Brevet FR2799234A1 — publié le 20010406

L'invention concerne un procédé de surveillance d'un moteur à combustion interne qu'on peut faire fonctionner aussi bien avec un mélange carburantair stoechiométrique qu'avec un mélange carburant-air pauvre, c'est-àdire avec un excédent d'air. Il peut ici s'agir en particulier d'un moteur à combustion interne à injection directe. Pour réduire encore davantage la consommation de carburant des moteurs à combustion interne à allumage commandé (Otto), on utilise de plus en plus fréquemment des moteurs à combustion interne à combustion pauvre. Dans un tel régime pauvre, on distingue entre deux sortes de régimes de base. Dans un intervalle de charge inférieur, le moteur à combustion interne travaille avec une charge de cylindre fortement stratifiée et un grand excédent d'air (ci-après régime stratifié-pauvre). Ceci est obtenu par une injection tardive exécutée pendant le temps de compression, juste avant l'instant d'allumage. Le moteur à combustion interne travaille alors avec suppression des pertes par étranglement, essentiellement avec le volet de réglage ou papillon ouvert. Pour réduire les émissions de NOx, on règle alors un taux élevé de recyclage des gaz d'échappement. Dans un intervalle de charge supérieur, le moteur à combustion interne travaille en régime pauvre et avec une charge de cylindre homogène (ci-après: régime homogène- pauvre). L'injection se produit déjà pendant le temps d'admission, afin d'obtenir un bon brassage du carburant et de l'air. La masse d'air aspirée est réglée, au moyen d'un volet de réglage ou papillon, en fonction du couple demandé, qui peut être demandé, par exemple, par le conducteur en agissant sur une pédale d'accélérateur. Finalement, on peut faire travailler le moteur à combustion interne avec un mélange carburant-air stoechiométrique (ci-après régime stoechiométrique). Ici, la quantité de carburant nécessaire est calculée d'une façon connue à partir de la masse d'air comburant aspirée, en prenant en compte la vitesse de rotation, et elle est éventuellement corrigée au moyen d'une régulation Lambda. On connaît, par le document WO 99/18343, un procédé pour la surveillance d'un moteur à combustion interne à injection directe du carburant avec commande de la charge essentiellement sans étranglement. Dans ce cas, on calcule une valeur estimée de la masse de carburant qui est envoyée à un cylindre à chaque cycle de travail. Cette masse de carburant constitue la grandeur influente décisive pour la valeur du couple développé par le moteur à combustion interne. La valeur estimée de la masse de carburant est calculée en fonction d'un coefficient d'air qui est détecté par une sonde Lambda placée dans le circuit des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Un régime de secours du moteur à combustion interne est commandé lorsque la valeur estimée du couple développé et la valeur de consigne du couple correspondent à des conditions prédéfinies, par exemple lorsou'elles diffèrent l'une de l'autre d'une quantité donnée. Or, la qualité de cette valeur estimée de la masse de carburant, et donc du calcul du couple de consigne, dépend dans une mesure décisive de la qualité de la sonde Lambda placée dans le circuit des gaz d'échappement du moteur à combustion interne. Si l'on ne dispose pas de ce coefficient d'air fourni par cette sonde Lambda avec une résolution appropriée, la valeur estimée du couple réel peut quelquefois être insuffisamment précise. Le but de l'invention est donc de fournir un procédé au moyen duquel le régime pauvre d'un moteur à combustion interne puisse être surveillé indépendamment de la résolution de la sonde Lambda. Ce problème est résolu par un procédé pour surveiller un moteur à combustion interne qu'on fait travailler, soit avec un mélange carburantair stoechiométrique, soit avec un mélange carburant-air pauvre, caractérisé en ce que: a) dans le régime pauvre du moteur à combustion interne, on exécute un contrôle de plausibilité du mélange carburant-air actuel, b) en cas de non plausibilité, on bascule sur le régime stoechicmétrique du moteur à combustion interne, et c) dans le cas de ce régime stoechiométrique, on effectue une surveillance