Brevet FR2957972A1 — publié le 20110930

Domaine de l'invention La présente invention se rapport à un procédé de surveillance d'un capteur de gaz d'échappement installé dans un conduit de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne selon lequel, le capteur de gaz d'échappement détermine à l'aide d'un élément de capteur, au moins un composant des gaz d'échappement et à l'aide d'un capteur de température, intégré, on détermine la température mesurée par le capteur de gaz d'échappement. L'invention se rapporte également à un dispositif de surveillance d'un capteur de gaz d'échappement installé dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, le capteur de gaz d'échappement comportant un élément de capteur pour déterminer au moins un composant des gaz d'échappement et un capteur de température intégré pour déterminer la température mesurée par le capteur de gaz d'échappement, ainsi qu'une unité de commande associée au moteur à combustion interne pour le commander et pour exploiter le capteur de gaz d'échappement, l'unité de commande recevant d'autres signaux d'au moins un capteur de température dans la conduite des gaz d'échappement. Etat de la technique La réglementation impose actuellement le respect de limites d'émission très strictes par les moteurs à combustion interne pour les gaz d'échappement. A côté des catalyseurs et des filtres équipant une conduite de gaz d'échappement, il y a également un grand nombre de capteurs par exemple sous la forme de capteurs de gaz d'échappement permettant de déterminer les composants des gaz d'échappement ; on a également des capteurs de température pour mesurer la température des gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement. Les capteurs servent à commander le moteur à combustion interne et à surveiller le fonctionnement du système de post-traitement des gaz d'échappement dans le cadre d'un diagnostic embarqué (diagnostic OBD). 2 Les capteurs de température comportent non seulement l'élément de capteur proprement dit pour déterminer les composants des gaz d'échappement mais généralement d'autres composants tels que par exemple un organe de chauffage ou au moins un capteur de température intégré. Le dispositif de chauffage permet d'atteindre rapidement la température de fonctionnement requise de l'élément de capteur ou encore dans le cadre d'une phase de régénération, il permet de régénérer l'élément de capteur par un procédé thermique. Le capteur de température, intégré, permet ainsi de surveiller la température de l'élément de capteur. Pour surveiller l'émission de particules par un moteur à combustion interne, en amont et/ou en aval d'un filtre à particules installé dans la conduite des gaz d'échappement, on utilise par exemple comme cela est connu, des capteurs de particules. Un capteur de particules permet de surveiller le fonctionnement du filtre à particules et il détermine l'instant d'une régénération nécessaire du filtre à particules. Dans le cas de filtres à particules de noir de fumée, la régénération se fait par augmentation de la température des gaz d'échappement à une valeur caractéristique comprise entre 550°C et 650°C. Cela peut se faire en intervenant dans la préparation du mélange alimentant le moteur ou en appliquant des moyens extérieurs au moteur. On lance ainsi une réaction exothermique produisant la combustion des particules de fumée et qui en quelques minutes (par exemple 20 minutent), régénère le filtre à particules. La régénération est surveillée grâce à des capteurs de température installés dans la conduite des températures; ces capteurs de température surveillent la température produite en amont ou en aval du filtre pour tirer des conclusions relatives à l'état de régénération et protéger le filtre à particules contre les dommages liés à des températures excessives des gaz d'échappement. De tels capteurs de particules sont par exemple connus selon les documents DE 10149333 Al et WO 2003006976 A2. Il s'agit dans ce cas de capteurs de particules fonctionnant par résistance, qui exploitent une variation des caractéristiques électriques d'une structure d'électrodes interdigitées s'appuyant sur les dépôts de particules. On a 3 deux ou plusieurs électrodes qui s'interpénètrent à la manière de peignes. Les électrodes sont généralement en partie couvertes par un manchon de collecte. Le nombre croissant de particules se déposant sur le filtre à particules court-circuite les électrodes, ce qui se traduit par une diminution de la résistance électrique en fonction du dépôt croissant