Brevet FR2941781A1 — publié le 20100806

-1- PROCEDE DE DIAGNOSTIC DE L'ETAT D'UNE ELECTROVANNE [0001] La présente invention concerne le diagnostic de l'état de fonctionnement d'une vanne de recirculation de gaz d'échappement, équipant un moteur thermique tel notamment ceux équipant des véhicules automobiles. [0002 La combustion dans un moteur à combustion interne utilisant comme comburant de l'air peut s'accompagner de la formation d'oxydes d'azote, ou NOx, susceptibles de se transformer en substance polluante dangereuse, et dont il convient donc de limiter les émissions par les gaz d'échappement. La recirculation d'une partie des gaz d'échappement par leur réintroduction à l'admission permet de diminuer ces émissions de NOx, d'une part car elle entraine une diminution de la température maximale de combustion, ces gaz d'échappement étant essentiellement constitués par de la vapeur d'eau et du gaz carbonique, deux molécules dont la chaleur spécifique est relativement importante, et d'autre part dilue la charge d'air frais par un gaz essentiellement inerte. [0003] Toutefois, cette recirculation ne doit être mise en oeuvre que dans certaines plages de fonctionnement du moteur. Par exemple, à pleine charge, cette recirculation n'est pas souhaitable car elle entraine une dégradation des performances du moteur, alors même que dans ces conditions, tout l'oxygène réagit avec le carburant et qu'il ne se forme pratiquement pas de NOx. [0004] Le circuit de recirculation des gaz d'échappement est donc muni d'une vanne, communément appelée vanne EGR, utilisant l'acronyme anglais pour Exhaust Gas Recirculation. Cette vanne est de façon classique une électrovanne, autrement dit son obturateur est actionné au moyen d'un moteur électrique. [0005i La vanne EGR est placée dans un environnement particulièrement délicat, d'une part car les gaz d'échappement sont chauds, et que le moteur électrique notamment peut voir certaines de ses caractéristiques affectées par des variations de température et de précision d'une grande amplitude, et que d'autre part, les gaz d'échappement sont chargés en suie et autres éléments qui peuvent encrasser et/ou provoquer une usure de certains éléments de la vanne. [0006] Or toute défaillance de la vanne EGR peut se traduire par un accroissement des émissions de NOx, d'autant que les autres réglages du moteur, notamment les paramètres de combustion, sont eux définis en supposant un taux donné de recyclage des gaz EGR 2941781 -2- correspondant à une position commandée de la vanne EGR. De plus, il doit être noté qu'une telle défaillance ne se traduit normalement pas par une dégradation du brio du moteur (ou même contribue à une amélioration de celui-ci), de sorte que le conducteur n'est pas incité à demander une maintenance spécifique de cette pièce. [0007] Différentes technologies ont été proposées pour détecter des défaillances d'une vanne EGR, lors d'un test de diagnostic spécifique, réalisé par exemple lors d'une révision du véhicule. [0008] Certaines de ces technologies sont basées sur la surveillance de la pression et du flux des gaz à l'entrée moteur au niveau du collecteur d'admission. Ainsi selon JP A -5-1642 ou JP-A-7-4320, le changement de la pression ou du flux des gaz au niveau de l'entrée moteur est détecté au niveau des phases ON/OFF de la vanne EGR. Mais ces techniques demandent une estimation du remplissage du moteur ce qui nécessite une calibration souvent longue et coûteuse. [0009] Selon US 7 100 586 B2, on mesure des pressions en amont et en aval ce qui induit un risque d'erreur si par exemple le capteur est défaillant. D'autre part, une erreur systématique de mesure est induite de par la précision du capteur. [ooio] D'autres technologies font notamment appel à des moyens dits de recopie de la position. Ainsi, de la demande de brevet FR 2836 517, il est connu d'acquérir une valeur de mesure d'une position de la vanne à un instant correspondant à une position normalement fermée de la vanne, de calculer la différence entre cette position mesurée et cette position normale, et de comparer cette différence avec une valeur de seuil à partir de laquelle la vanne est déclarée ouverte et donc défectueuse, cette valeur de seuil traduisant notamment les tolérances de fabrication admises même pour des vannes neuves conformes. La recopie de la position est effectuée par exemple avec un potentiomètre. [0011] Un tel dispositif ne permet pas de détecter si une vanne est bloquée en position fermée. [0012] Par ailleurs, il a été constaté que les tests de diagnostic mis en oeuvre par exemple lors des révisions programmées d'un véhicule produisent des � faux positifs �, conduisant alors à des remplacements inutiles qui obèrent notamment les coûts de garantie, ou provoquent eux-mêmes la défaillance d'une vanne qui était jusqu'alors en parfait état de fonctionnement. 