Brevet FR2923545A1 — publié le 20090515

PROCEDE DE DIAGNOSTIC D'UN ENSEMBLE MOTEUR SURALIMENTE AU MOYEN D'UN PROCESSEUR La présente invention se rapporte à un procédé de diagnostic d'un 5 ensemble moteur suralimenté au moyen d'un processeur de contrôle du moteur. Le domaine de l'invention est plus particulièrement celui de la détection et de l'identification de défaillance de dispositifs d'une boucle de gaz et d'une alimentation d'un moteur à combustion interne. 10 L'invention concerne les moteurs à combustion interne suralimentés quel que soit leur mode d'introduction de carburant. Un calculateur de contrôle moteur a en charge la surveillance et le diagnostic du moteur. Si celui ci détecte un mauvais fonctionnement, il mémorise le ou les défauts constatés et pilote le moteur dans un mode 15 sécurisé en maintenant le plus de disponibilité possible pour le conducteur. Les calculateurs actuels détectent les effets des défaillances sans savoir systématiquement remonter à la cause source de la défaillance. Cette approche peut être suffisante pour adopter un pilotage moteur sécurisé dans toutes circonstances, mais insuffisante pour permettre une disponibilité 20 optimale et une réparation efficace car le composant défectueux n'est pas identifié. Par exemple, ce type de contrôle reste faillible en cas de dérive du système d'injection en carburant. Cette dérive modifie une consigne de richesse qui est cartographiée en régime et en débit d'injection. 25 Concrètement, la dérive du système d'injection se traduit par une variation au cours du temps du débit réellement injecté pour une consigne de débit en carburant constante. Une telle dérive peut être engendrée par divers événements tels que des perturbations du réseau électrique, des mauvais paramétrages des systèmes de mesure... En effet, ces systèmes sont sujets 30 en sortie d'usine à une dispersion et à une dérive dans le temps, au cours de l'utilisation du véhicule, de la caractéristique en débit des injecteurs utilisés, principalement dues aux tolérances de fabrication et aux pressions extrêmement élevées mises en jeu. L'information de consigne de débit en carburant, qui est gérée par un 35 processeur de contrôle du moteur, correspond à une entrée de la plupart des 2 cartographies qui définissent le mode de fonctionnement du moteur. Ce mode de fonctionnement détermine notamment une consigne d'injection et une consigne de la boucle d'air. Dès lors, lorsque le système d'injection dérive, les consignes en sortie des cartographies ne sont plus cohérentes avec le débit de carburant réellement injecté. Dans l'état de la technique, les défaillances fréquemment constatées peuvent être : - une fuite en aval d'un débitmètre d'air, - une fuite en aval d'un compresseur, - une fuite d'un collecteur d'admission, - une fuite d'un collecteur d'échappement, - une fuite d'un circuit de gaz d'échappement recyclés, -une dérive d'un circuit de carburant trop importante, - une altération d'efficacité d'un turbo - une dérive de pression trop importante, en aval du turbo. Un problème technique existe : on ne peut connaître la source de chacune de ces défaillances. Le procédé selon l'invention peut être intégré au calculateur de contrôle moteur et prévoit notamment : - de diagnostiquer fonctionnellement le circuit d'admission d'air, le circuit d'échappement des gaz, le circuit de recyclage des gaz d'échappement et les systèmes de suralimentation de moteur thermique, - d'identifier et départager le ou les composants défaillants de ceux qui ne le sont pas. Pour rappel , un diagnostic est un contrôle d'une automobile au moyen de dispositifs embarqués ou non, et reliés à un banc de diagnostic, lors d'une révision pour en déterminer l'état, ou lors de pannes ou d'incidents pour en déterminer les causes. Le diagnostic sert à déterminer les causes de mauvais fonctionnement du véhicule routier. L'enregistrement des résultats de l'opération de contrôle livre une fiche qui propose la liste des interventions demandées. Cette fiche sert de guide de diagnostic. L'invention s'interface aux outils après vente utilisés en concession, moyennant une évolution simple de ceux-ci. Elle s'inscrit dans un contexte de contrôle commande de moteur suralimenté équipé des systèmes décrits 3 par la figure 1. L'invention améliore le diagnostic en après vente pour identifier rapidement les composants défaillants. Elle n'a pas de coût supplémentaire car elle utilise les capteurs généralement présents sur un ensemble moteur. Elle est simple à calibrer car elle repose sur des lois physiques classiques. Cette