Brevet FR2984421A1 — publié le 20130621

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de sur- veillance du mouvement de l'induit d'une pompe électromagnétique à piston alternatif, notamment d'une pompe du module de transfert d'un système de catalyseur SCR. L'invention se rapporte également à un programme d'ordinateur exécutant toutes les étapes du procédé lorsqu'il est appliqué par un calculateur. L'invention se rapporte aussi à un produit programme d'ordinateur avec un code-programme enregistré sur un sup- port lisible par une machine pour la mise en oeuvre du procédé lorsque le programme est appliqué par un ordinateur ou un appareil de commande. Etat de la technique Le procédé de réduction catalytique sélective SCR utilise un agent réducteur (AdBlue, marque déposée) que l'on mélange aux gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (moteur thermique). Cet agent réducteur se compose d'un tiers d'urée et de deux tiers d'eau. Une buse pulvérise ce liquide directement dans la veine de gaz d'échappement en amont du catalyseur SCR. Il se forme alors à partir de l'urée, de l'ammoniac nécessaire à la réaction. Dans une seconde étape, les oxydes d'azote des gaz d'échappement et l'ammoniac réagissent dans le catalyseur SCR pour donner de l'eau et de l'azote qui est non polluant. La figure 1 montre le système de dosage d'un catalyseur SCR selon l'état de la technique. Ce système comporte un réservoir d'agent réducteur 1 équipé d'un capteur de niveau, d'un filtre et d'un dispositif de chauffage ainsi qu'un module de transfert 2, par exemple le système DN0x5.1 de la société Bosch, un module de dosage 3 et un appareil de commande 4. La solution d'agent réducteur est transportée du réservoir 1 dans le module de transfert 2. Dans celui-ci, la solution tra- verse une soupape d'aspiration 21 pour être aspirée par la pompe à membrane à piston alternatif 22. La pompe comporte une membrane 221 pour un transfert volumétrique de la solution d'agent réducteur, un piston alternatif 222 dont le mouvement oscillant est transmis à la membrane 221, un électroaimant de levée 223 avec un induit non re- présenté qui produit la levée du piston alternatif 222 lorsqu'il est ali- menté ainsi qu'un ressort de compression 224 qui rappelle le piston alternatif 222 contre son siège lorsque l'électroaimant de levée 223 n'est plus alimenté. Lors du mouvement de pompage du piston alternatif 222, la soupape d'aspiration 21 s'ouvre et permet à l'agent réducteur d'arriver dans la pompe à membrane 22. Chaque course de pompage transfère ainsi une certaine quantité de solution d'urée. Lorsque le piston alternatif 222 revient contre son siège, la soupape d'aspiration 21 se ferme et la solution d'agent réducteur est refoulée par la pompe à membrane à piston alternatif 22 à travers une soupape de pression 23 qui sert en même temps de protection de refoulement pour la pompe à membrane à piston alternatif 22. La solution est ainsi transférée à travers un amortisseur de pulsations 24 hors du module de transfert 2 dans le module de dosage 3 pour être dosée dans la veine de gaz d'échappement. Le module de réaspiration 25 du module de transfert 2 permet de réaspirer la solution d'agent réducteur. Le module de réaspi- ration 25 comporte une soupape d'aspiration 251, une pompe de réaspiration 252 et une soupape de pression 253. La solution d'agent réducteur quitte le module de réaspiration et peut être réaspirée dans le réservoir 1 à travers l'amortisseur de pression d'entrée 26. Dans le cadre du diagnostic embarqué (diagnostic OBD), il est nécessaire de déterminer la pression dans le circuit hydraulique du système de catalyseur SCR, ce qui nécessite l'utilisation d'un capteur de pression. