Brevet FR2677123A1 — publié le 19921204

La présente invention est relative à un procédé d'essai d'un dispositif de recirculation de gaz d'échappement dans un moteur à combustion interne et, plus particulièrement, à un tel procédé permettant de vérifier le bon état mécanique de ce dispositif et la précision d'un organe incorporé à celui-ci pour régler la quantité de gaz d'échappement recyclé dans le moteur. Des normes antipollution de plus en plus sévères obligent à réduire les quantités de gaz nocifs rejetés dans l'atmosphère par les moteurs à combustion interne. Les normes visent notamment les oxydes d'azote, considérés comme particulièrement nocifs. On sait que la quantité d'oxydes d'azote contenue dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne est fonction de la température atteinte dans les chambres de combustion pendant les phases de compression et d'explosion du mélange air/carburant introduit dans ces chambres. Plus cette température (notamment la température maximum) est élevée et plus la quantité d'oxyde d'azote produite est grande. Pour réduire les températures en cause, on a pensé à injecter dans le moteur des gaz inertes et notamment les gaz d'échappement eux-mêmes, de très faible teneur en oxygène (de 1 à 2 % seulement). On accroît ainsi artificiellement la masse de gaz mise en jeu pendant la combustion, ce qui diminue la température atteinte à la fin de celle-ci. Ce procédé de réduction de température est utilisé exceptionnellement, dans certaines phases de fonctionnement du moteur où une telle réduction de température est nécessaire au respect des normes antipollution. On a représenté à la figure 1 du dessin annexé un dispositif connu pour mettre en oeuvre ce procédé. Ce dispositif est associé à un moteur M alimenté en air par une tubulure d'admission 1, à travers un papillon de réglage du débit d'air et un filtre 3. Les gaz d'échappement sont rejetés dans une ligne d'échappement 4 éventuellement munie d'un pot 5 contenant un catalyseur d'oxydo-réduction des gaz d'échappement. Classiquement encore, un calculateur 6 alimenté par des signaux venus d'un capteur 7 de pression d'admission P qui permet de définir la charge du moteur et d'un capteur de régime moteur N (non représenté) assure le calcul et la commande du temps d'ouverture ti d'injecteurs de carburant 8 placés dans la tubulure d'admission 1 du moteur, pour assurer le réglage du mélange air/carburant d'alimentation de ce moteur.Cette commande peut s'opérer en boucle fermée à l'aide d'un signal fourni au calculateur par une sonde à oxygène 9, comme il est bien connu. Un dispositif de recirculation connu, adapté à un moteur ainsi équipé, comprend par exemple des conduits 10 et 11 raccordant la sortie 4 des gaz d'échappement à la tubulure d'admission 1, à travers une vanne 12 permettant de régler la quantité de gaz recyclée par l'intermédiaire d'un réglage du taux d'ouverture de la vanne, suivant une loi "cartographiée" dans le calculateur, de la forme taux d'ouverture vanne = k.f(N,P) (I) Comme représenté à la figure 1, ce taux d'ouverture de la vanne 12 est fonction de la position d'un pointeau 13 solidaire d'une membrane 14 séparant deux chambres 15 et 17, la chambre 15 étant raccordée à la tubulure d'admission 1 à travers une électrovanne 16.Le calculateur commande la position du pointeau 13 suivant une cartographie (P,N) mise en mémoire, par une modulation de la dépression établie dans la chambre 15, commandée par une modulation PWM de l'électrovanne 16 à deux voies et deux positions. Le bon fonctionnement d'un tel dispositif de recirculation de gaz d'échappement conditionne évidemment le respect des normes antipollution en matière de rejet d'oxydes d'azote. Or ce fonctionnement peut être altéré par diverses causes, telles une rupture ou un détachement accidentel des conduits 11 et 12, une panne de la vanne 12 ou de l'électrovanne 16 ou une dérive du taux d'ouverture de ladite vanne, notamment. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé d'essai d'un dispositif de recirculation de gaz d'échappement dans un moteur à combustion interne, permettant de détecter l'apparition d'un éventuel défaut de fonctionnement de ce dispositif afin qu'il y soit porté remède. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la présente description, avec un procédé d'essai d'un dispositif de recirculation des gaz d'échappement dans un moteur à combustion interne à commande en boucle fermée du mélange air/carburant d'alimentation du moteur, suivant lequel on commande une variation de la quantité de gaz recyclée par ce dispositif, on évalue la variation concomitante de la richesse en oxygène du mélange air/carburant d'alimentation du moteur et on diagnostique l'état de fonctionnement du dispositif à partir de cette évaluation. Suivant une mise en oeuvre préférée de ce procédé, on mesure la richesse moyenne en oxygène du mélange air/carburant lors d'une première phase de fonctionnement du moteur en régime stabilisé pendant laquelle le dispositif de recirculation est inactif et lors d'une deuxième phase consécutive pendant laquelle ce dispositif est activé et on diagnostique l'état de fonctionnement du moteur en comparant la différence des richesses en oxygène mesurées pendant ces deux phases, à au moins une valeur prédéterminée. La richesse en oxygène peut être mesurée à l'aide d'une sonde à oxygène "linéaire" ou "proportionnelle" placée à la sortie des gaz d'échappement du moteur et formant partie d'un dispositif de commande en boucle fermée du mélange air/carburant d'alimentation du moteur.On fait ainsi un usage supplémentaire d'une sonde prévue pour un autre usage, solution particulièrement économique et rationnelle. En variante, on peut substituer à la différence de richesse en oxygène la différence des temps d'injection moyens établis par la commande en boucle fermée du mélange air/carburant et observés pendant les deux phases successives du fonctionnement du moteur. Ces temps d'injection sont, eux aussi, commodément disponibles dans le calculateur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente schématiquement un moteur équipé de moyens de commande en boucle fermée du mélange air/carburant et d'un dispositif de recirculation des gaz d'échappement d'un type connu, et - la figure 2 représente des chronogrammes de signaux utiles à l'explication du procédé d'essai suivant la présente invention, du dispositif de recirculation représenté à la figure 1. Comme on l'a vu plus haut, le calculateur 6 commande normalement le rapport cyclique de la commutation de l'électrovanne 16, pour ajuster ainsi la dépression dans la chambre 15 de la vanne 12 et donc le taux d'ouverture de cette vanne. C'est ainsi qu'une quantité prédéterminée de gaz d'échappement peut être injectée dans la tubulure d'admission du moteur et corrigée à tout instant en fonction de paramètres représentatifs de l'état de fonctionnement instantané du moteur, tel que la pression d'admission P et la vitesse de rotation du moteur N. Suivant la présente invention , le calculateur est dûment programmé pour tester, périodiquement par exemple, l'état de fonctionnement du dispositif de recirculation des gaz d'échappement. Pour ce faire, le calculateur commande une brusque variation, prédéterminée, du taux de recirculation de ces gaz, et observe les conséquences de cette variation soit sur le signal de sortie de la sonde à oxygène 9, soit sur la valeur du temps d'injection ti qu'il calcule, notamment à partir du signal fourni par cette sonde, pour corriger la richesse en carburant du mélange qui alimente le moteur. Le chronogramme A de la figure 2 représente, à titre d'exemple, une commande PWM de ltélectrovanne 16 permettant de mettre en oeuvre l'invention. Le moteur fonctionnant en régime stabilisé, de préférence dans une phase de fonctionnement de ce moteur qui fait appel à une recirculation de gaz d'échappement pour contenir la température de ces gaz (et donc la production d'oxydes d'azote), on procède, suivant l'invention, à une vérification du fonctionnement du dispositif de recirculation des gaz d'échappement. Pour ce faire, le calculateur commande en PWM ltélectrovanne 16, suivant le chronogramme de la figure 2,A.En régime stabilisé du moteur, dans une première phase qui s'achève à l'instant T,, la recirculation des gaz est coupée par un réglage à zéro du rapport cyclique de la commande PWM de l'électrovanne 16. Puis, pendant une deuxième phase de durée prédéterminée s'achevant à l'instant T1, le calculateur commande une ouverture prédéterminée de la vanne 13, par un ajustement approprié du rapport cyclique de la commande de l'électrovanne 16 qui établit une