du couple du moteur à combustion interne, dans laquelle le couple de consigne est comoaré au couple réel du moteur à combustion interne. L'invention comporte également les caractéristiques suivantes considérées seules ou en combinaison: dans la phase a) dans le contrôle de plausibilité, on vérifie si le coefficient Lambda des gaz d'échappement en amont et en aval des catalyseurs contenus dans le circuit des gaz d'échappement du moteur à combustion interne se trouve au-dessous d'un seuil défini, qui dépend en particulier du point de fonctionnement; - le coefficient Lambda est obtenu par la saisie d'un signal d'une sonde Lambda; - dans la phase c) le couple réel est déterminé par mesure de la masse d'air comburant acheminée; - le basculement dans la phase b) est irréversible; - la surveillance commence seulement un certain temps après la mise en marche du moteur à combustion interne; - dans le contrôle de plausibilité, on vérifie si une valeur de la pédale d'accélérateur cui commande le régime du moteur à combustion interne est zéro et, si la vitesse de rotation et/ou le couple du moteur à combustion interne se trouvent au-dessus d'un seuil défini, qui dépend en particulier du point de fonctionnement, et, en présence de ces états, on détecte une non plausibilité. Selon l'invention, le mélange carburant-air actuel dans le régime pauvre du moteur à combustion interne est soumis à un contrôle de plausibilité. On entend ici par analyse de la plausibilité le fait qu'on vérifie si une certaine grandeur se trouve dans un certain créneau de régime, ou si le comportement du moteur à combustion interne est plausible en présence de certaines grandeurs d'entrée. Ce contrôle peut comporter le fait qu'on vérifie si la composition du gaz d'échappement indiquée par une sonde Lambda placée dans le circuit des gaz d'échappement correspond à un mélange carburant-air qui se trouve en dehors d'un créneau de régime prédéfini. Naturellement, en remplacement d'un signal d'une sonde Lambda, on peut aussi faire appel, pour l'analyse de la plausibilité, à un autre signal qui devrait respecter un intervalle prédéfini dans le cas du régime pauvre, par exemple à la température des gaz d'échappement ou à la cor. centration des NOx dans les gaz d'échappement. Il est aussi possible de ne pas mesurer directement la grandeur soumise au contrôle de plausibilité mais de la dériver d'autres paramètres de fonctionnement. Un tel comportement non plausible peut aussi être détecté, par exemple, lorsqu'une pédale d'accélérateur qui commande le fonctionnement du moteur à combustion interne est ramenée à zéro alors qu'on est au-dessus d'un certain seuil de vitesse de rotation et/ou de couple et que le moteur à combustion interne reste cependant au-dessus du seuil de vitesse de rotation et/ou de couple. Dans le cas de non plausibilité, le moteur à combustion interne est alors basculé sur le régime stoechiométrique, dans lequel la régulation Lambda connue est active. Dans le régime stoechiométrique, le couple réel est capté par la mesure de la masse d'air aspirée. Il s'effectue donc alors une surveillance du couple dans laquelle le couple de consigne est comparé au couple réel. Le procédé selon l'invention abandonne ainsi la surveillance détaillée du moteur à combustion interne dans le régime pauvre, et il analyse exclusivement la plausibilité de signaux et états de fonctionnement et, en présence de non plausibilité, il bascule aussitôt sur le régime réglé par la régulation Lambda, dans lequel les dispositions de surveillance traditionnelles interviennent correctement, d'une façon connue et o l'on dispose de nombreuses possibilités de diagnostic. L'invention est décrite plus en détail ci-après dans un exemple de réalisation et en se référant au dessin. Sur le dessin: La Fig. 1 montre une représentation schématique d'un moteur à combustion interne à injection directe; La Fig. 2 montre un diagramme de la circulation des signaux pour la surveillance du moteur à combustion interne, et La Fig. 3 montre un autre diagramme de la circulation des signaux pour la surveillance du moteur à combustion interne. La Fig. 1 montre dans une représentation schématique un moteur à combustion