt est une fonction générale, c est une constante, p est la densité du milieu, Ap est la chute de la pression dans l'élément de filtre, et m est le flux massique, selon des variantes d'exécution avantageuses, la fonction (fkt) a un profil linéaire, la constante (c) est donnée par la relation C=F-* Aq dans laquelle AQ est la surface de la section transversale de l'élément de filtre, le flux massique (m) est remplacé par un flux massique normalisé (m N) aux conditions normales (PN, TN) conformément à la 25 relation rn= PN*TO rn Mo Po TN dans laquelle P Nest la pression normale, T Nest la température normale, PO est la pression effective en amont de l'élément de filtre, To est la température effective en amont de l'élément de filtre et rmo est le flux massique effectif de l'élément de filtre, le degré d'encrassement (rp) est déterminé uniquement dans le 5 cas o le flux massique (m) dépasse une valeur de seuil de flux massique ( m Im). Selon l'invention, on utilise la relation de Bernouilli et une relation connue permettant de calculer le flux massique de l'air en 10 fonction de la surface de la section transversale, de la vitesse du flux massique et de la densité du milieu traversant le filtre à air, pour obtenir une relation permettant de déterminer l'indice de résistance au flux et de déterminer une valeur de référence qui est fonction de cet indice de résistance Cette façon d'opérer offre l'avantage que l'indice de 15 résistance au flux d'air n'a pas besoin d'être déterminé de manière explicite La relation utilisée permet en effet d'obtenir une valeur déterminée qui est une valeur de référence et celle-ci est comparée avec une valeur de seuil correspondante Cette valeur de référence peut être considérée comme définissant le degré d'encrassement et elle est 20 calculée, de manière générale, à l'aide de la relation rp= ftk (c * m à partir de la différence de pression mesurée au droit de l'élément de 25 filtre et à partir du flux massique traversant l'installation de filtration. Comme autre paramètre nécessaire pour déterminer le degré d'encrassement, il y a la densité du milieu, en l'occurrence la densité de l'air La fonction indiquée par "fkt" peut avoir ici aussi bien un profil linéaire qu'un profil non linéaire Dans le cas d'une fonction linéaire, il y a 30 une relation de proportionnalité, dans la relation ci-dessus, entre le degré d'encrassement, et la racine carrée de la chute de la pression, ainsi que le flux massique. Dans une variante d'exécution avantageuse, on peut utiliser pour le flux massique, un flux massique recalculé pour les conditions normales, c'està-dire à la température normale et également à la pression normale, en utilisant les valeurs effectivement mesurées de la 5 température et de la pression, en particulier en amont de l'élément de filtre de l'installation de filtration La conversion à des conditions normales a pour résultat une normalisation de la valeur de référence indicatrice du degré d'encrassement, ce qui permet d'obtenir, dans des conditions externes différentes, des valeurs de référence pour le degré 10 d'encrassement utilisées pour la comparaison avec la valeur de seuil correspondante, qui sont comparables De cette manière, on peut réaliser une détermination précise du degré d'encrassement effectif de l'élément de filtre. En outre, on peut prévoir que la valeur de référence, indicatrice 15 du degré d'encrassement, ne serait déterminée que dans le cas o le flux massique dépasserait une valeur de seuil du flux massique On garantit ainsi que la détermination du degré d'encrassement de l'installation ne se fait que lorsque le milieu traversant l'installation de filtration a une pression au-dessus d'une pression minimale, ce qui permet une meilleure 20 différentiation entre les courbes caractéristiques donnant la chute de la pression dans l'élément de filtre en fonction du flux massique pour différents degrés d'encrassement de l'élément de filtre. D'autres avantages et d'autres formes d'exécution appropriées peuvent être déduits de la description des figures et des 25 figures elles-mêmes Dans ces figures: la figure 1 est un schéma d'un agencement pour déterminer le degré d'encrassement d'une installation de filtration et, en particulier, d'un filtre à air pour un moteur à combustion 30 interne; et la figure 2 est un diagramme avec plusieurs profils de courbes donnant la chute