Brevet FR2740173A1 — publié le 19970425

DISPOSITIF ET PROCEDE DE DIAGNOSTIC DE L'ETAT D'UNE SONDE DISPOSEE EN AMONT DU POT CATALYTIQUE. L'invention concerne les moteurs à combustion interne du type à injection et comportant un pot d'échappement catalytique précédé d'une sonde et, plus particulièrement dans de tels moteurs, un dispositif et un procédé pour diagnostiquer l'état de la sonde disposée en amont du pot catalytique. I1 est connu d'utiliser des systèmes pour modifier la quantité du carburant qui est injectée dans un moteur en fonction de la composition des gaz d'échappement et, plus particulièrement, de la teneur en oxygène de ces gaz. A cet effet, la teneur en oxygène est mesurée à l'aide d'une sonde non linéaire dite sonde "lambda" ou sonde EGO, EGO étant l'acronyme anglo-saxon pour "Exhaust Gas Oxygen". Une telle sonde est disposée en amont du pot d'échappement catalytique et le signal fourni par cette sonde sert à modifier la quantité de carburant qui est injectée dans les cylindres du moteur par l'intermédiaire d'une première boucle de contreréaction. Pour cette raison, cette sonde est aussi appelée sonde de régulation de richesse. I1 est clair que le mauvais état de cette sonde conduit à un mauvais fonctionnement du moteur et du pot catalytique, ce qui induit des émissions de polluants à des valeurs anormalement élevées. I1 est donc important de déterminer l'état de cette sonde à tout moment de manière à diagnostiquer son mauvais fonctionnement lorsque son état s'est détérioré au-delà de certaines limites. Les solutions actuelles de diagnostic de l'état de la sonde amont consistent à analyser le comportement de la sonde en réponse à des excitations de richesse en boucle ouverte ou en boucle fermée et à surveiller les paramètres suivants - la tension minimale fournie par la sonde : si elle est trop élevée, il y a défaut - la tension maximale fournie par la sonde : si elle est trop faible, il y a défaut - le temps de basculement pauvre-riche : s'il est trop long, il y a défaut - le temps de basculement riche-pauvre : s'il est trop long, il y a défaut - la période du signal fourni par la sonde en boucle fermée : si elle est trop longue, il y a défaut. Le diagnostic consiste alors à déclarer la panne de la sonde si un ou plusieurs défauts sont détectés. Un tel procédé de diagnostic est basé sur l'analyse du comportement de la sonde pour en déduire un état de la sonde en présumant des modes de dégradation. Par exemple, une sonde âgée a une dynamique de tension réduite et/ou des temps de basculement allongés. L'inconvénient d'un tel procédé de diagnostic est qu'il n'existe pas de bijection parfaite entre ces mesures et les émissions de polluants. En outre, la calibration des seuils de détection des défauts s'avère très délicate et nécessite - une connaissance parfaite des modes de vieillissement des sondes, - de nombreux essais pour établir un lien entre les dégradations mesurées des paramètres et leurs effets sur les émissions de polluants. Par ailleurs, il n'est pas possible de garantir dans tous les cas la fiabilité du diagnostic. Par exemple, une sonde à dynamique en tension réduite peut s'avérer bonne vis-à-vis de l'émission de polluants si seule cette caractéristique est affectée. Un but de la présente invention est donc de mettre en oeuvre un dispositif et un procédé de diagnostic de l'état d'une sonde disposée en amont d'un pot catalytique associé à un moteur à combustion interne du type à injection qui ne présente pas les inconvénients ci-dessus énumérés des dispositifs et procédés de l'art antérieur. Un autre but de la présente invention est aussi de mettre en oeuvre un dispositif et un procédé de diagnostic de l'état d'une sonde amont qui ne fait pas appel à des mesures des caractéristiques intrinsèques de la sonde. Le procédé de l'invention est basé sur la surveillance des caractéristiques du bouclage de richesse qui ont une influence sur les émissions de polluants, à savoir, la période moyenne et la richesse moyenne du bouclage. De cette manière, l'état de la sonde