Brevet FR3009385A1 — publié le 20150206

PROCEDE DE DIAGNOSTIC SUR UNE MESURE OU UNE ESTIMATION D'UN TAUX D'ALCOOL DANS UN CARBURANT AU COURS D'UNE PHASE TRANSITOIRE DE CHARGE OU DE RE-INJECTION APRES COUPURE [0001] L'invention porte sur le domaine des applications dites de type "flex fuel" dans lesquelles le moteur à combustion interne est apte à fonctionner avec un carburant contenant de l'alcool prenant typiquement la forme d'éthanol. Le taux d'alcool dans le carburant peut prendre n'importe quelle valeur entre une borne minimale et une borne maximale (fixées par les carburants disponibles sur le marché). [0002] Pour ce type de moteur, l'évaluation du taux d'alcool dans le carburant est nécessaire afin d'adapter les paramètres liés au contrôle moteur tels que les masses injectées, les avances à l'allumage, ou les estimateurs, comme par exemple l'estimateur de la température d'échappement. Une erreur sur son évaluation implique donc une dérive de la richesse du mélange mais peut aussi causer des problèmes d'avance à l'allumage inadéquate ou de dérive des estimateurs. [0003] Pour évaluer le taux d'alcool dans le carburant, certaines applications embarquent un capteur sur la ligne de carburant, tandis que d'autres applications mettent en oeuvre des estimateurs du taux d'alcool exploitant une information relative à une dérive de richesse pour en déduire le taux d'alcool correspondant. [0004] Pour diagnostiquer la pertinence de l'information "taux d'alcool", une technique connue consiste à vérifier la dérive des paramètres d'adaptation du moteur dits "adaptatifs moteur", comme par exemple les termes correctifs sur le gain des injecteurs, ou sur la position VVT (acronyme pour "Variable Valve Timing" en anglais, Calage variable de la distribution en français). En cas d'erreur sur le taux d'alcool, les quantités de carburant injectées ne correspondront pas à la masse d'air admise et cela génèrera une déviation de richesse. Cette déviation de richesse sera ajoutée à celle naturellement induite par la dispersion ou le vieillissement moteur. A terme, les adaptatifs moteur seront modifiés pour compenser la totalité de la déviation de richesse. Si le taux d'alcool est imprécis, les adaptatifs compenseront une déviation plus importante et dériveront en dehors de leur plage d'adaptation attendue permettant de compenser uniquement les dispersions moteur liées à la dispersion et/ou au vieillissement. En comparant leurs valeurs à des seuils correspondant à une évolution attendue des adaptatifs, on peut ainsi vérifier la précision du taux d'alcool. [0005] Toutefois, les adaptatifs issus de l'écart de richesse mesuré ne sont pas toujours adéquats pour évaluer si le taux d'alcool est plausible. En effet, l'évolution des adaptatifs peut être lente ou partielle au moment où l'on souhaite diagnostiquer le taux d'alcool. [0006] L'invention vise à remédier efficacement aux inconvénients des méthodes existantes en proposant un procédé de diagnostic sur une mesure ou une estimation d'un taux d'alcool d'un carburant alimentant un moteur thermique de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - détecter une situation de vie du moteur thermique, dite situation de vie de diagnostic, correspondant à une phase transitoire de charge ou une phase de ré-injection après coupure, - comparer une amplitude et/ou un nombre d'à-coups moteur détectés pendant la situation de vie de diagnostic à des seuils de référence, et - établir un diagnostic sur la mesure ou l'estimation du taux d'alcool dans le carburant en fonction de la comparaison réalisée. [0007] Ainsi, contrairement aux diagnostics existants, le procédé selon l'invention est indépendant des paramètres d'adaptation du moteur thermique. Le procédé selon l'invention peut ainsi être mis en oeuvre même si ceux-ci n'ont pas encore convergé vers leurs valeurs définitives, donc plus rapidement. En outre, dans le cas de l'implémentation de multiples diagnostics du taux d'alcool (dérive du temps d'injection, dérive de la richesse en phase de protection composants, dérive des adaptatifs moteur), l'invention contribue à rendre la détection d'un taux d'alcool défaillant plus robuste en couplant son résultat avec ceux des autres diagnostics. [0008] Selon une mise en oeuvre, pour détecter les à-coups moteur lors de la situation de vie de diagnostic, le procédé comporte l'étape de comparer un acyclisme du moteur thermique obtenu par analyse d'une mesure d'un régime du moteur thermique par rapport à un acyclisme attendu. [0009] Selon une mise en oeuvre, une phase transitoire de charge est détectée par analyse