Brevet FR3008737A1 — publié le 20150123

PROCEDE DE DIAGNOSTIC SUR UNE MESURE OU UNE ESTIMATION D'UN TAUX D'ALCOOL DANS UN CARBURANT [0001] L'invention porte sur le domaine des applications dite 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). Le taux variera selon ce que l'utilisateur mettra dans son réservoir au moment du plein. [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 l'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] Par ailleurs, les adaptatifs sont parfois utilisés pour vérifier si une évolution du taux d'alcool en sortie d'un capteur d'alcool est justifiée ou non. Si l'évolution est supposée liée à un défaut capteur, on vérifie que les adaptatifs compensent bien la déviation de richesse qui serait induite par un tel défaut. [0006] 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. Par ailleurs, dans le cas d'une suspicion d'erreur sur un capteur d'alcool, il peut être difficile de reconstruire la dérive de richesse compensée par de multiples adaptatifs et de la comparer à celle qui serait induite par le défaut capteur. [0007] 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: - réguler la consigne de richesse du mélange air-carburant jusqu'à une valeur permettant de limiter une température d'échappement à une valeur de consigne dite température d'échappement de consigne limite, - comparer cette valeur de consigne de richesse avec une valeur de consigne de richesse de référence, et - établir qu'il existe une erreur sur la mesure ou l'estimation du taux d'alcool dans le carburant si la comparaison précédemment réalisée vérifie un écart entre les valeurs de consigne de richesse et de consigne de richesse de référence supérieur à un seuil de détection associé. [0008] Ainsi, contrairement aux diagnostics existants, le procédé selon l'invention est indépendant des paramètres d'adaptation du moteur thermique. En mettant en oeuvre une sonde de richesse proportionnelle, il peut être réalisé même si ceux-ci n'ont pas encore convergé vers leurs valeurs définitives, donc plus rapidement. [0009] En outre, une seule variable (richesse mesurée) est utilisée pour réaliser le diagnostic et elle est corrigée de manière continue par une régulation de température échappement. Le diagnostic est plus robuste. [0010] L'invention permet également d'évaluer la plausibilité du taux d'alcool dans une plage de fonctionnement moteur critique pour sa tenue mécanique et donc pour laquelle la maîtrise du taux d'alcool est importante. [0011] Selon une mise en oeuvre, la valeur de consigne de richesse de référence est celle permettant de maintenir la température d'échappement à la même valeur de consigne limite sur un moteur nominal, sans dérive du taux d'alcool, et dans les mêmes conditions de fonctionnement du moteur thermique. [0012] Selon une mise en oeuvre, dans le cas où la valeur de consigne de richesse de référence correspond à une valeur de consigne de température d'échappement différente de la température de consigne limite, il comporte l'étape de réaliser une correction du seuil de détection en fonction de l'écart de consignes de température. [0013] Selon une mise en oeuvre, la comparaison entre la valeur de consigne de richesse et la valeur de consigne de richesse de référence est effectuée après stabilisation de paramètres de fonctionnement du moteur thermique dont un régime moteur, une charge moteur, une température du moteur, et une température d'air à l'admission. [0014] Selon une mise en oeuvre, le régime moteur est considéré comme étant stable lorsqu'une variation du régime moteur en fonction du temps est inférieure à un seuil. [0015] Selon une mise en oeuvre, la charge moteur est considérée comme étant stable lorsqu'une variation d'une quantité d'air pompée par le moteur thermique en fonction du temps est inférieure à un seuil. [0016] Selon une mise en oeuvre, la température du moteur se situe dans une plage déterminée par calibration. [0017] Selon une mise en oeuvre, la température d'air à l'admission se situe dans une plage déterminée par calibration. [0018] De préférence, le procédé est mis en oeuvre lorsqu'aucune dégradation d'avance à l'injection exceptionnelle n'est requise notamment dans le cas d'une phase de fonctionnement d'un système de gestion d'une trajectoire du véhicule, ou lors d'un suivi de couple en changement de rapport. [0019] De préférence, le procédé est mis en