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un procédé de surveil- lance du mouvement de l'induit d'une pompe électromagnétique à piston alternatif, notamment d'une pompe à membrane à piston alternatif dans le module de transfert d'un système de catalyseur SCR, selon lequel on mesure la courbe du courant de pompe en fonction du temps et on détecte la fin du mouvement de l'induit dans le sens de la levée lorsque la courbe du courant de pompe passe par un minimum local. L'existence du minimum local se reconnaît notamment selon l'invention en formant la dérivée première de la courbe de courant de pompe et le minimum local correspond à cette dérivée première égale à O. La détermination selon l'invention du mouvement de l'induit, permet de modéliser la pression du système. Pour cela, on tient compte de ce qu'une contrepression, (par exemple lorsqu'on utilise une pompe à membrane à piston alternatif, il s'agit de la contrepression exercée sur la membrane de la pompe et qui est en liaison directe avec l'induit de la pompe à membrane à piston alternatif) assure que l'induit de l'électroaimant de la pompe à membrane à piston alternatif, se déplace lentement entre ces deux points de fin de course. Si la contrepression dans le système est élevée, il faut une plus grande force magnétique pour dé- fo placer initialement l'induit. En outre, l'induit nécessite plus de temps pour effectuer une course de pompage car son mouvement est fortement amorti par la contrepression. Il faut également dans ce cas que le champ magnétique soit supérieur à celui d'un système dans lequel règne une pression plus faible. 15 Dans ce procédé, il faut prendre en considération que la pompe à piston alternatif peut être influencée par différents facteurs marginaux. Les grandeurs caractéristiques sont la tension du réseau embarqué, mesurée sur l'appareil de commande et la température de la bobine de l'électroaimant de levée. La température de la bobine est 20 transformée en une température par l'utilisation d'une commande à modulation de largeur d'impulsion (PWM) et par la mesure du courant de bobine qui s'établit, en appliquant des modèles de calcul. La température et la tension appliquée à la bobine électromagnétique génèrent une variation du courant de bobine. Pour une tension élevée, la bobine 25 électromagnétique se charge plus rapidement et le niveau d'énergie pour déplacer l'induit est atteint plus rapidement. Pour une température plus élevée, la résistance interne de bobine de la matière de l'enroulement utilisée et le niveau d'énergie pour déplacer l'induit, sont atteints moins rapidement. Par des modèles de calcul, on transforme 30 l'instant de la venue en butée de l'induit (mouvement de pompage) en tenant compte de la résistance interne de la bobine (la température de la bobine) en fonction de la tension du réseau embarqué que l'on transforme en pression s'opposant au mouvement de l'induit et ainsi à celui de la membrane de la pompe. Par ce calcul, l'appareil de commande du 35 système régule une pression constante. Cette pression est nécessaire pour permettre un bon développement de la pulvérisation dans le module de dosage et aussi pour respecter les directives de diagnostic embarquées (dérivée de la quantité dosée, modèle d'utilisation, etc..). Pour éviter que des artifices du courant de pompe puis- sent être interprétés de manière erronée comme indiquant la fin du mouvement de l'induit de la pompe électromagnétique à piston alternatif, il est prévu selon l'invention, de contrôler la plausibilité du point de fin de course du mouvement de l'induit. Pour cela, on forme la dérivée première de la courbe de courant entre le minimum local et le maxi- mum local qui le précède et on reconnaît la fin du mouvement de l'in- duit dans la direction de levée comme étant fiable si l'intensité du courant de pompe dépasse un seuil fixé dans une plage fixée en amont et en aval de l'instant de la valeur maximale de la dérivée première de la courbe de courant. On peut également contrôler la plausibilité en dé- terminant les valeurs de conversion analogiques/numériques du mini- mum local et du maximum local qui le précède dans la courbe de courant de pompe ; on considère la fin du mouvement de l'induit dans la direction de levée comme étant fiable si l'amplitude de la différence des deux valeurs dépasse un seuil fixé. Pour déterminer non seulement la fin du mouvement de l'induit mais également le début de ce mouvement, il est prévu selon l'invention de former la dérivée première de la courbe de courant avant le maximum local qui précède le minimum local et d'extrapoler la courbe de la dérivée première ; on reconnaît le début du mouvement de l'induit dans le sens de levée dès que la dérivée première de la courbe de courant de pompe diffère de la valeur extrapolée de la dérivée première d'au moins une valeur fixée. On extrapole la dérivée première, notamment