Brevet FR2739413A1 — publié le 19970404

L'invention concerne un procédé de contrôle de la capacité de fonctionnement d'un capteur de gaz d'échappement, associé à un moteur à combustion interne et agencé de façon à pouvoir être chauffé au moyen d'un dispositif de chauffage, par exploitation du signal de sonde fourni par la sonde lambda. Pour maintenir un rapport air/carburant déterminé du mélange air/carburant devant être envoyé à un moteur à combustion interne, il est connu d'envoyer à un dispositif de régulation, en tant que grandeur de régulation, le signal d'un capteur de gaz d'échappement, disposé dans le système de gaz d'échappement du moteur à combustion interne, qu'il est convenu d'appeler sonde lambda. Une condition pour un fonctionnement régulier d'un tel dispositif de régulation est que la sonde lambda fonctionne aussi parfaitement. Dans les capteurs de gaz d'échappement connus dont le signal de sortie dépend de la concentration de l'oxygène dans les gaz d'échappement et de la température de la couche sensible, la disponibilité vis-à-vis du fonctionnement n'est assurée qu'à partir d'une température déterminée. Pour que le capteur de gaz d'échappement atteigne le plus rapidement possible sa température de fonctionnement et qu'ensuite la température du capteur puisse aussi être maintenue à une valeur préfixée le plus possible constante, il est prévu un dispositif supplémentaire de chauffage qui, en sus de l'élévation de température du capteur de gaz d'échappement au moyen des gaz eux-mêmes, assure une disponibilité rapide de fonctionnement du capteur. Afin de ne pas franchir les valeurs limites imposées réglementairement pour les rejets de gaz d'échappement et de répondre aux exigences des autorités en matière d'environnement, notamment de l'Autorité Californienne en matière d'Environnement CARB, un défaut des parties concernant les gaz d'échappement doit être constaté et visualisé. C'est ainsi par exemple que le circuit du dispositif de chauffage des sondes lambda doit être contrôlé en ce qui concerne la chute correcte de courant et de tension et qu'un défaut de fonctionnement doit être visualisé lorsqu'au moins l'une des valeurs correspondant à la chute de courant ou à la chute de tension est située en dehors des limites spécifiées par le fabricant. Le circuit de chauffage de la sonde lambda est donc constaté comme étant défectueux lorsque la valeur correspondant à la puissance de chauffage de cette sonde lambda n'est plus située à l'intérieur d'un domaine préfixé de tolérance donnant l'assurance d'un fonctionnement parfait de la sonde lambda. Si le moteur à combustion interne comprend deux groupes de cylindres comportant chacun une tuyauterie de gaz d'échappement (ci-après "tuyauterie d'échappement") et chacun une sonde lambda, le contrôle doit alors être exécuté séparément pour chaque tuyauterie d'échappement. Dans DE 39 41 995 Al, il est décrit un système, permettant de surveiller la capacité de fonctionnement d'un dispositif de chauffage de sonde, qui est constitué d'un chauffage de sonde, d'un dispositif qui fournit au chauffage de sonde la puissance électrique nécessaire et des lignes appropriées. Dans ce cas, le courant servant au chauffage de sonde crée, dans une résistance de mesure branchée en série avec ce chauffage de sonde, une tension mesurée qui est comparée à une autre tension qui est fournie par un élément de référence. Ce dernier se trouve à une température analogue à celle de la résistance de mesure ou reçoit un signal de mesure qui correspond à la température de cette résistance de mesure et fournit une tension qui présente une variation de température dans le temps qui est analogue à celle de la tension de mesure. Au moyen d'une comparaison de ces deux tensions, il est possible de déduire le courant passant dans le chauffage de sonde et donc la capacité de fonctionnement du dispositif de chauffage de sonde. Dans EP 0 403 615 B1, il est décrit un procédé et un dispositif permettant de constater un état de défaut