oeuvre lorsque le moteur thermique n'est pas passé par des phases de coupure d'injection depuis un délai minimum. [0020] Selon une mise en oeuvre, le taux d'alcool est mesuré au moyen un capteur. [0021] Selon une mise en oeuvre, le taux d'alcool est déterminé au moyen un estimateur à partir d'une dérive de richesse du carburant. [0022] Selon une mise en oeuvre, la comparaison entre la valeur de consigne de richesse et la valeur de consigne de richesse de référence est effectuée lorsqu'aucun apprentissage du taux d'alcool n'est requis ou en cours par l'estimateur. [0023] 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. [0024] 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; [0025] 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. [0026] La figure 3 est un tableau indiquant un exemple de valeurs de richesse nécessaires pour réaliser une phase de protection composants en fonction d'un couple régime moteur et charge moteur pour un taux d'alcool nul (E0) et pour un taux d'alcool de 100% (E100). [0027] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0028] La figure 1 représente de manière schématique un moteur 1 à combustion interne à quatre cylindres turbocompressé. [0029] 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. [0030] 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. [0031] 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. [0032] 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. [0033] 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". [0034] 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. [0035] Comme cela ressort de la figure 1, une consigne de richesse amont Cl est élaborée à partir d'une température d'échappement. Cette température d'échappement est issue d'un module 21 assurant une régulation de la température d'échappement Tech mes mesurée par le module 222 via une sonde de température 221 par rapport à une température de consigne Tech cons. [0036] Un module 23 assure une régulation de la richesse amont à partir de la consigne de richesse amont Cl et d'une mesure de la richesse effectuée à partir de la sonde 15. Le module 23 tient également compte d'une valeur de richesse aval issue d'un module 24 assurant la régulation de la richesse aval par rapport à une consigne de richesse aval C2. [0037] Un module 25 assure le calcul de l'injection de carburant en fonction de la consigne de richesse Cl et de la valeur de richesse issue du module 23 ainsi que 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. [0038] 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. [0039] 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 ou la fonction d'apprentissage du taux d'alcool. Ce procédé implémenté par le module 100 est basé sur la mesure de la richesse nécessaire à l'atteinte d'une consigne de température échappement Tech lim dans une phase dite de "protection composants". En effet, pour protéger les composants de la ligne d'échappement, il est nécessaire d'enrichir le mélange air-carburant de manière à réduire la valeur de la température en sortie du moteur qui peut être très élevée à haut régime et forte charge. On note à cet égard que les températures d'échappement sont différentes en fonction du taux d'alcool. De plus, l'emploi de réglages moteur différents (avances à l'allumage, remplissage, etc..) en fonction du taux d'alcool fait que cette différence est encore accrue. [0040] Plus précisément, comme montré sur la figure 2, la consigne de richesse Cl du mélange air-carburant est régulée jusqu'à une valeur de consigne Cl réel dans la phase "de protection composants" de manière à limiter une température d'échappement à une valeur de consigne dite température d'échappement de consigne limite Tech lim. [0041] Un module 31 compare ensuite la valeur de consigne de richesse Cl reel correspondant à la température d'échappement de consigne limite Tech lim avec une valeur de consigne de richesse de référence Cl ref. La valeur de consigne de richesse de référence Cl ref déterminée par le module 36 est de préférence celle permettant de maintenir la température d'échappement à la même valeur de consigne limite Tech lim sur un moteur nominal, sans dérive du taux d'alcool Ta, et dans les mêmes conditions de fonctionnement du moteur thermique (même régime Wm et même charge RI). [0042] Un diagnostic sur le taux d'alcool est alors établi en fonction de la comparaison