PROCEDE DE DIAGNOSTIC DU VOLET DE DERIVATION DE L'ECHANGEUR DANS UN SYSTEME DE RECIRCULATION DES GAZ

D'ECHAPPEMENT

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne un procédé de diagnostic d'une défaillance du circuit EGR d'un moteur, plus précisément le blocage du volet de dérivation de l'échangeur EGR.

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION

Le volet de dérivation est un élément clé du système de recirculation des gaz d'échappement (désigné par l'acronyme EGR - Exhaust Gas Recirculation selon la terminologie anglo-saxonne).

Sa fonction est de diriger une quantité voulue de gaz EGR dans un circuit de dérivation (ou, selon la terminologie anglo-saxonne fréquemment utilisée, de « by-pass ») de l'échangeur EGR afin de bénéficier de gaz chauds pour l'amorçage du catalyseur.

Le bon fonctionnement du volet permet donc de garantir la dépollution des moteurs diesel actuels. Le blocage du volet en mode by-pass ou en mode refroidi a des conséquences directes sur la pollution émise en sortie du moteur.

Les seuils de dépollution étant de plus en plus sévères, il est primordial, afin de satisfaire aux prochaines normes, de diagnostiquer de telles défaillances du volet.

Le risque lié au blocage du volet n'est en outre pas lié uniquement à la pollution. En effet, une défaillance du volet peut avoir des conséquences sur la fiabilité des composants environnants (dégradation due à une température trop élevée de la vanne EGR et de son support) et l'intégrité des stratégies de contrôle moteur qui l'utilisent (telles par exemple que le décrassage de la vanne et de l'échangeur, ou encore l'amorçage du catalyseur).

Plusieurs procédés de diagnostic des défaillances ont déjà été développés, avec des performances variables.

Un premier procédé, décrit dans le document JP2006-291921 , utilise un capteur de température situé à l'entrée du répartiteur d'admission et permet de diagnostiquer un blocage du volet en mesurant l'écart de température entre le

mode refroidi et le mode by-pass. Toutefois, ce procédé nécessite l'actionnement du volet pour pouvoir en effectuer le diagnostic. De plus, il ne permet pas de détecter la position dans laquelle le volet s'est bloqué ; or, le blocage en mode by-pass ou en mode refroidi n'a pas le même impact sur la pollution et l'on souhaite agir différemment selon ces deux cas. Par ailleurs, ce procédé semble relativement imprécis car le capteur de température situé à l'entrée du répartiteur d'admission subit l'influence de l'air frais admis.

Un autre procédé, décrit dans le document JP 2003-247459, met en œuvre une stratégie basée sur la surveillance du débit d'air avant et après l'activation du volet de by-pass, le volet d'admission d'air et la vanne EGR étant totalement ouverts. L'avantage de cette solution est qu'elle utilise simplement le débitmètre situé sur le conduit d'admission d'air frais. Toutefois, selon les moyens techniques employés, cette stratégie peut engendrer un taux non négligeable de fausses détections, dues à l'environnement EGR (température élevée, encrassement de la connectique) et à la réactivité limitée de la commande du volet. En effet, des phénomènes d'ondes de pression retardent la commande par dépression du volet de by-pass. En outre, elle nécessite une intrusion dans le fonctionnement du moteur, puisqu'elle impose d'ouvrir le volet d'admission d'air et la vanne EGR.

Enfin, d'autres applications utilisent un contacteur permettant de connaître la position ouverte / fermée du volet. Cependant, cette stratégie peut également générer un taux important de détections erronées, à cause de l'environnement EGR.

Un but de l'invention est donc de définir un procédé simple et fiable, non intrusif, permettant de détecter toute défaillance du volet de by-pass et, le cas échéant, la position dans laquelle celui-ci s'est bloqué. Ce procédé doit également permettre de diagnostiquer une perte totale de la fonction refroidissement.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION

Un premier objet de l'invention est un procédé de diagnostic d'une défaillance du circuit EGR d'un moteur comprenant un échangeur EGR, une vanne EGR, un conduit de dérivation de l'échangeur EGR, et un volet dit de by- pass, disposé en amont de l'échangeur EGR et du conduit de dérivation de

manière à réguler la proportion des gaz d'échappement passant dans ceux-ci, le circuit EGR étant apte à être activé selon un mode dit refroidi, où le volet est fermé, et un mode dit by-pass, où le volet est ouvert, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : estimation de la température des gaz d'échappement à la sortie de l'échangeur EGR lorsque le circuit EGR est en mode by-pass, mesure de la température des gaz d'échappement à la sortie de l'échangeur EGR, calcul de l'écart entre ladite température estimée et ladite température mesurée, comparaison dudit écart avec un premier ou un deuxième seuil prédéterminé de telle sorte que :

