Brevet FR3096736A1 — publié le 20201204

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE DIAGNOSTIC D'UN ETAT DE CONNEXION D'UN CAPTEUR DE PRESSION DIFFE- RENTIELLE [pool La présente invention La présente invention se situe dans le domaine de la dé- pollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique. Plus précisément, l'invention porte sur un procédé de diagnostic d'un état de connexion d'un piquage aval 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 (essence, diesel ou hybride), dotés d'un filtre à particules associé à un capteur de pression différentielle à simple membrane, qui est moins cher qu'un capteur de pression différentielle à double membrane. [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 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. [0004] La régénération du filtre à particules est pilotée lorsque ce dernier est suffisamment chargé en particules. A cet effet, on augmente la température dans la ligne d'échappement, ce qui entraîne la combustion des suies dans le filtre à particules. A l'issue de la régénération, le filtre à particules est débarrassé des suies qu'il contenait et un nouveau cycle de chargement commence. [0005] On connaît notamment deux types de capteurs de pression différentielle pour filtre à particules, à savoir les capteurs de pression différentielle classiques à simple membrane ainsi que les capteurs de pression différentielle de dernière génération à double membrane. Les capteurs à double membrane présentent l'avantage de pouvoir répondre à une réglementation de type CARB (pour "California Air Resources Board" 2 en anglais) ou équivalente imposant de pouvoir détecter un déhranchcmcnt d'un piquage aval du capteur. Le capteur à double membrane est toutefois plus cher que le capteur à simple membrane. [0006] Le document FR3021355A1 décrit un procédé de détection de déhranchcmcnt du piquage aval d'un capteur de pression différentiel via la comparaison du gradient de pression temporel du signal réel par rapport à un gradient temporel prévisionnel. Cependant cette méthode est sensible aux perturbations de mesure, aux dérives de capteur et à la calibration du modèle qui sert de référence à la comparaison du gradient. [0007] Il existe donc le besoin de pouvoir détecter de manière fiable le défaut de connexion du piquage aval avec notamment un capteur classique à simple membrane afin de répondre aux nouvelles réglementations. [0008] L'invention vise à combler efficacement ce besoin en proposant un procédé de diagnostic d'un état de connexion d'un capteur de pression différentielle connecté en amont et en aval d'un filtre à particules d'un moteur thermique respectivement par l'intermédiaire d'un piquage amont et d'un piquage aval, le moteur thermique comprenant des cylindres dans chacun desquels coulisse un piston entre un Point Mort Haut et un Point mort Bas, comportant une étape d'acquisition du signal de mesure de pression différentielle retourné par le capteur de pression différentielle, caractérisé en ce qu'il comprend : -une étape de détermination de la fréquence de cc signal de mesure, -une étape de comparaison de cette fréquence avec la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut, -une étape dans laquelle on diagnostique que le piquage aval du capteur est soit : - correctement connecté si la fréquence du signal de mesure est le double de la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut, - déconnecté si la fréquence du signal de mesure est égale à la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut. [0009] L'effet technique est d'obtenir un diagnostic fiable d'une déconnexion du piquage aval du capteur de pression différentielle. [0010] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en com- binaisons : [0011] Selon une réalisation, le procédé comprend une étape de détection de conditions d'autorisation de mise en oeuvre du diagnostic. [0012] Selon une réalisation, le procédé comprend une étape de détection de conditions de stabilité de fonctionnement du moteur thermique. [0013] Selon une réalisation, les conditions de stabilité de fonctionnement du moteur thermique sont détectées lorsque le régime du moteur thermique et le couple du moteur thermique se situent dans une plage prédéterminée calibrée autour de leur valeur 3 courante au minimum pendant une durée prédéterminée. [0014] Selon une réalisation, l'étape de détermination de la fréquence du signal de pression différentielle comprend une étape filtration des pics de pression d'amplitude inférieurs à un seuil de pression déterminé. [0015] Selon une réalisation, le seuil de pression est déterminé comme la valeur moyenne du signal de mesure de pression différentielle retourné par le capteur de pression différentielle. [0016] Selon une réalisation, une marge de sécurité comprise entre 5 et 15% de la valeur moyenne du signal de mesure de pression différentielle est ajoutée à la valeur moyenne du signal de mesure de pression différentielle. [0017] Selon une réalisation, le diagnostic de déconnexion du piquage aval du capteur est confirmé si plusieurs résultats consécutifs de comparaisons ont montré que la fréquence du signal de mesure est égale à