d'une sonde lambda agencée de façon à pouvoir être chauffée au moyen d'un chauffage de sonde. Dans ce cas, la tension de sonde est mesurée avec le chauffage mis hors service, puis le chauffage est mis en service et la tension de sonde est ensuite mesurée avec le chauffage en service. Lorsque les valeurs mesurées indiquent que, lorsqu'elles sont rapportées à des valeurs lambda chaque fois identiques, la tension avec le chauffage en service est supérieure à la tension avec le chauffage hors service, un signal de défaut est émis. L'invention a pour but de fournir un procédé permettant de contrôler la capacité de fonctionnement d'un dispositif de chauffage pour capteur de gaz d'échappement, qui permette d'une manière simple de détecter avec une grande fiabilité des défauts se présentant dans le circuit de chauffage. Ce but est atteint par un procédé du type énoncé ci- dessus et qui est caractérisé en ce que: - l'existence d'un état de fonctionnement du moteur à combustion interne dans lequel il est assuré que le capteur de gaz d'échappement détecte un mélange pauvre est déterminée, - la tension de sonde fournie dans ce cas est détectée et fait l'objet d'une régulation à une valeur de consigne de diagnostic préfixée, par modification de la puissance de chauffage au moyen du dispositif de chauffage du capteur de gaz d'échappement et - le dispositif de chauffage de la sonde lambda est considéré comme étant défectueux lorsqu'après un temps de diagnostic préfixé, la tension de sonde n'est pas située à l'intérieur d'un domaine de tolérance situé autour de la valeur de consigne de diagnostic. En tirant parti du fait que le signal de sonde dépend de la température, moyennant l'utilisation du dispositif de chauffage qui est en tout état de cause nécessaire pour le fonctionnement du capteur de gaz d'échappement, il est possible de contrôler ce dispositif de chauffage en ce qui concerne sa disponibilité vis-à-vis du fonctionnement. Le procédé conforme à l'invention a notamment l'avantage que, pour contrôler le dispositif de chauffage, des capteurs ou des lignes supplémentaires ne sont en aucune façon nécessaires et, ainsi, une possibilité économique de procéder au diagnostic est fournie. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est exposé ci-après en détail en se reportant aux dessins. On voit: à la figure 1, un schéma-blocs simplifié d'un moteur à combustion interne dans lequel le procédé conforme à l'invention est utilisé, à la figure 2, un organigramme qui représente le déroulement du procédé et, à la figure 3, la variation qualitative du signal de sortie de sonde en fonction du temps pendant le contrôle. Le schéma-blocs de la figure 1 représente un bloc moteur 1 d'un moteur à combustion interne auquel sont raccordées une tuyauterie d'admission 2 et une tuyauterie d'échappement 3. Un dispositif de mesure de masse d'air 21, qui fournit un signal de sortie correspondant à la masse d'air LM aspirée, est disposé dans la tuyauterie d'admission 2. Un papillon des gaz 22, disposé aussi dans la tuyauterie d'admission 2, sert à commander le degré d'admission. Il lui est associé un bloc de papillon des gaz 24 dont le signal de sortie contient une information concernant la position du papillon des gaz, par exemple son angle d'ouverture, et est envoyé à un dispositif électronique de commande pour être transformé. Une première sonde lambda 31 et une seconde sonde lambda 33 sont respectivement prévues en amont et en aval d'un catalyseur à trois voies 32 disposé dans la tuyauterie d'échappement 3 et servant à convertir les substances nocives NOx, HC et CO qui sont nuisibles. Les deux sondes lambda 31, 33 sont pourvues d'un dispositif de chauffage électrique en soi connu et présentent une caractéristique de fonctionnement par tout ou rien, ce qui signifie qu'elles ne peuvent détecter (sondes à fonctionnement discontinu) qu'un mélange plus pauvre ou plus riche vis-à-vis du rapport stoechiométrique (X = 1). Les signaux de sortie ULS31, ULS33 des deux sondes