réalisée et d'un seuil de détection SD associé. Ainsi, le module 32 vérifie si l'écart entre les valeurs Cl reel et Cl ref est supérieur au seuil de détection SD. Si c'est le cas, alors on considère qu'il existe une erreur sur le taux d'alcool mesuré Ta, sinon on considère que le taux d'alcool indiqué Ta est correct. [0043] Dans le cas où la consigne de richesse de référence C1 ref correspond à une valeur de consigne de température d'échappement Tech diag différente de la valeur de consigne limite Tech lim, une correction du seuil de détection SD en fonction de l'écart de consignes de température est réalisée par le module 33. [0044] Comme les phénomènes thermiques sont relativement lents, la comparaison des consignes de richesse réelle C1 réel et de référence C1 ref est effectuée après une phase de stabilisation des paramètres du moteur suffisamment longue. Les modules 34 et 35 vérifient ainsi les conditions de stabilité du moteur. [0045] Selon une mise en oeuvre, le régime moteur Wm est considéré comme étant stable lorsqu'une variation du régime moteur Wm en fonction du temps est inférieure à un seuil. La charge moteur RI est considérée comme étant stable lorsqu'une variation d'une quantité d'air pompée par le moteur thermique en fonction du temps est inférieure à un seuil. [0046] Par ailleurs, la température du moteur Tm et la température d'air à l'admission Tadm sont considérés comme étant stables lorsqu'ils se situent chacun dans une plage déterminée par calibration. [0047] On s'assure également qu'aucune dégradation d'avance à l'injection exceptionnelle n'est requise, comme cela peut être le cas notamment au cours d'une phase de fonctionnement d'un système de gestion de la trajectoire du véhicule de type ESP (pour "Electronic Stability Program" en anglais, contrôle dynamique de trajectoire en français) par exemple, ou lors d'un suivi de couple en changement de rapport ou dans toute autre situation de vie dans laquelle l'avance à l'injection est dégradée. [0048] Les modules 34 et 35 vérifient également que le moteur 1 n'est pas passé par des phases de coupure d'injection depuis un délai minimum. [0049] En outre, dans le cas où le taux d'alcool Ta est déterminé par un estimateur 19 à partir d'une dérive de richesse du carburant, la comparaison est effectuée lorsqu'aucun apprentissage du taux d'alcool Ta n'est requis ou en cours par l'estimateur 19. [0050] Dans un exemple de détection, le contrôle moteur indique l'utilisation d'éthanol pur (E100) alors que de l'essence est réellement consommée. Le moteur thermique 1 fonctionne à un régime Wm moyen à faible (2000-3000 tr/min) et à charge RI élevée et les avances à l'injection sont dégradées pour la protection cliquetis. La température échappement Tech mes est dans ce cas plus importante que celle attendue avec un fonctionnement à l'éthanol pur pour lequel la température est naturellement plus faible et pour lequel les avances sont moins dégradées. [0051] Un enrichissement du mélange air-carburant est donc demandé par la protection de la ligne d'échappement. Une fois que la température d'échappement est descendue à la valeur de consigne limite Tech lim, on enregistre l'enrichissement requis C1 réel pour l'atteindre. Comme l'enrichissement C1 réel est sensiblement plus important que l'enrichissement prévu C1 ref, l'écart entre les richesses C1 réel et C1 ref dépasse le seuil de détection SD en sorte que le taux d'alcool Ta est jugé incorrect. [0052] La figure 3 montre un tableau faisant apparaître, à titre indicatif, les zones du champs moteur dans lesquelles la vérification de la mesure du taux d'alcool est envisageable. Plus précisément, le tableau montrent des exemples de valeurs de richesse nécessaires pour réaliser une phase de protection composants pour un taux d'alcool nul (E0) et pour un taux d'alcool de 100% (E100). Les valeurs de richesse sont indiquées pour un couple régime moteur Wm et charge moteur RI correspondant au remplissage des cylindres. [0053] La vérification du taux d'alcool sera possible lorsque les valeurs de richesse correspondant à un même couple régime Wm/remplissage RI sont différentes d'un taux d'alcool à un autre (voir cases noircies du tableau). Pour des taux d'alcool intermédiaires, il sera possible de déterminer les valeurs de richesse correspondantes par une interpolation non linéaire entre ces deux taux d'alcool extrêmes E0 et