Brevet FR3053117A1 — publié le 20171229

PROCEDE DE DETECTION D'UNE FUITE D'AIR EN AVAL D'UN COMPRESSEUR D'UN TURBOCOMPRESSEUR L'invention se rapporte à un procédé de détection d'une fuite d'air en 5 aval d'un compresseur d'un turbocompresseur. La présence d'une fuite d'air entre le compresseur d'un turbocompresseur et un moteur à combustion interne peut conduire à de multiples effets indésirables, parmi lesquels : - des désagréments de conduite, 10 - un manque de performance du moteur, - des impacts d'émissions polluantes, pouvant même aller jusqu'à des risques sécuritaires dans le cas de moteurs diesel. En effet, il y a un risque thermique à l'échappement avéré en présence d'un filtre à particules (FAP) dû à une autorisation erronée de régénération de 15 ce FAP basé sur la mesure du débit d'air admission qui, en présence d'une fuite, est surestimé. Cette fuite doit donc pouvoir être diagnostiquée le plus tôt possible, de sorte qu'un utilisateur, une fois prévenu de cette fuite, puisse engager certaines actions correctrices, comme par exemple des activations de modes 20 dégradés. Toutefois, il convient de pouvoir valider la pertinence de ce diagnostic, afin d'éviter notamment les fausses détections de fuite. Il est donc nécessaire de limiter au maximum ces risques de fausses détections en choisissant de baser ce diagnostic sur un critère sûr, ainsi qu'en définissant au juste 25 nécessaire la précision du système concerné. Actuellement, le diagnostic de la fuite d'air en aval d'un compresseur de turbocompresseur se fait généralement en comparant la valeur de la mesure du débit d'air obtenue au moyen d'un débitmètre, et la valeur de la mesure du débit d'air donné par un modèle de remplissage (qui est une 30 fonction interne d'un calculateur embarqué) en fonction de la mesure de pression Pcoll et de température Tcoll. dans le collecteur d'admission, ainsi que du régime N du moteur. Or, une telle comparaison ne tient compte que d'une fuite entre les deux points de mesure, mais pas d'une fuite éventuelle entre la 3053117 2 localisation des capteurs de pression Pcoll et de température Tcoll sur le collecteur et les cylindres. La demande de brevet FR2963424 (A1) divulgue un procédé de diagnostic de fuite d'air frais comprimé dans un moteur suralimenté. Le 5 procédé est basé sur le calcul d'un débit de fuite, qui est idéalement nul, à partir de variables de fonctionnement calculées au préalable, dont au moins l'une desdites variables est distincte du débit ou de la pression de l'air admis. Ce document ne prévoit pas de comparaison entre la mesure d'un débitmètre et une masse de gaz enfermée, calculée à partir d'un capteur de pression de 10 cylindre. La présente invention propose un procédé de détection d'une fuite d'air en aval du compresseur d'un turbocompresseur, en s'affranchissant des inconvénients relevés dans l'état de la technique. L'invention a pour objet un procédé de détection d'une fuite dans une 15 ligne d'admission en air d'un moteur thermique doté d'un collecteur d'admission et de cylindres, ladite détection s'effectuant entre un compresseur d'un turbocompresseur et ledit moteur. La principale caractéristique d'un procédé selon l'invention est qu'il comprend les étapes suivantes, 20 - une étape de mesure du débit d'air dans la ligne d'admission, - une étape d'estimation de la masse d'air admise par un cylindre à travers une étape de détermination de la masse d'air enfermée dans ledit cylindre, et qui est fonction de la pression dans celui-ci, - une étape de comparaison entre la masse d'air admise estimée et 25 la masse d'air théorique dans le cylindre déduite de la mesure du débit d'air, - une étape de détection d'une fuite si la masse d'air admise est inférieure à la masse d'air théorique. 3053117 3 Le principe d'un tel procédé consiste à déterminer la masse de gaz enfermée dans l'un des cylindres du moteur au moyen notamment d'une détermination de la pression à l'intérieur de celui-ci, afin de déduire ensuite la masse de gaz admise dans ledit cylindre. Une fois que cette quantité de gaz 5 admise a été déterminée, elle est ensuite comparée à une masse d'air théorique dans ledit cylindre, déduite directement de la mesure du débit d'air mesuré dans la ligne d'admission. Si la quantité de gaz admise effectivement dans le cylindre est inférieure à cette valeur théorique, il peut alors être déduit une fuite d'air en aval du compresseur. Le moteur thermique peut être un 10 moteur diesel ou à essence. On suppose que le moteur comprend plusieurs cylindres dans chacun desquels se déplace un piston faisant ainsi varier le volume interne de chaque cylindre. Préférentiellement, la pression dans l'un des cylindres est mesurée au moyen d'un capteur de pression. Le débit d'air dans la ligne d'admission est avantageusement déterminé en kg/h. 15 Avantageusement, l'étape de mesure du débit d'air est effectuée en amont du compresseur, au moyen d'un débitmètre. Préférentiellement, si l'architecture du moteur faisait intervenir une boucle EGR (de l'anglais Exhaust Gas Recirculation) basse pression, la mesure du débit s'effectuerait en aval du point de jonction entre ladite boucle EGR et la ligne d'admission. 