comme fonction exponentielle. La connaissance de l'instant du démarrage du mouvement de l'induit permet une meilleure représenta- tion du modèle de pression. Cela permet d'obtenir une relation plus précise entre le champ magnétique et la contrepression. Dans la seule prise en compte du point de fin de course du mouvement de l'induit, des facteurs tels que le frottement, la force du ressort, la viscosité du milieu comprimé, la déformabilité de la membrane de la pompe et la température, jouent un rôle non négligeable. Ces facteurs peuvent être éliminés si on connaît l'instant du départ du mouvement de l'induit, ce qui augmente le caractère significatif de cette évaluation. L'existence d'un maximum local dans la courbe du cou- rant de pompe peut être reconnue, selon l'invention, par la dérivée pre- mière du courant de pompe qui est égale à O. Distinguer entre le minimum local et le maximum local à l'aide de la dérivée première du courant de pompe est possible en ce que la dérivée première passe d'une valeur positive à une valeur négative au passage par zéro correspondant au maximum local alors qu'au minimum local, le passage par zéro se fait en partant d'une valeur négative vers une valeur positive. Si le courant de pompe n'atteint pas de minimum local dans une période ou durée fixée, on considère selon l'invention que l'induit de la pompe à piston alternatif est bloqué. Le programme d'ordinateur selon l'invention permet d'exécuter toutes les étapes du procédé de l'invention lorsque le pro- gramme est appliqué par un appareil de commande ou un calculateur. Cela permet par exemple d'implémenter le procédé selon l'invention dans un système de catalyseur SCR existant, sans avoir à effectuer des modifications constructives. Le produit-programme d'ordinateur selon l'invention avec un code-programme enregistré sur un support lisible par une machine, sert ainsi à exécuter le procédé de l'invention lorsque le programme est appliqué par un appareil de commande ou un calculateur. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de procédé de surveillance du mouvement de l'induit d'une pompe électromagnétique à piston alternatif représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un système de catalyseur SCR selon l'état de la technique, - la figure 2 représente la courbe du courant d'une pompe électromagnétique à piston alternatif, - la figure 3 est une vue de détail de la figure 2, - la figure 4 montre comment l'extrapolation de la dérivée première de la courbe de courant selon les valeurs de conversion analo- giques/numériques d'une pompe électromagnétique à piston alternatif, permet de déterminer le début du mouvement de l'induit, - la figure 5 représente les valeurs de conversion analogiques/numériques de la courbe de courant d'une pompe électroma- gnétique à piston alternatif et sa dérivée première, - la figure 6 est une autre représentation des valeurs de conversion analogiques/numériques de la courbe de courant d'une pompe électromagnétique à piston alternatif ainsi que la dérivée première de cette courbe, - la figure 7 représente les valeurs de conversion analo- giques/numériques de la courbe de courant d'une pompe électromagnétique à piston alternatif avec un induit bloqué et avec un induit non bloqué ainsi que la dérivée première de la courbe, - la figure 8 montre l'intensité du courant de pompe au point de fin de course du mouvement de l'induit d'une pompe électromagnétique à piston alternatif selon différentes conditions environnantes, - la figure 9 montre la pente entre le minimum local et le maximum local de la courbe de courant de pompe d'une pompe électromagnétique à piston alternatif dans différentes conditions. Description de modes de réalisation de l'invention Les figures 2 et 3 montrent la courbe d'intensité du courant d'une pompe à membrane à piston alternatifs 22 d'un système de catalyseur SCR selon la figure 1. Les variations de la courbe du signal de courant sont générées par l'inductance du mouvement de l'induit lorsque la phase de pompage commence, c'est-à-dire lorsque l'induit de l'électroaimant de levée 223 est en butée jusqu'à l'intervalle d'air résiduel. Dans la plage A, la courbe est croissante continue. Au point B, on a le maximum local de la courbe d'intensité de la pompe pour lequel la dérivée