Brevet FR2986565A1 — publié le 20130809

B11-5338FR 1 Procédé et système de diagnostic de l'admission d'air dans un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. L'invention a pour domaine technique le contrôle de l'admission des gaz dans un moteur, et plus particulièrement le diagnostic des fuites d'air admis. La quantité d'oxydes d'azote produite par un moteur diesel est fortement liée aux quantités d'air, de carburant et de gaz inertes comprises dans le mélange réactif admis dans les cylindres du moteur. La quantité de gaz inertes peut être modifiée en commandant l'ouverture d'une vanne de recirculation partielle des gaz d'échappement (EGR) comprise dans un circuit éponyme. Le circuit de recirculation partielle des gaz d' échappement relie le circuit d'échappement et le circuit d'admission par l'intermédiaire d'une section de passage dont la dimension est réglée par la vanne EGR. Lorsqu'un moteur est équipé d'un turbocompresseur, on peut définir deux configurations différentes de circuits EGR. Une première configuration, nommée circuit d'EGR à haute pression, consiste à faire communiquer le circuit d'admission en aval du compresseur avec le circuit d'échappement en amont de la turbine. Cette configuration est dite à haute pression car elle est située dans une zone de pression élevée due à la suralimentation. Une deuxième configuration, nommée circuit d'EGR à basse pression, consiste à faire communiquer le circuit d'admission en amont du compresseur avec le circuit d'échappement en aval de la turbine. Cette configuration est dite à basse pression car elle est située dans une zone du moteur dans laquelle la pression est inférieure à la pression de suralimentation. Un moteur peut être équipé de l'une ou l'autre des deux configurations, ou des deux configurations simultanément. Afin de contrôler la stoechiométrie du mélange de gaz et de carburant admis dans le moteur, il est nécessaire de disposer d'une information fiable quant à la quantité d'air admis. La quantité d'air admis étant généralement déterminée par un débitmètre, il est également avantageux d'en diagnostiquer la fiabilité. Pour cela, on emploie actuellement un diagnostic de plausibilité du débitmètre consistant à déterminer s'il y a une présence de fuite à l'admission. Le principe repose sur un critère défini par le ratio entre l'estimation de l'air entrant dans le moteur et la mesure provenant du débitmètre (rhair). Le critère est déterminé par l'équation suivante : rh _ (Eq. 1) l'han« Ce critère permet de définir trois cas en fonction de sa valeur et d'un seuil de diagnostic qui intègre les dispersions du système. On peut ainsi déterminer un fonctionnement nominal du débitmètre, une fuite à l'admission en aval du compresseur ou un défaut du débitmètre, une fuite à l'admission en amont du compresseur ou un défaut du débitmètre. Toutefois, le critère er ne tient pas compte des débits des gaz d'échappement recirculés par le circuit d'EGR à basse pression et le circuit d'EGR à haute pression. Or avec l'extension de la zone de l'EGR pour répondre à la future réglementation, ce diagnostic voit sa zone de couverture se réduire fortement. La détection des fuites à l'admission deviendra donc de plus en plus difficile voire impossible si l'EGR est toujours actif. Un but de l'invention est de détecter les fuites à l'admission de façon fiable. Un autre but de l'invention est de détecter les fuites à l'admission lorsque la recirculation partielle des gaz d'échappement est active. On propose un procédé de diagnostic de l'admission d'air dans moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, le moteur à combustion interne étant muni d'un turbocompresseur et d'au moins un parmi un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression et un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression. Le procédé comprend les étapes suivantes : on détermine un ensemble de grandeurs caractérisant le fonctionnement du moteur à combustion interne, on estime la richesse à l'échappement, on mesure la richesse à l'échappement par l'intermédiaire d'une sonde de richesse disposée dans une conduite d'échappement du moteur à combustion interne, on détermine un critère de diagnostic en réalisant le rapport entre la mesure de la richesse à l'échappement et l'estimation de la richesse à l'échappement, on compare le critère de diagnostic à au moins un seuil de diagnostic intégrant les dispersions du