invention fournit un diagnostic automatisé efficace pour détecter le ou les composants défaillants, directement utilisable par les ateliers en concession ou garage. Elle permet d'envisager un prolongement des durées de garantie. L'invention a donc pour objet un procédé de diagnostic d'un ensemble moteur suralimenté au moyen d'un processeur de contrôle associé à des capteurs dans lequel a) on alimente le moteur en carburant à l'aide d'un circuit d'alimentation en carburant, b) on admet de l'air dans le moteur à l'aide d'un circuit d'admission d'air, c) on fait échapper des gaz d'échappement du moteur par un circuit d'échappement de gaz, d) on recycle une partie des gaz d'échappement à l'aide d'un circuit de 20 recyclage de gaz d'échappement, e) on mesure des débits et/ou des pressions dans l'ensemble moteur à l'aide de capteurs, reliés par un bus à des actionneurs à une mémoire de données, à une mémoire de programmes et au processeur, caractérisé en ce que 25 f) on lance une campagne de mesure de signaux produits par les capteurs pour divers états de fonctionnement du moteur, en l'absence de défaillance dans l'ensemble moteur et on obtient des correspondances entre ces états et les mesures, g) on rend l'ensemble moteur défaillant d'une manière connue, on 30 recommence l'étape f), on obtient des correspondances entre les états et les mesures, relatives à cette défaillance, et on élabore sous forme de signature de la défaillance considérée des écarts entre les correspondances sans défaillance et les correspondances avec défaillance, h) on mesure des signaux produits par les capteurs pour un état de 35 fonctionnement réel du moteur, on obtient des correspondances entre les 4 états et les mesures réels, et on compare des écarts entre ces correspondances réelles et les correspondances sans défaillance à une signature relative à une défaillance considérée pour produire un signal représentatif de ce que l'ensemble moteur est atteint de la défaillance considérée. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : -figure 1 : une représentation schématique d'une architecture globale de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - figure 2 : une représentation synoptique du procédé selon l'invention, - figure 3 : une table de test élaborée par le procédé selon l'invention, - figure 4 : une série de signatures de défaillances élaborées par le procédé selon l'invention. La figure 1 représente une architecture globale d'un ensemble moteur pour la mise en oeuvre, dans un calculateur de contrôle, du procédé selon l'invention. Cet ensemble moteur comporte une entrée 1 d'air frais dans un circuit 2 d'admission. Un filtre 3 à air est positionné entre cette entrée 1 et un compresseur 4. Un débitmètre 5 d'air frais est placé entre le filtre 3 à air et le compresseur 4. L'ensemble moteur comporte un turbocompresseur. Celui-ci est un dispositif alliant une turbine 6 et le compresseur 4. La turbine 6, située dans un circuit 7 de gaz d'échappement d'un moteur suralimenté 8, entraîne par un axe non représenté sur la figure, le compresseur 4 qui augmente la pression de l'air admis dans le moteur 8. Le turbocompresseur permet d'augmenter la puissance du moteur 8 seulement à partir d'un certain régime N du moteur 8. A la sortie du compresseur 4, le circuit 2 se sépare en deux branches. La première branche conduit l'air dans un échangeur 9 air/eau et, à sa sortie, dans une volet 10 doseur d'air. Le volet 10 et un capteur 46 de température de l'air sont connectés à un bus 11. Le bus 11 est relié à un processeur 12 de contrôle du moteur 8, à une mémoire 13 de programmes, à une mémoire 14 de données, aux autres capteurs 5, 19, 28, 33, 38, 39, 43, et aux autres actionneurs 17, 23, 24, 34, 40. La mémoire 13 comporte neuf programmes : F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, F8, et F9 dont les fonctions sont détaillées dans la description de la figure 2. La mémoire 14 comporte une table de test 15A et une mémoire 15B de signatures dont les fonctions sont aussi détaillées 5 dans la description de la figure 2. La deuxième branche conduit l'air dans un échangeur 16 air/air et, à sa sortie, dans une vanne 17 d'accélération de consommation d'air. Les deux branches du circuit 2 se rejoignent pour atteindre un collecteur 18 d'admission d'air du moteur 8. Un capteur 19, positionné en amont du collecteur 18, mesure une température, exprimée en °K, d'admission de l'air et une pression, exprimée en Pa, d'admission de l'air. Un réservoir 21 de carburant est relié au moteur 8 par un circuit 22 de carburant