20 Préférentiellement, la mesure de la pression dans le cylindre choisi pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est réalisée lors d'une phase de compression dans le cylindre, après la fermeture de soupapes d'admission et avant le début de la combustion dans le cylindre. De façon avantageuse, la mesure de pression est réalisée en plusieurs 25 points correspondant chacun à une position différente d'un piston dans le cylindre. En effet, afin de fiabiliser le diagnostic de détection de fuite, un procédé selon l'invention comprend plusieurs points de mesure correspondant à des volumes internes différents du cylindre, pendant un seul et même cycle de compression dudit cylindre 3053117 4 Avantageusement, un procédé de détection selon l'invention, comprend une étape de détermination de la température dans le cylindre permettant de déduire la quantité d'air dans le cylindre. De façon préférentielle, l'étape de détermination de la température 5 dans le cylindre est réalisée par l'intermédiaire d'une mesure de la température et de la pression dans le collecteur d'admission, du volume du cylindre et de la pression mesurée dans celui-ci. Préférentiellement, l'étape de mesure de la pression et de la température dans le collecteur d'admission est réalisée respectivement au 10 moyen d'un capteur de pression et d'un capteur de température. De façon avantageuse, la masse d'air enfermée dans le cylindre est donnée par la formule Masse d' air enf ermée = * Pryli R N Tcyri Où Pcyll est la pression dans le cylindre pour le point de mesure de 15 rang i, réalisée pendant un cycle de compression donnée dans le cylindre, Tcyll est la température dans le cylindre pour le point de mesure* de rang i, N est le nombre total de points pour lesquels une détermination de la masse d'air enfermée a été effectuée, sur le cycle de 20 compression donné dans le cylindre, et R est la constante des gaz parfaits, Avantageusement, l'étape de détection de la fuite est réalisée si la différence entre la quantité d'air théorique et la quantité d'air admise est supérieure à une valeur seuil prédéterminée. En effet, il faut éviter d'effectuer 25 de fausses détections de fuite avec des différences non significatives entre la masse d'air admise et la mas.5i?. d'air théorique. Un procédé de détection selon l'invention présente l'avantage d'être sûr et fiable, en proposant un diamostic de détection de fuite indiscutable. Il a 3053117 de plus l'avantage d'être performant sans impliquer de pièces supplémentaires, susceptibles d'encombrer l'architecture du moteur du véhicule. On donne ci-après, une description détaillée d'un mode de réalisation 5 préféré d'un procédé de détection d'une fuite selon l'invention, en se référant aux figures suivantes : - La figure 1 est une vue schématique d'une architecture d'un moteur de véhicule dans laquelle est réalisée un procédé de détection d'une fuite selon l'invention, - La figure 2 est un diagramme illustrant un exemple de variation de la température et de la pression interne d'un cylindre lors des différentes phases d'un cycle moteur, - Les figures 3A et 3B sont des vues schématiques d'un cylindre de moteur respectivement de côté et du dessous. En se référant à la figure 1, une architecture 1 d'un moteur 2 dans laquelle est appliqué un procédé de détection d'une fuite selon l'invention, comprend une ligne d'admission 3 d'air ou de mélange d'air, le moteur 2 et une ligne d'échappement 4 des gaz d'échappement. La ligne d'admission 3 comporte dans l'ordre une entrée 5 d'air, un premier conduit de liaison 6 reliant ladite entrée 5 à un compresseur 20, et un deuxième conduit de liaison 7 reliant ledit compresseur 20 à un collecteur d'admission 8. La ligne d'échappement 4 comporte dans l'ordre un collecteur d'échappement 9, un troisième conduit 30 de liaison reliant ledit collecteur d'échappement 9 à une turbine 10, et une quatrième conduite de liaison 11 reliant ladite turbine 10 à une sortie 12 des gaz d'échappement. Le moteur 2 est placé entre le collecteur d'admission 8 et le collecteur d'échappement 9. En se référant aux figures 3A et 3B, le moteur 2 possède