d'une évolution d'une masse d'air admise par le moteur thermique, et/ou une analyse d'un gradient de régime moteur de fonctionnement du moteur thermique. [0010] Selon une mise en oeuvre, la phase de ré-injection après coupure est déterminée par une mesure d'une durée entre une coupure et une reprise d'injection. [0011] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de consolider un diagnostic d'erreur sur la mesure ou l'estimation du taux d'alcool dans le carburant par détection d'un creux de richesse induit par une mauvaise compensation d'une injection de carburant. [0012] Selon une mise en oeuvre, dans le cas où une sonde de richesse proportionnelle est utilisée, une lecture directe d'une évolution de la richesse est effectuée pour la détection dudit creux de richesse. [0013] Selon une mise en oeuvre, dans le cas où une sonde de richesse binaire est utilisée, une lecture d'une évolution d'un terme correctif d'un régulateur de richesse est effectuée pour la détection dudit creux de richesse. [0014] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape d'ouvrir une fenêtre temporelle d'observation du paramètre considéré parmi la richesse ou le terme correctif du régulateur de richesse, ladite fenêtre temporelle d'observation étant synchronisée avec une estimation d'une apparition dudit creux de richesse. [0015] Selon une mise en oeuvre, ladite fenêtre temporelle d'observation correspond à un retard par rapport à un moment de détection d'une situation de vie de diagnostic. [0016] Selon une mise en oeuvre, le retard est variable en fonction d'un régime et d'un débit moteur. [0017] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de compter un nombre d'occurrences d'un phénomène d'acyclisme combiné à la détection du creux de richesse pour confirmer une erreur sur le taux d'alcool dans le carburant lorsque le nombre d'occurrences dépasse un seuil calibrable. [0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0019] La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur thermique mettant en oeuvre le procédé selon l'invention de diagnostic sur une mesure ou une estimation d'un taux d'alcool contenu dans le carburant; [0020] La figure 2 présente le détail de la fonction de diagnostic selon l'invention sur une mesure ou une estimation du taux d'alcool contenu dans le carburant; [0021] Les figures 3a et 3b sont des représentations graphiques des acyclismes du moteur thermique observables respectivement lors d'une phase transitoire de charge et lors d'une phase de ré-injection après coupure en cas d'erreur sur la mesure ou l'estimation du taux d'alcool dans le carburant; [0022] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0023] La figure 1 représente de manière schématique un moteur 1 à combustion interne à quatre cylindres turbocompressés. [0024] Un collecteur d'admission 2 reçoit de l'air A à introduire dans les chambres de combustion 3. Une vanne 5 assure la gestion du débit d'air introduit dans les chambres de combustion 3 en fonction des conditions de fonctionnement du moteur. [0025] Une injection de carburant F à l'intérieur des chambres de combustion 3 est effectuée au moyen d'une ligne d'injecteurs 7. En outre, des bougies 8 permettent d'enflammer le mélange gazeux d'air et de carburant à l'intérieur des chambres de combustion 3. Dans une application dite "flex fuel", le carburant F contient de l'alcool prenant typiquement la forme d'éthanol dont le taux Ta est susceptible de varier. [0026] Par ailleurs, un collecteur d'échappement 10 reçoit les émissions de gaz produites par la combustion et les dirige vers un catalyseur d'échappement 11 adapté à traiter les fumées avant leur expulsion vers l'atmosphère extérieure de façon connue en soi. [0027] Le moteur 1 comporte en outre un turbocompresseur comprenant un étage de compression 12 et un étage de détente 13. L'étage de compression 12 permet de comprimer l'air d'admission afin d'optimiser le remplissage des chambres de combustion 3. [0028] Une sonde 15 est placée en amont du catalyseur d'échappement 11 pour déterminer une richesse du carburant correspondante dite "richesse amont" à partir de la mesure de la teneur d'un des composants principaux des gaz d'échappement G. De même, une sonde 16 est placée en aval du catalyseur d'échappement 11 pour déterminer une richesse de carburant correspondante dite "richesse aval". [0029] Dans une application "flex fuel", les paramètres du contrôle moteur sont adaptés en fonction du taux d'alcool Ta dans le carburant. Dans certaines applications, un capteur 18 est embarqué pour mesurer le taux d'alcool Ta et fournir