amont est évalué à partir des effets qu'elle produit sur le bouclage de richesse, c'est-à-dire sur les émissions de polluants, et non pas à partir de ses caractéristiques propres. Les effets de l'état de la sonde amont sont susceptibles d'engendrer des émissions de polluants par dépassement des limites de la "fenêtre" de bon fonctionnement du pot catalytique, ce dépassement étant dû à la dérive de la richesse moyenne de fonctionnement et/ou à la période moyenne de la boucle de richesse qui devient trop longue. Pour détecter la dérive de la richesse moyenne de fonctionnement, l'invention propose de mettre en oeuvre une deuxième sonde non-linéaire qui est disposée en aval du pot catalytique et qui fait partie intégrante d'une deuxième boucle de contre-réaction grâce à laquelle la tension de sortie Vaval de la deuxième sonde, dite sonde aval, est asservie à une tension de consigne VCaval correspondant au centre de la fenêtre de bon fonctionnement du pot catalytique. Le signal qui est fourni par cette boucle est utilisé pour modifier le signal de la première boucle de contre-réaction comprenant la sonde amont. Un tel système d'asservissement de la richesse à double boucle de commande est décrit dans la demande de brevet déposée ce jour par la demanderesse et intitulée "SYSTEME ET PROCEDE DE DOUBLE BOUCLE DE COMMANDE POUR MOTEUR A COMBUSTION INTERNE". L'invention concerne un dispositif de diagnostic de l'état d'une sonde non linéaire disposée en amont d'un pot catalytique associé à un moteur à combustion interne du type à injection commandée par un ordinateur électronique, ledit moteur comprenant une première boucle de commande, incluant ladite sonde non linéaire, pour fournir à l'ordinateur un premier signal de correction KCL de la quantité de carburant injectée et une deuxième boucle de commande, incluant une deuxième sonde non linéaire disposée en aval dudit pot catalytique pour fournir un deuxième signal de correction KRICH de la quantité de carburant injectée, ledit dispositif de diagnostic étant caractérisé en ce qu'il comprend - un circuit de filtrage auquel est appliqué le deuxième signal de correction KRICH pour fournir un signal filtré KRICHF, - un circuit de mesure auquel est appliqué le signal de sortie Vamont de la sonde amont pour déterminer la valeur moyenne Tm de la période de correction de la première boucle de commande, et - un circuit logique pour déterminer l'état DIAG bon ou défectueux de la sonde amont en fonction des valeurs du signal filtré KRICHF et de la période moyenne Tm Dans une forme de réalisation de l'invention, le circuit logique détermine que la sonde amont est défectueuse si le signal filtré est supérieur à une valeur maximale ou inférieur à une valeur minimale ou encore si la période moyenne est supérieure à une valeur maximale. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les valeurs maximales et minimales du signal filtré KRICHF sont déterminées par calibration en fonction de la valeur de la période moyenne et sont enregistrées dans une mémoire. Cette mémoire est adressée par la valeur de la période moyenne pour fournir les valeurs maximale et minimale auxquelles est comparée la valeur du signal filtré. L'invention concerne également un procédé qui comprend les étapes suivantes - filtrage du deuxième signal de correction KRICH pour obtenir un signal filtré KRICHF, - calcul de la valeur moyenne Tm de la période du signal de sortie Amont de la sonde amont, - comparaison dudit signal filtré KRICHF à deux valeurs maximale KRICHmaX et minimale KRICHmin pour déterminer l'état DIAG correct ou défectueux de ladite sonde amont selon que le signal filtré KRICHF est respectivement à l'intérieur des limites définies par les valeurs maximale et minimale ou à l'extérieur desdites limites pour la valeur de la période moyenne Tm. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, dans lesquels - la figure 1 est un schéma fonctionnel d'un système de double boucle de commande de richesse auquel s'applique l'invention - les figures 2-A et 2-B sont des diagrammes montrant comment s'effectue la correction de richesse avec une seule boucle de contre-réaction comportant une sonde en amont du pot catalytique - les figures 3-A et 3-B sont des diagrammes montrant une manière de corriger la richesse en utilisant une deuxième boucle de contre-réaction comportant une sonde en aval du pot catalytique - la figure 4 est un diagramme montrant la manière de filtrer le signal de correction KRICH pour obtenir un signal filtré KRICHF - la figure 5 est un diagramme montrant un algorithme de calcul de la période moyenne du signal de la sonde amont ; - la figure 6 est un diagramme montrant les courbes qui déterminent les zones de fonctionnement correct ou défectueux de la sonde amont, et - la figure 7 est un diagramme montrant un algorithme de décision pour déterminer l'état de la sonde amont. Sur la figure 1, un moteur à combustion interne 10 est commandé, de manière connue, par un ordinateur électronique 12. Les gaz d'échappement de ce moteur sont filtrés par un pot d'échappement 14 de type catalytique, duquel ils s'échappent vers l'air libre. Une première sonde 16 est disposée à l'entrée du pot d'échappement et mesure la teneur de l'un des composants principaux des gaz d'échappement, ce composant étant habituellement l'oxygène. Cette sonde est du type non linéaire et est souvent appelée, comme indiqué ci-dessus, sonde "lambda" ou sonde EGO. Cette sonde fournit sur sa borne de sortie un signal électrique Vamont (Figure 2-A) qui est appliqué à un circuit comparateur 18 dans lequel Amont est comparé à une tension de seuil VSamont pour déterminer le signe de Vamont par rapport à ce seuil. La valeur du seuil VSamont dépend des caractéristiques de la sonde et correspond à la tension de basculement de la sonde lorsque les conditions de stoechiométrie sont remplies. La borne de sortie du circuit comparateur 18, qui fournit un signal binaire 1 ou 0, est connectée à la borne d'entrée d'un premier circuit correcteur 20 de régulation de richesse qui est du type proportionnel de gain P et intégral de gain I. Le circuit correcteur 20 fournit un signal KCL qui a la forme représentée par le diagramme de la figure 2-B. C'est ce signal KCL qui est fourni à l'ordinateur 12 pour commander la quantité de carburant à injecter. Ainsi, dès que Vamont est inférieur à VSamont, cela signifie que le mélange est pauvre en carburant et qu'il faut augmenter la quantité de carburant. C'est ce qui est réalisé par le saut +P (Figure 2-B) suivi d'une pente positive de valeur I jusqu'au moment où Amont dépasse VSamont, ce qui signifie que le mélange devient riche en carburant et qu'il faut en diminuer la quantité.Ceci est réalisé par un saut -P suivi d'une pente négative de valeur I. La valeur de correction KCL, fournie par le circuit correcteur 20, est modifiée par un deuxième circuit correcteur 22, qui introduit un terme correcteur KRICH, avant d'être appliquée à l'ordinateur 12. Ce terme correcteur KRICH est déterminé par un circuit 24 à partir d un signal de sortie Vagal d'une deuxième sonde lambda 26 qui est disposée à la sortie du pot d'échappement catalytique 14. Ce circuit 24 est essentiellement constitué d'un comparateur 28 auquel sont appliqués le signal Vaval et un signal dit de consigne VCaval et d'un troisième circuit correcteur 30 auquel est appliqué le signal (Vaval - VCaval) par le circuit comparateur 28. Le troisième circuit correcteur 30 est par exemple du type proportionnel et intégral et fournit le signal KRICH qui est appliqué au deuxième circuit correcteur 22. Le deuxième circuit correcteur 22 peut introduire la correction KRICH de différentes manières dont l'une sera expliquée en relation avec les diagrammes temporels des figures 3-A et 3-B. Ces diagrammes sont des tracés du signal KCL tel que modifié par le deuxième circuit correcteur 22, le signal KCL modifié étant appelé KCLm. Selon les diagrammes des figures 3-A et 3-B, le signal KRICH est appliqué lors des transitions pauvre-riche qui sont détectées par la première sonde, ce qui correspond au flanc descendant du signal KCL. Dans