Brevet FR2864849A1 — publié le 20050708

Procédé de diagnostic électrique d'une sonde à oxygène de type tout ou rien à réservoir de gaz de référence L'invention concerne le domaine des sondes à oxygène de type tout ou rien à réservoir de gaz de référence. Une telle sonde comporte un mode de repos au cours duquel un dispositif de mesure de la sonde n'est pas chauffé et un mode de mesure consistant à : É chauffer le dispositif de mesure de la sonde à oxygène, É mesurer une teneur en oxygène dans un gaz par rapport à une teneur de référence en oxygène présente dans un gaz de référence, la dite mesure entraînant une consommation d'une partie de l'oxygène du gaz de référence, et É restaurer la teneur prédéfinie dans le gaz de référence par application d'un courant de pompage 15 à une pompe fournissant de l'oxygène. Plus précisément dans ce domaine, l'invention concerne le diagnostic électrique d'un circuit de commande produisant le courant de pompage. L'invention est notamment intéressante pour le diagnostic d'une sonde à oxygène de type tout ou rien disposée sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, en aval d'un pot catalytique de traitement par oxydation des gaz polluants émis par le moteur. Les moteurs à combustion interne sont classiquement équipés d'un système électronique de commande qui ajuste, à partir de stratégies préprogrammées et suivant des conditions de fonctionnement du moteur, la quantité de carburant injecté et l'instant d'allumage pour les moteurs à allumage commandé. Les systèmes de commande de ces moteurs utilisent des capteurs pour déterminer les conditions de fonctionnement et adapter en conséquence la richesse du mélange carburé ; la richesse est le rapport entre la masse de carburant admise dans les cylindres du moteur et la masse de gaz de référence admise multiplié par le rapport stoechiométrique Ks. Parmi ces capteurs figurent plus particulièrement le ou les capteurs à oxygène disposés sur la ligne d'échappement du moteur. Ces capteurs ont pour fonction d'informer le système électronique de commande sur la concentration réelle en oxygène dans les gaz d'échappement. Dans le cadre des réglementations antipollution telles que la norme OBD2 (On Board Diagnosic Level 2), il est prévu que les systèmes électroniques des moteurs qui équipent les véhicules automobiles ou routiers soient amenés à diagnostiquer et / ou corriger automatiquement certaines défaillances qui ont un impact direct sur les émissions de polluants. C'est ainsi qu'il est prévu d'implanter dans les systèmes électroniques de commande des moteurs, des moyens de diagnostic des éventuels dysfonctionnement des capteurs qui participent à la commande du moteur et plus particulièrement des capteurs à oxygène. Ces moyens de diagnostic ont pour objet de provoquer, lorsqu'il y a défaillance d'un élément agissant sur le niveau de pollution du moteur, soit l'activation de modes de fonctionnement dégradés et / ou l'allumage d'un voyant du tableau de bord prévenant le conducteur (réglementations peu sévères), soit la mise en uvre de mesures correctives, soit encore l'arrêt du véhicule (réglementations strictes). Les équipementiers et les constructeurs automobiles ont donc développé un certain nombre de dispositifs techniques permettant de diagnostiquer les dysfonctionnements des capteurs équipant les moteurs en général et les capteurs à oxygène en particulier. On connaît ainsi du document FR 2 757 634 un procédé de diagnostic d'une sonde à oxygène de type tout ou rien, et plus particulièrement un procédé de diagnostic de la connexion d'une telle sonde aux circuits de commande du moteur. La sonde diagnostiquée prend comme référence l'air extérieur et ne dispose pas de réservoir de gaz de référence. Le procédé décrit dans le document FR 2 757 634 ne permet pas de diagnostiquer le fonctionnement correct du circuit de commande fournissant le courant de pompage d'une sonde à réservoir de gaz de référence de référence. L'invention a pour but de pallier cet inconvénient. Le procédé proposé par l'invention ne requière aucun moyen de mesure spécifique et est donc simple à mettre en uvre. Le procédé de diagnostic électrique selon l'invention concerne une sonde à oxygène de type tout ou rien comportant un mode de repos au cours duquel un dispositif de mesure de la sonde n'est pas chauffé et un mode de mesure consistant à : É chauffer le dispositif de mesure de la sonde à oxygène, É mesurer une teneur en oxygène