cette information aux fonctions de contrôle devant en tenir compte. Dans d'autres cas, un estimateur 19 du taux d'alcool Ta est construit à partir de la dérive de richesse. [0030] Comme cela ressort de la figure 1, un module 21 assure une régulation de la richesse amont à partir d'une consigne de richesse amont Cl et d'une mesure de la richesse effectuée à partir de la sonde 15. Le module 21 tient également compte d'une valeur de richesse aval issue d'un module 22 assurant la régulation de la richesse aval par rapport à une consigne de richesse aval C2. [0031] Un module 25 assure le calcul de l'injection de carburant et gère les adaptatifs moteur en fonction de la consigne de richesse C1, de la valeur de richesse issue du module 21, et du taux d'alcool Ta dans le carburant. Le module 25 tient également compte du remplissage des chambres de combustion 3 et des calculs d'avance à l'injection (cf. modules 26 et 27), lesquels dépendent notamment d'une demande D de couple et d'une réserve de couple associée. [0032] Un module 28 estime une température d'échappement à partir du remplissage des chambres de combustion 3 et des calculs d'avance à l'injection. [0033] En cas de défaillance du capteur 18 ou de dérive de l'estimateur 19 du taux d'alcool, il existe un risque d'utiliser dans la chaîne de contrôle du moteur une information « taux d'alcool » erronée, ce qui peut avoir un impact néfaste sur le fonctionnement du moteur 1 et notamment sur la stabilité, les émissions de polluants, les performances, et la protection du moteur. [0034] L'invention consiste en la mise en oeuvre d'un procédé permettant de vérifier la plausibilité du taux d'alcool indiqué par le capteur éthanol 18 ou la fonction d'apprentissage 19 du taux d'alcool Ta. Ce procédé implémenté par le module 100 est basé sur une détection d'à-coups moteur en phase transitoire de charge et/ou en phase de reprise d'injection après coupure. En cas d'erreur sur l'estimation ou la mesure du taux d'alcool Ta, les compensations P de ces transitoires au niveau de l'injection de carburant ainsi que la richesse du mélange ne seront pas adaptées, ce qui aura pour effet de générer des à-coups moteur lors des premières combustions. En détectant ces à-coups et en mesurant, le cas échéant, le pic ou creux de richesse généré, on peut statuer sur la validité du taux d'alcool Ta estimé ou mesuré. [0035] Plus précisément, comme montré sur la figure 2, un module 30 assure la détection des situations de vie dans lesquelles le procédé de diagnostic selon l'invention est mis en oeuvre, dites situations de vie de diagnostic. A cet effet, le module 30 comporte un module 31 assurant une détection des phases transitoires de charge et un module 32 assurant une détection des phases de ré-injection après coupure suite notamment à un levé de pied de la part du conducteur. Les phases transitoires de charge sont critiques tant pour les moteurs à injection directe que pour les moteur à injection indirecte en termes de suivi de richesse (et donc d'à-coups moteur générés). Les phases transitoires de ré- injection sont plus difficiles à gérer pour les moteurs à injection indirecte, dans la mesure où le suivi de richesse est fortement lié à la modélisation du film fluide dans la tubulure d'admission. Les détections des situations de vie de diagnostic sont effectuées à partir d'informations classiques utilisées dans ces cas de vie. [0036] Ainsi, la phase transitoire de charge et de régime est détectée par une analyse de l'évolution de la masse d'air admise par le moteur, et/ou une analyse d'un gradient de régime moteur de fonctionnement du moteur thermique. Par ailleurs, la phase de ré-injection après coupure est détectée par une mesure d'une durée entre une coupure et une reprise d'injection. [0037] Un module 34 assure une détection des à-coups moteur et compare une amplitude et/ou un nombre d'à-coups détectés pendant la situation de vie de diagnostic à des seuils de référence pour établir un diagnostic sur la mesure ou l'estimation du taux d'alcool Ta dans le carburant. Ainsi, dans le cas où l'amplitude et/ou le nombre d'à-coups générés sont plus élevés que des seuils de référence correspondant à un fonctionnement normal du moteur, cela signifie que les compensations d'injection durant ces phases ne sont pas adaptées. En l'absence d'autres erreurs susceptibles de générer des dérives de richesse, on en déduit que ces phénomènes d'à-coups sont liés à une mauvaise estimation ou mesure du taux d'alcool Ta. Dans le cas contraire (l'amplitude et/ou le nombre d'à-coups générés sont inférieurs aux seuils de référence), on