Brevet FR3094752A1 — publié le 20201009

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE DIAGNOSTIC DE PRESENCE DE GEL DANS UN PIQUAGE D'UN CAPTEUR DE PRESSION DIFFERENTIELLE poo La présente invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique. Plus précisément, l'invention porte sur un procédé de diagnostic de présence de gel dans un piquage d'un capteur de pression différentielle aux bornes d'un filtre à particules. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les moteurs à combustion interne à compression ou à allumage commandé dotés d'un filtre à particules associé à un capteur de pression différentielle. [0002] Lors de la combustion d'un mélange d'air et de carburant dans un moteur thermique, des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone et/ou de gouttelettes d'huile peuvent être émises. Ces particules ont typiquement une taille comprise entre quelques nanomètres et un micromètre. Pour les piéger, on peut avantageusement prévoir des filtres à particules, usuellement constitués d'une matrice minérale, de type céramique, de structure alvéolaire, définissant des canaux disposés sensiblement parallèlement à la direction générale d'écoulement des gaz d'échappement dans le filtre, et alternativement obturés du côté de la face d'entrée des gaz du filtre et du côté de la face de sortie des gaz du filtre, comme cela est décrit dans le document EP2426326. [0003] La ligne d'échappement est également munie d'un capteur de mesure de pression dif- férentielle, dit capteur de contrepression, pour mesurer la différence de pression entre un piquage amont et un piquage aval du filtre à particules à partir de laquelle il est possible de déduire une masse de suies accumulées. A cet effet, on utilise une cartographie établissant une corrélation entre la mesure de différence de pression et la masse de suies dans le filtre à particules. [0004] Le capteur de contrepression sert ainsi à réaliser les diagnostics nécessaires de l'état du filtre à particules et demandés par les réglementations (cites "OBD" pour "On Board Diagnostic" en anglais) ainsi que les diagnostics de sécurité. Son information est donc indispensable pour garantir le bon fonctionnement du moteur thermique. Toutefois, lorsque les conditions extérieures sont froides, la présence de gel dans les piquages du capteur peut fausser l'information acquise par le capteur et donc l'interprétation de celle-ci par le calculateur moteur. [0005] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de diagnostic de présence de gel clans un piquage d'un capteur de pression diffé- 2 rentielle, dit capteur de contrepression, connecté en amont et en aval d'un filtre à particules destiné à filtrer des gaz d'échappement d'un moteur thermique, ledit procédé comportant: - une étape de définition d'un intervalle de temps, - une étape de calcul d'une valeur de référence d'un gradient d'une contrepression du filtre à particules retournée par le capteur de contrepression en fonction d'un débit volumique des gaz d'échappement en amont du filtre à particules, et - une étape d'analyse d'une évolution, sur l'intervalle de temps, d'une valeur instantanée du gradient de la contrepression du filtre à particules retournée par le capteur de contrepression en fonction du débit volumique des gaz d'échappement en amont du filtre à particules par rapport à la valeur de référence précédemment calculée pour en déduire la présence ou non de gel dans un piquage du capteur de contrepression. [0006] L'invention permet ainsi de diminuer les fausses détections des diagnostics de l'état du filtre à particules qui se basent sur l'information de contrepression et qui seraient produites à cause de la formation de gel dans les piquages du capteur provoquée par des conditions extérieures froides. Cela se traduit par un gain économique pour le conducteur et le constructeur si le véhicule se trouve encore dans la période de garantie en réduisant le nombre d'interventions en service après-vente ducs aux fausses détections. [0007] Selon une mise en oeuvre, l'étape d'analyse comporte: - une étape de calcul d'un ratio entre la valeur instantanée du gradient de la contre-pression et la valeur de référence précédemment calculée, - une étape de comparaison du ratio calculé avec un seuil maximum et un seuil minimum, et - une étape de détermination de la présence de gel ou non dans un piquage en fonction d'un résultat de la comparaison précédemment réalisée. [0008] Selon une mise en oeuvre, la valeur de référence est calculée au début de l'intervalle de temps. [0009] Selon une mise en oeuvre, une méthode de calcul du gradient de la contrepression du filtre à particules en fonction du débit volumique des gaz d'échappement en amont du filtre à particules consiste à prendre un échantillon de points de taille N, chaque point étant un couple de mesures comprenant une mesure de contrepression retournée par le capteur et une mesure de débit volumique en amont du filtre à particules, et à calculer une régression linéaire sur ces points. [0010] Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte l'étape de retenir uniquement les mesures de contrepression et de débit volumique qui ont été obtenues en conditions de stabilité de fonctionnement du moteur thermique. 