• si le circuit EGR est en mode by-pass et que l'écart est supérieur au premier seuil, alors on détecte un blocage du volet en mode refroidi,

• si le circuit EGR est en mode refroidi et que l'écart est inférieur au deuxième seuil, alors on détecte un blocage du volet en mode by- pass ;

Selon d'autres caractéristiques de l'invention :

- si le volet est bloqué en mode by-pass, on ferme la vanne EGR ;

- pour estimer la température des gaz d'échappement à la sortie de l'échangeur lorsque le circuit EGR est en mode by-pass, on calcule, en fonction du débit des gaz d'échappement, trois efficacités données par les formules suivantes :

_/ - _ N Tint - Tavt L co — L avt

/ x _ TeEGR - Tavt ε 2 \Q EGR ) ^~ T ZT m ^~~ t- T ^avt ^~ / _ x TeEGR - TsEGR

TeEGR - Tco Où :

Tint est la température des gaz d'échappement à l'entrée du circuit EGR, Tco est la température du fluide de refroidissement de l'échangeur EGR, Tavt est la température des gaz d'échappement en amont du circuit EGR,

TeEGR est la température des gaz d'échappement à l'entrée de l'échangeur EGR ;

- la température estimée des gaz d'échappement à la sortie de l'échangeur lorsque le circuit EGR est en mode by-pass est donnée par la formule :

TsEGR _{est byp} = ε ₃ - Tco + { \ -ε ₃ )- [Tavt - {\ -ε ₂ ) + ε ₂ - [ε _ι - Tavt) + Tavt^[ .

Un autre objet de l'invention concerne un dispositif de diagnostic d'une défaillance du circuit EGR d'un moteur comprenant un échangeur EGR, une vanne EGR, un conduit de dérivation de l'échangeur EGR, et un volet dit de by- pass, disposé en amont de l'échangeur EGR et du conduit de dérivation de manière à réguler la proportion des gaz d'échappement passant dans ceux-ci, le circuit EGR étant apte à être activé selon un mode dit refroidi, où le volet est fermé, et un mode dit by-pass, où le volet est ouvert, caractérisé en ce qu'il comprend : un moyen d'estimation de la température des gaz d'échappement à la sortie de l'échangeur EGR lorsque le circuit EGR est en mode by-pass, un moyen de mesure de la température des gaz d'échappement à la sortie de l'échangeur EGR, un moyen de calcul de l'écart entre ladite température estimée et ladite température mesurée, et un moyen de comparaison dudit écart avec un premier ou un deuxième seuil prédéterminé de telle sorte que :

• si le circuit EGR est en mode by-pass et que l'écart est supérieur au premier seuil, alors le dispositif détecte un blocage du volet en mode refroidi,

• si le circuit EGR est en mode refroidi et que l'écart est inférieur au deuxième seuil, alors le dispositif détecte un blocage du volet en mode by-pass.

Selon une autre caractéristique, le dispositif selon l'invention comprend en outre :

- un moyen de mesure de la température du fluide de refroidissement de l'échangeur EGR, et

- un moyen de mesure de la température des gaz d'échappement en amont du circuit EGR.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée de l'invention qui va suivre, en référence aux figures annexées sur lesquelles : la figure 1 est une vue schématique d'un compartiment moteur dans lequel on met en œuvre le procédé conforme à l'invention, la figure 2 représente de manière schématique un échangeur EGR et son conduit de by-pass, la figure 3 illustre la décomposition théorique du circuit EGR en une pluralité d'échangeurs élémentaires, la figure 4 est un logigramme de la stratégie de diagnostic, la figure 5 illustre le cas d'un volet de by-pass fonctionnel, la figure 6 illustre le cas d'un volet de by-pass bloqué en mode refroidi, la figure 7 illustre le cas d'un volet de by-pass bloqué en mode by- pass.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

En référence à la figure 1 , un compartiment moteur comprend un moteur à combustion interne 10, alimenté en air frais par un conduit d'admission 11 et dégageant ses gaz d'échappement par un conduit d'échappement 12. De manière optionnelle, ce compartiment moteur est également muni d'un turbocompresseur 50 comprenant un compresseur 51 disposé sur le conduit d'admission 11 pour comprimer l'air provenant du conduit 53. Eventuellement, des moyens de refroidissement 40 et un volet 30 sont prévus entre le compresseur 51 et le moteur 10. L'air qui parvient au moteur 10 est donc froid. La turbine 52 du turbocompresseur 50 est située à l'extrémité du conduit d'échappement 12 et est couplée au compresseur 51. Les gaz d'échappement sont ensuite évacués du compartiment moteur par un conduit 54.