première de l'intensité est égale à O. Le point C représente un minimum local de l'intensité du courant de pompe pour lequel la déri- vée première de la courbe d'intensité est égale à O. Il s'agit ici du point final ou fin de course du mouvement de l'induit de l'électroaimant de levée 223. Dans la plage D, la courbe de courant est de nouveau croissante. Au point d'inflexion E, on a le maximum de la pente négative entre les deux points extrêmes B et C. La distance F correspond à la différence du niveau d'intensité entre les deux extrêmes locaux B et C. La distance G correspond à la différence de temps entre les deux extrêmes locaux B et C. La figure 4 montre comment déterminer le début du mouvement de l'induit de l'électroaimant de levée. La dérivée première ADC' de la courbe du signal ADC du convertisseur analogique numérique au niveau de l'induit se détermine avant le maximum local B. La courbe de la dérivée première est extrapolée comme fonction exponentielle (ADC'ex) et on reconnaît le début du mouvement de l'induit dans la direction de levée dès que la dérivée première de la courbe d'intensité de pompe au point H diffère de la valeur extrapolée de la dérivée première d'au moins une valeur fixe. Pour contrôler la plausibilité de la détection du point final du mouvement de l'induit, on peut vérifier par exemple à 300 gs en amont et à 300 gs en aval du point E, si la variation de l'intensité du courant de pompe est supérieure à 17,5 mA. Cela correspond à 29,2 A/s. Dans une autre étape de contrôle de plausibilité, on peut vérifier si la différence F du courant de pompage entre les deux extrêmes B et C, est supérieure à 26,2 mA. Pour contrôler la plausibilité, on peut en outre selon l'invention, exploiter le point extrême local négatif E de la dérivée première entre les deux passages par zéro B et C détectés dans la dérivée première de la courbe du courant de pompe. Cela signifie que la plus grande valeur négative de cette dérivée (en digits du signal de conversion analogique-numérique) doit être supérieure à une variable applicable. On confirme ainsi qu'une pente suffisamment négative de la dérivée existait et que l'on a ainsi trouvé effectivement les points extrêmes recherchés et non détecté un bruit. L'intensité elle-même doit chuter suffisamment rapidement. Les valeurs déterminées sont ainsi classées comme étant d'autant plus fiables que l'intensité du courant chute en fonction du temps. Si les conditions de la première étape de contrôle de plausibilité sont remplies, on vérifie si les "valeurs brutes de courant" numérisées se situent également dans une plage plausible. Pour cela, on détermine si d'une part la valeur de l'intensité fournie par un convertisseur analogique/numérique entre le maximum local B de la courbe de courant et le point de fin de course C de l'induit et d'autre part la valeur de l'intensité de ce point C, ont-elles-mêmes une distance minimale par rapport à une variable applicable. On détermine ainsi si la courbe de l'intensité entre le maximum local B en amont du point de fin de course C de l'induit et au point d'extrémité C du mouvement d'in- duit, on a une différence de hauteur significative. Les valeurs seront classées comme étant d'autant plus fiables que la différence de hauteur est importante. La figure 5 montre comment par la dérivée première ADC' de la courbe du signal ADC du convertisseur analogique-numérique sur l'induit, on peut reconnaître les deux points extrêmes B et C dans le signal brut. Pour chacun des points B et C, on a mis en relief une plage allant de 300 gs avant ce point jusqu'à 300 gs après ce point et qui sert à déterminer s'il y a un passage par zéro de la dérivée première ADC' à ce point, allant du positif vers le négatif ou du négatif vers le positif. Comme la courbe du signal de l'électroaimant pour le premier passage par zéro de la dérivée première est relativement plate et que le signal peut également être chargé de bruit, on exploite à cet endroit le premier passage par zéro B obtenu par le calcul (allant du positif vers le négatif) de la dérivée première ADC' pour compléter l'évaluation. Après avoir pris en compte la dérivée première, on applique la première fonction de contrôle de plausibilité. On recherche un maximum local E de la dérivée première ADC' entre les deux passages