le cas où KRICH > 0 (enrichissement), le tracé de KCLm est celui de la figure 3-A tandis que dans le cas où KRICH Le dispositif de diagnostic de l'état de la sonde 16 comprend les éléments représentés à l'intérieur du rectangle 40 du schéma de la figure 1. Il s'agit d'un filtre 32 auquel est appliqué le signal de sortie KRICH du circuit correcteur 24 de la deuxième boucle ainsi qu'un circuit de calcul 34 de la période moyenne Tm du signal Amont de la sonde amont 16. Les bornes de sortie du filtre 32 et du circuit de calcul 34 sont connectées à un circuit logique 36 qui déterminent l'état bon ou mauvais de la sonde 16 en fonction du signal de sortie KRICHF du filtre 32 et de la valeur Tm de la période moyenne du signal Amont Le signal binaire 1 ou O de l'état bon ou mauvais de la sonde 16 apparaît sur la borne de sortie DIAG du circuit logique 36. Les informations qui sont fournies par l'ordinateur 12 sont les suivantes - le régime moteur REG, - la pression du collecteur d'entrée P, - l'état de la première boucle : actif ou non, - l'état de la deuxième boucle : actif ou non. Les circuits 32 et 34 traitent les informations énumérées ci-dessus et n'autorisent le filtrage et le calcul de Tm que si les conditions suivantes sont remplies simultanément - REGmin REGmin et REG,,, étant respectivement les valeurs minimale et maximale du régime moteur REG entre lesquelles le diagnostic peut être effectué ; P Pmin et P max étant respectivement les valeurs minimale et maximale de la pression P du collecteur d'entrée entre lesquelles le diagnostic peut être effectué. Le filtrage 32 réalise le calcul de la correction de richesse filtrée KRICHF selon l'algorithme de la figure 4. Ce calcul (étape 42) n'est effectué que si les conditions énumérées ci-dessus sont remplies (étape 44) et, dans ce cas, la richesse moyenne KRICHF est donnée par KRICHF = KRICHF + K(KRICH - KRICHF) avec K un facteur de filtrage compris entre 0 et 1. Le circuit de calcul 34 réalise le calcul de la période moyenne Tm selon l'algorithme de la figure 5. Ce calcul n'est effectué que si les conditions énumérées cidessus sont remplies (étape 50). Ce calcul de la période moyenne Tm consiste à compter les transitions de la tension Vamont d'une valeur inférieure au seuil VSamont à une valeur supérieure au seuil pendant un certain intervalle de temps TD et à diviser cet intervalle TD par le nombre N de transitions qui ont été détectées. L'algorithme de calcul de la période moyenne Tm de la première boucle est représenté par le diagramme de la figure 5. La première étape (50) consiste à vérifier si les conditions de diagnostic énumérées ci-dessus sont remplies. Si la réponse est "OUI", l'étape de comptage 52 du temps T est démarré, c'est-à-dire que le calcul de la période moyenne Tm commence. Dès que Amont > VSamont (étape 54) et que l'état ancien ETATA de la sonde correspondant à Amont L'étape suivante 68 remet à zéro le compteur 52 pour une nouvelle mesure T de la période en cours. Pour que le calcul exposé ci-dessus puisse s'effectuer correctement, il faut que les états suivants soient présents TRANS = O, ETATA = 1 et T = 0, ce qui est réalisé par les étapes 72, 74 et 76 en cascade qui sont initialisées par la vérification (étape 50) que les conditions de diagnostic ne sont pas remplies, ce qui est toujours le cas au démarrage du moteur. Ainsi, pour la première mesure de la période, le compteur 52 est à la valeur 0 mais comme ETATA = 1, le calcul ne peut commencer tant que cet état ne passe pas à ETATA = O de manière à être certain de détecter une transition dans le sens voulu. Ceci est obtenu par la détection que Amont Au démarrage, TRANS = 0 de sorte que la condition de l'étape 60 n'est pas remplie et il ne peut pas y avoir de calcul de la période. S'il n'en est rien, l'étape 70 impose TRANS = 1, ce qui remet à zéro le compteur 52 par l'étape 68 et un nouveau comptage de T peut commencer. Au démarrage, ETATA = 1 de sorte que la condition de l'étape 56 n'est pas remplie, auquel cas les étapes de l'algorithme sont recommencées. Le circuit