système, et on émet un signal de diagnostic dépendant du résultant de la comparaison. L'ensemble de grandeur caractérisant le fonctionnement du moteur à combustion interne peut comprendre les estimations du débit aspiré, du débit d'EGR à haute pression, du rapport des pressions en amont et en aval de la vanne d'EGR à haute pression et de la pression dans le collecteur d'admission et du débit d'EGR à basse pression. On peut estimer le rapport des pressions en amont et en aval de la vanne d'EGR à haute pression en fonction des mesures de la pression différentielle de part et d'autre de ladite vanne. On peut estimer la richesse à l'échappement en réalisant un bilan massique de volumes représentatifs du circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression et du circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression. Le volume représentatif du circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression peut comprendre le volume du collecteur d'admission. Le volume représentatif du circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression peut comprendre le volume du inclut des conduites d'admission, de la sortie du circuit d'EGR à basse pression et du compresseur. On propose également un système de diagnostic de l'admission d'air du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, le moteur à combustion interne étant muni d'un turbocompresseur, et d'au moins un parmi un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression et un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression. Le système comprend un moyen d'estimation de la richesse à l'échappement, un moyen de détermination du critère de diagnostic, un comparateur et au moins une mémoire, le moyen de détermination du critère de diagnostic étant apte à déterminer un critère de diagnostic en fonction du signal reçu du moyen d'estimation de la richesse à l'échappement et en fonction du signal reçu de la sonde de richesse disposée dans une conduite d'échappement du moteur à combustion interne, le comparateur étant apte à comparer le signal reçu du moyen de détermination du critère de diagnostic au signal reçu d'au moins une mémoire comprenant au moins un seuil de diagnostic intégrant les dispersions du moteur à combustion interne, le comparateur émettant en sortie un signal dépendant du résultat de la comparaison. Le procédé et le système présentent l'avantage d'utiliser la sonde de richesse d'échappement en complément d'un estimateur pour assurer le diagnostic de fuite et de plausibilité de la mesure du débitmètre en présence d'EGR. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un moteur à combustion interne muni d'un EGR basse pression et d'une EGR haute pression, et - la figure 2 illustre le procédé de diagnostic, et - la figure 3 illustre le système de diagnostic. Sur la figure 1, on peut voir un moteur à combustion interne 1 relié à un turbocompresseur 2 et muni d'un circuit d'EGR à basse pression 3 et d'un circuit d'EGR à haute pression 4. Le turbocompresseur 2 comprend un compresseur 2a relié à une turbine 2b. La turbine 2b peut être à géométrie variable. Une conduite d'admission de l'air frais 5 est reliée à l'entrée du compresseur 2a. La sortie du compresseur 2a est reliée au collecteur d'admission la du moteur à combustion interne par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur 6. Le collecteur d'échappement lb du moteur à combustion interne est relié à l'entrée de la turbine 2b. La sortie de la turbine 2b est reliée à la conduite d'échappement 7 qui est munie d'un dispositif d'oxydation catalytique 8 et d'un filtre à particules 9. Le circuit d'EGR à basse pression 3 comprend un volet d'échappement 10 disposé dans la conduite d'échappement 7 en aval du dispositif d'oxydation catalytique 8 et du filtre à particules 9 et une conduite d'EGR à basse pression 11 piquée d'une part en amont du volet d'échappement 10 et d'autre part en amont du compresseur 2a. La conduite d'EGR à basse pression 11 est munie d'un échangeur thermique à basse pression 12 disposé en amont du volet d'échappement et d'une vanne d'EGR à basse pression 13 disposée en aval de l'échangeur thermique à basse pression 12, les gaz circulant de l'échangeur vers la vanne d'EGR à basse pression. Le débit des gaz d'échappement du circuit d'EGR à basse pression est commandé par la vanne d'EGR à basse pression 13. Cependant, compte tenu du faible rapport de pression aux bornes