de particules, d'une diminution de l'impédance ou d'une variation d'une grandeur caractéristique liée à la résistance ou à l'impédance, telle que la tension et/ou l'intensité. Pour l'exploitation, on fixe en général un seuil par exemple un courant de mesure entre les électrodes et on utilise le temps jusqu'à atteindre le seuil comme mesure de la quantité de particules accumulées. En variante, on peut également exploiter une vitesse de variation de signal A pendant le dépôt des particules. Plus le capteur de particules est chargé et plus on brûle les particules stockées au cours d'une phase de régénération à l'aide d'un élément chauffant intégré dans le capteur de particules. La régulation de la régénération utilise la température du capteur de particules fournie par un capteur de température, intégré, par exemple une forme de méandre métallique, imprimée. Un capteur de particules intégrant un capteur de température et au moins un autre capteur de température sont installés dans la conduite des gaz d'échappement du moteur thermique pour surveiller le fonctionnement et la régénération du filtre à particules. Dans le cas d'un diagnostic embarqué, en plus de la surveillance du fonctionnement des catalyseurs et des filtres, il faut également surveiller les capteurs installés dans la conduite des gaz d'échappement. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé et un dispositif permettant une surveillance économique du fonctionnement des capteurs de gaz d'échappement avec un capteur de température, intégré. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que 4 - à l'aide d'un programme de calcul ou d'au moins un champ de caractéristiques, on détermine une température modélisée du capteur de gaz d'échappement, - on compare la température mesurée par le capteur de température intégré et la température modélisée, et - en cas d'écart entre la température mesurée et la température modélisée, au-delà d'une plage de tolérance déterminée, on conclut qu'un capteur de température, intégré, est défectueux ou qu'un capteur de gaz d'échappement est mal installé ou encore qu'il y a des fuites dans le conduit des gaz d'échappement. La température modélisée du capteur de gaz d'échappement se détermine indépendamment de la température mesurée que l'on obtient à l'aide du capteur de température, intégré, dans le capteur de gaz d'échappement. Si la température mesurée est par exemple défectueuse à cause d'une boucle de température défectueuse du capteur de température, intégré, cela se traduit par une différence correspondante entre la température mesurée et la température modélisée du capteur de gaz d'échappement ce qui permet de conclure que le capteur de température, intégré, est défectueux. Si le capteur de gaz d'échappement est mal installé ou n'est pas installé, la position de montage du capteur de gaz d'échappement ne correspond pas à la position prédéfinie pour laquelle est conçu le calcul du capteur de température. Cela se traduit également par une température mesurée qui diffère de la température modélisée. Les défauts d'étanchéité dans la conduite des gaz d'échappement avec un échange correspondant de gaz d'échappement et ainsi de chaleur, ne sont pas pris en compte dans la modélisation du capteur de température et se traduisent également par un écart exploitable entre la température mesurée et la température modélisée. Comme à la fois la température mesurée et la température modélisée ne correspondent que dans le cadre de tolérances inévitables avec la température effective du capteur de gaz d'échappement, la comparaison entre la température modélisée et la température mesurée, se fait dans le cadre d'une plage prédéfinie de tolérances. Si la température mesurée et la température modélisée se correspondent dans le cadre de la plage de tolérances, on peut supposer que la mesure de la température faite par le capteur de température intégré est correcte, que le montage du capteur de température est 5 correct et que le canal de gaz d'échappement n'est pas défectueux. Le procédé est avantageux en ce qu'il utilise les capteurs existants sans nécessiter de composants supplémentaires qui seront remplacés par une pure adaptation de programme correspondant, économique. Pour modéliser la température du capteur de gaz d'échappement, on peut utiliser au moins en partie des modèles connus. Pour cela, selon une autre caractéristique du procédé on détermine la température modélisée du capteur de gaz d'échappement à partir de : - une température de gaz d'échappement fournie par