lambda 31, 33 sont envoyés au dispositif électronique de commande 4, de même que le signal LM provenant du dispositif de mesure de masse d'air 21 et les signaux de nombre de tours N et de température d'agent de refroidissement TKW du moteur à combustion interne qui sont obtenus au moyen de capteurs appropriés. Le signal de sortie de la sonde lambda située avant le catalyseur sert alors, d'une manière classique, de grandeur d'entrée d'un dispositif de régulation lambda 41 qui est contenu dans le dispositif électronique de commande 4 et qui règle à une valeur optimale, en fonction du point de fonctionnement du moteur à combustion interne, le mélange air-carburant devant être envoyé aux chambres de combustion du moteur. Le signal de sortie de la sonde lambda qui est disposée après le catalyseur est affecté, en combinaison avec le signal de sortie de la sonde lambda située avant le catalyseur, au contrôle du rendement du catalyseur. Lorsque le catalyseur possède de bonnes capacités de conversion, les fluctuations lambda produites par le régulateur lambda du dispositif de régulation lambda 41 sont lissées grâce à la capacité d'accumulation d'oxygène du catalyseur. Si, du fait du vieillissement, d'un empoisonnement dû à l'utilisation d'un carburant chargé de plomb ou de ratés de combustion, le catalyseur ne présente plus que des propriétés de conversion réduites ou absolument aucune propriété de conversion, les fluctuations lambda se présentent alors avant le catalyseur et aussi après ce catalyseur. Ces fluctuations lambda sont détectées au moyen de la sonde lambda 33 et transformées dans le dispositif électronique de commande 4 en vue d'en déduire le rendement du catalyseur 39. Du côté de sa sortie, le dispositif électronique de commande 4 est relié, par l'intermédiaire d'interfaces appropriées, entre autres à un système d'injection 23 qui - ainsi que cela est simplement indiqué à la figure 1 - injecte du carburant dans la tuyauterie d'admission 3 par l'intermédiaire de soupapes d'injection. La quantité de base de carburant à injecter est dans ce cas déterminée par un sous-programme sur la base de la masse d'air LM aspirée et du nombre de tours N et la valeur ainsi obtenue est pondérée au moyen de divers facteurs de correction, les différents états de fonctionnement (régime à chaud, accélération, pleine charge, etc.) du moteur à combustion interne étant ainsi pris en considération. Étant donné que les signaux de sortie des deux sondes lambda dépendent non seulement de la teneur résiduelles en oxygène dans les gaz d'échappement, mais aussi de la température de la couche de capteur respective, les sondes lambda comportent des dispositifs de chauffage, non désignés plus précisément, qui se présentent sous la forme de pistes de résistance électrique. Il en résulte aussi, outre une disponibilité rapide des sondes au fonctionnement, le maintien de la température constante qui est nécessaire pour une exploitation précise des signaux pendant le fonctionnement de régulation. Un régulateur de chauffage de sonde lambda connu en soi, qui fournit au dispositif de chauffage un signal à modulation de largeur d'impulsions (PWM), sert à commander les dispositifs de chauffage. Le dispositif de chauffage est contrôlé à intervalles réguliers dans le temps. Cela peut par exemple se faire dans le cadre d'un cycle de test qui se compose soit de variations de la vitesse dans le temps qui ont été effectivement mesurées dans la circulation routière (essai FTP72), soit d'une courbe de conduite, produite artificiellement, qui décrit avec une bonne approximation le comportement de conduite en circulation en ville (cycle d'essai ECE/EG). Étant donné que le comportement de la tension pauvre de la sonde lambda, comportement qui dépend de la température, est exploité pour le diagnostic du dispositif de chauffage, on doit être assuré avant le début du diagnostic que la sonde lambda à contrôler indique un mélange pauvre. Un tel domaine de fonctionnement du moteur à combustion interne