dépression proportionnelle dans la chambre 15 de la vanne 12 et donc une ouverture prédéterminée du pointeau 13. Le fonctionnement normal est rétabli après T1. Suivant une première mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilise dans le dispositif de la figure 1, une sonde à oxygène 9 "linéaire" ou "proportionnelle". On connaît une telle sonde capable de fournir un signal sensiblement linéairement proportionnel à la teneur en oxygène des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. A titre d'exemple d'une telle sonde, on peut citer la sonde vendue sous le nom NTK UEGO par la Société japonaise NGK SPARK PLUG Co. Ltd. Avec une telle sonde dans le dispositif de la figure 1, suivant le procédé d'essai selon la présente invention, on évalue la valeur moyenne SO (voir figure 2,B) du signal de sortie de la sonde à oxygène linéaire 9, pendant la première phase qui s'achève à To et on met cette valeur en mémoire. En régime stabilisé, la pression d'admission P des gaz entrant dans le moteur reste la même après l'instant To et le moteur aspire alors un mélange air/carburant appauvri en oxygène car une partie du volume des gaz entrant est constituée par des gaz d'échappement beaucoup plus pauvres en oxygène (de 1 à 2 %) que l'air aspiré à l'extérieur à travers le filtre 3 (20 %). De ce fait, le calcul de la quantité de carburant injecté est faussé car la charge du moteur mesurée par le capteur de pression 7 est la même pour de l'air appauvri en oxygène ou non. Cet appauvrissement en oxygène est immédiatement perçu par la sonde à oxygène linéaire 9 (voir chronogramme B figure 2). Le signal de sortie de la sonde se décale, pendant la deuxième phase, vers des valeurs plus basses de valeur moyenne S1. Il est à noter qu'on aura soin, pendant cette phase de recirculation des gaz d'échappement, de neutraliser la correction en boucle fermée réalisée par le calculateur sur la base des informations délivrées par la sonde à oxygène, afin de ne pas modifier le calcul de la quantité de carburant injecté. On peut tirer trois conclusions de la comparaison de la différence (SO-Sl) par rapport à une valeur de différence prédéterminée AS établie par le calculateur à partir du taux d'ouverture demandé de la vanne 12, qu'il a commandé pendant l'intervalle de temps (Tl-To). Si SO-Sl est peu différent de AS, il faut conclure que l'intégrité mécanique du dispositif de recirculation des gaz d'échappement est complète et que la précision de la commande de la vanne 12 est correcte puisque ce dispositif a convenablement transmis à la sonde à oxygène 9 la perturbation introduite dans la composition des gaz entrant dans le moteur. Aucune intervention visant à réparer le dispositif ou à corriger la réponse de la vanne 12 à sa commande par le calculateur 6, par l'intermédiaire de l'électrovanne 16, n'est alors à prévoir. Si SO-Sl appartient au domaine défini par l'expresssion: #S#x.#S, x représentant une précision prédéterminée en pourcentage, il faut conclure que l'intégrité mécanique du dispositif n'est pas affectée, que les conduits 10,11 sont correctement connectés et que la vanne 12 réagit aux ordres de commande. C'est la précision de la réaction de cette vanne à ces ordres qui explique l'erreur relevée. Le calculateur 6 peut améliorer cette précision en corrigeant convenablement le gain k de la loi de commande (I) mentionnée ci-dessus. Enfin si SO-Sl sort du domaine défini par l'expression: AS+x.AS, il faut conclure que le dispositif de recirculation des gaz d'échappement souffre d'une panne mécanique ou d'un déréglage de la vanne 12 impossible à corriger par une adaptation du gain k. I1 faut alors prévoir une intervention pour contrôler et réparer éventuellement les conduits 10,11, la vanne 12 ou l'électrovanne 16. En variante du procédé d'essai décrit ci-dessus, qui fonctionne à partir du signal délivré par la sonde à oxygène linéaire 9, on peut aussi utiliser le temps d'injection ti tel qu'il est déterminé par la commande en boucle fermée établie par le calculateur 6. On a représenté en C sur la figure 2 le signal échantillonné et numérisé qui apparaît sur la sortie ti de ce calculateur, qui commande la durée d'ouverture du ou des injecteurs 8. Comme dans le cas précédent, à l'instant T0, le calculateur commande l'ouverture de la vanne 12, avec un taux d'ouverture