de la pression dans l'installation de filtration en fonction du flux massique traversant l'installation de filtration. Comme on peut le voir sur le schéma de l'agencement de la figure 1, dans une installation de filtration, on mesure ou on détermine 5 à l'aide de dispositifs de mesure appropriés, la pression Po en amont d'un élément de filtre de l'installation de filtration, la pression pi en aval de l'élément de filtre, ainsi que la température To et le flux massique de l'air rn Mo en amont de l'élément de filtre. La pression pi mesurée en aval de l'élément de filtre est 10 soustraite de la pression Po mesurée en amont de l'élément de filtre, pour obtenir le différentiel de pression ou la chute de la pression Ap Dans une étape subséquente, la chute de la pression Ap est introduite dans un champ de caractéristiques 1 afin d'y subir un traitement. La pression Po et la température To, mesurées toutes deux en 15 amont de l'élément de filtre, sont utilisées ensemble avec le flux massique de l'air mo mesuré en amont de l'élément de filtre, dans un autre champ de caractéristiques 2, dans lequel un flux massique d'air normalisé m N est calculé pour les conditions normales, c'est-à-dire pour une pression normale PN ainsi que pour une température normale TN, 20 conformément à la relation Pa N T Om rn N = o Po T PO TNT Cette relation est représentée symboliquement par le champ de 25 caractéristiques 2 et elle est habituellement conservée en tant que fonction mathématique prédéterminée, dans une unité de réglage et de commande. Le flux massique normalisé m N est introduit, dans une opération subséquente, en même temps que la chute de la pression Ap, 30 dans le champ de caractéristiques 1, dans lequel est calculée la valeur de référence ou la valeur d'état du degré d'encrassement rp, conformément à la relation: rp = fkt(c* m N qui est représentée symboliquement sous la forme d'un champ de 5 caractéristiques 1 dans le schéma de l'agencement et cette relation mathématique est habituellement conservée dans l'unité de réglage et de commande Ici, p est la densité de la masse d'air circulant dans l'installation de filtration, Ap est la chute de la pression (déjà calculée) dans l'unité de filtre, m N est le flux massique normalisé et c est une constante, qui est 10 calculée en utilisant la relation C = -* Aq dans laquelle AQ est la surface de la section transversale de l'élément de 15 filtre, le cas échéant AQ peut également être la surface de la section transversale ouverte au flux en amont de l'élément de filtre, dans la région o sont effectuées les mesures. La fonction fkt peut aussi bien être une relation linéaire, qu'une relation non linéaire Dans le cas o la relation est linéaire, la 20 relation donnant le degré d'encrassement rp est habituellement simplifiée, sous la forme suivante r =fkt (c* p-A p m N Pour s'assurer de ce qu'une évaluation du degré d'encrassement rp ne soit effectuée que lorsque le flux massique dans l'installation de filtration atteint une valeur minimale permettant d'effectuer une évaluation suffisamment fiable du degré d'encrassement de l'élément de filtre, le flux massique normalisé m N est comparé avec 30 une valeur de seuil du flux massique mim correspondante dans une unité de comparaison 3, dans laquelle un signal logique, par exemple un signal d'interruption, est produit, qui est fourni à un commutateur 4 affecté au champ des caractéristiques 1 Le commutateur 4 commute entre une position de transmission du degré d'encrassement rp" 1 " hors du champ des caractéristiques 1 et une position d'interruption " O ". 5 Le commutateur 4 n'est à la position de transmission " 1 " que dans le cas o le flux massique normalisé effectif rn N dépasse la valeur de seuil du flux massique m Iim Autrement, le commutateur 4 est maintenu dans sa position d'interruption " O ", dans laquelle le degré d'encrassement rp n'est pas transmis ou une valeur O est produite pour le degré d'encrassement rp 10 et les opérations du cycle sont interrompues. Lorsque le flux massique normalisé m N dépasse le flux massique de seuil mim correspondant, et que, de ce fait, la valeur du degré d'encrassement rp est transmise par le commutateur 4, le degré d'encrassement rp est comparé dans une unité de comparaison 15 subséquente 5, avec une valeur de seuil rp,Ljm correspondante Dans le cas o la valeur obtenue pour le degré d'encrassement