Brevet FR2921722A3 — publié le 20090403

FR 2921722 A3 20090403 FR 0757930 A 20070928 Procédé et dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un capteur. L'invention concerne un procédé de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un capteur. Elle s'applique en particulier aux capteurs équipant les moteurs à combustion interne. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Afin de piloter un moteur à combustion interne de la meilleure façon possible, il est nécessaire de connaître son état de fonctionnement. Les informations concernant cet état de fonctionnement sont fournies à une unité de commande électronique (U.C.E) par divers capteurs. Grâce à ces informations, l'U.C.E pilote les actionneurs du moteur et modifie le comportement du moteur afin qu'il soit optimal. Les signaux en provenance des différents capteurs équipant le moteur sont donc extrêmement importants pour le contrôle du moteur par l'U.C.E. Il arrive toutefois que ces capteurs fournissent des signaux erronés, ou que ces capteurs soient défaillants. Il faut donc détecter les occurrences des ces défaillances afin qu'elles soient prises en compte par l'U.C.E. Ces détections de défaillance peuvent par exemple permettre à l'U.C.E. de faire fonctionner le moteur dans un mode dit "dégradé" dans lequel les performances du moteur sont diminuées afin de le préserver. La publication JP10018920 propose un procédé de diagnostic d'un capteur situé dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne. Lors 2921722 -2 de la mise en oeuvre de ce procédé, on analyse les variations des signaux émis par le capteur suite à l'ouverture d'une vanne de la ligne d'échappement. 5 Ce type de diagnostic est indirecte car il requiert l'actionnement d'une vanne pour sa mise en oeuvre. De plus, le diagnostic est impossible à réaliser si la vanne ne fonctionne plus. En outre la qualité du diagnostic est fonction des dispersions et/ou des dérives des composants influençant l'échappement des gaz usagés du moteur. 10 Le document WO2005085619 propose un procédé de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un capteur durant lequel on surveille la température environnant le capteur à diagnostiquer à l'aide d'un capteur de température. Si la température environnante est inférieure à un seuil, les signaux en 15 provenance du capteur ne seront pas pris en compte pour le pilotage du moteur. La mise en oeuvre de ce procédé nécessite l'utilisation d'un capteur de température. Si ce capteur de température est défaillant, le diagnostic du 20 capteur de pression sera erroné. Un des buts de l'invention est de résoudre les problèmes de l'état de la technique en fournissant un procédé et un dispositif de diagnostic d'un capteur utilisant uniquement l'information en provenance du capteur à 25 diagnostiquer et donc indépendant d'autres actionneurs ou d'autres capteurs. L'invention propose donc un procédé de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un capteur délivrant un signal pulsé équipant un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que : - 3 l'on compte le temps durant lequel une grandeur fonction de la valeur du signal délivré par le capteur est inférieure à un seuil prédéterminé et -on compare cette durée à une valeur prédéterminée pour diagnostiquer l'état de fonctionnement du capteur. Selon d'autres caractéristiques du procédé: - on calcule la valeur moyenne du signal pulsé et on mesure une valeur instantanée du signal pulsé délivré par le capteur; - on calcule la valeur absolue de la différence entre la valeur moyenne du signal pulsé délivré par le capteur et la valeur instantanée mesurée et on compare cette valeur absolue à un seuil; - si la valeur absolue est inférieure à un seuil prédéterminé, on incrémente un compteur de temps d'une première valeur et on décrémente ce compteur d'une seconde valeur sinon; - on compare la valeur du compteur de temps à une valeur de temps prédéterminée et on déclare le capteur défaillant si la valeur du compteur de temps est supérieure à la valeur de temps prédéterminée. L'invention concerne également un dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un capteur délivrant un signal pulsé équipant un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure 25 de la durée durant laquelle la valeur du signal délivré par le capteur dépasse un seuil et des moyens de comparaison de cette durée à une valeur prédéterminée pour diagnostiquer l'état de fonctionnement du capteur. 10 15 20 Dans un mode de réalisation, le dispositif comporte des moyens de calcul de - 4 la valeur moyenne du signal pulsé et des moyens de mesure d'une valeur instantanée du signal pulsé délivré par le capteur. Dans un mode de réalisation, le dispositif comporte des moyens de calcul de la valeur absolue de la différence entre la valeur moyenne du signal pulsé délivré par le capteur et la valeur instantanée mesurée et des moyens de comparaison cette valeur absolue à un seuil prédéterminé. Dans un mode de réalisation, le dispositif comporte un compteur de temps et des moyens de comparaison de la valeur de ce compteur de temps à une valeur de temps prédéterminée et des moyens pour déclarer le capteur défaillant si la valeur du compteur de temps est supérieure à la valeur de temps prédéterminée. Dans un mode de réalisation, le dispositif est embarqué à bord d'un véhicule. L'invention concerne également un outil de test distinct d'un véhicule comportant le dispositif de diagnostic ci-dessus définit. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier pris à titre d'exemple nullement limitatif illustré par les figures annexées, sur lesquelles : - la figure 1 illustre les principaux organes d'un moteur à combustion interne du type Diesel suralimenté; - les figures 2 et 3 sont des chronogrammes du signal délivré par un capteur défaillant; - la figure 4 est ordinogramme des étapes du procédé selon l'invention; - la figure 5 est un chronogramme du signal délivré par le capteur que l'on souhaite diagnostiqué illustrant la mise en oeuvre de l'invention. -5 Comme illustré sur la figure 1, un moteur à combustion 1 qui est ici un moteur Diesel, comporte, une pluralité de cylindres en ligne 40, un collecteur d'admission 2 et un collecteur d'échappement 3. Un turbocompresseur 4 comporte une turbine 4a et un compresseur 4b montés sur un arbre commun. Un refroidisseur 7 d'air de suralimentation est monté entre le compresseur 4b et le collecteur d'admission. Le moteur comporte également une U.C.E. 10. Avant d'arriver dans le collecteur d'admission 2, l'air frais en provenance de l'atmosphère traverse un filtre à air 5 et un débitmètre massique 6. L'air frais est ensuite comprimé par le compresseur 4a puis est refroidi par le refroidisseur 7. L'unité électronique de commande 10 pilote la quantité d'air frais arrivant dans les cylindres du moteur grâce à un volet d'admission d'air 8. Du côté de l'échappement, les gaz d'échappement issus du collecteur d'échappement 3 traversent la turbine 4a avant de pénétrer dans la ligne d'échappement 18 . Une partie des gaz d'échappement à haute pression peut être recyclée par la boucle de recirculation 28 comportant une vanne de recirculation des gaz d'échappement 27. Avant d'arriver dans le collecteur d'admission 2, les gaz d'échappement recirculés peuvent traverser un refroidisseur 29 ou contourner ce refroidisseur en passant pas un conduit de contournement 30. Ce conduit de contournement ou bypass 30 du refroidisseur 29 est commandé par l'unité de commande électronique qui agit sur une vanne 38 de contournement. Les gaz d'échappement non recirculés sont acheminés vers un catalyseur d'oxydation 32 puis vers un système de post-traitement 34 des gaz - 6 d'échappement . Le système de post-traitement peut par exemple être un filtre à particule. A la sortie du système de post-traitement 34, les gaz d'échappement qui ne sont pas recyclés sont évacués dans la ligne d'échappement 18. L'unité de contrôle électronique 10 reçoit différentes informations en provenance des capteurs du moteur par des connexions non représentées sur la figure par soucis de clarté. Ainsi, si le moteur est équipé des capteurs correspondants, l'unité électronique de commande 10 peut recevoir via ces connexions : - la pression d'air avant le compresseur 4a donnée par le capteur de pression P1, - la pression d'air de suralimentation avant le volet d'admission 8 donnée par le capteur P21, - la pression d'air de suralimentation après le volet d'admission 8 donnée par le capteur P22, - la pression d'air de suralimentation après le piquage de la vanne de recirculation 27 donnée par le capteur P23, - la pression des gaz échappement avant piquage la vanne de recirculation 27 donnée par le capteur P30, - la pression des gaz échappement avant la turbine 4a donnée par le capteur P31, - la pression des gaz échappement après la turbine 4b donnée par le capteur P41, - la pression des gaz échappement avant le systèmes de post-traitement 34 des gaz d'échappement donnée par le capteur P42, - le débit massique d'air frais admis donné par le capteur 6. 20 25 -7 En raison de son principe de fonctionnement, un moteur thermique à combustion interne est un générateur de pulsations d'ondes de pression. Les déplacements simultanés des pistons 40 et des soupapes d'admission et d'échappement entraînent une aspiration rythmée de la colonne d'air présente dans la ligne d'admission et un refoulement rythmé de la colonne des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement. La géométrie et les éléments composant ces lignes participent au développement d'effets acoustiques pulsés. Ainsi, les signaux délivrés par les capteurs de débit et par les capteurs de pression précédemment cités sont pulsés. Les figure 2 montre la forme du signal S que peut produire un des capteurs de débit ou un des capteurs de pression équipant un moteur à combustion interne. Ce signal S peut par exemple provenir du débitmètre massique d'air frais 6. Dans les zones A et C du chronogramme de la figure 2, le capteur fonctionne normalement et délivre un signal S sensiblement sinusoïdal