un capteur de température installé dans la conduite des gaz d'échappement, ou - la température de la paroi de la conduite des gaz d'échappement, déterminée par un capteur de température installé dans la conduite des gaz d'échappement, ou - une température de gaz d'échappement modélisée pour la plage du capteur de gaz d'échappement, ou - une température de paroi de la conduite de gaz d'échappement modélisée pour la plage du capteur de gaz d'échappement, ou - la vitesse des gaz d'échappement, ou - du débit massique des gaz d'échappement, ces éléments étant considérés séparément ou en combinaison d'au moins deux grandeurs caractéristiques. Pour surveiller la combustion, les moteurs actuels sont déjà équipés de capteurs de température installés dans la conduite des gaz d'échappement et qui peuvent servir au procédé selon l'invention. De tels capteurs de température installés en amont du capteur de gaz d'échappement dans le sens de passage des gaz d'échappement, sont avantageux pour modéliser la température régnant dans le capteur des gaz d'échappement. On peut également utiliser des capteurs servant à déterminer directement la vitesse des gaz d'échappement et le débit 6 massique des gaz d'échappement ainsi qu'un procédé de calcul de la vitesse des gaz d'échappement et du débit massique des gaz d'échappement à partir des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne; ces moyens sont connus et peuvent servir à la mise en oeuvre du procédé. La température du capteur de gaz d'échappement directement liée à la température des gaz d'échappement et à la température de la paroi de la conduite des gaz d'échappement à l'emplacement où est installé le capteur de gaz d'échappement. S'il n'y a pas de capteurs de température, directement à l'emplacement du capteur de gaz d'échappement, on peut modéliser la température des gaz d'échappement et la température de la paroi de la conduite à l'emplacement où est installé le capteur des gaz d'échappement en utilisant des procédés connus, par exemple en utilisant la température mesurée des gaz d'échappement en amont de l'emplacement. A partir des températures modélisées des gaz d'échappement et de la paroi de la conduite, ainsi obtenues, on détermine la température modélisée du capteur de gaz d'échappement. La précision avec laquelle on modélise la température du capteur de gaz d'échappement, dépend des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne. Sont avantageux les états pour lesquels on atteint au moins un réglage approximatif de l'équilibre ou un état stationnaire. C'est pourquoi, il est prévu de comparer la température modélisée à la température mesurée pour un état de fonctionnement stationnaire dans des limites prédéfinies du moteur à combustion interne. La température modélisée et la température mesurée ne se correspondent que dans le cadre de certaines tolérances. L'amplitude de la plage de tolérances dépend par exemple des paramètres actuels de fonctionnement du moteur à combustion interne. C'est pourquoi, on peut limiter la plage de tolérances prédéfinie par une limite supérieure autorisée, de la température modélisée, que l'on définit à partir d'un premier champ de caractéristiques et par une limite inférieure autorisée pour la température modélisée, que l'on détermine à partir d'un second champ de caractéristiques. La plage de tolérances peut être adaptée de cette manière à des conditions de fonctionnement variables. Comme 7 grandeurs d'entrée des champs de caractéristiques, on peut par exemple utiliser la température des gaz d'échappement fournie par un capteur de température installé dans la conduite des gaz d'échappement ou encore la température de la paroi de la conduite des gaz d'échappement fournie par un capteur de température installé dans la conduite des gaz d'échappement ou encore à partir de la température modélisée des gaz d'échappement pour la plage du capteur de gaz d'échappement ou encore la température de la paroi de la conduite des gaz d'échappement modélisée pour la plage du capteur de gaz d'échappement ou la vitesse des gaz d'échappement ou le débit massique des gaz d'échappement. Selon une variante de réalisation préférentielle de l'invention, pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, à partir de la température des gaz d'échappement fournie par un capteur de température installé dans la conduite des gaz d'échappement, on modélise la température de la paroi de conduite dans la plage du capteur de gaz d'échappement et aussi on en déduit par le calcul ou à partir d'un champ de