qui comporte des injecteurs 23 du moteur 8. Le circuit 7 d'échappement des gaz issus du moteur 8 comporte une vanne 24 de gaz d'échappement recyclés placée en amont de la turbine 6. Pour ce type d'architecture, le contrôle de la vanne 26 s'effectue via une consigne de richesse d'échappement pré-établie par le processeur 12 et cartographiée en fonction du régime N, exprimé en tours par minute, du moteur 7 et de la consigne de débit en carburant. La vanne 24 permet de prélever une partie des gaz d'échappement recyclés et de les injecter dans un circuit 25 qui aboutit au collecteur 18 où ils sont mélangés à l'air frais. Le mélange ainsi obtenu est aspiré par le moteur 8. La vanne 24 est commandée par le processeur 12, et permet de doser le taux de recyclage des gaz d'échappement. Le circuit 25 comporte un échangeur 26 gaz/eau. Une sonde 27 à oxygène est positionnée dans le circuit 7, en aval de la turbine 6. La sonde 27 est un capteur spécifique aux dispositifs d'injection. Constituée de céramique et d'électrodes en platine, elle fonctionne comme une pile à concentration d'oxygène et fournit un signal d'environ 1 volt en absence d'oxygène (mélange trop riche en EGR) et de 0,1 V en sa présence (mélange trop pauvre en EGR). Ce positionnement est un compromis entre le besoin de localisation de la sonde 27 au plus près de la sortie du moteur 8 et la tenue de la sonde 27 à la pression des gaz d'échappement. La sonde 27 mesure une richesse Ri d'échappement. En aval de la turbine 6 et en amont d'une sortie 30 des gaz d'échappement, le circuit 7 comporte un 6 catalyseur 31 d'oxydation et un filtre 32 à particules. Un capteur 33 de pression différentielle est branché de part et d'autres du catalyseur 31 et du filtre 32. Un actionneur 34 d'une branche 35 de refroidissement du circuit 25 de recyclage d'une partie des gaz d'échappement, Un remous variable 36, des bougies 37, un capteur 38 de position du moteur 8 et un capteur 39 de régime N du moteur 8 sont associés au moteur 8. Une branche 45 de la turbine 6 de suralimentation comporte un actionneur 40 de ladite turbine 6. Un récupérateur thermique 29 à l'échappement, comportant une valve 44, est placé en aval d'un capteur 28 de pression et en amont du catalyseur 31. Un circuit hydraulique 41 passant par le moteur 8 et le récupérateur thermique 29, comporte une vanne 42 et un capteur 43 de température de l'eau. La figure 2 représente de façon synoptique le procédé selon l'invention. On lance une campagne de mesure de signaux produits par les capteurs 5, 19, 28, 33, 38, 39, 43, 46 pour divers états de fonctionnement du moteur, en l'absence de défaillance dans l'ensemble moteur et on obtient des correspondances entre ces états et les mesures. Dans un exemple, les signaux produits par les capteurs 5, 19, 28, 33, 43, sont des débits et des pressions. On rend l'ensemble moteur défaillant d'une manière connue, on recommence l'étape précédente, on obtient des correspondances entre les états et les mesures, relatives à cette défaillance, et on élabore sous forme d'une signature de la défaillance considérée des écarts entre les correspondances sans défaillance et les correspondances avec défaillance. On a alors une signature unique pour chaque défaillance. Dans la pratique, on rend l'ensemble moteur défaillant en provoquant successivement des pannes de tous les composants de l'ensemble moteur, afin d'avoir une signature pour chaque panne possible. Dans un exemple, on impose un régime moteur N de trois mille tours par minute et on mesure un débit de dix-huit dans le collecteur 18 d'admission d'air. On provoque ensuite une panne du compresseur 9 et on 7 mesure un débit de quatorze dans le collecteur 18. On calcule un écart entre ces deux mesures de débit et on obtient une sous-signature valant quatre. Dans une variante, on remplace la campagne de mesures par des mémorisations dans des tables de correspondances entre des états de fonctionnement du moteur et des mesures des débits et/ou des pressions dans l'ensemble moteur, sans et ou avec défaillance. Suite à cette préparation, le procédé peut être lancé en atelier sur demande d'un réparateur à un superviseur, via un outil de diagnostique en service après vente. Si toutes les conditions de sécurité et de fonctionnement sont vérifiées, le superviseur déclenche le démarrage de tests. La figure 3 représente une table de test élaborée par le procédé selon l'invention. On mesure des signaux produits par les capteurs 5, 19, 28, 33, 43, pour un état de fonctionnement réel du moteur, on obtient des correspondances entre les états