interne à injection directe d'essence, qu'on peut faire travailler aussi bien avec un mélange carburant-air stoechiométrique qu'avec un mélange carburant-air pauvre. Pour la clarté du dessin, on a seulement dessiné les parties constitutives du moteur à combustion interne qui sont nécessaires pour la compréhension de l'invention; en particulier, on n'a représenté qu'un cylindre d'un moteur à combustion interne multicylindres. Le moteur à combustion interne possède un piston 10 qui délimite une chambre de combustion 12 dans un cylindre 11. Un conduit d'aspiration 13 débouche dans la chambre de combustion 12 au niveau d'une soupape d'admission 14 par laquelle l'air comburant pénètre dans la chambre de combustion 12. Une soupape d'échappement 15 relie la chambre de combustion 12 à un circuit de gaz d'échappement 16 dans la suite du trajet duquel se trouvent un capteur d'oxygène formé d'une sonde Lambda 17 à large bande, ainsi qu'un catalyseur accumulateur de NOx 18. Sur la base du signal de la sonde Lambda 17, le mélange carburant-air est réglé par un appareil de commande 21 en fonction de consignes dans différents modes de travail du moteur à combustion interne. Par exemple, dans le régime stoechiométrique, il se produit une régulation Lambda connue. Pour une telle régulation Lambda, il est prévu en i0 aval du catalyseur accumulateur de NOx 18, une autre sonde Lambda 32 qui est utilisée pour une régulation de la valeur de référence et de consigne. La sonde à oxygène est dans ce cas une sonde Lambda binaire 32 (sonde Lambda à deux points) qui présente une caractéristique de saut à une valeur de Lambda X = l.En remplacement de la sonde Lambda 32, on peut aussi utiliser un capteur de NOx. Par ailleurs, il est encore prévu un capteur de température 33 dans le circuit de gaz d'échappement. Le catalyseur accumulateur de NOx 18 sert à 23 permettre de respecter, dans le régime pauvre du moteur à combustion interne, certaines valeurs limites des gaz d'échappement qui sont exigées en ce qui concerne des combinaisons NOx. Grâce à son revêtement, il absorbe les composés NOx contenus dans les gaz d'échappement qui sont produits dans le cas de la combustion pauvre. Pour réduire les émissions de NOx qu'on observe spécialement dans les moteurs à combustion interne à injection directe dans le régime à charge stratifiée, il est prévu un recyclage des gaz d'échappement. Avec ce recyclage, on abaisse la température de la combustion en mélangeant des gaz d'échappement à l'air neuf aspiré, ce qui réduit en même temps les émissions de NOx. Pour cela, une conduite 19 de recyclage des gaz d'échappement mène d'un point du circuit de gaz d'échappement 16 situé en amont du catalyseur accumulateur de NOx 18 au conduit d'admissicn 13, cette conduite débouchant dans le conduit d'admission entre un volet de réglage ou papillon 20 et -7 la soupape d'admission 14. Dans la conduite de recyclage des gaz d'échappement 19, est montée une soupape commandée 22 qui est habituellement appelée soupape de recyclage des gaz d'échappement. Par commande de la soupape 22, on peut régler le débit des gaz d'échappement recyclés. L'air comburant destiné au cylindre 11 passe sur un dispositif 23 de mesure de masse d'air placé dans le conduit d'admission 13. Le volet de réglage 20 disposé dans ce conduit est un organe de réglage commandé par moteur électrique (E-gas-system) dont la section d'ouverture peut aussi être influencée par l'appareil de commande 21, en supplément de l'actionnement par le conducteur (position de la pédale d'accélérateur). On peut ainsi réduire, par exemple, les réactions de variation de charge perturbatrices. Par ailleurs, le volet de réglage 20 est entièrement ouvert par l'appareil de commande 21 dans le régime à charge stratifiée pauvre. D'un autre côté, l'appareil de commande 21 assure, par une intervention appropriée sur le volet de réglage 20, un passage progressif du régime stoechiométrique au régime homogène pauvre et, de là, au régime à charge stratifiée. Finalement, se trouve encore dans le conduit d'admission 13 un capteur de température 24 qui est connecté à l'appareil de commande 21. Naturellement, le capteur de température 24 peut aussi être intégré