prédéterminé. L'appauvrissement en oxygène du gaz entrant dans le moteur qui en résulte est perçu par le calculateur à travers la sonde à oxygène 9 qui peut être alors du type classique ou du type "linéaire".La commande en boucle fermée de la richesse du mélange air/carburant a alors pour effet de réduire le temps d'injection, d'une valeur moyenne tio, antérieurement à T0, à une valeur moyenne ti1 pendant l'intervalle (T1-To). On compare alors (tio-til) à une valeur prédéterminée Ati pour mettre en évidence, comme on l'a fait ci-dessus avec (S1-SO) ) et AS les trois situations correspondant respectivement à un fonctionnement correct, à un fonctionnement exigeant un ajustement de la loi d'ouverture de la vanne, et à un fonctionnement défectueux exigeant une intervention sur le dispositif de recirculation des gaz d'échappement. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n ont été donnés qu'a titre d'exemple. Ainsi on pourrait renverser l'ordre des phases pendant lesquelles le gaz d'échappement circule et ne circule pas, respectivement. Egalement, plutôt que de comparer deux situations dans lesquelles il y a et il n'y a pas, respectivement, recirculation de gaz d'échappement, on pourrait commander successivement deux taux de recirculation de ces gaz, de niveaux différents. Plus généralement, l'invention est basée sur l'observation de la réaction du système entier (moteur, commande moteur, dispositif de recirculation des gaz d'échappement) à une perturbation commandée de son alimentation en gaz d'échappement. REVENDICATIONS 1. Procédé d'essai d'un dispositif (10,11,12) de recirculation de gaz d'échappement dans un moteur à combustion interne à commande en boucle fermée d'un mélange air/carburant d'alimentation du moteur, caractérisé en ce qu'on commande une variation de la quantité de gaz recyclée par ce dispositif, on évalue la variation concomitante de la richesse en oxygène du mélange air/carburant d'alimentation du moteur et on diagnostique l'état de fonctionnement du dispositif à partir de cette évaluation. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure la richesse moyenne en oxygène du mélange air/carburant lors d'une première phase de fonctionnement du moteur en régime stabilisé pendant laquelle le dispositif de recirculation (10,11,12) est inactif et lors d'une deuxième phase consécutive pendant laquelle ce dispositif est activé et on diagnostique l'état de fonctionnement du moteur en comparant la différence (SO-Sl) des richesses en oxygène mesurées pendant ces deux phases, à au moins une valeur prédéterminée (AS). 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on mesure la richesse en oxygène du mélange air/carburant d'alimentation du moteur à partir d'un signal délivré par une sonde à oxygène linéaire (9) placée dans une ligne de sortie des gaz d'échappement du moteur. 4. Procédé conforme à la revendication 2, appliqué à un moteur dans lequel la composition du mélange air/carburant est ajustée par réglage de la durée d'ouverture (tri) d'au moins un injecteur de carburant (8), caractérisé en ce que, pour le diagnostic de l'état de fonctionnement du dispositif de recirculation des gaz d'échappement, on substitue aux différences de richesse en oxygène, la différence (asti) des temps d'injection moyens établis par la commande en boucle fermée et observés pendant les deux phases successives du fonctionnement du moteur. 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'on compare la différence relevée (SO-Sl ; tio-til) à sa valeur estimée (#S ; #ti) en cas de fonctionnement correct du dispositif de recirculation et on constate un tel fonctionnement quand cette différence est sensiblement égale à la valeur estimée. 6. Procédé conforme à la revendication 5, appliqué à un dispositif de recirculation comprenant une vanne de réglage (12) de la recirculation des gaz d'échappement dont la reponse à un signal de commande peut être ajustée, caractérisé en ce qu'on corrige cette réponse en fonction d'un écart de la différence relevée (S0-S1 ; tio-til) par rapport à la valeur estimée (#S ; #ti), quand cet écart reste inférieur à un écart prédéterminé. 7. Procédé conforme à la revendication 6, caractérisé en ce qu'on diagnostique une panne du dispositif de recirculation des gaz d'échappement quand ledit écart dépasse ledit écart prédéterminé.