caractéristique la température de la paroi de la conduite dans la plage du capteur de gaz d'échappement, après au moins un temps d'équilibrage prédéfini teq après l'arrêt du moteur à combustion interne, et après le temps d'équilibrage teq, on remplace la température modélisée du capteur de gaz d'échappement par la température de paroi de conduite, calculée ou déduite d'un champ de caractéristique et on compare à la température mesurée du capteur de température intégré. Lorsque le moteur à combustion interne est arrêté, la conduite des gaz d'échappement et le capteur de gaz d'échappement refroidissent. En même temps, la température du capteur de gaz d'échappement et celle de la conduite des gaz d'échappement, s'équilibrent. L'opération d'équilibrage se fait en général plus rapidement que la phase de refroidissement de sorte qu'après un temps prédéfini par le temps d'équilibrage teq, le capteur de gaz d'échappement a au moins sensiblement la même température que la paroi de la conduite et les deux températures sont supérieures à la température ambiante. La température de paroi de conduite obtenue après le temps d'équilibrage teq, peut alors servir de température 8 modélisée que l'on compare à la température mesurée par le capteur de température intégré. Cette procédure permet de diagnostiquer le capteur de température intégré dans une plage étendue de températures. La comparaison de températures peut se faire après différents temps d'équilibrage teq et ainsi pour différentes températures ce qui permet de contrôler la caractéristique de température du capteur de température intégré. Comme la comparaison se fait à des températures supérieures à la température ambiante, cela permet de détecter l'absence de capteurs de gaz d'échappement car on aura alors la température ambiante. Pour effectuer la mesure, il faut que le moteur à combustion interne soit arrêté suffisamment longtemps pour que la température du capteur de gaz d'échappement s'équilibre à la température de la conduite. Pour cela, on compare la température modélisée et la température mesurée lors du redémarrage du moteur à combustion interne ou en poursuite de fonctionnement lorsque le moteur à combustion interne est coupé ou encore pour des temps de repos suffisamment longs du moteur à combustion interne en mode de marche/arrêt. Il est important qu'au moins un temps d'équilibrage teq, requis, soit terminé et que la température de la paroi de conduite et celle du capteur de gaz d'échappement, soient toujours supérieures à la température ambiante. Le problème de l'invention est également résolu par un dispositif du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que l'unité de commande comporte un programme pour calculer ou au moins un champ de caractéristiques pour déterminer une température modélisée du capteur de gaz d'échappement, et l'unité de commande comporte un autre programme pour comparer la température modélisée à la température mesurée du capteur de gaz d'échappement et pour diagnostiquer un capteur de température intégré, défectueux ou un capteur de gaz d'échappement mal installé ou des points non étanches de la conduite des gaz d'échappement en cas d'écart entre la température mesurée et la température modélisée au-delà d'une plage de tolérance prédéfinie. 9 Le diagnostic d'un capteur de température intégré, défectueux ou d'un capteur de gaz d'échappement non installé ou encore d'une conduite de gaz d'échappement non étanche peut ainsi se faire avec les composants existants. Il suffit d'une extension de programme dans l'unité de commande. Le procédé et le dispositif s'appliquent de manière préférentielle à la surveillance d'un capteur de particules à effet résistant ou capacitif. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation du procédé et/ou du dispositif représentés schématiquement dans l'unique figure annexée qui est un ordinogramme du déroulement du fonctionnement d'un capteur de gaz d'échappement. Description d'un mode de réalisation préférentiel La figure montre le déroulement d'un procédé de surveillance du fonctionnement d'un capteur de gaz d'échappement installé dans une conduite de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne sous la forme d'un ordinogramme. Le capteur de gaz d'échappement présenté est un capteur de particules fonctionnant par résistance et ayant un capteur de température intégré. Le bloc de départ 10 est suivi par un premier bloc fonctionnel 11 dans lequel on détermine la vitesse des gaz d'échappement w et la température TAbg des gaz d'échappement