E100. [0054] Ainsi, contrairement aux diagnostics existants, le procédé selon l'invention est indépendant des paramètres d'adaptation du moteur thermique. En s'appuyant sur la sonde de richesse proportionnelle 15, 16, il peut être réalisé même si ceux-ci n'ont pas encore convergé vers leurs valeurs définitives, donc plus rapidement. [0055] En outre, une seule variable (richesse mesurée) est utilisée pour réaliser le diagnostic et elle est corrigée de manière continue par la régulation de température échappement. Le diagnostic est plus robuste. [0056] L'invention permet également d'évaluer la plausibilité du taux d'alcool dans une plage de fonctionnement moteur critique pour sa tenue mécanique et donc pour laquelle la maîtrise du taux d'alcool est importante. [0057] Les différents modules mis en oeuvre dans l'invention correspondent de 5 préférence à des fonctions logicielles implémentées dans le calculateur moteur du véhicule. [0058] Bien entendu, l'homme du métier pourra apporter des modifications au procédé de diagnostic précédemment décrit. Ainsi, de manière équivalente, il sera possible d'utiliser un autre paramètre que la richesse correspondant à une phase de protection 10 composants, tel que la sortie du régulateur de la température d'échappement, un facteur sur les quantités injectées d'alcool ou tout autre paramètre relatif aux quantités injectées en phase de protection composants. 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: - réguler la consigne de richesse du mélange air-carburant jusqu'à une valeur (C1_réel) permettant de limiter une température d'échappement à une valeur de consigne dite température d'échappement de consigne limite (Tech_lim), - comparer cette valeur de consigne de richesse (C1_réel) avec une valeur de consigne de richesse de référence (C1_ref), et - établir qu'il existe une erreur sur la mesure ou l'estimation du taux d'alcool (Ta) dans le carburant si la comparaison précédemment réalisée vérifie un écart entre les valeurs de consigne de richesse (C1_réel) et de consigne de richesse de référence (C1_ref) supérieur à un seuil de détection (SD) associé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de consigne de richesse de référence (C1_ref) est celle permettant de maintenir la température d'échappement à la même valeur de consigne limite (Tech_lim) sur un moteur nominal, sans dérive du taux d'alcool, et dans les mêmes conditions de fonctionnement du moteur thermique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que, dans le cas où la valeur de consigne de richesse de référence (C1_ref) correspond à une valeur de consigne de température d'échappement différente de la température de consigne limite (Tech_lim), il comporte l'étape de réaliser une correction du seuil de détection (SD) en fonction de l'écart de consignes de température. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la comparaison entre la valeur de consigne de richesse (C1_réel) et la valeur de consigne de richesse de référence (C1_ref) est effectuée après stabilisation de paramètres de fonctionnement du moteur thermique dont un régime moteur (Wm), une charge moteur (RI), une température du moteur, et une température d'air à l'admission. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le régime moteur (Wm) est considéré comme étant stable lorsqu'une variation du régime moteur (Wm) en fonction du temps est inférieure à un seuil. 6. Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que la charge moteur (RI) est considérée comme étant stable lorsqu'une variation d'une quantité d'air pompée par le moteur thermique en fonction du temps est inférieure à un seuil. 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la température du moteur (Tm) se situe dans une plage déterminée par calibration. 8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la température d'air à l'admission (Tadm) se situe dans une plage déterminée par calibration. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre lorsqu'aucune dégradation d'avance à l'injection exceptionnelle n'est requise notamment dans le cas d'une phase de fonctionnement d'un système de gestion d'une trajectoire du véhicule, ou lors d'un suivi de couple en changement de rapport. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre lorsque le moteur thermique (1) n'est pas passé par des phases de coupure d'injection depuis un délai minimum.