2941781 -3- [0013] La présente invention vise donc à proposer un nouveau procédé de diagnostic du bon fonctionnement d'une électrovanne telle qu'une vanne EGR, à la fois robuste, économique et sûr. [0014] Selon l'invention, ce problème est résolu par un procédé de diagnostic de l'état d'une électrovanne comportant une évaluation de la différence entre une position effective de la vanne et une position commandée ouverte ou fermée, caractérisé en ce qu'il comprend de plus évaluation de l'écart entre une intensité du courant électrique dans l'électrovanne mesurée à l'ouverture de celle-ci et une intensité de référence. [0015] En d'autres termes selon l'invention, le diagnostic est effectué en doublant l'information de recopie de la position de l'électrovanne par une information sur l'intensité du courant dans le moteur électrique utilisé pour déplacer l'élément obturateur de la vanne (déplacement angulaire pour un volet ou linéaire pour une soupape). Cette mesure complémentaire constitue une mesure d'une grandeur physique, qui peut être effectuée sans capteur complémentaire tel qu'un capteur de pression, dont la défaillance peut entrainer une erreur de mesure. [0016] L'invention s'applique tout particulièrement au diagnostic d'une électrovanne de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ou autrement dit de la vanne EGR, soit lors d'une opération de maintenance ou d'entretien d'un véhicule, soit en phase finale d'assemblage d'un véhicule. [0017] Dans une variante du procédé selon l'invention, on effectue au moins un cycle de commande comportant successivement l'ouverture et la fermeture de l'électrovanne, comportant un élément obturateur dont le déplacement est commandé selon une dynamique lente lorsque sa position approche une position de fermeture complète. De préférence, plusieurs cycles, par exemple entre 5 et 50 sont répétés, un ou plusieurs � échecs � pouvant éventuellement être tolérés. [0018] Dans une variante de l'invention, le déplacement de l'obturateur est commandé selon une dynamique rapide tant que sa position est éloignée de plus de 5% d'une position de fermeture. De préférence, le temps de déplacement selon une dynamique rapide est sensiblement égal à celui selon une dynamique lente. [0019] Dans une variante, le déplacement de l'obturateur est commandé selon une dynamique lente lorsque sa position approche une position d'ouverture complète. 2941781 -4- [0020] Dans une variante, l'électrovanne est déclarée défaillante si l'écart de position et l'écart d'intensité sont tous les deux supérieurs (en valeur absolue) à des valeurs de seuil, l'électrovanne est considérée défaillante. [0021] Dans une variante, on commande pour une ouverture et/ou une fermeture partielle de l'obturateur de l'électrovanne, et pour opérer une série de cycles d'ouvertures, la position finale en fin d'un cycle correspondant à chaque fois à la position initiale du début de cycle suivant. [0022] D'autres détails et avantages de l'invention ressortent de la description faite ci-après d'un mode de réalisation détaillé de l'invention, en se référant aux figures annexées qui représentent : • Figure 1 : une vue schématique d'un moteur équipé d'un circuit de recirculation des gaz d'échappement, • Figure 2 : un schéma illustrant la position de l'élément obturateur lors du passage d'une position ON (ouverte) à une position OFF (fermée) de la vanne EGR, • Figure 3 : un schéma illustrant l'évolution de l'intensité du courant dans le l'électrovanne, lors du passage d'une position ON (ouverte) à une position OFF (fermée) de la vanne EGR, • Figure 4 : un synoptique d'un algorithme de diagnostic conforme à l'invention. [0023] La figure 1 illustre de façon schématique un moteur à combustion équipé d'un circuit de recirculation d'une partie des gaz d'échappement, à l'exemple par exemple d'un moteur à allumage par compression (aussi appelé moteur Diesel), ici schématisé en 1 par un banc de 4 cylindres. Le circuit d'admission en gaz frais de ce moteur comporte un répartiteur d'admission 2, alimenté par une conduite pourvue d'un filtre à air 3, et d'un compresseur de suralimentation 4. Les gaz d'admission peuvent être refroidis en sortie du compresseur d'admission par un refroidisseur d'air suralimenté 5, typiquement muni d'un by-pass 6. Des moyens 7, tels un débitmètre, sont prévus pour contrôler la quantité de gaz frais admis. [0024] Les gaz de combustion sont récupérés par un collecteur d'échappement 8 et évacuer par une ligne d'échappement qui comporte notamment une turbine 9, dont l'arbre entraine le compresseur 4, le débit des gaz admis dans la turbine pouvant être contrôlé au moyen d'une vanne 10. et des moyens de dépollution des gaz, ici figurés sous la forme d'un catalyseur d'oxydation 11 et d'une filtre à particules 12, et d'un pot d'échappement 13. 