logique 36 réalise les étapes de l'algorithme de la figure 7 de manière à comparer la valeur de KRICHF à des valeurs qui ont été déterminées comme étant des valeurs limites au-delà desquelles la sonde est considérée comme défectueuse et ceci pour une valeur déterminée Tm de la période moyenne. Ces valeurs limites, appelées KRICHmaX pour une richesse trop élevée et KRICHmin pour un appauvrissement trop important, sont déterminées par une calibration en utilisant une série de sondes dont on connaît les caractéristiques de vieillissement. Cette calibration permet de tracer les courbes KRICHmaX et KRICHmin en fonction de la période Tm (figure 6), courbes qui peuvent être mémorisées sous la forme de deux tables cartographiques ou d'une seule table regroupant les deux. Ces tables cartographiques peuvent être réalisées par des mémoires qui sont adressées par la valeur de Tm, et les valeurs lues sont KRICHmax et KRICHmin pour la valeur de Tm (figure 6). La première étape 80 de l'algorithme de diagnostic consiste à comparer la durée TD du calcul de la période Tm à une durée minimale TDmin au-dessous de laquelle un diagnostic ne serait pas fiable. Si TD > TDmin, l'étape suivante 82 consiste à comparer KRICHF à une valeur KRICHmax qui est lue dans la table cartographique 88 donnant KRICHmax = S(Tm). Cette table est adressée par la valeur de Tm pour donner une valeur de KRICHmaX qui est comparée à KRICHF. Si la condition n'est pas vérifiée, la sonde est considérée comme défectueuse (étape 92). Si la condition est vérifiée, l'étape suivante 84 est de comparer KRICHF à la valeur de KRICHmin pour Tm telle que lue dans la table 86 dans laquelle sont enregistrées les valeurs de la courbe KRICHmin = S(Tm). Si la condition KRICH > KRICHmin n'est pas vérifiée, la sonde est considérée comme défectueuse (étape 92) avec DIAG = 0. Dans le cas contraire, la sonde est considérée comme correcte (étape 90) avec DIAG = 1. Dès que la sonde est considérée comme correcte ou défectueuse, le diagnostic est terminé (étape 94) et un nouveau diagnostic peut être lancé pour obtenir une nouvelle valeur de KRICHF et de Tm Avec les courbes de la figure 6 qui sont mises sous la forme de tables et en mettant en oeuvre l'algorithme de la figure 7, les sondes qui sont considérées comme mauvaises (DIAG = 0) sont dans la partie hachurée à l'extérieur des deux courbes, les sondes qui sont considérées comme bonnes (DIAG = 1) correspondent à la surface à l'intérieur des courbes. Au lieu des deux courbes de la figure 6, il est possible de se limiter à choisir des seuils fixes pour KRICH' max' KRICH min et T'maX et il n'est donc plus nécessaire d'avoir deux tables cartographiques. Dans ce cas simplifié, la valeur de KRICHF est comparée aux deux seuils choisis tandis que la valeur Tm de la valeur moyenne est comparée au seuil T'max. Si KRICHF est supérieure à KRICH'max, ou inférieure à KRICH'min ou supérieure à T'maX la sonde est considérée comme défectueuse. Dans le cas contraire, la sonde est considérée comme bonne. L'algorithme de la figure 7 peut être réalisé sous la forme d'un logiciel ou sous celle de circuits électroniques dans lesquels les étapes de comparaison 80, 82 et 84 seraient réalisées par des comparateurs de nombres. REVENDICATIONS 1. Dispositif de diagnostic de l'état d'une sonde non linéaire (16) disposée en amont d'un pot catalytique (14) associé à un moteur à combustion interne (10) du type à injection commandée par un ordinateur électronique (12), ledit moteur comprenant une première boucle de commande, incluant ladite sonde non linéaire (16), pour fournir à l'ordinateur (12) un premier signal de correction (KCL) de la quantité de carburant injectée et une deuxième boucle de commande, incluant une deuxième sonde non linéaire (26) disposée en aval dudit pot catalytique (14) pour fournir un deuxième signal de correction (KRICH) de la quantité de carburant injectée, ledit dispositif de diagnostic étant caractérisé en ce qu'il comprend - un circuit de filtrage (32) auquel est appliqué le deuxième signal de correction (KRICH) pour fournir un signal filtré (KRICHF), - un circuit de mesure (34) auquel est appliqué le signal de sortie (amont) de la sonde amont pour déterminer la valeur moyenne (Tm) de la période de correction de la première boucle de commande, et - un circuit logique (36) pour déterminer l'état (DIAG) bon ou défectueux de la sonde amont (16) en fonction des valeurs du signal filtré (KRICHF) et de la période moyenne (Tm) 2. Dispositif de diagnostic selon la revendication, caractérisé en ce que le circuit de filtrage (32) réalise un filtrage du premier ordre. 