et les mesures réels, et on compare des écarts entre ces correspondances réelles et les correspondances sans défaillance à une signature relative à une défaillance considérée pour produire un signal représentatif de ce que l'ensemble moteur est atteint de la défaillance considérée. Dans l'exemple de la panne du compresseur 9, le débit mesuré en fonctionnement réel du moteur, est de 13,5 pour le même régime moteur. On calcule alors un écart entre le débit théorique, mémorisé antérieurement, et le débit réel et on obtient une sous-signature de 4,5. Cette sous-signature de 4,5 est comparée avec la sous-signature de quatre, concrètement par soustraction. Le résultat est proche de zéro, ce qui permet de déduire que la source de la défaillance est une panne du compresseur 9. Pour imposer et explorer divers états de fonctionnement du moteur, on agit, par un envoi F1 de signaux de consigne, par exemple sur : - Pconsl0, l'actionneur 10 de la branche 16 de refroidissement du circuit 2 d'admission d'air, - l'actionneur 34 de la branche 35 de refroidissement du circuit 25 de recyclage d'une partie des gaz d'échappement, - Ncons, le régime N du moteur 8, - Icons, l'injection en carburant, - l'accélérateur 17 de consommation d'air, 8 - Pcons40, l'actionneur 40 de la turbine 6 de suralimentation, -Pcons24, la vanne 24 des gaz d'échappement recyclés. Ces consignes Ncons, Icons, Pconsl0, Pcons24, Pcons40, de fonctionnement du moteur et les capteurs 5, 19, 28, 33, 43, sont déterminés pour qu'il y ait bijection entre l'ensemble des défaillances possibles et un ensemble de suites de valeurs des écarts. Ainsi on obtient une signature non ambiguë pour chaque source de défaillance. On calcule, avec un programme F2, et mémorise, avec un programme F3, dans une table 15A de test stockée dans la mémoire 14 de données, des valeurs théoriques de pression et/ou de débit correspondant à l'application des consignes en l'absence de défaillance, On mémorise, avec un programme F4, dans la table, les valeurs réellement mesurées par les capteurs, On calcule, avec un programme F5, et mémorise, avec un programme F6, dans la table 15A, des écarts 0, , , entre les valeurs théoriques et les valeurs mesurées. Les écarts de chacune de ces comparaisons peuvent se présenter sous trois formes différentes : - soit la valeur théorique est approximativement égale à la valeur mesurée, auquel cas l'écart 0 est nul, - soit la valeur théorique est nettement supérieure à la valeur mesurée, auquel cas l'écart , est positif, - soit la valeur théorique est nettement inférieure à la valeur mesurée, auquel cas l'écart est négatif. On obtient ainsi une suite d'écarts correspondant aux comparaisons effectuées pour chaque test de l'ensemble moteur. Ainsi si on a choisi, par exemple, cinq consignes Ncons, Icons, Pconsl0, Pcons24, Pcons40, de fonctionnement du moteur 8 et cinq capteurs 5, 19, 28, 33, 43, on obtient une série de vingt-cinq tests et donc de vingt-cinq écarts. On établit, avec un programme F7, une signature caractéristique de l'ensemble moteur testé, ladite signature correspondant à la série des écarts : -0- - -0- --0- -0-0- - -0- -0- - - -0-0- -0- - Cette signature peut être divisée en cinq sous-signatures correspondant aux cinq consignes Ncons, Icons, Pconsl0, Pcons24, 9 Pcons40, et/ou états de fonctionnement de l'ensemble moteur : -0- - -0, - -0- -0, 0- - -0- , 0- - - -0, et 0- -0- - . Chacune de ces sous-signatures est susceptible de fournir une information de défaillance par comparaison avec des sous-signatures issues de la campagne de mesures ou des mémorisations dans les tables de correspondances. La figure 4 représente une série de signatures de défaillances élaborées par le procédé selon l'invention On compare, avec un programme F8, la signature établie de l'ensemble moteur testé à une liste 15B exhaustive de signatures différentes prédéfinies et stockées dans la mémoire 14 de données, chacune de ces signatures correspondant à une défaillance d'un composant précis de l'ensemble moteur. Ici, on a : - une signature caractéristique d'une défaillance des bougies 37, - une signature caractéristique d'une défaillance des injecteurs 23, - une signature caractéristique d'une défaillance du catalyseur 31. On identifie, avec un programme F9, automatiquement l'éventuel composant défaillant, en fonction de cette comparaison. Ici, la signature la plus proche de celle de l'ensemble moteur testé est la signature de défaillance des injecteurs 23 ; ce sont donc les injecteurs 23 2qui sont source de défaillance. REVENDICATIONS 1 - Procédé de diagnostic