Brevet FR2703106A1 — publié le 19940930

"Procédé et dispositif de commande de l'alimentation d'air secondaire pour un moteur à combustion interne" Etat de la technique L'invention concerne un procédé et un dispositif pour l'adaptation de la quantité d'air secondaire à la quantité de gaz d'échappement éjectée par un moteur à combustion interne, de plus elle concerne un procédé et un dispositif de surveillance de l'alimentation d'air secondaire. Il est déjà connu de fournir de l'air secondaire aux gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne après un démarrage à froid lorsque le réglage lambda n'est pas encore en fonctionnement. La réaction exothermique entre l'air secondaire15 injecté entre les soupapes d'échappement du moteur à combustion interne et un catalyseur avec les gaz d'échappement chauds, ainsi que l'oxydation dans le catalyseur, conduisent à un échauffement accéléré du catalyseur et ainsi à une meilleure conversion des20 produits toxiques dans la phase de chauffage, après un démarrage à froid du moteur à combustion interne. Un tel système a été décrit par exemple dans la revue MTZ 50 de 1989, numéro 6, page 249 Des exigences réglementaires prévoient de plus une25 surveillance de l'alimentation en air secondaire. C'est ainsi que le ministère de l'environnement californien CARB définit la quantité d'air secondaire comme grandeur critique pour minimiser les émissions polluantes pendant le démarrage à froid Pour la surveillance du fonctionnement, on propose alors d'activer l'alimentation en air secondaire pendant un temps court et d'évaluer la variation de la fonction lambda Pour minimiser le risque de la détérioration de la conversion d'émissions polluantes, l'alimen- 1 O tation d'air secondaire doit être diminuée durant le diagnostic Dans le cas d'une pompe à air secondaire à moteur électrique on propose une diminution de la vitesse de rotation de la pompe à air secondaire. L'invention a pour but de créer un procédé et un dispositif simples destinés à la commande d'une pompe secondaire électrique, ayant une composition de gaz d'échappement favorable, silencieux et assurant une bonne surveillance. A cet effet l'invention concerne un procédé caractérisé en ce que la commande de la pompe à air secondaire est réalisée, suivant des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne et d'au moins deux échelons, de manière à ce que l'alimentation d'air secondaire puisse être adaptée à la valeur instantanée de la quantité de gaz d'échappement délivré par le moteur à combustion interne, avec une sensibilité déterminée par le nombre des échelons. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: la commande en au moins deux échelons se fait par l'interposition de résistances dans l'alimentation électrique de la pompe à air secondaire. un diagnostic de la partie électrique de l'alimentation en air secondaire ne se fait que pour un moteur chaud et uniquement dans l'échelon avec lequel on ne commande que l'alimentation d'air secondaire pour des quantités de gaz d'échappement comparativement faibles. le diagnostic de la partie pneumatique du dispositif d'alimentation en air secondaire ne se fait qu'au ralenti du moteur. un diagnostic de la partie électrique du dispositif d'alimentation en air secondaire est établi en régime normal de la pompe à air secondaire, c'est- à-dire lors du chauffage après un démarrage à froid. lorsque la pompe à air secondaire est enclenchée, on teste si le circuit d'alimentation électrique de la pompe à air secondaire est traversé par du courant. en l'absence de courant, à la suite du démarrage du moteur, il y a émission d'un signal qui indique de manière générale un défaut dans la conduite d'air secondaire de la pompe à air secondaire ou de manière plus particulière un défaut dans la partie électrique de la pompe à air secondaire et, en l'absence de courant, le test de la partie pneumatique de la conduite à air secondaire n'est pas effectué dans le cas d'un moteur chaud. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, carctérisé en ce que le circuit destiné à la commande de la pompe à air secondaire présente au moins une résistance série, montée en série avec la pompe à air secondaire, et en ce que les moyens complémentaires de la pompe destinée à la différenciation des modes d'utilisation, présentent d'autres moyens avec lesquels l'alimen- tation en électricité de la pompe à air secondaire est commutée soit sans résistance série, soit avec au moins une des résistances série, en série avec la pompe à air secondaire. Enfin, un moyen destiné à tester le courant dans le circuit d'alimentation est prévu pour la pompe à air secondaire. Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent au moins une grossière adaptation de la quantité d'air secondaire à la quantité de gaz d'échappement, ce qui amène les avantages suivants: tout d'abord on remédie à une détérioration de la conversion des gaz toxiques par une trop grande quantité d'air secondaire pendant le diagnostic De plus on remédie à un trop grand refroidissement du catalyseur causé par un flux d'air secondaire trop important au ralenti En même temps, dans les autres zones de charge, on peut fournir la quantité d'air secondaire nécessaire à un échauffement accéléré du catalyseur Dans le cas du moteur à combustion interne tournant au ralenti, dans lequel le bruit de la pompe n'est pas couvert le cas échéant par le bruit du moteur, ce bruit de la pompe est diminué de manière significative Cet avantage entre alors en compte en particulier lorsque le diagnostic est réalisé sur un moteur chaud tournant au ralenti, par exemple pendant l'arrêt à un feu de croisement. Dessins Des exemples de réalisation du procédé selon l'invention et du dispositif correspondant se trouvent dans les figures et sont décrits plus en détail dans la description suivante Ainsi: La figure 1 montre un moteur à combustion interne avec une pompe à air secondaire, un appareil de commande ainsi que d'autres composants; elle présente l'environnement technique auquel s'applique l'invention. La figure 2 illustre la construction et le mode de fonctionnement de l'appareil de commande. La figure 3 montre un premier exemple de réalisation du dispositif selon l'invention destiné à la commande et au diagnostic de l'alimentation en air secondaire. La figure 4 montre un second exemple de réalisation qui rend possible, contrairement au précédent, un diagnostic différencié. la figure 5 montre un autre exemple de réalisation. La figure 6 est un ordinogramme du procédé selon l'invention réalisable dans le cadre d'un programme exécuté par l'appareil de commande. Description des exemples de réalisation La figure 1 montre un moteur à combustion interne 1, une tubulure d'admission 2, un moyen de dosage de carburant 3, une tubulure d'échappement 4 équipée d'un catalyseur 5 et d'une sonde de gaz d'échappement 6, des capteurs 7 et 8 pour déterminer respectivement la vitesse de rotation (nombre de tours) N et la température T du moteur à combustion interne, un appareil de commande 8, des conduites 9 pour l'utilisation de l'air secondaire dans une tubulure d'échappement, une pompe à air secondaire 10, un clapet d'anti-retour 11, un volet d'étranglement 12 avec un contact de ralenti 13, un moyen 14 pour déterminer la quantité Q d'air aspiré par le moteur, un moyen 15 pour afficher ou mémoriser un signal indiquant un défaut de fonctionnement de l'alimen- tation en air secondaire ainsi qu'un bloc de fonction 16 qui contient le dispositif selon l'invention. L'appareil de commande 8 reçoit au moins des signaux Q concernant la quantité d'air aspiré, le nombre de tours n, la température T du moteur, la position du volet d'étranglement (LL), la composition lambda, instantanée du mélange air/carburant ainsi que, dans un exemple de réalisation de l'invention, un autre signal de mesure U venant du bloc de fonction 16 A partir d'une partie de ce signal, l'appareil de commande réalise un signal de dosage de carburant, par exemple un temps d'injection ti pour la commande du moyen de dosage de carburant 3 Le mélange air/carburant réalisé dans la tubulure d'admission 2 est brûlé dans le moteur 1 Le reste d'oxygène L des gaz d'échappement de ce processus de combustion est déterminé par la sonde de gaz d'échappement 6; les composants nocifs contenus dans les gaz d'échappement sont convertis dans le catalyseur 5 Dans certains modes de fonctionnement on amène aux gaz d'échappement du moteur, de l'air secondaire par la pompe à air secondaire 10 La commande de la pompe à air secondaire se fait par le bloc de fonction 16 décrit plus en détail ci-après avec l'appareil de commande 8 ou en fonction du signal LL, pour la position du volet d'étranglement et d'autres signaux, par la charge, la vitesse de rotation et la température du moteur thermique Si, pendant l'exécution du procédé de diagnostic, on détermine une erreur dans l'alimen- tation en air secondaire, l'appareil de commande délivre un signal correspondant F au moyen 15; celui- ci affiche l'erreur ou mémorise l'apparition de