2941781 -5- [0025] Directement depuis le collecteur d'échappement, ou depuis la ligne d'échappement, en aval de la turbine et éventuellement de certains des moyens de dépollution, un conduit muni d'une électrovanne 14 permet de recirculer une fraction des gaz d'échappement en les renvoyant directement vers l'admission. Eventuellement la ligne d'échappement peut également être munie de moyens de vannage 15. [0026] L'électrovanne est du type proportionnelle, autrement dit peut adopter toutes les positions intermédiaires entre une position ON (vanne ouverte) et une position OFF (vanne fermée). Pour ce faire, elle comporte un élément obturateur, tel qu'un volet rotatif ou une soupape, actionné en rotation ou linéairement au moyen d'un moteur électrique. [0027] Il va de soi que cette présentation du circuit est simplifiée à l'extrême, omettant notamment la présence d'échangeurs destinés au refroidissement de l'air comprimé et des gaz d'échappement recirculés. [0028] Le moteur électrique de l'électrovanne est relié, par exemple par le circuit CAN du véhicule, au dispositif de contrôle moteur qui à chaque instant, en fonction de la demande du conducteur exprimée par l'état d'enfoncement de la pédale d'accélérateur et des informations reçues par un ensemble de capteurs notamment de pression et de températures, détermine le point de fonctionnement du moteur souhaité et procède au réglage de différents paramètres dont la position de l'électrovanne. [0029] La position de l'obturateur de l'électrovanne est vérifiée au moyen d'un capteur dit de recopie, capable de donner une indication sur la position effective de l'obturateur. Ce capteur peut être du type potentiomètre, et permet un contrôle en boucle fermé de l'électrovanne lorsque le moteur thermique du véhicule est en marche. [0030] Selon l'invention, il est proposé d'utiliser ce capteur de recopie de position d'une part, et d'autre part une mesure de l'intensité du courant dans les enroulements de l'électrovanne pour effectuer le diagnostic de l'électrovanne, test effectué moteur thermique éteint, par exemple lors d'une révision du véhicule. [0031] A la figure 2, on a représenté la position de l'obturateur de l'électrovanne en fonction du temps, lors d'un cycle dans lequel on demande successivement l'ouverture puis la fermeture de l'électrovanne. [0032] En trait plein, on a indiqué la position théorique de l'obturateur : au temps 0, l'obturateur est en position fermé, avec donc une ouverture nulle (X(T1)_estimé). Au temps Ti, l'ordre d'ouverture est donné. L'obturateur est alors déplacé par le moteur, jusqu'à un 2941781 -6- niveau asymptotique correspond à une ouverture complète (X(T2)_estimé). Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, ce déplacement est commandé selon une dynamique initiale rapide, puis lente lorsque l'obturateur approche sa position finale. En d'autres termes, dans un premier temps, le déplacement est effectué selon une vitesse rapide VR et dans un second temps, une vitesse lente VL, typiquement de l'ordre de 20 fois plus lente que la vitesse VR, de sorte que les premiers et second temps sont sensiblement de durées identiques, mais que 95% du déplacement est réalisé pendant le second temps et les 5% restant pendant le second temps. [0033] Un rapport de vitesse moindre pourra être commandé, sans être normalement inférieur à environ 10. [0034] Bien entendu, la variation de vitesse peut également être continue, ou décrémenter par plateau. [0035] Après un temps Tf, l'obturateur est maintenant en position d'ouverture maximale, position qui est conservée tant qu'un ordre de fermeture de l'électrovanne n'est pas demandé à un temps T2. [0036] Entre les temps Ti et Tf (ou T2), le déplacement de l'obturateur est de Delta(X)_estimé = X(T2)_estimé û X(T1)_estimé. [0037] Cette fermeture est également effectuée selon cette succession de dynamique rapide puis lente en fin de course, en opérant par exemple avec les mêmes vitesses lente et rapide que lors de la commande d'ouverture. Une autre option, correspondant au schéma proposé, est d'opérer dans un premier temps à très grande vitesse avant de ralentir fortement la course de l'obturateur. [0038] Cette évolution de la position estimée est essentiellement théorique. Les positions vues par le capteur de recopie de position, ou positions mesurées sont égales à X(T1_mes) au temps Ti, et à X(T2_mes) après le temps Tf. On a donc un déplacement selon une valeur Delta(X)_mes= X(T2)_mes û X(T1)_mes, soit une différence entre les longueurs de