3. Dispositif de diagnostic selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de filtrage (32) est de type numérique. 4. Dispositif de diagnostic selon l'une des revendications précédentes 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de calcul (34) de la valeur moyenne (Tm) de la période de correction de la première boucle de commande est du type numérique. 5. Dispositif de diagnostic selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit logique (36) comprend trois comparateurs qui comparent le premier la valeur du signal filtré (KRICHF) à une valeur maximale (KRICHmax) dans un premier comparateur, le deuxième, la valeur du signal filtré (KRICHF) à une valeur minimale (KRICHmin) et le troisième, la valeur de la période moyenne, à une valeur maximale Tmax, la sonde amont (16) étant considérée comme défectueuse lorsque la valeur du signal filtré (KRICHF) est supérieure à la valeur maximale (KRICHmaX) ou inférieure à la valeur minimale (KRICHmin) ou supérieure à la valeur maximale (TmaX) de la période moyenne. 6. Dispositif de diagnostic selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit logique (36) comprend au moins une table ou mémoire dans laquelle sont enregistrées les valeurs maximale (KRICHmax) et minimale (KRICHmin) du signal filtré (KRICHF) en fonction de la valeur de la période moyenne (Tm) et deux comparateurs qui comparent le premier la valeur du signal filtré (KRICHF) à une valeur maximale (KRICHmax) lue dans la table, et le deuxième la valeur du signal filtré (KRICHF) à une valeur minimale (KRICHmin) lue dans la table, la lecture dans la table étant effectuée à l'aide de la période moyenne (Tm). 7. Procédé de diagnostic de l'état d'une sonde non linéaire (16) disposée en amont d'un pot catalytique (14) associé à un moteur à combustion interne (10) du type à injection commandée par un ordinateur électronique (12), ledit moteur comprenant une première boucle de commande, incluant ladite sonde non linéaire (16), pour fournir à l'ordinateur 12 un premier signal de correction (KCL) de la quantité de carburant injectée et une deuxième boucle de commande, incluant une deuxième sonde non linéaire (26) disposée en aval dudit pot catalytique (14), pour fournir un deuxième signal de correction (KRICH) de la quantité de carburant injectée, ledit procédé de diagnostic étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - filtrage (32) du deuxième signal de correction (KRICH) pour obtenir un signal filtré (KRICHF), - calcul (34) de la valeur moyenne (Tm) de la période du signal de sortie (amont) de la sonde amont (16), - comparaison dudit signal filtré (KRICHF) à deux valeurs maximale (KRICHmax) et minimale (KRICHmin) pour déterminer l'état (DIAG) correct ou défectueux de ladite sonde amont (16) selon que le signal filtré (KRICHF) est respectivement à l'intérieur des limites définies par les valeurs maximale et minimale ou à l'extérieur desdites limites pour la valeur de la période moyenne (Tm) 8. Procédé de diagnostic selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes suivantes - calibration pour déterminer les valeurs maximales (KRICHmax) et minimale (KRICHmin) pour une pluralité de valeurs de la période moyenne (Tm), - enregistrement desdites valeurs maximale et minimale ainsi que des valeurs de la période moyenne (Tm) dans une mémoire adressable par son contenu, et - lecture de ladite mémoire à l'aide de la valeur moyenne (Tm) de la période pour obtenir les valeurs maximale (KRICHmax) et minimale (KRICHmin).