rp dans le champ des caractéristiques 1 dépasse la valeur de seuil rp,Lim correspondante, un signal de défaut SF est produit dans une unité d'exploitation subséquente 6, lequel peut soit prendre une forme adaptée par exemple la forme 20 d'un signal optique ou acoustique pour attirer l'attention du conducteur, soit être traité d'une manière appropriée Dans le cas o le degré d'encrassement rp ne dépasse pas la valeur de seuil rp,Lim, aucun signal de défaut SF n'est produit La valeur du degré d'encrassement rp peut également être soumise à un protocole d'enregistrement et ensuite être 25 utilisée pour d'autres investigations ou pour d'autres utilisations. La figure 2 montre différents profils de courbes représentant la variation de la chute de la pression Ap en fonction du flux massique normalisé m N, pour différents degrés d'encrassement On a représenté le profil des courbes donnant la chute de la pression pour un degré 30 d'encrassement de l'élément de filtre de O %, pour un degré d'encrassement de 50 % et pour un degré d'encrassement de 75 %. La forme de chaque courbe indique la présence d'une hystérésis. Comme cela ressort de cette figure, les courbes de la chute de la pression avec un degré d'encrassement de O % et avec un degré d'encrassement de 50 % se superposent pour l'essentiel Par contre, la courbe avec un degré d'encrassement de 75 % présente une chute de la pression Ap sensiblement plus élevée, mais ce n'est qu'au-dessus d'une 5 valeur de seuil du flux massique mlim que l'on observe une différence nette de cette courbe, sans superposition Pour cette raison, une interrogation est intercalée dans le processus de détermination du degré d'encrassement, pour déterminer si la valeur effective et mesurée du flux massique normalisé dépasse la valeur de seuil du flux massique m lim; 10 en dessous de la valeur de seuil du flux massique miim, on ne peut faire que des pronostics limités sur l'état d'encrassement de l'élément de filtre. De manière avantageuse, I'unité d'évaluation ne produit un signal de défaut que dans le cas o le degré d'encrassement déterminé rp dépasse la valeur de seuil prédéterminée rp,um En dessous de cette valeur de 15 seuil, I'encrassement de l'élément de filtre n'a pas encore produit une chute de la pression significative, de sorte que l'installation de filtration peut être maintenue en fonctionnement et cela jusqu'à ce qu'un degré d'encrassement plus important soit atteint. REVENDICATIONS 1 Procédé pour surveiller le degré d'encrassement d'une installation de filtration et, en particulier, d'un filtre à air pour un moteur à combustion interne, dans lequel on mesure la chute de la pression (Ap) 5 dans un élément de filtre dans une installation de filtration et le flux massique (rn) du milieu circulant dans l'élément de filtre, pour calculer ensuite à partir de ces valeurs mesurées et à l'aide d'une relation déterminée une valeur de référence (rp) et comparer cette valeur de référence (rp) avec une valeur de seuil (rp, Lum) correspondante, et dans lequel 10 un signal de défaut est produit en cas d'un dépassement de la valeur (rp,Lm) caractérisé en ce que, l'on calcule la valeur de référence pour le degré d'encrassement (rp) de l'élément de filtre à l'aide de la relation rp =fkt (c* Ap) m dans laquelle fkt est une fonction générale, c est une constante, p est la densité du milieu, Ap est la chute de la pression dans l'élément de filtre, et m est le flux massique. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction (fkt) a un profil linéaire, 3 Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la constante (c) est donnée par la relation C = /* Aq dans laquelle AQ est la surface de la section transversale de l'élément de filtre, 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le flux massique (m) est remplacé par un flux massique normalisé (m N) aux conditions normales (PN, TN)conformément à la relation r N= PN To *mo m_ Po TN dans laquelle PN est la pression normale, TN est la température normale, PO est la pression effective en amont de l'élément de filtre, To est la température effective en amont de l'élément de filtre et mo est le flux massique effectif de l'élément de filtre, Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le degré d'encrassement (rp) est déterminé 15 uniquement dans le cas o le flux massique (m) dépasse une valeur de seuil de flux massique (mlim).