3 [0011] Selon une mise en oeuvre, les mesures de contrepression et de débit volumique sont considérées comme ayant été obtenues dans des conditions de stabilité de fonctionnement du moteur thermique lorsqu'une dérivée du débit volumique des gaz d'échappement en amont du filtre à particules est inférieure à une home maximum. [0012] Selon une mise en oeuvre, l'intervalle de temps est compris entre 2 et 3 minutes. [0013] Selon une mise en oeuvre, ledit procédé est mis en oeuvre uniquement si une tem- pérature extérieure est inférieure à 0°C. [0014] Selon une mise en oeuvre, suite à un défaut lié à une détection de la présence de gel dans un piquage, ledit procédé de diagnostic sera réhabilité lorsque le ratio repasse à une valeur située entre le seuil minimum et le seuil maximum. [0015] L'invention a également pour objet un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé tel que précédemment défini. [0016] 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. [0017] [fig.1] La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique comportant un filtre à particules et un calculateur permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; [0018] [fig.2] La figure 2 est un diagramme des différentes étapes du procédé selon l'invention de détection de la présence de gel dans un piquage d'un capteur de contrepression; [0019] [fig.3] La figure 3 est une représentation graphique de mesures de pression différentielle retournée par le capteur de contrepression en fonction de mesures de débit des gaz d'échappement du moteur thermique; [0020] [fig.4] La figure 4 est une représentation de digrammes temporels de l'évolution de signaux illustrant une détection d'un bouchon de gel dans un piquage d'un capteur de contre-pression lors d'une mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [0021] La figure 1 représente un moteur thermique 10 notamment destiné à équiper un véhicule automobile. Le moteur thermique 10 pourra être à compression ou à allumage commandé. Le moteur thermique 10 est relié à une ligne d'échappement 11 pour l'évacuation des gaz brûlés produits par le fonctionnement du moteur thermique 10. [0022] La ligne d'échappement 11 comprend un organe de dépollution 12 de polluant gazeux, par exemple un catalyseur d'oxydation ou un catalyseur trois-voies. Le ca- talyscur trois-voies 12 permet notamment de réduire les oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, d'oxyder les monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et les hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau. [0023] La ligne d'échappement 11 comprend en outre un filtre à particules 13 pour filtrer des particules de suies dans les gaz d'échappement du moteur thermique 10. Le filtre à particules 13 est adapté à la filtration de particules de suies provenant de la combustion du carburant. [0024] Dans le filtre à particules 13, les gaz d'échappement traversent la matière composant le filtre à particules 13. Ainsi, lorsque le filtre à particules 13 est formé de canaux, chacun de ces canaux comprend une extrémité bouchée, de sorte que les gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre à particules 13 passent de canaux en canaux, en traversant les parois des différents canaux du filtre à particules 13 pour sortir du filtre à particules 13. Le filtre à particules 13 pourra être à base d'une matrice céramique poreuse, par exemple en cordiérite, mullite, titanate d'aluminium ou carbure de silicium. S'il y a lieu, l'organe de dépollution 12 et le filtre à particules 13 pourront être implantés à l'intérieur d'une même enveloppe 15. [0025] La ligne d'échappement 11 est également munie d'un capteur 16, dit capteur de contrepression, pour la mesure de pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules 13 à partir de laquelle il est possible de déduire une masse de suies accumulées. A cet effet, le capteur 16 est connecté en amont et en aval du filtre à particules 13 respectivement par l'intermédiaire d'un piquage amont 16.1 et d'un piquage aval 16.2. Une cartographie permet d'établir une corrélation entre la mesure de pression différentielle et la masse de suies dans le filtre à particules 13. [0026] Un calculateur 17, par exemple le calculateur moteur ou un calculateur dédié comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention de diagnostic de la présence de gel dans un piquage 16.1, 16.2 du capteur de contrepression 16. [0027] A cet effet, le calculateur 17 reçoit en entrée une mesure de la contrepression dP aux bornes du filtre 13 retournée par le capteur 16, une estimation du débit volumique Qvol des gaz d'échappement en amont du filtre à particules 13, ainsi qu'une température extérieure car le diagnostic est activé de préférence uniquement pour des températures inférieures à 0 °C. Le calculateur 17 est apte à générer en sortie un signal de défaut F_def à l'état 1 en cas de détection de la présence de gel dans un piquage 16.1, 16.2. [0028] On décrit