de cette vanne, on utilise également le volet d'échappement 10, qui permet d'augmenter le rapport de pression aux bornes de la vanne d'EGR à basse pression lorsque celle-ci est complètement ouverte et que le débit souhaité n'est pas atteint. Les gaz d'échappement transitant par le circuit d'EGR à basse pression 3 sont refroidis avant d'être réintroduits en amont du compresseur 2a. Le circuit d'EGR à haute pression 4 comprend une conduite d'EGR à haute pression 14 piquée d'une part entre la sortie du compresseur 2a et le collecteur d'admission la et d'autre part entre le collecteur d'échappement et l'entrée de la turbine 2b. La conduite d'EGR à haute pression 14 est munie d'une vanne EGR à haute pression 15. Le débit des gaz d'échappement du circuit d'EGR à haute pression est commandé par la vanne d'EGR à haute pression 15. Les gaz d'échappement transitant par le circuit d'EGR à haute pression 4 ne sont pas refroidis. Leur débit est déterminé par l'intermédiaire d'un capteur de la pression différentielle aux bornes de la vanne d'EGR à haute pression 15 et de l'équation de Barré Saint Venant. Le temps de réponse du circuit d'EGR à basse pression 3 est plus faible que celui du circuit d'EGR à haute pression 4 car sa longueur est plus importante. Différents capteurs non représentés permettent d'obtenir les mesures suivantes : Pi : la pression des gaz dans le collecteur d'admission T11 : la température en aval du refroidisseur d'air de suralimentation (RAS) Tamb : la température ambiante Patm : la pression atmosphérique F2 : la richesse des gaz à l'échappement APhp : la pression différentielle aux bornes de la vanne d'EGR à haute pression rhair: le débit d'air De plus, les hypothèses suivantes sont faites. Compte tenu du faible niveau de pression et de température dans le volume situé en amont du compresseur, on suppose que la pression et la température des gaz situés entre la jonction entre la conduite d'EGR à basse pression et la conduite d'admission d'air frais et l'entrée du compresseur 2a sont égales à la pression atmosphérique patm et la température atmosphérique Tatm. La température dans le collecteur d'admission T1 est estimée à partir de la température T11 des gaz en sortie de l'échangeur de chaleur 6 et de la température Tegr,hp en sortie de la vanne d'EGR à haute pression 16 en appliquant l'équation suivante : 1,1 T11 - me Tegr,hp - rhegr,hp (Eq. 2) me egr, hp En partant de cette description du moteur à combustion interne, on définit un critère de diagnostic issu du rapport entre la mesure de la richesse à l'échappement F2 et une estimation F2,est. F2 Cp = (Eq. 3) F2,est Ce critère de diagnostic est général, ce qui permet de l'utiliser tant en fonctionnement séquentiel (EGR haute pression ou basse pression) qu'en fonctionnement mixte (EGR haute pression et basse pression simultanément) des circuits de recirculation partielle des gaz d' échappement. L'estimation F2,est de la richesse à l'échappement peut être obtenue par l'équation suivante : (PCO +1)- rn f - Ftest Avec : PCO : richesse à la stoechiométrie Fi,est : estimation de la composition des gaz à l'admission mf : débit de carburant rein : débit aspiré La richesse à la stoechiométrie est une constante qui dépend du carburant utilisé. Le débit de carburant est supposé égal à la consigne dans le cas d'un injecteur idéal. Le débit aspiré est estimé par un modèle décrit plus loin. L'estimation de la composition des gaz à l'admission peut être obtenue en intégrant l'équation différentielle qui régit l'évolution de la composition des gaz à l'admission. Cela revient à faire un bilan massique sur le volume équivalent du circuit d'EGR concerné. Dans le cas de l'utilisation simultanée de l'EGR à haute pression et de l'EGR à basse pression, on doit tenir compte des bilans des deux circuits. Le bilan de l'EGR à haute pression implique un volume correspondant au collecteur d'admission. Afin de réaliser le bilan F2 est - mf + min (Eq. 4) massique, on pose que les entrées de ce volume sont le débit du compresseur et le débit de l'EGR à haute pression tandis que la sortie est le débit aspiré par le moteur. Le bilan de l'EGR à basse pression implique un volume correspondant à un volume situé en amont du collecteur d'admission. Ce volume inclut celui des conduites d'admission, de la sortie du circuit d'EGR à basse pression et du compresseur. Les entrées de ce volume sont le débit d'air et le débit d'EGR à basse