par zéro. Si ce maximum a un niveau par exemple d'au moins 20 Digits (variable applicable dans le programme de l'appareil de commande 4), on considère que la dérivée ADC' est correcte. La différence dans la dérivée première ADC' entre les points B et E de la figure 4 a une hauteur de 88 Digits et remplit ainsi cette condition. La figure 6 montre comment contrôler la plausibilité de la courbe du signal de courant de l'induit de l'électroaimant de levée 223 avec les valeurs obtenues pour ADC' si la première fonction de contrôle de plausibilité a confirmé le résultat. Dans la dérivée première ADC' de la courbe du signal de courant, on détermine les deux points zéro et on obtient ainsi la position des deux points extrêmes B et C de la courbe du signal brut. Puis, dans la seconde fonction de contrôle de plausibili- té, on considère les valeurs de conversion analogiques/numériques ADC à ces deux endroits. La distance minimale des valeurs correspondantes doit ici être par exemple d'au moins 30 Digits. Le diagramme de la figure 5 a été enregistré à une température de 0°C avec une tension d'alimentation de la pompe à piston alternatif 22 (tension du réseau embarqué) de 16 V et une pression de 0 Pa. Ce diagramme a une courbe de signal plate mais rapide. Il apparaît un signal de courant plat ADC qui aplatit également l'extension des valeurs de la dérivée première ADC'. La première fonction de contrôle de plausibilité donne ici seulement une valeur de 44 Digits. La valeur applicable d'au moins 20 Digits est ainsi néanmoins respectée. La seconde fonction de contrôle de plau- sibilité donne une valeur de 72 Digits. Là encore on respecte la valeur applicable de 30 Digits. La meilleure qualité de la dérivée première s'obtient pour une pente négative d'amplitude très forte du signal brut entre le maximum local et le minimum local du signal brut. La figure 7 montre la courbe du signal du courant d'une pompe électromagnétique à piston alternatif 22 dont l'induit n'est pas bloqué, avec en parallèle, la courbe du signal du courant de deux pompes électromagnétiques à piston alternatif 22 avec induit bloqué. La détection du blocage d'un induit doit être garantie selon l'invention dans tous les états de fonctionnement pour ne pas afficher d'interpréta- tion erronée du courant de bobine comme étant faussement la fin du mouvement de l'induit. Pour cela, le mécanisme de l'électroaimant est conçu pour que le courant dans la bobine de l'électroaimant puisse dans ce cas donner des différences clairement reconnaissables par rap- port à la courbe du signal d'un mouvement d'induit correct pour le point de fin de course. Pour examiner le blocage, on a modifié un électroaimant 223 pour permettre de pousser l'induit dans sa position de repos et aussi dans sa position de butée de fin de course. Des essais ont été faits à une température de 25°C sous une tension de 16 V. La courbe de si- gnal ADC1 dans laquelle on reconnaît un minimum local, correspond à la courbe de l'intensité d'une pompe électromagnétique à membrane et piston de levée 22, intacte. Dans les deux autres cas décrits ADC2 et ADC3, l'induit de la pompe à membrane à piston alternatif 22 est blo- qué. Il apparaît que selon le procédé de l'invention, seule la dérivée première ADC'i de la courbe du signal de l'induit non bloqué 223, peut être exploitée correctement et que les courbes du signal des induits bloqués ont des dérivées premières ADC'2 et ADC'3 qui ne passent pas par zéro. La nécessité de la surveillance du mouvement de l'induit d'une pompe électromagnétique à piston alternatif 22, résulte également des figures 8 et 9. La figure 8 montre des intensités caractéristiques I(msp) au point de fin de course du mouvement de l'induit de la pompe électromagnétique à piston alternatif 22 pour trois tensions différentes du réseau embarqué (10 V, 13,5 V et 16 V). Les variables des séries de mesures étaient la température ambiante (0°C, 23°C, 40°C; 60°C) et la pression fournie par la pompe à membrane 22 (0 Pa, 200 kPa, 400 kPa, 600 kPa, 800 kPa). Ces mesures ont été faites avec la même pompe qui avait un induit SV3. La figure 9 montre la pente S de la courbe de courant de pompe entre le maximum local B et le minimum local C, c'est-à-dire la pente d'une droite passant par ces deux points pour quatre températures