l'erreur pour des interrogations ultérieures Le clapet d'arrêt il évite que les gaz d'échappement ne s'échappent à l'extérieur, à travers la pompe à air secondaire. La figure 2 représente un appareil de commande 8, connu en soi, dessiné sous la forme de blocs de fonction Les signaux des capteurs de la figure 1 (Q, T, L, LL, n) ainsi que le signal U apparaissant dans l'exemple de réalisation de l'invention, sont amenés à un bloc d'entrée 17 Un bloc de sortie 18 délivre par exemple un signal de dosage de carburant ti, des signaux S Si (i = 1,,n) pour commander la pompe à air secondaire, ainsi que le cas échéant un signal d'erreur F L'échange entre les deux blocs est assuré selon un programme par une unité de calcul qui peut se trouver dans la mémoire 20 La mémoire 20 peut en plus de cela contenir des données qui peuvent être utilisées pour le fonctionnement du moteur, comme des champs de caractéristiques pour les temps d'injection. Comme dans le premier exemple de réalisation du dispositif selon l'invention, la figure 3 montre la structure du bloc de fonction 16 dessinée en pointillés en même temps que l'appareil de commande 8, la pompe à air secondaire 10 et le moyen 15 Le bloc de fonction 16 contient une résistance 19 ainsi que des moyens de commutation 17 et 18 actionnés alternativement l'un par rapport à l'autre par l'appareil de commande à l'aide des signaux S 51 et S 52 On forme les signaux S Si en fonction d'au moins l'un des signaux d'entrée de l'appareil de commande 8 représenté dans la figure 1. Selon que l'un ou l'autre des deux signaux est délivré par l'appareil de commande, la pompe à air secondaire se trouve sous une tension différente Dans l'exemple représenté ici, le signal S 52 est délivré, de manière à ce que lorsque le commutateur 18 est fermé et que le commutateur 17 est ouvert, la pompe à air secondaire soit sous la tension d'alimentation maximale En fonction de cela, on amène au gaz d'échappement du moteur à combustion interne, dans cette position de commutation, une quantité d'air secondaire comparativement importante, comme cela est approprié pour de grandes valeurs de charge ou des vitesses de rotation relativement élevées Le signal de commutation S 51 est par contre délivré par des valeurs de charge ou des vitesses de rotation relativement petites, lorsque le papillon est fermé c'est-à-dire au ralenti du moteur Dans ce cas l'alimentation en courant de la pompe à air secondaire provient du commutateur fermé 17 et de la résistance série 16 La tension d'alimentation est réduite par cette résistance série par une réduction du débit de la pompe à air secondaire 10 Pour un échauffement accéléré du catalyseur les deux moyens de commutation sont actionnés selon le point de fonctionnement pour un intervalle de temps après le démarrage du moteur, pour une adaptation d'échelons de la quantité d'air secondaire à la quantité de gaz d'échappement. Pour le diagnostic de l'approvisionnement en air secondaire on fournit tout d'abord un mélange riche au moteur chaud Puis, le commutateur 19 est fermé pour un court intervalle de temps, au ralenti. Dans un fonctionnement correct, l'injection d'air secondaire augmente la teneur en oxygène dans le gaz d'échappement Ainsi, la sonde de gaz d'échappement 6 indique un mélange pauvre Une absence de ce signal de mélange pauvre est équivalente à un défaut dans le domaine de l'injection d'air secondaire, si bien qu'un signal d'erreur est soit mémorisé, soit affiché (moyen ). Un inconvénient de cet exemple de réalisation simple réside dans le fait que l'on ne puisse pas distinguer entre les défauts de la partie électrique et ceux de la partie pneumatique du circuit d'air secondaire De plus il est possible que des défauts dans le second échelon ou une absence du signal S 52 ou un commutateur défectueux passent inaperçus On remédie à ces inconvénients à l'aide de l'exemple de réalisation selon la figure 4 Dans cet exemple de réalisation, le bloc de fonction 16 selon la figure 3 est complété par une autre résistance 20 et un moyen 21 qui détecte la chute de tension aux bornes de la résistance 20 Cette résistance se trouve dans la partie commune des deux circuits d'alimentation en courant pour la pompe à air secondaire La mesure de la chute de tension aux bornes de cette résistance permet, pendant le fonctionnement régulier de la pompe secondaire, de surveiller aussi bien la commande correcte par les signaux S Si qu'également le fonctionnement de chacun des circuits électriques La surveillance de la partie