dans le dispositif 23 de mesure de masse d'air. Dans la chambre de combustion 12, se trouvent une bougie d'allumage 25 ainsi qu'un injecteur 26 qui est alimenté, pour l'injection de carburant, par un accumulateur à haute pression 27 qui fait partie d'une alimentation en carburant connue prévue pour l'injection directe de l'essence. Finalement, l'appareil de commande 21 est encore connecté à un capteur de température 28 qui émet un signal indiquant la température du moteur à combustion interne, par exemple par l'intermédiaire d'une mesure de la température de refroidissement. La vitesse de rotation du moteur à combustion interne est captée par l'intermédiaire d'un capteur 29 qui détecte le vilebrequin ou une roue émettrice fixée à ce vilebrequin. D'autres paramètres de commande utiles pour le fonctionnement du moteur à combustion interne, par exemple la position de la pédale d'accélérateur, des signaux émis par des capteurs de cliquetis etc., sont aussi envoyés à l'appareil de commande 21 et sont désignés dans leur ensemble sur la Fig. 1 par le signe de référence 30. Dans l'appareil de commande 21 est finalement prévu un bloc 31 pour la mesure et la surveillance du couple, dont le fonctionnement sera expliqué de façon encore plus approfondie. Par ailleurs, l'appareil de commande 21 est connecté à une mémoire 34 dans laquelle sont mémorisés différents seuils TQI-SW1, TQI-SW2 et au moins un diagramme caractéristique KF1, sur la signification desquels on reviendra encore en détail. L'appareil de commande 21 vérifie maintenant, en fonction du régime, si le moteur à combustion interne travaille dans le régime stoechiométrique, pauvre- homogène ou stratifié-pauvre. Si le moteur à combustion interne travaille dans le régime pauvre, ii se pose le problème consistant en ce que le mode connu de surveillance du moteur à combustion interne par la surveillance du couple n'est pas applicable ou ne l'est qu'à un degré très limité. Dans le régime pauvre, l'appareil de commande 21 exécute donc une analyse de plausibilité des signaux des sondes Lambda 17 et 32 qui sera décrite en regard de la Fig. 2. La Fig. 2 montre un diagramme de circulation des signaux. Les éléments carrés désignent une interrogation logique. Un élément carré contenant un signe " rectangle horizontal désigne la prescription d'un seuil. Finalement, un triangle désigne une demande du régime stoechiométrique. Pour la surveillance du moteur à combustion interne, le signal de la sonde Lambda 17 est tout d'abord lu dans l'élément Si et il est comparé dans l'élément S9 à un seuil issu de S2. Si le seuil est dépassé, l'élément S9 émet un niveau logique 1. De même, dans la phase S3, le signal de la sonde Lambda 32 est comparé (phase SlO) à un seuil (phase S4) . Si un des éléments, S9 ou SO10, émet un niveau logique 1, il en résulte, par l'interrogation OU dans l'élément S14, un niveau logique 1 à sa sortie. En supplément, dans la phase S5, l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne est interrogé pour savoir s'il a été démarré. S'il a été démarré, l'inversion dans l'élément Sll et le circuit temporisateur en action dans l'élément S15 donne un temps mort. Ce n'est qu'après l'écoulement de ce temps que la sortie du circuit temporisateur contenu dans l'élément S15 passe à un niveau logique 1. Ce n'est que lorsque deux niveaux logiques I sont présents à l'entrée de l'élément S17 qu'il s'effectue, par l'intermédiaire de l'interrogation OU de l'élément S18 connecté en aval, une demande de régime stoechiométrique du moteur à combustion interne (élément S19). Le chemin inférieur du diagramme de circulation des signaux de la Fig. 2 décrit l'analyse de plausibilité du signal de la sonde Lambda dans le cas d'une interruption en ooussée. A cet effet, le signal de la sonde Lambda 17 est de nouveau interrogé. En variante, le signal de la sonde Lambda 32 peut aussi être interrogé mais ceci n'est pas porté sur le dessin, pour simplifier. Il s'effectue aussi au moyen de l'élément S12, une comparaison avec un seuil provenant de l'élément S7. Ce seuil issu de l'élément S7 est une limite inférieure de régime pauvre que le signal de la sonde Lambda devrait dépasser dans l'état d'interruption en