est par exemple constitué par un régime de coupure d'injection en décélération. Par conséquent, le contrôle du dispositif de chauffage est de préférence effectué pendant des phases suffisamment longues de régime de coupure d'injection en décélération du moteur à combustion interne. Le déroulement du procédé permettant de contrôler le dispositif de chauffage de sonde lambda est exposé, pour la sonde lambda 33 disposée après le catalyseur 32, à l'aide de l'organigramme de la figure 2 et du graphe tension-temps de la figure 3. Le contrôle du dispositif de chauffage de la sonde lambda 31 située avant le catalyseur 32 peut être effectué d'une manière analogue. C'est pour cette raison qu'à titre de simplification, on utilise ci-après d'une manière unitaire l'écriture abrégée ULS en tant que repère pour le signal de sonde des deux sondes lambda. On suppose par ailleurs que la sonde lambda considérée fournit une tension élevée (typiquement 5 V) dans le cas d'une composition de mélange pauvre et une faible tension (typiquement 100 mV) dans le cas d'une composition de mélange riche. Dans une première étape Si, il est contrôlé si des conditions déterminées de lancement sont remplies pour le diagnostic du dispositif de chauffage. Il est en particulier demandé si le moteur à combustion interne se trouve dans le régime SA de coupure d'injection en décélération et si le signal de sortie ULS de la sonde lambda à contrôler indique une composition de mélange pauvre pour une durée préfixée T_ULS_PAUVRE, ce qui signifie qu'il est contrôlé si le signal de sortie ULS est situé, pendant cette durée, au-dessus de la valeur de seuil ULS_PAUVRE pour la constatation du fonctionnement pauvre (figure 3, instants tl-t2). Le régime SA de coupure d'injection en décélération peut par exemple être constaté par l'interrogation de la position du papillon des gaz et du nombre de tours du moteur à combustion interne, suivie d'une opération logique effectuée sur ces grandeurs mesurées. Il est par ailleurs contrôlé si la température de la sonde lambda est située à l'intérieur d'un domaine de températures approprié pour le contrôle et si la durée T LSH correspondant à la montée en température de la sonde lambda est écoulé (figure 3, instants t0-tl). En outre, le diagnostic n'est pas lancé lorsque, dans une mémoire de défaut du dispositif de commande 4, il existe déjà un défaut enregistré correspondant à la commande de l'étage final pour le dispositif de chauffage. Si toutes les conditions citées sont remplies, le procédé passe alors à l'étape S2, et, dans le cas contraire, les conditions font de nouveau l'objet d'une interrogation dans une boucle d'attente. Pour obtenir une précision plus grande de mesure lors de l'exploitation de la modification du signal de sortie, c'est-à-dire de la tension pauvre de la sonde lambda, qui est due à l'influence de la température, il est procédé dans le dispositif électronique de commande 4, au début du diagnostic (t2), à la commutation (étape S2) d'une résistance de travail utilisée dans le domaine de régulation de la sonde lambda (typiquement 30 kQ) à une résistance de diagnostic plus élevée (typiquement 100 kQ). Du fait de cette commutation, la tension de sonde ULS à exploiter est relevée d'un niveau Pl représenté à la figure 3 à un niveau P2. Au début du diagnostic (t2), un compteur de temps est d'abord remis à une valeur initiale correspondant à la durée admissible maximale de diagnostic T_DIAG_LSH, puis est mis en marche. Par ailleurs, un compteur de cycle ZYKA_LSH est remis à la valeur initiale (étape S3). A l'étape S4, la tension de sonde ULS fait l'objet d'une régulation à une valeur de consigne de diagnostic ULS_SOLL_LSH_DIAG pouvant être préfixée. À cet effet, pour commander le dispositif de chauffage de sonde lambda, un rapport durée de passage/durée de cycle pilote KFTALSH i est lu dans un registre d'une mémoire du dispositif de commande 4 qui contient la masse d'air LM et le nombre de tours N et il est corrigé au moyen d'un facteur