reflétant les pulsations de fonctionnement du moteur. Dans la zone B du chronogramme de la figure 2, la valeur du signal S délivré par le capteur indique qu'il est défaillant. La valeur du signal S est constante, ne reflétant donc plus le fonctionnement pulsé du moteur, et on parle alors de "figeage" de signal S du capteur. La figure 3 est un chronogramme illustrant un autre type de défaillance pouvant survenir sur un capteur équipant un moteur à combustion interne. Tout comme pour la figure 2 dans les zones A et C, le capteur fonctionne normalement et délivre un signal S sensiblement sinusoïdal reflétant les pulsations de fonctionnement du moteur. - 8 Dans la zone B du chronogramme de la figure 3, la valeur du signal S délivré par le capteur indique qu'il est défaillant. En effet, l'amplitude du signal en provenance du capteur dans la zone B est très inférieure à celle des zone A et C. On parle alors d'atténuation de l'amplitude du signal du capteur. Ces différents types de défaillances peuvent avoir de nombreuses causes aux nombres desquelles on peut citer: ^ Des défaillances électriques du capteur, du câblage ou de la connectique : o capteur débranché, o électronique interne capteur défaillante, o capteur défectueux au niveau bas (figeage du signal délivré par le capteur au niveau logique bas) , o capteur défectueux niveau haut (figeage du signal délivré par le capteur au niveau logique haut), o circuit ouvert du fil de masse entre le capteur et le calculateur, o circuit ouvert du fil d'alimentation entre le capteur et le calculateur, o court-circuit du fil transportant le signal délivré par le capteur avec le fil transportant la masse, o court-circuit du fil transportant le signal délivré par le capteur avec le fils transportant l'alimentation, ^ défaillances fonctionnelles du capteur: o encrassement des senseurs de mesure, o blocage des senseurs de mesure, ^ défaillances dues à l'environnement du capteur : o bouchage partiel ou total du piquage du capteur sur le conduit, o bouchage partiel ou total du conduit de déport entre le piquage -9 et le capteur (défaut conduit de déport encrassement), o débranchement du conduit de déport entre le piquage et le capteur (défaut piquage amont cassé), Dans l'état de la technique, le diagnostic de ces défaillances consiste, à vérifier que la valeur du signal délivré par le capteur appartient à une plage utile de mesure correspondant à une zone restreinte de l'étendue d'utilisation du capteur ou, à vérifier que cette valeur est cohérente avec l'information délivrée par un autre capteur ou par un modèle sur des points de fonctionnement moteur donnés. Cependant, certaines défaillances du système de mesure, comme par exemple les cas de circuit ouvert sur le fil de masse pour certains capteurs de pression, ont pour conséquence le figeage de la tension délivrée par le capteur dans la plage utile de mesure du capteur. Il devient alors difficile de discriminer une information valide d'une information invalide uniquement avec les diagnostics actuels. La présente invention cherche également à résoudre ces inconvénients de l'art antérieur. On se reporte à présent aux figures 4 et 5 afin de mieux comprendre les étapes de mise en oeuvre du procédé de diagnostic selon l'invention. Après une première étape 100 d'initialisation, à l'étape 101, l'U.C.E. calcule de manière continue la valeur moyenne Sm du signal pulsé S. A l'étape 102, l'U.C.E. mesure une valeur instantanée Sinst du signal S delivré par le capteur et soustrait cette valeur Sinst à la valeur moyenne Sm. Cette étape25 - 10 - permet d'obtenir l'écart Secart entre la valeur instantanée du signal S et la valeur moyenne de ce signal Sm. A l'étape 103, la valeur absolue de l'écart Secart est comparée à une valeur de seuil Sseuil. Si l'écart Secart est inférieur au seuil Sseuil, alors à l'étape 104, l'U.C.E incrémente un compteur de temps C d'une valeur Inc, dans le cas contraire, à l'étape 105, l'U.C.E décrémente le compteur de temps C d'une valeur Dec. A l'étape 106, l'U.C.E. compare la valeur du compteur C à un seuil de défaut Sdef. Si la valeur du compteur C est supérieure au seuil Sdef, à l'étape 107, I'U.C.E. déclare le capteur défaillant. Si la valeur du compteur C est inférieure au seuil Sdef l'étape 101 est de nouveau effectuée. Afin de déterminer le seuil Sseuil, on place, par exemple, un capteur volontairement défectueux en lieu et place du capteur à diagnostiquer. Puis, on relève l'amplitude Sampdefect du signal délivré par ce capteur défectueux pour chaque point de fonctionnement du moteur. La cartographie de Sseuil en fonction du point de fonctionnement moteur est obtenue en divisant chaque valeur de Sampdefect par deux (Sseuil=Sampdefect/2). Afin de déterminer les seuils Inc, Dec et Sdef du compteur de temps C, on choisit par exemple les temps d'activation Tact (temps minimal durant lequel le capteur doit être défaillant pour qu'il soit effectivement considéré comme étant défectueux) et d'inhibition Tinh (temps minimal après une levée de défaillance durant