la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut. [0018] L'invention concerne aussi un calculateur électronique, caractérisé en cc qu'il comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d'un procédé selon l'une variantes précédemment décrites. [0019] L'invention concerne aussi un véhicule équipé d'un moteur thermique relié à une ligne d'échappement comportant un filtre à particules instrumenté d'un capteur de pression différentielle, caractérisé en ce qu'il comprend un tel calculateur. [0020] [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. [0021] [fig.2] La figure 2 présente le phénomène observé à la base du procédé de l'invention. [0022] [fig.3] La figure 3 est une représentation des étapes du procédé de l'invention. [0023] La figure 1 représente un moteur thermique 1 notamment destiné à équiper un véhicule automobile. Le moteur thermique 1 est relié à une ligne d'échappement 2 pour l'évacuation des gaz brûlés produits par le fonctionnement du moteur thermique 1. [0024] Classiquement, le moteur thermique 1 comprend plusieurs cylindres la en ligne, ici trois sur la figure 1. Le moteur thermique 1 peut cependant avoir un nombre de cylindres différent. Dans chacun des cylindres la coulisse un piston, non représenté. Au cours du fonctionnement du moteur thermique 1, chacun de ces pistons coulisse alternativement entre Point Mort Haut, le point le plus haut de sa course dans son cylindre et un Point Mort Bas, le point le plus bas de sa course dans le cylindre la. [0025] La ligne d'échappement 2 comprend un organe 3 de dépollution de polluant gazeux, par exemple un catalyseur d'oxydation ou un catalyseur trois-voies. Le catalyseur trois-voies 3 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. [0026] La ligne d'échappement 2 comprend en outre un filtre à particules 4 pour filtrer des particules de suies dans les gaz d'échappement du moteur thermique 1. Le filtre à particules 4 est adapté à la filtration de particules de suies provenant de la combustion du carburant. [0027] Dans le filtre à particules 4, les gaz d'échappement traversent la matière composant le filtre à particules. Ainsi, lorsque le filtre à particules 16 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 4 passent de canaux en canaux, en traversant les parois des différents canaux pour sortir du filtre à particules 4. Le filtre à particules 16 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 3 de dépollution et le filtre à particules 4 pourront être implantés à l'intérieur d'une même enveloppe 5. [0028] La ligne d'échappement 2 est également munie d'un capteur 6 de mesure de pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules 4 à partir de laquelle il est possible de déduire une masse de suies accumulées. L'amont et l'aval sont ici définis relativement au sens d'écoulement des gaz dans la ligne d'échappement 2. A cet effet, le capteur 18 est connecté en amont et en aval du filtre à particules 16 respectivement par l'intermédiaire d'un piquage amont 6a et d'un piquage aval 6b. [0029] Un calculateur 7 électronique, par exemple le calculateur moteur ou un calculateur dédié, permet de réaliser un diagnostic de fonctionnement du capteur 6 de pression différentielle. A cet effet, le calculateur 7 comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre du procédé de diagnostic de l'invention. [0030] Le procédé de l'invention permet la détection d'un débranchement du piquage 6b en aval du capteur 6 de pression différentielle du filtre à particules 4 via la surveillance du comportement du signal de pression à haute fréquence, qui a sensiblement la forme d'une sinusoïde, pouvant ainsi distinguer son comportement lorsque le piquage en aval 6b n'est pas branché. [0031] La figure 2 présente le phénomène observé à la base du procédé de l'invention. Sur la figure 2, la courbe 20 en pointillé illustre une mesure de la pression en amont du filtre à particules 4, au niveau du piquage amont 6a. On observe un signal avec une amplitude principale de fréquence qui est égale à la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut (flèche FI). Ceci s'explique par le fait qu'à chaque passage au PMH, pulsation de gaz est émise en sortie du moteur thermique que l'on retrouve dans la ligne d'échappement. On peut distinguer la présence de perturbations d'une amplitude inférieure à celle du signal principal et qui apparaissent entre deux pics PMH. Ces perturbations proviennent des tubes du capteur 6 et sont à l'origine provoquées par la présence de vagues de pression qui se forment à l'intérieur des tubes et qui se propagent au long de ceux-ci. [0032] Toujours sur la figure 2, la courbe 21 en pointillé illustre une mesure de la pression en aval du filtre à particules 4, au niveau du piquage aval 6h. On observe encore un signal avec une amplitude principale de fréquence qui est égale à la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut. On observe également des perturbations d'amplitude inférieure à la principale qui se situent entre les deux pics d'amplitude principal. [0033] La courbe en trait plein 22, représente maintenant la mesure de la pression diffé- rentielle (Pression amont - Pression aval). On peut observer que le déphasage entre les deux signaux 20 et 