quatre cylindres 13 délimitant chacun une chambre de combustion 14, dans laquelle est apte à coulisser un piston 15 au moyen d'une bielle 16 reliée à un vilebrequin 21. Le coulissement du piston 15 dans le cylindre 13 fait varier le volume de la chambre de combustion. A chaque cylindre 13 sont conventionnellement associées des soupapes d'admission et des soupapes d'échappement non représentées sur les figures ainsi qu'un injecteur de 3 0 5 3 1 1 7 carburant non représenté sur les figures. Un des cylindres 13 est équipé d'un capteur de pression 25 destiné à mesurer la pression interne dudit cylindre 13, c'est-à-dire la pression régnant dans !a chambre de combustion 14. En se référant à la figure 1, un débitmètre 17 est placé dans le premier 5 conduit 6 de liaison de la ligne d'admission 3, afin de mesurer le débit d'air dans ladite ligne d'admission 3. Un capteur de pression 18 et un capteur de température 19 sont positionnés dans le deuxième conduit 7 de liaison afin de mesur_r respectivement la pression et la température en entrée du collecteur d'admission 8. L'architecture 1 du moteur 2 peut comporter une boucle 22 10 EGR haute pression, reliant un point de la lig le d'échappement 4 placé en aval du collecteur d'échappement 9 à un point de la ligne d'admission 3 situé en amont du collecteur d'admission 8. Elle peut également incorporer un circuit 23 de by-pass de la turbine 10. Un capteur 24 de point mort haut (PMH) est placé sur le vilebrequin 21. 15 Un procédé selon l'invention permet de détecter une fuite d'air dans le deuxième conduit 7, c'est-à-dire entre le compresseur 20 et le collecteur d'admission 8. Un tel procédé comprend les étapes suivantes : > une étape de mesure du débit d'air dans la ligne d'admission 3 au moyen du débitmètre 17. 20 > une étape d'estimation de la masse d'air admise par un cylindre 13 à travers une étape de détermination de la masse d'air enfermée dans ledit cylindre 13, et qui est fonction de la pression dans celui-ci. En effet, il existe une corrélation étroite entre la masse d'air enfermée dans le cylindre 13 et la masse d'air admise dans ledit 25 cylindre. La masse d'air enfermée dans le cylindre 13 est donnée par 17 formule : pcyli Masse d' air enf ermée = Ï=1.7974 Où Pcyl est la pression dans le cylindre 13 pour le point de mesure de rang i, réalisée pendant un cycle de compression donnée dans le cylindre, 30 3053117 7 Tcyli est la température dans le cylindre pour le point de mesure de rang i, N est le nombre total de points de mesure, tous pris pendant un seul et même cycle de compression dans le même cylindre, 5 R est la constante des gaz parfaits, La pression dans le cylindre 13 est mesurée au moyen du capteur de pression 25. En se référant à la figure 2, afin de fiabiliser le diagnostic de fuite, plusieurs mesures de pression sont réalisées dans le cylindre 13 lors d'une phase de compression, pour laquelle 10 les soupapes d'admission sont fermées et avant une phase de combustion. Chaque point de mesure correspond à un volume particulier de la chambre de combustion 14 du cylindre 13, ledit volume étant fonction de la position du piston 15 dans ledit cylindre et donc de l'angle vilebrequin 21. Connaissant la pression dans le 15 cylindre 13 grâce au capteur de pression 25, il faut déterminer la température dans le cylindre 13 afin d'accéder à la valeur de la masse d'air enfermée dans ledit cylindre 13. Le capteur de pression interne cylindre permet de calculer la courbe de température interne cylindre : 20 La température du collecteur mesurée à la fin de l'admission Tinit_adm ainsi que la pression et le volume de la chambre 14 permettent de calculer à tout moment (dépendant de l'angle vilebrequin, mesuré en degré d'angle avant le Point Mort Haut « °av ») la température interne du cylindre. 25 Le volume à chaque instant de la chambre de combustion est déduit des caractéristiques suivantes : Alésage Course, Volume mort, et Angle vilebrequin La température interne du cylindre est donnée par la formule : Tcyl (°av) = [Tinit admission/ (Volume Admission*Pression 30 admission)] *Volume (°av) *Pcy (°av) 3053117 8 On dispose des informations concernant la pression et la température dans le cylindre 13 grâce aux mesures des capteurs de pression et de température dans le collecteur d'admission 8 mesurées au moment adéquat, ainsi que du volume de la chambre 5 14 de combustion. La courbe 31 de la figure 2 illustre un exemple de variation de la pression interne dans le cylindre 13, mesurée au moyen du capteur de pression 25, en fonction des différentes phases durant un cycle moteur. La courbe 32 de la figure 2 illustre un exemple de variation de la