d'un ensemble moteur suralimenté au moyen d'un processeur (12) de contrôle associé à des capteurs (5, 19, 28, 33, 38, 39, 43, 46) dans lequel a) on alimente le moteur en carburant à l'aide d'un circuit (22) d'alimentation en carburant, b) on admet de l'air dans le moteur à l'aide d'un circuit (2) d'admission d'air, c) on fait échapper des gaz d'échappement du moteur par un circuit (7) d'échappement de gaz, d) on recycle une partie des gaz d'échappement à l'aide d'un circuit (25) de recyclage de gaz d'échappement, e) on mesure des débits et/ou des pressions dans l'ensemble moteur à l'aide de capteurs, reliés par un bus (11) à des actionneurs (10, 17, 23, 24, 34, 40), à une mémoire (14) de données, à une mémoire (13) de programmes et au processeur, caractérisé en ce que f) on lance une campagne de mesure de signaux produits par les capteurs pour divers états de fonctionnement du moteur, en l'absence de défaillance dans l'ensemble moteur et on obtient des correspondances entre ces états et les mesures, g) on rend l'ensemble moteur défaillant d'une manière connue, on recommence l'étape f), on obtient des correspondances entre les états et les mesures, relatives à cette défaillance, et on élabore sous forme de signature de la défaillance considérée des écarts entre les correspondances sans défaillance et les correspondances avec défaillance, h) on mesure des signaux produits par les capteurs pour un état de fonctionnement réel du moteur, on obtient des correspondances entre les états et les mesures réels, et on compare des écarts entre ces correspondances réelles et les correspondances sans défaillance à une signature relative à une défaillance considérée pour produire un signal représentatif de ce que l'ensemble moteur est atteint de la défaillance considérée. 2 - Procédé selon la revendication 1, modifié en ce que 11 - on remplace les étapes f) et ou g) par des mémorisations dans des tables de correspondances entre des états de fonctionnement du moteur et des mesures des débits et/ou des pressions dans l'ensemble moteur, sans et ou avec défaillance. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que -on impose les états du moteur par des signaux de consigne. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que -on envoie (F1) une consigne (Pconsl 0) de fonctionnement à un actionneur (10) d'un des circuits, - on calcule (F2) et mémorise (F3) dans une table de test (15A) stockée dans la mémoire de données, des valeurs théoriques de pression et/ou de débit correspondant à l'application des consignes en l'absence de défaillance, - on mémorise (F4) dans la table, les valeurs réellement mesurées par les capteurs - on calcule (F5) et mémorise (F6) dans la table, des écarts (0, , , ) entre les valeurs théoriques et les valeurs mesurées, - on établit (F7) une signature caractéristique de l'ensemble moteur testé, ladite signature correspondant à la série des écarts, - on compare (F8) la signature établie à une liste (15B) exhaustive de signatures différentes prédéfinies et stockées dans la mémoire de données, chacune de ces signatures correspondant à une défaillance d'un composant précis de l'ensemble moteur, - on identifie (F9) automatiquement l'éventuel composant défaillant, en fonction de cette comparaison. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que -pour explorer divers états de fonctionnement du moteur, - on agit sur un actionneur (10) d'une branche (16) de refroidissement du circuit d'admission d'air. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que -pour explorer divers états de fonctionnement du moteur,- on agit sur un actionneur (34) d'une branche (35) de refroidissement du circuit de recyclage d'une partie des gaz d'échappement. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que -pour explorer divers états de fonctionnement du moteur, - on agit sur le régime (N) du moteur (8). 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que -pour explorer divers états de fonctionnement du moteur, - on agit sur une injection en carburant. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que -pour explorer divers états de fonctionnement du moteur, - on agit sur un accélérateur (17) de consommation d'air. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que -pour explorer divers états de fonctionnement du moteur, - on agit sur un actionneur (40) d'une turbine (6) de suralimentation. 11 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce 20 que - pour explorer divers états de fonctionnement du moteur, - on agit sur une vanne (24) des gaz d'échappement recyclés.