différentes (0°C, 23°C, 40°C, 60°C). On a effectué 60 mesures. Les numéros des mesures sont représentés en ordonnées. Les variables des séries de mesure étaient la tension du réseau embarqué (10 V, 13,5 V et 16 V) et la pression établie par la pompe à membrane 22 (0 Pa, 200 kPa, 400 kPa, 600 kPa, 800 kPa). Les figures 8 et 9 montrent que les valeurs t(msp), I(msp) et S peuvent être mises en corrélation non seulement avec la pression dans le système de catalyseur SCR mais également avec la tension du réseau embarqué et la température. Les variations de ces variables se traduisent par un bruit de signal dont on tient compte par les étapes de contrôle de plausibilité selon l'invention dans la surveillance du mouvement de l'induit.30 NOMENCLATURE 1 réservoir d'agent réducteur 2 module de transfert 3 module de dosage 4 appareil de commande 21 soupape d'aspiration 22 pompe à membrane à piston alternatif 23 soupape de pression 24 amortisseur de pulsation 25 module de réaspiration 26 amortisseur de pression d'entrée 221 membrane 222 piston alternatif 223 électroaimant de levée 224 ressort de compression 251 soupape d'aspiration 252 pompe de réaspiration 253 soupape de pression20 REVENDICATIONS1°) Procédé de surveillance du mouvement de l'induit d'une pompe électromagnétique à piston alternatif, notamment d'une pompe à membrane à piston alternatif (22) dans le module de transfert (2) d'un système de catalyseur SCR, procédé selon lequel on mesure la courbe du courant de pompe en fonction du temps et on détecte la fin du mouvement de l'induit dans le sens de la levée lorsque la courbe du courant de pompe passe par un minimum local (C). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on forme la dérivée première de la courbe du courant de pompe et on détecte l'existence du minimum local lorsque la dérivée première est égale à zéro. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe électromagnétique à piston alternatif est une pompe à mem- brane à piston alternatif (22) du module de transfert (2) d'un système de catalyseur SCR et l'instant de la fin du mouvement de l'induit dans le sens de la levée est utilisé pour modéliser la pression dans le système de catalyseur SCR. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la dérivée première de la courbe de courant entre le minimum local (C) et le maximum local (B) qui le précède, et on reconnaît de manière fiable la détection de la fin du mouvement de l'induit dans le sens de la levée si l'intensité du courant de pompe dans une plage fixe en amont et en aval de l'instant correspondant à la valeur maximale de la dérivée première dépasse un seuil fixé. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce quela dérivée première de la courbe de courant détermine un maximum local (B) qui précède le minimum local (C) et on extrapole le tracé de la dérivée première et on reconnait le début du mouvement d'induit (H) dans la direction de levée dès que la dérivée première de la courbe de courant de pompe, mesurée, diffère de la valeur extrapolée de la dérivée première d'au moins une valeur fixée. 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine les valeurs de conversion analogiques/numériques du minimum local (C) et du maximum local (B) qu'il précède dans la courbe de courant de pompe et on reconnaît de manière fiable la fin du mouvement d'induit dans le sens de levée si l'amplitude de la différence entre ces deux valeurs dépasse un seuil fixé. 7°) Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu' on reconnaît l'existence du maximum local si la dérivée première de la courbe de courant de pompe est égale à zéro. 8°) Procédé selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu' on détecte le blocage de l'induit de la pompe à piston alternatif (22) si la courbe du courant de pompe n'atteint pas de minimum local dans une période fixée. 9°) Programme d'ordinateur exécutant toutes les étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 lorsque le programme est appliqué par un appareil de commande (4) ou un calculateur. 10°) Produit-programme d'ordinateur comportant un code-programme enregistré sur un support lisible par une machine pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 8 lorsque le programme et appliqué par un appareil de commande (4) ou un calcula- teur.