pneumatique, c'est-à-dire de l'injection effective dans les gaz d'échappement, se fait alors comme dans le cas ci-dessus du ralenti, par la réaction du régulateur lambda. La figure 5 montre en quelque sorte une extension à une commande à N échelons de la pompe à air secondaire avec les résistances RI Rn qui comme expliqué en relation avec l'exemple de réalisation à deux échelons selon la figure 3, peuvent être branchés dans l'alimentation en courant du moteur à combustion interne, par le signal de commande S Si de l'appareil de commande 8. La figure 6 montre, en tant qu'exemple de réalisation du procédé selon l'invention, un ordinogramme des étapes de procédé pour le déroulement du processus selon l'invention Après un démarrage du moteur à combustion interne dans un pas SI, on teste dans un pas 52, si des conditions particulières sont satisfaites pour l'enclenchement de la pompe à air secondaire Il peut par exemple s'avérer significatif de n'enclencher la pompe à air secondaire que sous une température particulière de gaz d'échappement et/ou sous une température particulière du liquide de refroidissement Si ces valeurs sont dépassées alors la réponse au test dans le pas 52 est négative, le moteur passe alors en mode normal par le pas 58 sans alimentation d'air secondaire au-delà de l'échappement Si par contre, les conditions de fonctionnement cités sont satisfaites, alors la valeur de charge Q du moteur à combustion interne est comparée à une valeur de seuil QO dans un pas 54 Si 1 O la valeur de seuil n'est pas dépassée, comme cela est prévisible par exemple, pour le premier test, après le démarrage, alors le signal S 51 est délivré dans un pas Comme cela est représenté dans la figure 3, le signal S 51 ferme le commutateur 17 dans le circuit électrique de la résistance série 19 La pompe à air secondaire est alors sous une tension comparativement faible, ce qui conduit à une injection correspondante, faible d'air secondaire dans les gaz d'échappement Un dépassement de la valeur de seuil au pas 54 conduit par contre par le pas 56, à la délivrance du signal S 52, c'est-à-dire à la mise en service de la pompe à air secondaire, sans passer par la résistance série, entraînant ainsi une alimentation d'une quantité comparativement grande d'air secondaire à l'échappement Dans un pas 57, on teste si la pompe à air secondaire doit rester enclenchée La pompe à air secondaire peut par exemple être coupée après avoir atteint un seuil de temps ou lorsque la température du moteur dépasse une valeur de seuil prédéterminée. Aussi longtemps que les conditions de coupure ne sont pas encore remplies, la boucle formée des pas 54 à 57 est répétée, la quantité d'air secondaire étant ainsi adaptée chaque fois à la valeur de charge Q instantanée du moteur par les pas 54 à 56. Si par contre, les conditions de coupure il sont remplies, on quitte la boucle décrite au pas 57 et la pompe à air secondaire est amenée dans le pas 58 au régime normal du moteur sans injection d'air secondaire dans les gaz d'échappement Ce régime normal est maintenu par la répétition des pas 58 et 59 jusqu'à ce qu'il soit établi dans le pas 59 que des conditions de test particulières sont remplies Une condition limite significative pour la poursuite du test est par exemple en fonctionnement au ralenti durant quelques secondes, le moteur étant chaud On suppose que cet état va durer assez longtemps pour la reconduite d'un test Un exemple typique pour une telle situation est le temps d'attente durant lequel le véhicule est arrêté à un feu tricolore Pour ne pas effectuer inutilement le test à chaque arrêt à un feu, il est alors important de ne réaliser qu'un test par cycle de conduite Si ces conditions de test sont remplies, alors dans un pas 51 O, on règle un mélange riche (Lambda 1) Si ce changement de signal est constaté dans le pas 512, on estime que les composants de la conduite d'air secondaire sont opérationnels Après la coupure de la pompe à air secondaire dans le pas 514, le retour au régime normal s'établit dans ce cas avec le pas 515 Si par contre, le changement de signal attendu n'apparaît pas, alors la réponse du test dans le pas 512 est négative et un signal d'erreur est délivré dans le pas 513 avant que la pompe à air secondaire ne soit coupée dans le pas 514 et ne retourne au régime normal au pas 515. La figure 6 b montre une extension du déroulement du processus décrit qui permet, en liaison avec l'exemple de réalisation de la figure 4, un diagnostic différencié Après cela, dans le cas de l'utilisation de