en déduit que l'estimation ou la mesure du taux d'alcool Ta est correcte. [0038] De préférence, pour détecter les à-coups moteurs, le module 34 détermine un acyclisme Ac, Ac' du moteur thermique par analyse de la mesure de son régime moteur mesuré Wm_r et le compare à un acyclisme attendu. Le régime moteur Wm_r est mesuré à l'aide d'un capteur 29 de régime moteur (cf. figure 1) utilisé également dans de nombreuses autres applications. Dans le cas où la différence entre les deux acyclismes est importante, c'est-à-dire supérieure à une valeur seuil, on en déduit une mauvaise estimation ou mesure du taux d'alcool Ta. Dans le cas contraire, on pourra considérer que l'estimation ou la mesure du taux d'alcool Ta est correcte. [0039] Ainsi, en référence à la figure 3a, au cours d'une phase transitoire Pch de charge commençant après l'instant t1 correspondant à une augmentation soudaine du niveau de charge du moteur, on observe des ratés de combustion dus à une mauvaise compensation de l'injection de carburant engendrant une reprise tardive des combustions avec un remplissage moteur trop important. Ces ratés de combustion se traduisent par une variation du régime instantané Wm_i du moteur (les numéros de 1 à 4 correspondent au numéro du cylindre siège d'une combustion), telle qu'il existe une importante différence entre le régime moyen réalisé Wm_r et le régime moyen attendu Wm_a. La différence entre l'acyclisme Ac du moteur thermique et l'acyclisme attendu pendant la phase transitoire de charge Pch est supérieure à la valeur seuil et on en déduit une mauvaise mesure ou estimation du taux d'alcool Ta. [0040] Par ailleurs, en référence à la figure 3b, au cours d'une phase Pr de reprise d'injection après coupure commençant après l'instant t2 correspondant à la fin de la coupure d'injection, on observe des ratés de combustion dus à une mauvaise compensation de l'injection de carburant. Ces ratés de combustion se traduisent par une variation du régime instantané Wm i, telle qu'il existe une importante différence entre le régime moyen réalisé Wm_r et le régime moyen attendu Wm_a. La différence entre l'acyclisme Ac' du moteur thermique et l'acyclisme attendu pendant la phase Pr de reprise d'injection est supérieure à la valeur seuil et on en déduit une mauvaise mesure ou estimation du taux d'alcool Ta. [0041] Une consolidation du diagnostic est réalisée par le module 37 qui surveille le signal de la sonde de richesse 15 en amont du catalyseur 11. En cas de ratés de combustion liés à un mauvais calcul de compensations, un creux de richesse sera détecté par la sonde 15 via le module 38. Un tel creux de richesse correspondant à une variation de richesse supérieure en valeur absolue à un seuil est observable quelle que soit l'erreur de compensation, c'est-à-dire une compensation trop ou pas suffisamment importante. [0042] Dans le cas où une sonde de richesse 15 proportionnelle est utilisée, une lecture directe d'une évolution de la richesse est effectuée pour la détection du creux de richesse. [0043] Dans le cas où une sonde de richesse 15 binaire est utilisée, une lecture d'une évolution d'un terme correctif du régulateur de richesse 21 est effectuée pour la détection du creux de richesse. Il faudra toutefois veiller à rester dans des conditions de fonctionnement où le régulateur de richesse 21 est actif. Dans ce cas, on observera une tendance à l'enrichissement pour compenser la bouffée d'oxygène vue par la sonde 15. [0044] Dans les deux cas, un module 39 assure l'ouverture d'une fenêtre d'observation du paramètre considéré (richesse ou terme correctif du contrôleur de richesse). Cette fenêtre d'observation est synchronisée avec l'estimation de l'apparition du creux de richesse détecté par la sonde de richesse 15. Cette fenêtre d'observation correspond à un retard par rapport au moment de la détection d'une situation de vie de diagnostic. Ce retard est variable en fonction du régime et du débit moteur. [0045] Un compteur d'occurrences 41 du phénomène d'acyclisme combiné à la détection de creux de richesse (cf. module 40) est de préférence utilisé pour s'assurer que le phénomène est répétable et donc dû à une erreur sur le taux d'alcool Ta durable et non à une perturbation sporadique. Le module 42 confirmera ainsi une erreur sur le taux d'alcool Ta lorsque le nombre d'occurrences dépasse un seuil. Dans le cas contraire, l'erreur sur le taux d'alcool Ta ne sera pas confirmée. [0046] Une mise à zéro du compteur d'occurrences 41 est avantageusement effectuée par un module 43 suite à une détection d'une variation significative des