pression, tandis que la sortie est le débit du compresseur. En ajoutant un volume supplémentaire, on introduit une variable d'état supplémentaire correspondant à la composition des gaz dans ce volume F 3 . La variation de la masse de gaz brulés dans le volume à basse pression est donnée par la relation suivante : d(F3m3) - F2egr,bp ± 0 xair - F3rhc (Eq. 5) dt Si on remplace la masse totale dans ce volume en utilisant la loi des gaz parfait, P3V3=m3RT3, alors on peut écrire l'équation différentielle qui régit la variation de la composition dans le volume à basse pression. É3, est RT3 = (Eq. 6) 2,est - F3, est )15a egr,bp - F3, est l'haira P3V3 Cette équation est intégrée afin d'obtenir l'estimation de richesse d'échappement. On estime la richesse d'échappement en appliquant les équations 4 et 6 en combinaison avec l'équation suivante : RT Flest = 1 LlF2,est F1, est )11 egr, hp + (F3, est Fl, est )(141- air + lh egr, bp (Eq. 7) 1)1\71 De plus, le débit aspiré est estimé par l'équation suivante : N P min-11',d(Ne,PI) 120 Va RTI (Eq. 8) Avec ruo,(1\1,,p1) : une cartographie du rendement volumique fonction du régime moteur et de la densité des gaz dans le collecteur d'admission. Le débit d'EGR à haute pression est calculé via l'équation de Barré Saint Venant : Pavt (Eq. 9) rh egr, hp S (11 egr, hp v Tavt R 2n egr, hp -71egr, hp Avec Pavt : la pression en amont de la turbine, Tavt : la température en amont de la turbine, S (11 egr, hp : Section de la vanne d'EGR à haute pression fonction de la position, egr, hp : Rapport de pression aux bornes de la vanne d'EGR à haute pression. Le rapport des pressions en amont et en aval de la vanne d'EGR à haute pression se déduit des mesures de la pression différentielle et de la pression dans le collecteur d'admission : P1 P1 r (Eq. 10) ne h - g P Pavt P +3,Php 1 La pression en amont de la turbine n'est pas mesurée. Elle est obtenue en sommant la mesure de la pression d'admission et la pression différentielle mesurée au niveau de la vanne d'EGR à haute pression. Le débit d'EGR à basse pression est calculé de la manière suivante : -mazrmegr,hp En fonction des équations détaillées ci-avant, le critère de diagnostic EF2 peut être réécrit de la façon suivante : £F2 - f F2 (F2 :11 vol air egr, hp egr, bp (Eq. 12) Il apparaît ainsi que le critère de diagnostic dépend de huit variables. Il permet de détecter une fuite à l'admission lorsque l'EGR est en fonction. (Eq. 11) La figure 2 illustre le procédé de diagnostic de l'admission d'air qui comprend les étapes suivantes : Au cours d'une première étape 20, on détermine un ensemble de grandeurs intervenant dans l'estimation de la richesse à l'échappement. Cette première étape peut être décomposée en sous- étapes, au cours desquelles on estime le débit aspiré en appliquant l'équation 8, le débit d'EGR à haute pression en appliquant l'équation 9, le rapport des pressions en amont et en aval de la vanne d'EGR à haute pression en fonction des mesures de la pression différentielle aux bornes de ladite vanne d'EGR à haute pression et de la pression dans le collecteur d'admission en appliquant l'équation 10 et le débit d'EGR à basse pression en appliquant l'équation 11. Au cours d'une deuxième étape 21, on estime la richesse à l'échappement en appliquant les équations 4, 6 et 7. Au cours d'une troisième étape 22, on mesure la richesse à l'échappement par l'intermédiaire d'une sonde de richesse. Au cours d'une quatrième étape 23, on détermine le critère de diagnostic en appliquant l'équation 3. Au cours d'une cinquième étape 24, on compare le critère de diagnostic à au moins un seuil de diagnostic intégrant les dispersions du système. Au cours d'une sixième étape 25, on émet un signal de diagnostic dépendant du résultant de la comparaison réalisée au cours de la cinquième étape. La figure 3 illustre le système de diagnostic de l'admission d'air 30 qui est connecté en entrée à une sonde de richesse 31 disposée dans la conduite d'échappement 7 en aval de la turbine. Le système de diagnostic de l'admission d'air 30 comprend un moyen d'estimation de la richesse à l'échappement 32, un moyen de détermination du critère de diagnostic 33, un comparateur 34 et au moins une mémoire 35. Le moyen de détermination du critère de diagnostic 33 est connecté en entrée à la sonde de richesse 31 et au moyen d'estimation de la richesse à l'échappement 32, et en sortie à une entrée du comparateur 34. Le moyen