la pompe à air secondaire, on teste par exemple également, en dehors du test de routine ( 59-516) après le repère A, si la tension U aux bornes de la résistance 21 de la figure 4 dépasse une valeur de seuil UO ( 516) Si cela n'est pas le cas, le courant dans l'alimentation électrique de la pompe à air secondaire est très certainement coupée, soit par un commutateur défectueux 17 ou 18, soit par l'absence de signal S Si pour la fermeture de ces commutateurs On peut ainsi reconnaître une erreur dans la partie électrique de la pompe à air secondaire et un signal d'erreur différentié correspondant peut être délivré au moyen 15 par le pas 517 Dans ces conditions, la poursuite par les pas 57 à 513 est superflue et la pompe à air secondaire est coupée par un saut sur le repère C ( 514) pour revenir au régime normal ( 515). Si par contre, la chute de tension U dépasse la valeur de seuil UO dans le pas de test 12, la partie électrique de la pompe à air secondaire est considérée en état de fonctionner et la suite de pas 57 à 515, décrite précédemment, est exécutée Si aucun changement de signal 512 n'apparaît alors, un signal d'erreur est délivré dans le pas 513 Ce signal désigne une erreur dans la partie pneumatique de la pompe à air secondaire. Un exemple de réalisation d'après la figure 4 permet ainsi d'obtenir un message d'erreur différent pour la partie électrique et la partie pneumatique de la pompe à air secondaire. REVENDICATIONS ) Procédé de commande de l'alimentation en air secondaire des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne ( 1) à l'aide d'une pompe à air secondaire ( 10) entraînée électriquement, caractérisé en ce que la commande de la pompe à air secondaire ( 10)est réalisée, suivant des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne ( 1) et d'au moins deux échelons, de manière à ce que l'alimentation d'air secondaire puisse être adaptée à la valeur instantanée de la quantité de gaz d'échappement délivré par le moteur à combustion interne, avec une sensibilité déterminée par le nombre des échelons. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande en au moins deux échelons se fait par l'interposition de résistances dans l'alimentation électrique de la pompe à air secondaire. 30) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un diagnostic de la partie électrique de l'alimentation en air secondaire ne se fait que pour un moteur chaud et uniquement dans l'échelon avec lequel on ne commande que l'alimentation d'air secondaire pour des quantités de gaz d'échappement comparativement faibles. ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diagnostic de la partie pneumatique du dispositif d'alimentation en air secondaire ne se fait qu'au ralenti du moteur. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un diagnostic de la partie électrique du dispositif d'alimentation en air secondaire est établi en régime normal de la pompe à air secondaire, c'est-à-dire lors du chauffage après un démarrage à froid. ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, lorsque la pompe à air secondaire est enclenchée, on teste si le circuit d'alimentation électrique de la pompe à air secondaire est traversé par du courant. ) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'en l'absence de courant, à la suite du démarrage du moteur, il y a émission d'un signal qui indique de manière générale un défaut dans la conduite d'air secondaire de la pompe à air secondaire ou de manière plus particulière un défaut dans la partie électrique de la pompe à air secondaire et, en l'absence de courant, le test de la partie pneumatique de la conduite à air secondaire n'est pas effectué dans le cas d'un moteur chaud. ) Dispositif destiné à la commande de l'alimentation en air secondaire des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à l'aide d'une pompe à air secondaire ( 10), caractérisé en ce que le circuit destiné à la commande de la pompe à air secondaire ( 10) présente au moins une résistance série, montée en série avec la pompe à air secondaire et les moyens complémentaires de la pompe destinée à la différenciation des modes d'utilisation, présentent d'autres moyens avec lesquels l'alimentation en électricité de la pompe à air secondaire est commutée soit sans résistance série, soit avec au moins une des résistances série, en série avec la pompe à air secondaire. 90) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un moyen destiné à tester le courant dans le circuit d'alimentation est prévu pour la pompe à air secondaire.