adaptatifs moteur et/ou du taux d'éthanol Ta, c'est-à-dire des variations supérieures à des seuils de référence. Le cas échéant, d'autres conditions de fonctionnement du moteur pourront être vérifiées préalablement à la mise à zéro du compteur 41. [0047] Ainsi, contrairement aux diagnostics existants, le procédé selon l'invention est indépendant des paramètres d'adaptation du moteur thermique. Le procédé selon l'invention peut ainsi être réalisé même si ceux-ci n'ont pas encore convergé vers leurs valeurs définitives, donc plus rapidement. En outre, dans le cas de l'implémentation de multiples diagnostics du taux d'alcool (dérive du temps d'injection, dérive de la richesse en phase de protection composants, dérive des adaptatifs moteur), l'invention contribue à rendre la détection d'un taux d'alcool défaillant plus robuste en couplant son résultat avec ceux des autres diagnostics. [0048] Les différents modules mis en oeuvre dans l'invention correspondent de préférence à des fonctions logicielles implémentées dans le calculateur moteur du véhicule. [0049] Bien entendu, l'homme du métier pourra apporter des modifications au procédé de diagnostic précédemment décrit sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, de manière équivalente, les à-coups moteur lors des situations de vie de diagnostic pourront être détectés à l'aide d'un accéléromètre au lieu d'utiliser le capteur de régime moteur 29 pour effectuer une analyse d'acyclisme du moteur thermique. REVENDICATIONS: 1. Procédé de diagnostic sur une mesure ou une estimation d'un taux d'alcool (Ta) d'un carburant alimentant un moteur thermique (1) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - détecter (30, 31, 32) une situation de vie du moteur thermique, dite situation de vie de diagnostic, correspondant à une phase transitoire de charge (Pch) ou une phase de ré-injection après coupure (Pr), - comparer une amplitude et/ou un nombre d'à-coups moteur détectés pendant la situation de vie de diagnostic à des seuils de référence, et - établir un diagnostic sur la mesure ou l'estimation du taux d'alcool (Ta) dans le carburant en fonction de la comparaison réalisée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour détecter les à-coups moteur lors de la situation de vie de diagnostic, il comporte l'étape de comparer un acyclisme (Ac, Ac') du moteur thermique obtenu par analyse d'une mesure d'un régime du moteur thermique par rapport à un acyclisme attendu. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une phase transitoire de charge (Pch) est détectée par une analyse d'une évolution d'une masse d'air admise par le moteur thermique, et/ou une analyse d'un gradient de régime moteur de fonctionnement du moteur thermique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, la phase de ré- injection après coupure (Pr) est déterminée par une mesure d'une durée entre une coupure et une reprise d'injection. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de consolider un diagnostic d'erreur sur la mesure ou l'estimation du taux d'alcool (Ta) dans le carburant par détection (37, 38) d'un creux de richesse induit par une mauvaise compensation d'une injection de carburant. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans le cas où une sonde de richesse (15) proportionnelle est utilisée, une lecture directe d'une évolution de la richesse est effectuée pour la détection dudit creux de richesse. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans le cas où une sonde de richesse (15) binaire est utilisée, une lecture d'une évolution d'un terme correctif d'un régulateur de richesse est effectuée pour la détection dudit creux de richesse. 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'ouvrir (39) une fenêtre temporelle d'observation du paramètre considéré parmi la richesse ou le terme correctif du régulateur de richesse, ladite fenêtre temporelle d'observation étant synchronisée avec une estimation d'une apparition dudit creux de richesse. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite fenêtre temporelle d'observation correspond à un retard par rapport à un moment de détection d'une situation de vie de diagnostic. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le retard est variable en fonction d'un régime (Wm i) et d'un débit moteur. 11. Procédé selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de compter (41) un nombre d'occurrences d'un phénomène d'acyclisme combiné à la détection du creux de richesse pour confirmer une erreur sur le taux d'alcool (Ta) dans le carburant lorsque le nombre d'occurrences dépasse un seuil calibrable.