lequel le capteur doit être effectivement fonctionnel pour que la défaillance soit considéré comme ayant disparue). Les opérations de diagnostic sont réalisées à un pas de temps fixe égal à Tsched. Le seuil Sdef est fixé indépendamment des autres paramètres du compteur de temps C. La valeu Inc est défini par la relation Sdef/(Tact/Tsched). La valeur Dec est défini par la relation Sdef/(Tinh/Tsched). -11- Par exemple, si l'on fixe le temps d'activation de la défaillance Tact à 2 secondes, le temps d'inhibition de la défaillance Tinh à 4 secondes, le pas de temps du diagnostic Tsched à 0,2 seconde et le seuil Sdef à 1000, alors la valeur Inc sera égal à 100 et la valeur Dec sera égal à 50. Le procédé selon l'invention permet de vérifier que la valeur du signal observé reste à l'extérieur de bornes supérieure et inférieure et ne se fige pas ou ne s'atténue pas à l'intérieur ces bornes. Pour cela, l'U.C.E. compte le temps durant lequel la valeur du signal est comprise dans l'intervalle défini par ces deux bornes. Si ce temps est trop important, on en déduit un figeage ou une atténuation anormale du signal qui devrait intrinsèquement être pulsé et avoir une amplitude donnée. L'invention permet également de ne pas déclarer le capteur en défaut si le figeage ou l'atténuation n'est que temporaire ou que le signal délivré par le capteur se trouve entre les bornes de défaillance durant un court instant de façon normale. En outre, le procédé de diagnostic précédemment décrit peut-être réalisé à l'arrêt du véhicule moteur tournant. A cette fin, un outil de diagnostic, distinct du véhicule pouvant être connecté à celui-ci, par exemple par un connecteur de diagnostic, peut être prévu. Dans ce cas, les étapes du procédé sont commandés par l'outil de test, l'outil de test comprenant des moyens de mesure de la durée durant laquelle la valeur du signal délivré par le capteur dépasse un seuil et des moyens de comparaison de cette durée à une valeur prédéterminée pour diagnostiquer l'état de fonctionnement du capteur. REVENDICATIONS 1- Procédé de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un capteur (P1, P21, P22, P23, , P31, P41, P42, P30) délivrant un signal pulsé équipant un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que : - on compte le temps durant lequel une grandeur fonction de la valeur du signal (S) délivré par le capteur est inférieure à un seuil prédéterminé et, - on compare cette durée à une valeur prédéterminée (Sdef) pour diagnostiquer l'état de fonctionnement du capteur. 2- Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que, on calcule la valeur moyenne (Sm) du signal pulsé et on mesure une valeur instantanée (Sinst) du signal pulsé délivré par le capteur. 3- Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que, on calcule la valeur absolue (Sabs) de la différence entre la valeur moyenne (Sm) du signal pulsé délivré par le capteur et la valeur instantanée (Sint) mesurée et on compare cette valeur absolue à un seuil (Sseuil). 4- Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que si la valeur absolue (Sabs) est inférieure au seuil prédéterminé (Sseuil) , on incrémente un compteur (C) de temps d'une première valeur (Inc) et on décrémente ce compteur d'une seconde valeur (Dec) sinon. 5- Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que on compare la valeur du compteur (C) de temps à une valeur de temps- 13 -prédéterminée (Sdef) et on déclare le capteur défaillant si la valeur du compteur (C) de temps est supérieure à la valeur de temps prédéterminée (Sdef). 6- Dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un capteur (P1, P21, P22, P23, P30, P31, P41, P42) délivrant un signal pulsé équipant un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la durée durant laquelle une grandeur fonction de la valeur du signal (S) délivré par le capteur dépasse un seuil et des moyens de comparaison de cette durée à une valeur prédéterminée pour diagnostiquer l'état de fonctionnement du capteur. 7- Dispositif selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de calcul de la valeur moyenne (Sm) du signal (S) pulsé et des moyens de mesure d'une valeur instantanée (Sinst) du signal pulsé délivré par le capteur. 8- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de calcul de la valeur absolue (Sabst) de la différence entre la valeur moyenne (Sm) du signal pulsé délivré par le capteur et la valeur instantanée (Sinst) mesurée et des moyens de comparaison cette valeur absolue à un seuil prédéterminé. 9- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte un compteur (C) de temps et des moyens de comparaison de la valeur de ce compteur (C) de temps à une valeur de temps (Sdef) prédéterminée et des moyens pour déclarer le capteur défaillant si la valeur du compteur de temps (C) est supérieure à la valeur de temps (Sdef) prédéterminée.- 14 - 10- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 , embarqué à bord d'un véhicule. 11-Outil de test distinct d'un véhicule comportant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9.