déplacements estimées et mesurées, ou erreur en position Delta(X), égale à : Delta(X) = Delta(X) mes - Delta(X) estimé. Si cet écart est supérieur à un certain seuil, la vanne est probablement défectueuse. [0039] Selon l'invention, à cette recopie de position, vient s'ajouter la mesure de l'intensité du courant dans l'électrovanne, comme illustré à la figure 3. Le but étant de réaliser à la fois un diagnostic mécanique et un diagnostic électrique. Au cours d'un cycle 2941781 -7- d'ouverture/fermeture, l'allure de la courbe d'intensité est strictement la même que celle de la position, et on peut donc après un temps Tf, déterminer une erreur en courant égale à Delta(i), différence entre les niveaux d'intensité minimale (I(Tl) estimé et I(Tl) mesuré) et maximale (I(T2)_estimé et I(T2)_mesuré), respectivement estimé ou mesuré. [0040] Il peut être souligné que même si la courbe représentant les variations de l'intensité selon le temps est à l'image de celle correspondant à une position, elle est le fruit d'une mesure physique, sans lien direct avec celle obtenue pour détecter la position. En combinant les enseignements des deux mesures, on peut donc considérer comme sûr un diagnostic de défaillance si on à la fois une erreur en position et une erreur en courant respectivement supérieures à des valeurs propres de seuil. [0041] A noter que la seule information sur la position n'est en effet pas suffisante. Ainsi, pour une électrovanne neuve, l'intensité correspondant à un déplacement donné sera pour fixer les idées de 1A. Si maintenant le même déplacement est obtenu pour une électrovanne testée, et que l'intensité mesurée est alors de 2A, l'électrovanne sera considérée comme défaillante, car cette intensité anormalement élevée traduit une résistance au déplacement anormale, liée par exemple à une défaillance du moteur de l'électrovanne. [0042] Le processus a jusqu'à présent été décrit sur un seul cycle d'ouverture/fermeture. Mais pour un diagnostic, un grand nombre de cycles û par exemple de préférence entre 5 et 50 û est effectué. Dans ces conditions, on comprend que la dynamique proposée par l'invention est importante, les fins de course de l'obturateur, surtout les phases finales de fermeture, étant les plus critiques (en particulier, le moteur peut continuer à exercer un effort dans le sens d'un déplacement de l'obturateur alors que celui-ci est déjà en appui sur le siège de soupape par exemple). [0043] Dans cette succession de cycles, le déplacement sera de préférence commandé entre une position minimale Xmin, dernière valeur par apprentissage lorsque l'intensité de courant est nulle (1=0), ce qui correspond donc à une position d'électrovanne fermée), et la position minimale, à la dernière valeur par apprentissage correspondant à une position de la vanne lorsque l'intensité de courant est à son maximum (1=lmax). Dans ces conditions, une dérive du capteur de position n'a pratiquement pas d'impact sur le diagnostic de l'état de fonctionnement de l'électrovanne. [0044] Avantageusement, la mesure d'une intensité de courant n'est pas sensible à des variations de température, contrairement à une mesure de voltage qui intègre alors la valeur de la résistance. Dans une variante préférée de l'invention, l'intensité est déterminée 2941781 -8- directement par l'unité de contrôle moteur, Ceci permet de ne pas utiliser de capteurs spécifiques. [0045] La figure 4, reprend l'organigramme de diagnostic. Lorsque le diagnostic est lancé (Etape 10 : début), on commence par déterminer si les conditions de diagnostic sont effectivement réunies (Etape 11), ce qui suppose que la vanne soit en position ouverte (VANNE EGR=ON ; Etape 12), et ceci depuis un certain temps (Etape 13), afin de s'assurer que le déplacement est complet. [0046] A l'étape 14, on mesure la position initiale de l'électrovanne vanne, indiquée en 0/0 d'ouverture, ainsi que l'instant de courant correspondante (en Ampères), et à l'étape 15, on détermine, par exemple à l'aide d'une cartographie basée sur des valeurs mesurées avec une électrovanne neuve en parfait état. Les étapes 14 et 15 peuvent bien sûr être effectuées dans l'ordre inverse ou simultanément. [0047] Cette position initiale acquise, on peut maintenant commander un déplacement de l'obturateur, selon une dynamique donnée (étape 16), en visant une position finale OFF donnée (étape 17), correspondant par exemple à une fermeture complète. [0048] A l'étape 18, on applique alors une certaine temporisation, puis à nouveau, on mesure positions et courants à cette position (étape 19), et on détermine les valeurs de référence correspondantes (étape 20). [0049] Ceci permet à l'étape 21 de calculer l'erreur en position (Delta(X) et en courant (Delta(I)) et des