Le compartiment moteur comprend en outre un circuit de recirculation des gaz d'échappement (également appelé circuit EGR 20), dont l'entrée 28 est raccordée au conduit d'échappement 12 et dont la sortie 29 est raccordée au conduit d'admission 11. Ce circuit EGR 20 comprend un refroidisseur ou

échangeur EGR 22, relié à l'entrée 28 par un conduit amont 25 et à la sortie 29 par un conduit aval 27, permettant de refroidir les gaz d'échappement avant de les réinjecter dans le moteur 10.

Il est également prévu un conduit de dérivation 24 raccordé, dans sa partie amont, à une électrovanne 23 située en amont de l'échangeur EGR 22, et, dans sa partie aval, à la sortie de l'échangeur 22. L'électrovanne 23 comprend un volet 23a qui, selon sa position, laisse passer une quantité voulue de gaz d'échappement dans le conduit de dérivation 24. Ainsi, en commandant la position du volet de l'électrovanne 23, on laisse passer des quantités de gaz déterminées dans le conduit de dérivation 24 (où ils ne seront pas refroidis) et dans l'échangeur EGR 22 (où ils seront refroidis). Ceci permet d'ajuster la température des gaz en sortie de l'échangeur 22. On précise qu'il existe diverses définitions techniques de l'échangeur EGR et que le circuit de dérivation 24 peut être soit distinct de l'échangeur 22 (comme représenté sur la figure 1 ), soit intégré à celui-ci (comme on le verra à la figure 2).

Une vanne EGR 21 est en outre prévue à la sortie du circuit 20 de manière à réguler la quantité de gaz d'échappement réinjectés dans le moteur 10.

La figure 2 représente un échangeur EGR 22 avec un conduit de dérivation 24 intégré. Si le volet 23a est fermé, tous les gaz d'échappement chauds (flèche pleine) passent dans l'échangeur EGR où ils sont refroidis (flèches hachurées) : on parle alors de « mode refroidi ». Si par contre le volet 23a est ouvert, au moins une partie des gaz d'échappement passent dans le conduit de dérivation 24 et ne sont pas refroidis : on parle alors de « mode by-pass ». On comprend donc que la température TsEGR des gaz d'échappement à la sortie de l'échangeur 22 est plus élevée en mode by-pass (TsEGR2) qu'en mode refroidi (TsEGRI ).

Selon l'invention, la stratégie de diagnostic est basée sur la mesure ou l'estimation de la température en sortie de l'échangeur EGR 22. Cette température peut être, selon les cas, mesurée en amont ou en aval de la vanne EGR 21.

Plus précisément, la stratégie repose sur le calcul de l'écart entre la TsEGR estimée en mode by-pass (notée TsEGR _es t-byp) et la TsEGR mesurée (notée TsEGRmes)-

A cet effet, la Demanderesse a développé un modèle de la TsEGR en mode by-pass qui fait l'objet de la demande de brevet FR 06 10065.

Trois types d'efficacités sont estimés en fonction du débit des gaz EGR.

Le débit des gaz EGR (noté Q _EGR ) est lui-même estimé comme correspondant à la différence entre le débit moteur (noté Qmoteur), au débit de remplissage (noté ηrempiissage) près, et le débit d'air frais (Q _a ir) : z-εGR ^moteur V I remplissage / ^£aιr

Le rendement de remplissage est déterminé au moyen de la température Tcol et de la pression Pcol dans le collecteur d'admission ; ces valeurs sont données par des capteurs situés dans le collecteur d'admission.