21 a comme conséquence l'amplification F3 des perturbations entre deux PMH. Cela donne donc un signal de pression différentielle dans lequel les perturbations ont la même amplitude que le signal principal. A simple vue, la fréquence du signal de pression différentielle est 2 fois plus grande que la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut. [0034] La courbe 23 en traits pointillés représente la valeur moyenne du signal de pression différentielle. [0035] Ainsi si le capteur 6 est correctement branché en amont 6a et en aval 6b, le cal- culateur 7 observera un signal 22 de mesure de pression différentielle dont la fréquence est le double de la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut. Et si le capteur 6 de pression différentielle est débranché en aval, le capteur 6 mesure donc la pression en amont du filtre uniquement, dont la fréquence est la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut. Les pics d'amplitude inférieure ne sont pas comptabilisés dans le calcul de la fréquence du signal de pression différentielle. [0036] La figure 3 présente un mode de réalisation du procédé de l'invention. Le calculateur 7 reçoit un flux d'information en entrée de la fonction diagnostic, en particulier le signal de mesure de pression différentielle Dp retourné par le capteur 6. Le calculateur 7 exploite de préférence le signal brut du capteur 6, sans aucun filtrage ou traitement. Le signal du capteur 6 est échantillonné à une fréquence élevée pour correctement suivre la dynamique du signal, de préférence au minimum 1kHz (pour une période d'échantillonnage égale ou inférieure à 1 ms). [0037] Le calculateur 7 reçoit également en entrée le régime N du moteur thermique, le couple C du moteur thermique, qui est une grandeur représentative de la charge du moteur, le mode de combustion M du moteur thermique, la température extérieure 6 Text. [0038] La fonction de diagnostic du calculateur 7 pourra générer une information Diag d'état de connexion du piquage en aval du capteur 6, comme cela est expliqué plus en détails ci-après. [0039] Le calculateur 7 vérifie, dans une étape 30, que des conditions d'autorisation de mise en oeuvre du diagnostic sont remplies. [0040] En particulier, le point de fonctionnement moteur qui est fonction du régime N, et du couple C doit se trouver dans une plage de valeurs calibrables pour lesquelles le procédé de l'invention est jugé robuste. Ces valeurs calibrables peuvent varier en fonction de paramètres tels que le type de moteur, la configuration de la ligne d'échappement, la longueur des tubes du capteur 6. Dans le cadre de moteurs thermiques normalement utilisés sur le marché automobile pour les véhicules de particulier, un exemple de mise en oeuvre est une plage de régime N comprise entre 2000 et 3500 tours/min un couple moteur jusqu'à 75% de son maximum. Le mode de combustion M est de préférence nominal, dans la mesure où des modes spécifiques peuvent fausser la mesure du capteur 6. [0041] La température extérieure Text doit être comprises dans une plage de valeurs prédé- terminées calibrables. Par exemple, on évite d'effectuer le diagnostic en conditions très froides car du gel est susceptible de se former dans les piquages 6a, 6h du capteur 6, cc qui peut fausser la mesure de différence de pression. Suivant un exemple de mise en oeuvre, la température extérieure Text doit au minimum être supérieure à -7 °C. [0042] Le calculateur 7 détecte dans une étape 31 que des conditions de stabilité en termes de régime N et de charge du moteur thermique sont remplies. Dans ces conditions, la contre-pression du filtre 16 se stabilise aussi, ce qui permet d'établir de façon robuste un diagnostic sur sa mesure. [0043] Ainsi, on définit une plage de valeurs calibrables autour d'une valeur du régime N courant. Si le régime N reste dans cette plage pendant au moins une durée calibrable de plusieurs secondes, alors le régime N est considéré comme étant stable. La plage de valeurs de régime N est par exemple définie par plus ou moins 300 tours/min par rapport au régime N courant. [0044] De façon analogue, on définit une plage de valeurs calibrables autour d'une valeur du couple C. Si couple C du moteur thermique 10 reste dans cette plage de valeurs pendant au moins une durée calibrable de plusieurs secondes, alors le couple C est considéré comme étant stable. La plage de valeurs de couple C est par exemple définie par plus ou moins 10 % par rapport au couple C courant. [0045] Les conditions de stabilité sont détectées si le régime N et le couple C du moteur thermique sont tous les deux considérés comme étant stables. [0046] Si les conditions d'autorisation et de stabilité sont réunies, le calculateur 7 moteur 7 effectue ensuite, dans une étape 32, le calcul de la fréquence du signal mesure de pression différentielle retourné par le capteur 6 de pression différentielle. A cet effet cette étape 32 utilise le signal Dp de mesure de pression différentielle retourné par le capteur 6 de pression différentielle et acquis par le calculateur 7 à la fréquence de 1 kHz. Le calculateur 7 peut également calculer une valeur moyenne du signal Dp de mesure de pression différentielle, Dpmoy. [0047] Afin de ne