dans un gaz par rapport à une teneur de référence en oxygène présente dans un gaz de référence, la dite mesure entraînant une consommation d'une partie de l'oxygène du gaz de référence, et É restaurer la teneur prédéfinie dans le gaz de référence par application d'un courant de pompage à une pompe fournissant de l'oxygène, Selon l'invention, le procédé de diagnostic est caractérisé en ce que, lorsque la température de la sonde est inférieure à une température prédéfinie, les étapes suivantes sont réalisées, consistant à : É appliquer le courant de pompage et mesurer 25 le niveau de tension du signal fourni par la sonde, É mesurer le niveau de tension É si le niveau de tension mesuré est inférieur à un niveau de référence (Vpumcrt), en déduire l'état défectueux d'un circuit de commande produisant le courant de pompage. De préférence, l'état le circuit de commande est considéré comme défectueux uniquement si le niveau de tension mesuré est supérieur à un niveau minimal, inférieur au niveau de référence. Le niveau minimal est choisi en fonction d'un seuil de détection du capteur de tension utilisé pour la mesure. De préférence également, la phase de test de la sonde est réalisée pendant le mode de repos de la sonde, pendant lequel la sonde n'est pas chauffée. Selon un mode de réalisation, la phase de test est réalisée un temps prédéfini après le passage de la phase de mesure à la phase de repos de la sonde. Le temps prédéfini est choisi de sorte que la température de la sonde soit inférieure à la température prédéfinie. Selon un autre mode de réalisation, la phase de test est réalisée avant la phase de mesure. Dans les deux cas, ces conditions de test garantissent que la température de la sonde est inférieure à la température prédéfinie correspondant à un changement de comportement de la sonde comme on le verra mieux par la suite. On comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention d'après la description donnée ci-après d'un mode de mise en oeuvre d'un procédé de diagnostic selon l'invention appliqué au domaine de la mesure des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, présenté à titre d'exemple non limitatif, en se référant notamment aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est un schéma électrique d'une sonde à oxygène de type tout ou rien à réservoir de gaz de référence de référence, - la figure 2 est un schéma électrique équivalent de la sonde lorsqu'elle n'est pas alimentée par un courant de pompage, et - la figure 3 est un schéma électrique équivalent de la sonde lorsqu'elle est alimentée par un courant de pompage. Avant de décrire plus complètement le procédé selon l'invention, il convient de rappeler le fonctionnement d'une sonde à oxygène tout ou rien à réservoir de gaz de référence. De manière simplifiée, une sonde à oxygène mesure la teneur en oxygène dans un gaz à tester (gaz d'échappement d'un moteur par exemple) par rapport à une teneur de référence en oxygène présente dans un gaz de référence. Lorsqu'elle est chauffée, la sonde fournit un signal tout ou rien qui prend une première valeur lorsque la teneur en oxygène dans le gaz est supérieure à la teneur prédéfinie, et une deuxième valeur sinon. D'un point de vue électrique (figure 1), une telle sonde est équivalente à une source de tension VO2 en série avec une résistance RO2.(le circuit de chauffage n'est pas pris en compte). La valeur de la résistance RO2 est fonction de la température de la sonde: RO2 tend vers l'infini lorsque la sonde est froide et RO2 tend vers Zéro lorsque la sonde est chaude. VO2 prend deux valeurs, selon que la teneur en oxygène mesurée est inférieure ou supérieure à la teneur de référence. La sonde est pilotée par un calculateur d'injection qui se compose essentiellement d'un microprocesseur ou d'une unité centrale CPU, de mémoires vives RAM, de mémoires mortes ROM, de convertisseurs analogiques / numériques A/D, et de différentes interfaces d'entrée et / ou de sortie. Le microprocesseur du calculateur comprend des circuits électroniques et des logiciels appropriés pour traiter les signaux en provenance de différents capteurs, pour en déduire les états du moteur et pour mettre en uvre des opérations prédéfinies afin de générer les signaux de commande appropriés à destination notamment des injecteurs et des bobines d'allumage du moteur. L'étage d'entrée / sortie du calculateur d'injection dédié à la sonde à oxygène est destiné à fournir un courant de polarisation