poussée. Dans l'élément S8, l'état d'interruption en poussée est vérifié et transmis, par l'intermédiaire d'un circuit temporisateur inclus dans l'élément S13, à un circuit ET cor.tenu dans l'élément S16. Si le signal de la sonde Lambda issu de la phase S6 dépasse le seuil issu de la phase S7 et si une interruption en poussée est présente pendant un certain temps, on a donc à la sortie de l'élément S16 un niveau logique 1 qui, à son tour, conduit à une demande de régime stoechiométrique dans l'élément S19. En supplément de cette analyse de plausibilité du signal de la sonde Lambda qui a été décrit, on peut encore vérifier si le mélange carburantair correspond à une valeur Lambda minimale. A cet effet, la demande de régime stoechiométrique contenue dans la phase S19 est soumise à une opération OU comme suit. D'une part, dans l'élément S20, on demande si le moteur à combustion interne fonctionne dans le régime stratifié-pauvre (ou en variante dans le régime homogène-pauvre). Après une temporisation déterminée par l'élément S25, un niveau logique 1 est appliqué à l'une des entrées d'un circuit ET dans l'élément S27. En parallèle avec cette opération, la valeur du coefficient Lambda est interrogée dans l'élément S21 et elle est soumise à un contrôle de seuil dans l'élément S26. Le seuil utilisé dans ce cas provient d'un diagramme caractéristique contenu dans l'élément S24, qui a été alimenté avec l'interrogation de la vitesse de rotation (phase S22) et du ccuple (phase S23). Si le coefficient Lambda tombe au-dessous de ce seuil, l'élément S26 délivre un niveau logique 1. De cette façon, une chute au-dessous d'une valeur Lambda minimale après unr.e certaine durée dans le régime a charge stratifié conduit à un niveau logique 1 à la sortie de l'élément S27, lequel exécute une opération ET. Si l'une des entrées de l'élément S29 qui exécute une opération OU donne un niveau logique 1, un régime stoecniométrique du moteur à combustion interne est demandé dans l'élément S31. Les entrées de l'élément S29 sont les éléments S19 et S27, ainsi qu'un circuit d'irréversibilité qui est formé des éléments S27 à S30. Une fois que la sortie de l'élément S29 donne un niveau logique 1, un compteur de l'élément S28 avance de 1. Ce compteur de l'élément S28 est comparé à l'état de départ du compteur, qui a été obtenu à la sortie de l'élément 32. Si la surveillance du seuil dans l'élément S30 indique que le compteur de l'élément S28 a été avancé, la sortie de l'élément S28 donne un niveau logique 1 qui est envoyé au circuit OU de l'élément S29. De cette façon, une des entrées du circuit OU de l'élément S29 est toujours à un niveau logique 1 dès que l'élément S29 a fourni une seule fois un niveau logique 1 à sa sortie. La demande de régime stoechiométrique dans l'élément S31 est donc irréversible pour la phase actuelle du régime du moteur à combustion interne, c'est-à-dire jusqu'à ce que le moteur à combustion interne soit de nouveau arreté. Lorsque le moteur à combustion interne a été basculé sur le régime stoechiométrique, une surveillance du couple est exécutée dans le bloc 31 de l'appareil de commande 21. A cet effet, au moyen de la masse d'air comburant aspirée LMM, on obtient, au moyen du diagramme caractéristique KF1 de la mémoire 34, le couple réel actuellement développé par le moteur à combustion interne. En même temps, le couple de consigne demandé par l'appareil de commande 21 est capté. Si la différence entre le couple de consigne et le couple réel dépasse un seuil TQI-SW1, le moteur à combustion interne est basculé sur le régime de secours, par exemple, sur un régime a fort étranglement. Si la différence dépasse un autre seuil TQI-SW2, le moteur à combustion interne est mis à l'arrêt. Dans une variante de possibilité de surveillance, on vérifie si la position de la pédale d'accélérateur corresoond à une valeur zéro. Si la vitesse de rotation et/ou le couple du moteur à combustion interne se trouvent audessus d'un seuil qui peut être choisi en fonction du régime, le moteur à combustion interne bascule également du régime pauvre au régime stoechiométrique. Cette surveillance est basée sur l'hypothèse que, en réponse à une accélération indésirée