dans la conduite des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Une première requête vérifie si la vitesse des gaz d'échappement w et la température des gaz d'échappement TAbg restent constantes dans une plage de tolérances prédéfinie. Si cela n'est pas le cas, on revient en amont du premier bloc fonctionnel 11. Si la vitesse des gaz d'échappement w et la température des gaz d'échappement TAbg sont suffisamment constantes, dans un second bloc fonctionnel 13, on détermine la température mesurée du capteur de gaz d'échappement à l'aide d'un capteur de température intégré. Dans le troisième bloc fonctionnel 14, suivant, à partir de la vitesse des gaz d'échappement w et de la température des gaz d'échappement TAbg, en utilisant un champ de caractéristiques, enregistré, on définit une limite supérieure 10 autorisée pour la température modélisée. Dans la seconde requête suivante 15, on vérifie si la température mesurée à l'aide du capteur de température intégré dans le capteur de gaz d'échappement, se situe au-delà de la limite supérieure de la température modélisée dans le troisième bloc fonctionnel 14. Dans l'affirmative, on conclut dans un premier bloc 16, que le capteur de température, intégré, est défectueux, ou que le capteur de gaz d'échappement est mal installé ou que la conduite des gaz d'échappement n'est pas étanche. Si la température mesurée ne dépasse pas la limite supérieure définie pour la température modélisée, dans un quatrième bloc fonctionnel 17, à partir des grandeurs caractéristiques, c'est-à-dire la vitesse w des gaz d'échappement et la température TAbg des gaz d'échappement, en utilisant un second champ de caractéristiques, enregistré, on détermine une limite inférieure autorisée pour la température modélisée. Dans une troisième requête 18, on vérifie si la température mesurée à l'aide du capteur de température intégré dans le capteur de gaz d'échappement, on se situe en dessous de la limite inférieure définie dans le quatrième bloc fonctionnel 17 pour la température modélisée. Si cela est le cas, dans un second bloc de défaut 19, on conclut à un capteur de température intégré défectueux, à un capteur de gaz d'échappement mal installé ou d'une conduite de gaz d'échappement non étanche. Si la température mesurée dépasse la limite inférieure pour la température modélisée, on estime dans le bloc 20, que le bloc capteur est en ordre. La température du capteur de gaz d'échappement, mesurée par le capteur de température intégré, correspond alors dans le cadre d'une plage de tolérances prédéfinie à partir de la vitesse des gaz d'échappement w et de la température des gaz d'échappement TAbg, à une température modélisée du capteur de gaz d'échappement, indépendante du signal du capteur de température intégré; on pourra alors estimer que le capteur de température intégré fonctionne normalement, que le capteur des gaz d'échappement est installé correctement et que la conduite des gaz d'échappement n'a pas de fuite. 11 Le déroulement du procédé permet de surveiller le fonctionnement de capteurs de gaz d'échappement intégrant des capteurs de température dans la conduite des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, ainsi que la correction de leur montage. Le procédé permet également de détecter des points non étanches dans la conduite des gaz d'échappement. On utilise ainsi les capteurs de température équipant déjà des moteurs à combustion interne, actuels, ou les grandeurs caractéristiques de ces capteurs telles que la vitesse des gaz d'échappement w et la température des gaz d'échappement TAbg. La vérification dans le premier bloc fonctionnel pour déterminer si la vitesse des gaz d'échappement w et la température des gaz d'échappement TAbg sont suffisamment constantes, garantit que la tolérance définie pour la limite supérieure et la limite inférieure de la température modélisée est suffisamment faible pour surveiller le capteur de gaz d'échappement.20 REVENDICATIONS1 °) Procédé de surveillance d'un capteur de gaz d'échappement installé dans un conduit de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne selon lequel, le capteur de gaz d'échappement détermine à l'aide d'un élément de capteur, au moins un composant des gaz d'échappement et à l'aide d'un capteur de température, intégré, on détermine la température mesurée par le capteur de gaz d'échappement, caractérisé en ce qu' - à l'aide d'un programme de calcul ou d'au moins un champ de caractéristiques, on détermine une température modélisée du capteur de gaz d'échappement, - on compare la température mesurée par le capteur de température intégré et la température modélisée, et - en cas d'écart entre la température mesurée et la température modélisée, au-delà d'une plage de tolérance déterminée, on conclut qu'un capteur de température, intégré, est défectueux ou qu'un capteur de gaz d'échappement est mal installé ou encore qu'il y a des fuites dans le conduit des gaz d'échappement. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la température modélisée du capteur de gaz d'échappement à partir de : - une température de gaz d'échappement fournie par un capteur de température installé dans la conduite des gaz d'échappement, ou - la température de la paroi de la conduite des gaz d'échappement, déterminée par un capteur de température installé dans la conduite des gaz d'échappement, ou - une température de gaz d'échappement modélisée pour la plage du capteur de gaz d'échappement, ou - une température de paroi de la conduite de gaz d'échappement modélisée pour la plage du capteur de gaz d'échappement, ou - la vitesse des gaz d'échappement, ou - du débit massique des gaz d'échappement,ces éléments étant considérés séparément ou en combinaison d'au moins deux grandeurs caractéristiques. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on compare la température modélisée à la température mesurée au cours d'un état de fonctionnement stationnaire du moteur à combustion interne, dans des limites prédéfinies. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la plage de températures prédéfinie par une limite supérieure autorisée de la température modélisée, à partir d'un premier champ de caractéristiques, et on limite un dépassement vers le bas, autorisé, de la température modélisée définie à partir d'un second champ de caractéristiques. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne, à partir d'une température de gaz d'échappement fournie par un capteur de température installé dans la conduite des gaz d'échappement, on modélise la température de la paroi de la conduite dans la plage du capteur de gaz d'échappement, - à partir de celle-ci, on calcule la température de la paroi de la conduite dans la plage du capteur de gaz d'échappement après au moins un temps d'équilibrage prédéfini teq après l'arrêt du moteur à combustion interne, ou - on déduit cette température d'un champ de caractéristiques, et - après le temps d'équilibrage teq, on prend comme température modélisée du capteur de gaz d'échappement, la température de la paroi de conduite, calculée ou déduite d'un champ de caractéristiques, et on la compare à la température mesurée par le capteur de température à intégration.35 14 6°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' on détermine ou on compare la température modélisée et la température mesurée lors d'un redémarrage du moteur à combustion interne ou en poursuite de fonctionnement lorsque le moteur à combustion interne est coupé ou après un temps d'arrêt suffisamment long du moteur à combustion interne fonctionnant en mode marche/arrêt. 7°) Dispositif de surveillance d'un capteur de gaz d'échappement installé dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, le capteur de gaz d'échappement comportant un élément de capteur pour déterminer au moins un composant des gaz d'échappement et un capteur de température intégré pour déterminer la température mesurée par le capteur de gaz d'échappement, ainsi qu'une unité de commande associée au moteur à combustion interne pour le commander et pour exploiter le capteur de gaz d'échappement, l'unité de commande recevant d'autres signaux d'au moins un capteur de température dans la conduite des gaz d'échappement, dispositif caractérisé en ce que l'unité de commande comporte un programme pour calculer ou au moins un champ de caractéristiques pour déterminer une température modélisée du capteur de gaz d'échappement, et l'unité de commande comporte un autre programme pour comparer la température modélisée à la température mesurée du capteur de gaz d'échappement et pour diagnostiquer un capteur de température intégré, défectueux ou un capteur de gaz d'échappement mal installé ou des points non étanches de la conduite des gaz d'échappement en cas d'écart entre la température mesurée et la température modélisée au-delà d'une plage de tolérance prédéfinie. 8°) Application du procédé et du dispositif pour surveiller un capteur de particules de fumée fonctionnant par effet capacitif ou résistant,mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou selon la revendication 7.5