d'estimation de la richesse à l'échappement 32 applique l'équation 4. Le signal émis par le moyen d'estimation de la richesse à l'échappement 32 est utilisé par le moyen de détermination du critère de diagnostic 33 appliquant l'équation 3 afin de déterminer le critère de diagnostic. Le comparateur 34 est apte à comparer le signal reçu du moyen de détermination du critère de diagnostic 33 au signal reçu d'au moins une mémoire 35 comprenant au moins un seuil de diagnostic intégrant les dispersions du groupe motopropulseur. Le comparateur 35 émet en sortie un signal dépendant de la comparaison. En conclusion, le procédé et le système de détermination d'un critère de diagnostic permettent de détecter une fuite à l'admission même lorsque la recirculation partielle des gaz d'échappement est en fonction. REVENDICATIONS1. Procédé de diagnostic de l'admission d'air dans un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, le moteur à combustion interne étant muni d'un turbocompresseur et d'au moins un parmi un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression (3) et un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression (4), caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : on détermine un ensemble de grandeurs caractérisant le fonctionnement du moteur à combustion interne, on estime la richesse à l'échappement, on mesure la richesse à l'échappement par l'intermédiaire d'une sonde de richesse (31) disposée dans une conduite d'échappement (7) du moteur à combustion interne, on détermine un critère de diagnostic en réalisant le rapport entre la mesure de la richesse à l'échappement et l'estimation de la richesse à l'échappement, on compare le critère de diagnostic à au moins un seuil de diagnostic intégrant les dispersions du système, et on émet un signal de diagnostic dépendant du résultant de la comparaison. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble de grandeur caractérisant le fonctionnement du moteur à combustion interne comprend les estimations du débit aspiré, du débit d'EGR à haute pression, du rapport des pressions en amont et en aval de la vanne d'EGR à haute pression et de la pression dans le collecteur d'admission (2a) et du débit d'EGR à basse pression. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on estime le rapport des pressions en amont et en aval de la vanne d'EGR à haute pression en fonction des mesures de la pression différentielle de part et d'autre de ladite vanne. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on estime la richesse à l'échappement en réalisant un bilan massique de volumes représentatifs du circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression et du circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le volume représentatif recirculation partielle des gaz d'échappement à comprend le volume du collecteur d'admission (2a). 6. Procédé selon l'une quelconque des précédentes, dans lequel le volume représentatif recirculation partielle des gaz d'échappement à du circuit de haute pression revendications du circuit de basse pression comprend le volume du inclut des conduites d'admission, de la sortie du circuit d'EGR à basse pression et du compresseur (2a) 7. Système de diagnostic de l'admission d'air du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, le moteur à combustion interne étant muni d'un turbocompresseur (2), et d'au moins un parmi un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression (3) et un circuit de recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression (4), caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen d'estimation de la richesse à l'échappement (32), un moyen de détermination du critère de diagnostic (33), un comparateur (34) et au moins une mémoire (35), le moyen de détermination du critère de diagnostic (33) étant apte à déterminer un critère de diagnostic en fonction du signal reçu du moyen d'estimation de la richesse à l'échappement (32) et en fonction du signal reçu d'une sonde de richesse (31) disposée dans une conduite d'échappement (7) du moteur à combustion interne, le comparateur (34) étant apte à comparer le signal reçu du moyen de détermination du critère de diagnostic (33) au signal reçu d'au moins une mémoire (35) comprenant au moins un seuil de diagnostic intégrant les dispersions du moteur à combustion interne, le comparateur (35) émettant en sortie un signal dépendant du résultat de la comparaison.