TALSH FAK i du régulateur de chauffage lambda (régulateur I): TALSH_ = KF TALSH_ * TALSHFAK_ La valeur de régulateur TALSHFAK est initialisée à 1 au début du diagnostic et, dans le cas d'un fonctionnement normal, c'est- à-dire dans le cas d'un fonctionnement de régulation lambda du moteur à combustion interne, elle n'a aucune influence sur le calcul du temps d'injection. La grandeur d'entrée de régulateur pour le régulateur de chauffage est la différence entre la tension de consigne à atteindre (valeur de consigne de diagnostic) ULSSOLL LSH DIAG et la tension de sonde réelle ULS: ULS DIF = ULS SOLL LSH DIAG - ULS Une table, dans laquelle sont rangées, en fonction de la différence ULSDIF établie conformément à (2), des valeurs associées correspondant au rapport durée de passage/durée de cycle TAB_TALSHDIF, est déposée dans une mémoire du dispositif électronique de commande 4. Les parties I du régulateur de chauffage TALSHFAK dans (1) sont alors calculées en fonction du signe de la différence entre la tension de consigne à atteindre ULSSOLLLSHDIAG et la tension de sonde réelle ULS. Pour ULSDIF = 0, il vient: TALSHFAKnouveau = TALSHFAKancien TABTALSH DIF Pendant le temps de diagnostic T_DIAG_LSH du dispositif de chauffage, le signal de la sonde ULS est contrôlé suivant un réseau de balayage R pouvant être préfixé (par exemple toutes les 20 ms). À cet effet, à l'étape S5, il est demandé si la valeur ULS est située à l'intérieur d'une bande de tolérance autour de la valeur de consigne de diagnostic ULS_SOLLLSHDIAG. À la figure 3, ces valeurs de seuil sont désignées par ULSSOLLLSHDIAG UN pour la valeur de seuil inférieure et par ULS_SOLL_LSH_DIAG_OB pour la valeur de seuil supérieure. Lors de chaque contrôle qui fournit une valeur à l'intérieur de ces seuils, le compteur de cycle ZYKA_LSH est incrémenté à l'étape S6. Si le temps prévu pour le diagnostic est écoulé (interrogation à l'étape S7), le contenu du compteur de cycle ZYKALSH est comparé à l'étape S8 à une valeur limite applicable ANZMINLSH. Si le nombre des cycles dans lesquels la tension de sonde ULS se trouve à l'intérieur des valeurs limites préfixées est inférieur à la valeur limite ANZMINLSH: ZYKA LSH le dispositif de chauffage de la sonde lambda est considéré comme étant défectueux et un défaut est enregistré dans une mémoire de défaut, étant donné que la puissance de chauffage n'est plus située dans le domaine prescrit (étape S9). En même temps, le résultat du diagnostic peut être annoncé d'une manière acoustique et/ou optique au conducteur du véhicule. Si l'interrogation posée à l'étape S8 fournit un résultat négatif, le dispositif de chauffage est alors en ordre. Le procédé a été exposé à l'aide d'un exemple de mise en oeuvre dans lequel le contrôle du dispositif de chauffage est effectué pendant le régime de coupure d'injection en décélération. Il est toutefois possible aussi d'effectuer le contrôle pendant un autre état de fonctionnement du moteur à combustion interne dans lequel le signal émis par la sonde lambda à contrôler détecte aussi une composition de mélange pauvre, par exemple pendant le soufflage d'air secondaire. Dans ce cas, pendant la phase de régime à chaud qui suit la phase de démarrage, de l'air secondaire est soufflé, au moyen d'une soufflante, qu'il est convenu d'appeler pompe d'air secondaire, dans la tuyauterie d'échappement en aval des soupapes il d'échappement du moteur à combustion interne dans le sens de passage des gaz d'échappement. De ce fait, un excès d'air est détecté par la sonde lambda. La réaction de l'air introduit de cette manière avec les gaz chauds d'échappement et l'oxydation qui suit dans le catalyseur entraînent une montée rapide en température de ce catalyseur. À la figure 1, on a représenté, en lignes en trait interrompu, une pompe d'air secondaire 34 à entraînement électrique qui est commandée au moyen d'une sortie du dispositif électronique de commande 4 et qui insuffle un débit d'air secondaire SM déterminé dans la tuyauterie d'échappement