ci-après, en référence avec la figure 2, les différentes étapes du procédé de diagnostic selon l'invention. [0029] Dans une étape 101, le calculateur 17 calcule un gradient dPdV de la contrepression dP retournée par le capteur de contrepression 16 en fonction du débit volumique Qvol des gaz d'échappement en amont du filtre à particules 13 exprimé en KPa/(m3/s). [0030] La relation entre ces deux grandeurs physiques (contrepression dP et débit volumique Qvol) peut être approximée par un polynôme d'ordre 2 ou quadratique, mais il existe une plage P lin de débit volumique dans laquelle la relation peut être considérée comme linéaire, avec des erreurs acceptables, tel que cela est illustré sur la figure 3. [0031] La méthode de calcul du gradient dPdV consiste à prendre un échantillon de points de taille N, calibrable par exemple entre 800 et 1000. Chaque point est un couple de mesures: une mesure de contrepression dP exprimée en mhar et une mesure de débit volumique Qvol en amont du filtre à particules 13 exprimée en m3/s. On calcule ensuite une régression linéaire sur ces points, notamment par la méthode des moindres carrés. [0032] De préférence, toutes les mesures de contrepression dP et débit volumique Qvol ne sont pas retenues pour le calcul du gradient dPdV. Un critère est appliqué afin de prendre en compte seulement les mesures qui sont obtenues en conditions de fonctionnement stabilisé du moteur thermique. Par "conditions de fonctionnement stabilisé", on entend les conditions de fonctionnement du moteur thermique pour lesquelles le débit des gaz d'échappement Qvol ne varie pas brusquement, autrement dit, en absence d'accélérations ou de freinages brusques. [0033] Cc critère est vérifié en calculant la dérivée du débit volumique Qvol des gaz d'échappement en amont du filtre 13 qui indique le taux de variation de ce débit en fonction du temps, et en s'assurant que cette valeur est inférieure à une borne maximum, par exemple de l'ordre de 0.05 ml/s2. Par "de l'ordre de", on entend une variation de plus ou moins 10% autour de cette valeur. Grâce à ce critère, il est possible d'améliorer la précision du calcul du gradient dPdV. Sur la figure 3, les points stabilisés qui sont retenus pour le calcul sont représentés par des croix; tandis que les points transitoires qui ne sont pas retenus pour le calcul sont représentés par des ronds. [0034] Au cours d'une étape 102, on définit un intervalle de temps I dans lequel est observé le comportement du calcul du gradient dPdV. Cet intervalle de temps I est par exemple compris entre deux et trois minutes. [0035] Au cours d'une étape 103, une valeur de référence du gradient dPdV_ref est mémorisée au début de chaque intervalle I et maintenue tout le long de l'intervalle I. Au cours de l'intervalle de temps I, le calculateur 17 calcule également des valeurs de gradient courant (ou instantané) dPdV_inst. Le calculateur 17 réalise donc deux calculs différents, à savoir le calcul du gradient courant dPdV_inst et le gradient de référence dPdV_ref figé au début de l'intervalle de temps I. [0036] Au cours d'une étape 104, le calculateur 17 calcule le ratio R_dPdV entre le gradient courant dPdV_inst et le gradient de référence dPdV_ref, soit R_dPdV, dPdVinst/dPdV_ref. [0037] Au cours d'une étape 105, le ratio R_dPdV est comparé avec un seuil minimum Smin 6 et un seuil maximum Smax. Le seuil minimum Smin est par exemple égal à 0.5 tandis que le seuil maximum Smax est par exemple égal à 2. [0038] Le résultat de cette comparaison détermine le résultat du diagnostic. En effet, dans le cas où le ratio est compris entre le seuil minimum Smin et le seuil maximum Smax, alors on en déduit qu'il n'y a pas de présence de gel dans les piquages 16.1, 16.2 du capteur de contrepression 16. Dans le cas où le ratio n'est pas compris entre le seuil minimum Smin et le seuil maximum Smax, alors on en déduit qu'il y a une présence de gel dans un piquage 16.1, 16.2 du capteur de contrepression 16. [0039] La figure 4 montre une évolution temporelle des signaux obtenus lors d'une mise en oeuvre du procédé selon l'invention de détection de présence de gel dans un piquage 16.1, 16.2 du capteur de contrepression 16. On distingue l'évolution temporelle du gradient courant dPdV inst, du gradient de référence dPdV_ref, du ratio R dPdV, ainsi que la variable d'état F_def ("flag" en anglais) prenant la valeur 1 en cas de défaut. Les points P indiquent les instants en début d'intervalle de temps T auxquels est calculé le gradient de référence dPdV_ref. [0040] Au cours des deux premiers intervalles de temps T, le ratio R_dPdV est compris entre le seuil minimum Smin et le seuil maximum Smax. Au cours du troisième intervalle de temps 1, on observe une évolution forte du ratio R_dPdV qui dépasse le seuil maximum Smax autorisé. Cela indique une anomalie dans la mesure de la contre-pression du filtre à particules 13, provoquée probablement par la présence d'un bouchon de gel dans un piquage 16.1, 16.2. Le signal de défaut F_def passe alors à l'état 1. [0041] En effet, le paramètre dPdV_inst n'est pas censé évoluer rapidement en