d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne, le conducteur lève le pied de la pédale d'accélérateur. Cette interrogation peut encore inclure l'absence d'une intervention extérieure d'un régulateur de vitesse de marche. Pour cela, on demande si la valeur du régulateur de vitesse de marche est elle aussi zéro. Le passage du régime pauvre au régime stoechiométrique peut s'effectuer en principe de façon progressive, c'est-à-dire avec passage exécuté par un déplacement progressif du volet de réglage 20, ou encore brusquement, c'est-à-dire aussi rapidement que possible. Dans le cadre de la surveillance décrite, il est possible d'évaluer en supplément la demande de régime stoechiométrique du moteur à combustion interne. Selon le résultat de l'évaluation, le passage peut être brusque, c'est-à-dire rapide, ou encore progressif et donc lent. En remplacement des signaux décrits des sondes Lambda, on peut aussi soumettre d'autre signaux du moteur à combustion interne à une analyse de plausibilité lorsque ces signaux doivent respecter une plage prédéfinie dans le régime pauvre. Il peut s'agir ici de la température des gaz d'échappement constatée dans le circuit des gaz d'échappement 16, qui est captée au moyen du capteur de température 33. En remplacement de la sonde Lambda 32 ou en supplément de cette sonde, il peut aussi être prévu un capteur de NOx, et la concentration de NOx peut aussi être soumise à un contrôle de plausibilité. Dans un développement du procédé, on peut contrôler à son tour la surveillance du moteur à combustion interne elle-même. Dans ce qu'on appelle un plan de contrôle, on doit vérifier l'action correcte du régime surveillé et, si une erreur est constatée, on doit provoquer une réaction correspondante. A cet effet, on vérifie si le coefficient Lambda des gaz d'échappement au droit de l'une des sondes Lambda 17 ou 32 tombe audessous d'un seuil qui est fonction de la vitesse de rotation et/ou du couple. S'il se produit une telle chute et si, dans la surveillance décrite ci-dessus, il ne se produit cependant pas de demande de passage au régime stoechiométrique, une fonction d'erreur du procédé de surveillance décrit est diagnostiquée. REVENDICATIONS 1. Procédé pour surveiller un moteur à combustion interne qu'on fait travailler, soit avec un mélange carburant-air stoechiométrique, soit avec un mélange carburant-air pauvre, caractérisé en ce que: a) dans le régime pauvre du moteur à combustion interne, on exécute un contrôle de plausibilité du mélange carburant-air actuel, b) en cas de non plausibilité, on bascule sur le régime stoechiométrique du moteur à combustion interne, et c) dans le cas de ce régime stoechiométrique, il s'effectue une surveillance du couple du moteur à combustion interne, dans laquelle le couple de consigne est comparé au couple réel du moteur à combustion interne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans la phase a) dans le contrôle de plausibilité, on vérifie si le coefficient Lambda des gaz d'échappement en amont et en aval des catalyseurs contenus dans le circuit des gaz d'échappement du moteur à combustion interne se trouve au-dessous d'un seuil défini, qui dépend en particulier du point de fonctionnement. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le coefficient Lambda est obtenu par la saisie d'un signal d'une sonde Lambda. 4. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans la phase c) le couple réel est déterminé par mesure de la masse d'air comburant acheminée. 5. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le basculement dans la phase b) est irréversible. 6. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surveillance commence seulement un certain temps après la mise en marche du moteur à combustion interne. 7. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans le contrôle de plausibilité, on vérifie si une valeur de la pédale d'accélérateur qui commande le régime du moteur à combustion interne est zéro et, si la vitesse de rotation et/ou le couple du moteur à combustion interne se trouvent au-dessus d'un seuil défini, qui dépend en particulier du point de fonctionnement, et, en présence de ces états, on détecte une non plausibilité.