Les trois efficacités susmentionnées correspondent à la décomposition du circuit EGR 20 en trois échangeurs élémentaires, représentés à la figure 3 : le premier échangeur élémentaire correspond au conduit d'échappement

12 (température Tavt), jusqu'à l'entrée 28 du circuit EGR 20 (température

Tint) ; le deuxième échangeur élémentaire correspond au conduit 25 entre l'entrée 28 du circuit EGR 20 (température Tint) et l'entrée de l'échangeur

EGR 22 (température TeEGR) ; le troisième échangeur élémentaire correspond à la portion entre l'entrée de l'échangeur EGR 22 (température TeEGR) et la sortie de l'échangeur

EGR 22 en mode by-pass (température TsEGR).

Ce qui se traduit par les trois équations suivantes :

/ \ _ Tint- Tavt ε 1 \ij EGR ) ^{~ ~~} Z ^~ Z 7

Tco - Tavt / x _ TeEGR - Tavt ε 2 \Q EGR ) ^~ T ZT m ^~~ t- T ^avt ^~

/ _ x TeEGR - TsEGR TeEGR - Tco

Où :

Tint est la température des gaz d'échappement à l'entrée du circuit EGR (20), Tco est la température du fluide de refroidissement de l'échangeur EGR (22), Tavt est la température des gaz d'échappement en amont du circuit EGR (20), TeEGR est la température des gaz d'échappement à l'entrée de l'échangeur EGR (22).

On en déduit la température TsEGR estimée en mode by-pass : TsEGR _{est byp} = ε ₃ - Tco + { \ -ε ₃ )- [Tavt - {\ -ε ₂ ) + ε ₂ - [ε _ι -Tavt) + Tavt^[

L'estimation de la température TsEGR en mode by-pass requiert donc la présence de trois capteurs de température : Tco, Tavt, Tcol et d'un capteur de pression Pcol.

Disposant de la température TsEGR _me s mesurée par une sonde située à la sortie de l'échangeur EGR 22, et de la température TsEGR estimée en mode by-pass selon la formule exposée ci-dessus, on peut diagnostiquer en continu la fonctionnalité du volet de by-pass 23a, tant en mode by-pass qu'en mode refroidi, et ce, sans le piloter (c'est-à-dire sans intrusion dans le fonctionnement du volet). On considère en effet que si le volet 23a est fonctionnel, alors : si le volet est commandé en mode by-pass, la différence entre TsEGR _es t-byp et TsEGRmes doit être faible ; si le volet est commandé en mode refroidi, la différence entre TsEGR _es t-byp et TsEGRmes doit être élevée.

On définit donc, par des études statistiques, un seuil Sbm et un seuil S _cm de telle sorte que : si la différence |TsEGR _es t-byp - TsEGR _me s| est supérieure à Sbm alors que le volet est commandé en mode by-pass, on considère que le volet est bloqué en mode refroidi ; si la différence |TsEGR _es t-byp - TsEGR _me s| est inférieure à S _cm alors que le volet est commandé en mode refroidi, on considère que le volet est bloqué en mode by-pass.

Les causes de blocage du volet 23a peuvent être un grippage mécanique, le débranchement de la durite de l'électrovanne de by-pass 23 ou encore un problème de commande.

Le logigramme de la figure 4 illustre plus précisément la démarche logique de diagnostic : au démarrage du véhicule, le dispositif s'initialise (case 101 ) ; tant que les conditions ne sont pas stabilisées (case 102), le diagnostic est inactif ; en effet, pour augmenter la fiabilité de détection, on effectue le diagnostic sur des points de fonctionnement où le régime et le couple sont

stables, en s'affranchissant des modes transitoires qui génèrent des estimations de TsEGR et de Q _EGR très dispersées ; lorsque les conditions sont stabilisées (case 103), on détecte le mode d'activation du circuit EGR : mode by-pass ou mode refroidi (case 104) ; si le circuit EGR est en mode by-pass :

• on mesure la température TsEGR et on calcule la température TsEGR estimée en mode by-pass, puis on calcule l'écart de température :

δbm = | TsEGR _es t_byp- TsEGRmes | (case 105) ;

• on compare l'écart de température δbm avec le seuil Sbm déterminé au préalable (case 106),

• si δbm est inférieur au seuil Sbm, le volet est considéré comme fonctionnel et le diagnostic est désactivé (case 102),

• si δbm est inférieur au seuil Sbm, on détecte une défaillance, attribuée au blocage du volet en mode refroidi (case 107) ; si le circuit EGR est en mode refroidi :

• on mesure la température TsEGR et on calcule la température TsEGR estimée en mode by-pass, puis on calcule l'écart de température :

δcm = | TsEGR _es t_byp- TsEGRmes | (case 108) ;

• on compare l'écart de température δcm avec le seuil S _cm déterminé au préalable (case 106),

• si δcm est supérieur au seuil S _cm , le volet est considéré comme fonctionnel et le diagnostic est désactivé (case 102),

• si δcm est inférieur au seuil S _cm , on détecte une défaillance, attribuée au blocage du volet en mode by-pass (case 110).