adapté à la sonde et à fournir un courant de pompage adapté pour piloter une pompe à air utilisée pour réapprovisionner le réservoir de gaz de référence nécessaire à la mesure. L'étage d'entrée / sortie comprend un circuit de polarisation 14 et un circuit de commande de pompage 17. Le circuit de polarisation 14 comprend deux résistances Rup, Rdw connectées en série entre un point alimenté par un potentiel d'alimentation Vcc sensiblement constant et un point alimenté par un potentiel de masse Vgnd. La sonde à oxygène vient se connecter au circuit de polarisation au point commun des résistances Rup, Rdw, qui forme l'entrée / sortie du circuit de polarisation. Le choix des différents composants du circuit électronique de l'interface 14, et notamment les résistances Rup, Rdw, est adapté de façon que la tension de sortie Vs fluctue par exemple entre un état bas d'environ 100 mV et un état haut d'environ 700 mV, pour des teneurs en oxygène détectées respectivement en dessous ou en dessus de la teneur de référence. La tension de polarisation correspondant sensiblement à la tension de sortie lorsque la teneur en oxygène mesurée est égale à la teneur de référence, d'environ 400 mV. La sensibilité du capteur est adaptée de façon que la richesse autour de la valeur de consigne provoque le basculement de la tension de sortie vers ses valeurs limites hautes ou basses. A titre d'exemple, on peut choisir Rup = 2.7 MOhms et Rdw = 620 KOhms. Le schéma électrique équivalent du circuit de commande de pompage comprend une résistance Rpo dont une première borne est connectée à l'entrée / sortie du circuit de polarisation et dont une deuxième borne est connectée à un commutateur. Le commutateur est ici représenté par deux transistors connectés en série entre un point sur lequel est appliqué le potentiel d'alimentation Vcc et un point sur lequel est appliqué le potentiel de masse Vgnd. En fonction d'un signal de commande VAL, le commutateur applique sur la deuxième borne de la résistance Rpo: É soit le potentiel Vcc d'alimentation si VAL est actif (fourniture du courant de pompage) É soit le potentiel Vgnd de masse si VAL est inactif (pas de fourniture du courant de pompage) A titre d'exemple, on a Rpo = 510KOhms. Sur la figure 2 est représenté le schéma équivalent de la sonde et de ses circuits de commande lorsque aucun courant de pompage n'est fourni à la sonde (signal VAL inactif). On obtient, vu du calculateur la tension de sortie VS suivante: VS = VS(VCC = 0) + VS (VO2 = 0) ce qui donne l'équation 1 suivante: VS (Rup // Rdw // Rpo) * VO2 (Rup / / Rdw / / Rpo) + Ro2 (Ro2 / / Rdw / / Rpo) + * VCC (Ro2 // Rdw // Rpo) + Rup Rup//Rdw signifie (Rup*Rdw)/(Rup+Rdw), résistance équivalente à deux résistances Rup, Rdw en parallèle. Lorsque la sonde est chaude, Ro2 est proche de 5 zéro, très inférieure à Rup, Rdw, Rpo; l'équation 1 se simplifie dans ce cas en: (Rup / /Rdw / / Rpo) * VO2 + Ro2 * VCC soit VS VO2 lorsque la sonde est chaude. Inversement, lorsque la sonde est froide, Ro2 10 tend vers l'infini et est très supérieure à Rup, Rdw, Rpo; l'équation 1 se simplifie dans ce cas en: VS - (Rdw / / Rpo) * VCC (Rdw // Rpo) + Rup Pour Rup = 2.7MOhms, Rdw = 620KOhms et Rpo = 510 KOhms, on obtient VS X 0.094 * VCC, soit, pour 15 VCC = 5V: VS X 470 mV. Sur la figure 3 est représenté le schéma équivalent de la sonde et de ses circuits de commande lorsque un courant de pompage est fourni à la sonde 20 (signal VAL actif). On obtient, vu du calculateur la tension de sortie VS suivante: VS (Rup // Rdw / / Rpo) Rup VS = VS (VCC = 0) + VS (VO2 = 0) ce qui donne l'équation 2 suivante: VS = (Rup // Rdw // Rpo) * VO2 (Rup / /Rdw / /Rpo) + Ro2 (Ro2 / / Rdw) + * VCC (Ro2 // Rdw) + (Rup // Rpo) + Rup Lorsque la sonde est chaude, Ro2 est proche de 5 zéro, très inférieure à Rup, Rdw, Rpo; l'équation 2 se simplifie dans ce cas en: soit VS VO2 lorsque la sonde est chaude. Inversement, lorsque la sonde est froide, Ro2 tend vers l'infini et est très supérieure à Rup, Rdw, Rpo; l'équation 1 se simplifie dans ce cas en: Rdw VS = * VCC Rdw + (Rup // Rpo) Pour Rup = 2.7MOhms, Rdw = 620KOhms et Rpo = 15 510 KOhms, on obtient VS a, 0.591 * VCC, soit, pour VCC = 5V: VS X 2.95 V. (Rien // Rdw // Rno) Ro2 VS (Rup / /Rdw / /Rpo) Ro2 + (Rup // Rpo) + Rup De ce qui précède, on déduit que: É lorsque la sonde est chauffée (mode mesure de la sonde), la tension de sortie VS est sensiblement égale à Vo2, Vo2 étant une indication de la teneur en 