pas prendre en compte les perturbations de pressions d'amplitude in- férieure à la principale qui se situent entre les deux pics d'amplitude principal dans le calcul de la fréquence, on peut prévoir de ne prendre en compte que les pics de pression supérieurs à un seuil de pression calibrable pour le calcul de fréquence du signal mesure de pression différentielle retourné par le capteur 6 de pression différentielle. [0048] Cc seuil de pression peut être déterminé comme étant la valeur moyenne du signal de mesure de pression différentielle, Dpmoy, à laquelle on peut également ajouter une marge de sécurité comprise entre 5 et 15%, par exemple environ 10% de la valeur moyenne Dmoy. [0049] Ensuite à l'étape suivante 33 est effectué une comparaison entre la fréquence calculée du signal mesure de pression différentielle retourné par le capteur 6 de pression différentielle et la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut, FPMH. [0050] L'étape suivante 34, soit on diagnostique que le piquage aval du capteur 6 est cor- rectement connecté si la fréquence du signal de mesure est le double de la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut, FPMH, soit on diagnostique que le piquage aval du capteur 6 est déconnecté si la fréquence du signal de mesure est égale à la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut. L'information de sortie Diag d'état de connexion prend une valeur en conséquence du résultat de cette comparaison. [0051] L'étape 34 peut comprendre une étape de confirmation, dans laquelle on s'assure d'avoir plusieurs résultats de comparaisons consécutifs pour lesquels la fréquence du signal de mesure est égale à la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut pour confirmer que le piquage aval du capteur 6 est déconnecté. Ce nombre de résultats consécutif peut être au moins de trois résultats consécutifs. Cette étape permet d'améliorer la fiabilité du diagnostic. 8 REVENDICATIONS[Revendication I] Procédé de diagnostic d'un état de connexion d'un capteur (6) de pression différentielle connecté en amont et en aval d'un filtre à particules (4) d'un moteur thermique ( I) respectivement par l'intermédiaire d'un piquage amont (6a) et d'un piquage aval (6b), le moteur thermique (I) comprenant des cylindres (1 a) dans chacun desquels coulisse un piston entre un Point Mort Haut et un Point mort Bas comportant une étape d'acquisition du signal de mesure de pression différentielle retourné par le capteur (6) de pression différentielle, caractérisé en ce qu'il comprend : -une étape (32) de détermination de la fréquence de ce signal de mesure, -une étape (33) de comparaison de cette fréquence avec la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut, -une étape (34) dans laquelle on diagnostique (Diag) que le piquage aval du capteur (6) est soit : - correctement connecté si la fréquence du signal de mesure est le double de la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut, - déconnecté si la fréquence du signal de mesure est égale à la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut (F NM'). PMII,- [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que qu'il comprend une étape (30) de détection de conditions d'autorisation de mise en oeuvre du diagnostic. [Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (31) de détection de conditions de stabilité de fonctionnement du moteur thermique (1). [Revendication 4] Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les conditions de stabilité de fonctionnement du moteur thermique (1) sont détectées lorsque le régime (N) du moteur thermique (1) et le couple (C) du moteur thermique (1) se situent dans une plage prédéterminée calibrée autour de leur valeur courante au minimum pendant une durée prédéterminée. [Revendication 5] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que l'étape (32) de détermination de la fréquence du signal de pression différentielle comprend une étape filtration des pics de pression d'amplitude inférieurs à un seuil de pression déterminé. [Revendication 6] Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le seuil 9 [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] de pression est déterminé comme la valeur moyenne (Dpmoy) du signal de mesure de pression différentielle retourné par le capteur (6) de pression différentielle. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une marge de sécurité comprise entre 5 et 15% de la valeur moyenne (Dpmoy) du signal de mesure de pression différentielle est ajouté. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en cc que le diagnostic de déconnexion du piquage aval du capteur (6) est confirmé si plusieurs résultats consécutifs de comparaisons ont montré que la fréquence du signal de mesure est égale à la fréquence de passage de l'ensemble des pistons au Point Mort Haut (F pmi- Calculateur (7) électronique, caractérisé en ce qu'il comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes. Véhicule équipé d'un moteur thermique (1) relié à une ligne d'échappement (2) comportant un filtre à particules (4) instrumenté d'un capteur (6) de pression différentielle, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur (7) selon la revendication précédente.