les comparer respectivement à des valeurs calibrées prédéfinies (ou plus précisément de comparer les valeurs absolues des erreurs en position et en courant à ces valeurs calibrées). [0050] Si les deux erreurs sont en dessous de ce seuil, le fonctionnement est déclaré normal (étape 22). Sinon, le fonctionnement est déclaré défectueux (étape 23). [0051] Dans une variante, lorsqu'une seule une des deux erreurs en position ou en courant dépasse une valeur calibrée, une information selon laquelle le système peut nécessiter une réparation partielle (opposée au remplacement complet de la pièce) pourra être proposée à l'opérateur. Ainsi, si seule l'erreur en position est repérée, on peut considérer qu'il y a probablement une panne d'origine � mécanique �, qui peut nécessiter le remplacement du seul obturateur par exemple. A l'inverse une erreur en courant (qui traduit le fait que l'obturateur a bien pu être positionné comme souhaité, mais au prix d'un effort du 2941781 -9- moteur électrique anormal, peut signifier un problème au niveau de ce moteur proprement dit. [0052] Nous avons supposé jusqu'à présent que la position de la vanne varie entre 0% (vanne totalement fermée) et 100% (vanne totalement ouverte), la vanne peut en fait adoptée toutes les positions intermédiaires, et on peut décider d'opérer par exemple un test entre une position quasi-fermée (ouverture à 5%) et une position quasi-ouverte (ouverte à 95%), ces valeurs étant purement indicatives. [0053] Lorsque plusieurs cycles sont opérés successivement, on peut aussi choisir de tester différentes positions, en commandant par exemple une succession de positionnement selon des ouvertures de 0%, 100%, 5% , 95%, 10%, 80% etc., cet enchainement n'étant bien sûr donné qu'à titre indicatif, l'intérêt étant que l'état initial du système correspond à chaque fois à la dernière position commandée de l'obturateur. [0054] Le procédé selon l'invention permet de ne pas nécessiter de capteurs spécifiques pour le diagnostic de l'électrovanne. Par ailleurs, comme les mouvements de l'obturateur sont à tout instant de sa course commandés, on évite des casses intempestives de l'obturateur en fin de phase de fermeture, ou une course � libre � utilisant par exemple un simple ressort de rappel pour ramener l'obturateur dans une position de repos. [0055] Par ailleurs, en s'autorisant à procéder à grande vitesse lors des phases du test pour lesquelles les risques d'endommagement de l'électrovanne sont minimes, on réduit le temps total de diagnostic. Or, en particulier sur une ligne de production, il peut être souhaitable de procéder à un diagnostic en bout de chaine, ce qui suppose des cadences de l'ordre de 90s par véhicule, donc tout gain de temps est souhaitable. Revendications1. Procédé de diagnostic de l'état d'une électrovanne comportant une évaluation de la différence entre une position effective de la vanne et une position commandée ouverte ou fermée, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une évaluation de l'écart entre une intensité du courant électrique dans l'électrovanne mesurée à l'ouverture de celle-ci et une intensité de référence. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on effectue au moins un cycle de commande comportant successivement l'ouverture et la fermeture de l'électrovanne, comportant un élément obturateur dont le déplacement est commandé selon une dynamique lente lorsque sa position approche une position de fermeture complète. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déplacement de l'obturateur est commandé selon une dynamique rapide tant que sa position est éloignée de plus de 5% d'une position de fermeture. 4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le temps de déplacement selon une dynamique rapide est sensiblement égal à celui selon une dynamique lente. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le déplacement de l'obturateur est commandé selon une dynamique lente lorsque sa position approche une position d'ouverture complète 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que si l'écart de position et l'écart d'intensité sont tous les deux supérieurs (en valeur absolue) à des valeurs de seuil, l'électrovanne est considérée défaillante. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on commande une ouverture et/ou une fermeture partielle. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel on opère une série de cycles d'ouverture/fermeture, la position finale en fin d'un cycle correspondant à chaque fois à la position initiale du début de cycle suivant. 9. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes pour diagnostiquer l'état d'une électrovanne d'un circuit de recirculation des gaz d'un moteur à combustion thermique.