02 du gaz détecté, É lorsque la sonde est froide, et pour un choix approprié des composants du circuit de polarisation et du circuit de commande de pompage, la tension de sortie prend deux valeurs très différentes, selon qu'elle est alimentée en courant de pompage ou non. Le procédé de l'invention va ainsi exploiter cette différence de comportement de la sonde à froid pour diagnostiquer le circuit de commande de pompage. Pour cela, lorsque la température de la sonde est inférieure à une température prédéfinie, selon l'invention: É on applique le courant de pompage sur la sonde et on mesure le niveau de tension du signal VS fourni par la sonde, É si le niveau de tension VS mesuré est inférieur à un niveau de référence Vpumcrt, on en déduit l'état défectueux du circuit de commande de pompage. Vpumcrt est choisi compris entre les deux valeurs (avec et sans courant de pompage) prises normalement par VS lorsque la sonde est froide, c'està-dire entre 0.094Vcc et 0.591*Vcc. On choisit Vpumcrt supérieur au seuil de détection du capteur de tension utilisé (environ 100 mV), et de préférence on choisit Vpumcrt proche de l'état haut de la sonde en fonctionnement normal à chaud. Ainsi, pour Vcc de 5 V, on choisit par exemple Vpumcrt de l'ordre de 700 mV. La phase de diagnostic du circuit de commande de pompage est réalisée pendant le mode de repos de la sonde, de sorte que la sonde n'est pas chauffée au moment du diagnostic. Pour garantir que la sonde est à une température suffisamment basse au moment du diagnostic, on peut utiliser un mesureur de température. Cette solution n'est cependant pas très satisfaisante car il faut pouvoir garantir le bon fonctionnement du mesureur de température. Une autre solution retenue dans le cadre de l'invention est d'effectuer le diagnostic du circuit de commande de pompage un temps prédéfini après le passage de la phase de mesure à la phase de repos de la sonde. Ainsi, en choisissant un temps prédéfini adapté, en fonction notamment de l'inertie thermique de la sonde, on peut garantir que la température de la sonde est suffisamment basse base pour garantir un diagnostic correct du circuit de commande de pompage. Une autre solution possible pour garantir que la température de la sonde est inférieure à la température prédéfinie consiste à réaliser le diagnostic de la sonde après une longue période de repos de la sonde, avant le passage de la sonde en mode de mesure (juste avant le démarrage du moteur par exemple). REVENDICATIONS 1. Procédé de diagnostic électrique d'une sonde à oxygène de type lambda comportant un mode de repos au cours duquel un dispositif de mesure de la sonde n'est pas chauffé et un mode de mesure consistant à : É chauffer le dispositif de mesure de la sonde à oxygène, É mesurer une teneur en oxygène dans un gaz par rapport à une teneur de référence en oxygène présente dans un gaz de référence, la dite mesure entraînant une consommation d'une partie de l'oxygène du gaz de référence, et É restaurer la teneur prédéfinie dans le gaz de référence par application d'un courant de pompage à une pompe fournissant de l'oxygène, le procédé étant caractérisé en ce que, lorsque la température de la sonde est inférieure à une température prédéfinie, les étapes suivantes sont réalisées, consistant à : É appliquer le courant de pompage et mesurer le niveau de tension du signal fourni par la sonde, É si le niveau de tension mesuré est inférieur à un niveau de référence (Vpumcrt), en déduire l'état défectueux d'un circuit de commande produisant le courant de pompage. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, le circuit de commande est considéré comme défectueux uniquement si le niveau de tension mesuré est supérieur à un niveau minimal (Vccm), inférieur au niveau de référence (Vpumcrt). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la phase de test est réalisée pendant le mode de repos de la sonde. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la phase de test est réalisée un temps prédéfini après le passage de la phase de mesure à la phase de repos de la sonde. 5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la phase de test est réalisée avant la phase de mesure. 6. Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 5 au diagnostic d'une sonde à oxygène de type tout ou rien disposée sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, en aval d'un pot catalytique de traitement par oxydation des gaz polluants émis par le moteur.