conditions normales de fonctionnement, c'est-à-dire sans perturbations de la mesure de contre-pression. Le paramètre dPdV_inst évolue avec le stockage de particules dans le filtre 13 d'une façon lente du fait de la vitesse relativement faible de production de particules par le moteur thermique 10. [0042] Par exemple, pour un moteur à allumage commandé, pour doubler sa valeur (R_dPdV, 2) il lui faudrait entre 2 et 4 heures en considérant qu'on se trouve dans des conditions critiques vis-à-vis de la production de particules polluantes. Une évolution plus rapide que celle-ci indique nécessairement une anomalie dans l'acquisition de la pression différentielle entre les bornes amont et aval, typique de la présence d'un bouchon de gel dans un piquage 16.1, 16.2. [0043] Lorsque le ratio R_dPdV repasse à une valeur située entre le seuil minimum Smin et le seuil maximum Smax, il est considéré dans la plage "acceptable" et le diagnostic est réhabilité. 11 est possible de prévoir une durée de confirmation Tc de la suppression du défaut avant de faire repasser le signal de défaut F_def à l'état 0 et recommencer à observer de nouveau l'évolution du ratio R_dPdV. 7 [0044] En variante, il est possible d'analyser l'évolution, sur l'intervalle de temps L de la valeur instantanée dPdV inst par rapport à la valeur de référence dPdV rcf d'une autre façon que par le calcul d'un ratio R dPdV. En variante, le ratio calculé est le ratio inverse de celui précédemment indiqué. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé de diagnostic de présence de gel dans un piquage (16.1, 16.2) d'un capteur (16) de pression différentielle, dit capteur de contre-pression, connecté en amont et en aval d'un filtre à particules (13) destiné à filtrer des gaz d'échappement d'un moteur thermique, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de définition d'un intervalle de temps (I), - une étape de calcul d'une valeur de référence (dPdV rct) d'un gradient d'une contrepression (dP) du filtre à particules (13) retournée par le capteur de contrepression (16) en fonction d'un débit volumique (Qvol) des gaz d'échappement en amont du filtre à particules (13), et - une étape d'analyse d'une évolution, sur l'intervalle de temps (I), d'une valeur instantanée (dPdV_inst) du gradient de la contrepression (dP) du filtre à particules (13) retournée par le capteur de contrepression (16) en fonction du débit volumique (Qvol) des gaz d'échappement en amont du filtre à particules (13) par rapport à la valeur de référence (dPdV_ref) précédemment calculée pour en déduire la présence ou non de gel dans un piquage (16.1, 16.2) du capteur de contrepression (16). [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'analyse comporte: - une étape de calcul d'un ratio (R_dPdV) entre la valeur instantanée (dPdV_inst) du gradient de la contrepression et la valeur de référence (dPdV_ref) précédemment calculée, - une étape de comparaison du ratio (R_dPdV) calculé avec un seuil maximum (Smax) et un seuil minimum (Smin), et - une étape de détermination de la présence de gel ou non dans un piquage (16.1, 16.2) en fonction d'un résultat de la comparaison précédemment réalisée. [Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la valeur de référence (dPdV_ref) est calculée au début de l'intervalle de temps (I). [Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une méthode de calcul du gradient de la contrepression (dP) du filtre à particules (13) en fonction du débit volumique (Qvol) des gaz d'échappement en amont du filtre à particules (13) consiste à prendre un échantillon de points de taille N, chaque point étant un couple de mesures comprenant. une mesure de contrepression (dP) retournée par le capteur (16) et une mesure de débit volumique (Qvol) en amont du filtre 9 [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] à particules (13), et à calculer une régression linéaire sur ces points. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de retenir uniquement les mesures de contrcpression (dP) et de débit volumique (Qvol) qui ont été obtenues en conditions de stabilité de fonctionnement du moteur thermique. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les mesures de contrepression (dP) et de débit volumique (Qvol) sont considérées comme ayant été obtenues dans des conditions de stabilité de fonctionnement du moteur thermique (10) lorsqu'une dérivée du débit volumique (Qvol) des gaz d'échappement en amont du filtre à particules (13) est inférieure à une borne maximum. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'intervalle de temps (I) est compris entre 2 et 3 minutes. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre uniquement si une température extérieure est inférieure à 0°C. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que suite à un défaut lié à une détection de la présence de gel dans un piquage (16.1, 16.2), ledit procédé de diagnostic sera réhabilité lorsque le ratio (R dPdV) repasse à une valeur située entre le seuil minimum (Smin) et le seuil maximum (Smax). Calculateur (17) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.