Lorsque le défaut est confirmé, une information (appelée DTC ou « Diagnostic Trouble Code » selon la terminologie anglo-saxonne) est stockée dans la mémoire constructeur ; un voyant de service (appelé OBD ou On Board Diagnostic selon la terminologie anglo-saxonne) s'allume si les émissions dépassent les seuils prévus.

Enfin, si le volet est bloqué en mode by-pass (case 110), un mode dégradé est activé, consistant à fermer la vanne EGR 21 afin de diminuer la température à ses bornes.

Cette stratégie est mise en œuvre dans l'unité de contrôle moteur (ECU).

La figure 5 illustre le cas d'un volet fonctionnel.

La courbe C1 en forme de créneau correspond à l'état de la commande du volet de by-pass : la valeur haute correspond au mode by-pass, la valeur basse correspond au mode refroidi.

La courbe C2 en forme de créneau correspond à la condition de diagnostic : les valeurs hautes correspondent aux phases de diagnostic.

Sur cette figure, on constate que pendant la première phase, le circuit EGR est en mode by-pass et l'écart de température δbm est inférieur au seuil de détection en mode by-pass Sbm : le volet est donc considéré comme fonctionnel. De même, pendant la deuxième phase de diagnostic, le circuit EGR est en mode refroidi, et l'écart de température δcm est supérieur au seuil de détection en mode refroidi S _cm : le volet est donc détecté comme fonctionnel.

En référence à la figure 6, on examine le cas d'un volet bloqué en mode refroidi.

Les courbes C1 et C2 sont définies de la même façon que dans la figure 5.

Pendant la première phase de diagnostic, le circuit EGR est en mode by- pass. Or, l'écart de température δbm reste supérieur au seuil de détection en mode by-pass Sbm pendant une durée Tbm : le volet est donc considéré comme bloqué en mode refroidi.

En supposant que la première phase de diagnostic se soit déroulée alors que le circuit EGR était en mode refroidi (cf deuxième créneau de la courbe C2), le volet aurait été jugé comme fonctionnel (puisque δcm est supérieur à Scm), mais il aurait été détecté comme défaillant en mode by-pass lors du cycle de diagnostic suivant.

En référence à la figure 7, on examine maintenant le cas d'un volet bloqué en mode by-pass.

Les courbes C1 et C2 sont définies de la même façon que dans les figures 5 et 6.

Pendant la première phase de diagnostic, le circuit EGR est en mode by- pass. L'écart de température δbm étant inférieur à Sbm, le volet est donc considéré comme fonctionnel.

La phase suivante de diagnostic, en mode refroidi, permet de mettre en évidence la défaillance du volet. En effet, l'écart de température δcm reste inférieur à Sbm pendant une durée Tcm : on en déduit que le volet est bloqué en mode by-pass.

Par rapport à d'autres solutions techniques qui utilisent un débitmètre ou un contacteur, l'utilisation pour le diagnostic d'un capteur de température en sortie de l'échangeur EGR (mesure de TsEGR _me s) améliore la fiabilité de détection du procédé. En outre, ce capteur de température peut avantageusement être utilisé, selon les besoins, aux fins d'autres diagnostics. Ainsi, le procédé conforme à l'invention permet de détecter une perte totale de la fonction refroidissement ; les défaillances menant à cette perte - par exemple, une fuite d'eau - étant toutefois plus rares.

Par rapport à d'autres procédés connus, le procédé de l'invention présente en outre l'avantage de ne pas être intrusif, c'est-à-dire qu'il ne nécessite pas d'actionner le volet de by-pass pour vérifier sa fonctionnalité. La mise en œuvre de ce procédé n'occasionne donc pas de pollution supplémentaire.

Enfin, la présente stratégie permet de connaître la position dans laquelle le volet de by-pass est bloqué : cette information est nécessaire à l'actionnement à bon escient du mode dégradé (i.e. uniquement si le volet est bloqué en mode by-pass), ce qui représente un gain supplémentaire en termes de dépollution.