en un emplacement situé en amont de la sonde lambda 31. Le contrôle du dispositif de chauffage des sondes lambda pendant le soufflage d'air secondaire s'effectue d'une manière analogue au procédé décrit, à l'exception du fait que des interrogations doivent être posées sur des conditions de mise en service modifiées, d'une manière correspondant à ce mode de fonctionnement du moteur à combustion interne (par exemple contrôler si le soufflage d'air secondaire est actif). REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de la capacité de fonctionnement d'un capteur de gaz d'échappement, associé à un moteur à combustion interne et agencé de façon à pouvoir être chauffé au moyen d'un dispositif de chauffage, par exploitation du signal de sonde fourni par la sonde lambda, caractérisé: en ce que l'existence d'un état de fonctionnement du moteur à combustion interne dans lequel il est assuré que le capteur de gaz d'échappement (31, 33) détecte un mélange pauvre est déterminée, - en ce que la tension de sonde (ULS) fournie dans ce cas est détectée et fait l'objet d'une régulation à une valeur de consigne de diagnostic (ULS_SOLL_LSH_DIAG) préfixée, par modification de la puissance de chauffage au moyen du dispositif de chauffage du capteur de gaz d'échappement (31, 33) et - en ce que le dispositif de chauffage de la sonde lambda (31, 33) est considéré comme étant défectueux lorsqu'après un temps de diagnostic (T_DIAG_LSH) préfixé, la tension de sonde (ULS) n'est pas située à l'intérieur d'un domaine de tolérance (ULS_SOLL_LSH_DIAG_UN, ULSSOLL LSH DIAG OB) situé autour de la valeur de consigne de diagnostic (ULS_SOLLLSHDIAG). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la présence de la phase du régime de coupure d'injection en décélération du moteur à combustion interne est déterminée comme état de fonctionnement. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisés en ce que le soufflage d'air secondaire dans la tuyauterie d'échappement du moteur à combustion interne est déterminé comme état de fonctionnement. 4. Procédé selon l'une des revendications 1-3, caractérisé en ce que, pendant le temps de diagnostic (TDIAG_LSH), la tension de sonde (ULS) de la sonde lambda (31, 33) est vérifiée d'une manière continue suivant un réseau de balayage (R) pouvant être sélectionné et le dispositif de chauffage de la sonde lambda (31, 33) est constaté comme étant défectueux lorsqu'un nombre de valeurs détectées (ANZ_MIN_LSH) inférieur à un nombre pouvant être préfixé fournissent une valeur qui est située dans le domaine (ULS_SOLL_LSH_DIAG_UN, ULS_SOLL_LSH_DIAG_OB) de tolérance. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contrôle n'est lancé que lorsque le capteur de gaz d'échappement (31, 33) détecte une composition de mélange pauvre au moins pendant une durée (T_ULSPAUVRE) préfixée. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contrôle n'est lancé que lorsque la température du capteur de gaz d'échappement (31, 33) est située à l'intérieur d'un domaine de températures préfixé. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la régulation de la tension de sonde (ULS) à la valeur de consigne de diagnostic (ULS_SOLL_LSH_DIAG) s'effectue au moyen d'un régulateur de chauffage qui fournit un signal à modulation d'impulsions en largeur dont le rapport durée de passage/durée de cycle (TALSH, TALSH_FAK) est déterminé en fonction d'un signal de charge (LM) et du nombre de tours (N) du moteur à combustion interne et de la différence entre la valeur de consigne de diagnostic (ULS_SOLL_LSH_DIAG) à atteindre et la tension de sonde réelle (ULS). 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour accroître la précision de mesure lors de l'exploitation du signal de sonde (ULS) dans un dispositif électronique de commande (4), il est procédé, au début du contrôle, à une commutation d'une résistance de travail existant dans le domaine de régulation de la sonde lambda (31, 33) à une résistance de diagnostic à valeur ohmique plus élevée.