température interne dans le cylindre 13, 10 déduite de la mesure de la pression interne dans ledit cylindre 13 à travers la formule donnant Tcyl. Après la fermeture des soupapes d'admission et avant le début de la combustion, on est donc en phase de compression pure (= uniquement la compression de l'air admis, pas d'augmentation de 15 pression liée à de la combustion de carburant) avec une masse d'air enfermée, et il est donc possible d'utiliser l'équation des gaz parfaits (P*V = n *R *T) pour en déduire la masse d'air enfermée dans le cylindre. Une fois que la masse d'air enfermée dans le cylindre 13 a été 20 déterminée, la quantité d'air admise dans ledit cylindre 13 se déduit aisément. - une étape de comparaison entre la masse d'air admise estimée et la masse d'air théorique dans le cylindre 14 issue de la mesure du débit d'air dans le premier conduit 6 de liaison, 25 - une étape de détection d'une fuite si la masse d'air admise est inférieure à la masse d'air théorique. Cette étape de détection de la fuite est réalisée si la différence entre la quantité d'air théorique et la quantité d'air admise est supérieure à une valeur seuil prédéterminée. En effet, il faut que cette différence soit 30 significative, afin de ne pas effectuer de fausses détections de fuite. REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'une fuite dans une ligne d'admission en air (3, 7) d'un moteur thermique (2) doté d'un collecteur d'admission (8) et de cylindres (13), ladite détection s'effectuant entre un compresseur (20) d'un turbocompresseur et ledit moteur (2), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes, - une étape de mesure du débit d'air dans la ligne d'admission (3, 6), - une étape d'estimation de la masse d'air admise par un cylindre (13) à travers une étape de détermination de la masse d'air enfermée dans ledit cylindre (13), et qui est fonction de la pression dans celui-ci, - une étape de comparaison entre la masse d'air admise estimée et la masse d'air théorique dans le cylindre (13) déduite de la mesure du débit d'air, - une étape de détection d'une fuite si la masse d'air admise est inférieure à la masse d'air théorique. 2. Procédé de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de mesure du débit d'air est effectuée en amont (6) du compresseur (20), au moyen d'un débitmètre (17). 3. Procédé de détection selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la pression à l'intérieur du cylindre (13) est mesurée au moyen d'un capteur de pression (25). 4. Procédé de détection selon la revendication 3, caractérisé en ce que la mesure de la pression dans le cylindre (13) choisi pour la mise en oeuvre dudit procédé, est réalisée lors d'une phase de compression dans le cylindre (13), après la fermeture de soupapes d'admission et avant le début de la combustion dans le cylindre (13). 3053117 10 5. Procédé de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que la mesure de pression est réalisée en plusieurs points correspondant chacun à une position différente d'un piston (15) dans le cylindre (13). 6. Procédé de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination de la température dans le cylindre (13) permettant de déduire la quantité d'air dans le cylindre (13). 7. Procédé de détection selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de détermination de la température dans le cylindre est réalisée 0 par l'intermédiaire d'une mesure de la température et de la pression dans le collecteur d'admission (8), du volume du cylindre (13) et de la pression mesurée dans celui-ci (13). 8. Procédé de détection selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de mesure de la pression et de la température dans le collecteur d'admission est réalisée respectivement au moyen d'un capteur de pression et d'un capteur de température. 9. Procédé de détection selon l'une quelconque des revmdications 1 à,8, caractérisé en ce que la masse d'air enfermée dans le cylindre (13) est donnée par la formule : i Pryii Masse d' air enfermée = - * * R N Tryli Où Pcyli est la pression dans le cylindre (13) pour le point de mesure de rang i, réalisée pendant un cycle de compression donnée dans le cylindre, Tcyll est la température dans le cylindre (13) pour le point de mesure de rang N est le nombre total de points de mesure, toutes réalisées pendant un même cycle de compression dudit cylindre, R est la constante des gaz parfaits. 3053117 11 10.Procédé de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'étape de détection de la fuite est réalisée si la différence entre la quantité d'air théorique et la quantité d'air admise est supérieure à une valeur seuil prédéterminée.