Brevet FR2900981A1 — publié le 20071116

La présente invention concerne le diagnostic de la vanne de purge ( canister ) que comprend un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Un canister (terme anglais) est un filtre à vapeurs de carburant. Dans un moteur à combustion interne moderne, la présence d'un filtre à vapeurs 5 de carburant est impérative pour des raisons de dépollution. Le dispositif qui l'accueille permet de traiter les vapeurs qui s'échappent du réservoir à carburant et de les stocker, en vue de les recycler lors de la purge du filtre à vapeurs de carburant en les introduisant dans le collecteur d'admission d'air du moteur. Ainsi, des vapeurs de carburant qui se seraient échappées dans l'atmosphère 10 sans présence du dispositif sont recyclées dans le moteur et utilisées en tant que carburant. Cette purge du filtre à vapeurs de carburant est commandée par une électrovanne, elle-même pilotée par l'ECU ( engine control unit en anglais - unité de contrôle moteur, appelé également PCM : module de contrôle du groupe motopropulseur). 15 Il est dans l'intérêt du système de contrôle du moteur de diagnostiquer un dysfonctionnement de cette électrovanne, laquelle doit s'ouvrir et se fermer, lorsqu'on la commande. Usuellement, on diagnostique le fonctionnement de l'électrovanne en contrôlant l'ouverture effective de celle-ci. On vérifie ainsi que la vanne s'est ouverte en regardant 20 l'influence de cette ouverture sur le fonctionnement du moteur, typiquement en régime de ralenti. Cette solution technique n'est malheureusement pas robuste (fiable et endurante) en phase de diagnostic. En effet, lorsqu'une commande de purge du filtre à vapeurs de carburant est 25 transmise à l'électrovanne de purge, l'ECU/PCM, appelé ci-après ECU , prend en compte l'information de débit attendu à travers cette électrovanne de purge pour gérer les autres paramètres de commande du moteur. Or, cette commande d'ouverture a une influence sur le fonctionnement du moteur qui est du même ordre de grandeur que celle qui se produit lorsque l'électrovanne est bloquée, et donc ne s'ouvre pas, ou de manière 30 inappropriée. Ceci est lié à l'imprécision du modèle de calcul du débit à travers l'électrovanne de purge (dû à la dispersion de fabrication des composants, aux imperfections de la modélisation et à la calibration de l'ECU, en particulier). Typiquement, un dispositif de diagnostic de l'art antérieur opère dans les conditions suivantes : le collecteur d'admission d'air du moteur est équipé usuellement 35 d'un capteur de pression qui est en aval de l'endroit où la purge de l'électrovanne débouche. 2 Par différence de pression entre la pression d'air lue par le capteur à l'endroit du collecteur d'admission d'air et la pression ambiante (atmosphérique), l'électronique embarquée du moteur estime, à partir d'une modélisation préétablie, la valeur du débit attendu à travers l'électrovanne de purge. Une fois la valeur de ce débit attendu traversant l'électrovanne calculée, cette valeur est ajoutée, dans l'électronique de calcul, à la valeur du débit mesuré en amont de la vanne (typiquement un papillon monté rotatif) qui régule l'écoulement de l'air dans le collecteur d'admission, afin que cette valeur soit prise en compte pour gérer les (certains au moins des) autres paramètres de commande du moteur. Comme la valeur du débit d'air dans le collecteur d'admission calculée est très précise, la moindre imprécision est prise en compte par l'ECU et les autres paramètres concernés de commande du moteur s'en trouvent modifiés. En effet, le calcul du débit d'air dans le collecteur d'admission conditionne la quantité de carburant à injecter, laquelle conditionne la production du couple moteur et les émissions gazeuses/polluantes de ce moteur. Des imprécisions sur l'un de ces paramètres de commande du moteur peuvent perturber le comportement de ce dernier et influer sur les résultats du diagnostic. Un tel diagnostic n'est donc pas fiable, ou pas suffisamment fiable. Un but de l'invention est d'assurer un diagnostic net et robuste permettant de déterminer nettement si la vanne de purge fonctionne. Dans ce cas, un but est que le débit réel et/ou la pression d'admission réelle dans le collecteur d'admission d'air ne varie pas (notablement), si la vanne est bloquée (et donc ne s'ouvre pas ou bien incorrectement). Les paramètres de commande de l'ECU se trouvent inchangés. Par contre, si la vanne s'ouvre, les valeurs des paramètres physiques considérées vont évoluer (par exemple variation du régime moteur et/ou des valeurs détectées par une sonde lambda placée dans le système d'échappement). Il sera alors possible d'établir un diagnostic efficace. C'est ainsi que l'invention propose un procédé de diagnostic de fonctionnement d'un dispositif de purge comprenant une vanne de purge d'un filtre à vapeurs de carburant d'un moteur à combustion interne de véhicule, ladite vanne de purge communiquant, par un conduit de recyclage de vapeurs, avec un collecteur d'admission en air du moteur, pour y recycler une partie au moins de ces vapeurs, lorsque la vanne est ouverte, le procédé étant caractérisé en ce que : a) on détermine la valeur de la pression d'admission et/ou du débit d'admission dans le collecteur d'admission d'air, en amont de la zone du collecteur d'admission où celui-ci communique avec le conduit de recyclage de vapeurs, b) on commande, à un moment, l'ouverture de l'électrovanne (vanne de purge), 3 c) que l'électrovanne soit ouverte ou fermée, on fournit à l'électronique de commande du moteur la valeur de la pression d'admission et/ou du débit d'admission déterminée à l'étape a), sans tenir compte du débit traversant l'électrovanne si elle est ouverte, d) on laisse le débit réel ou la pression réelle d'air effectivement admis par le moteur à travers ledit collecteur d'admission générer une éventuelle variation de fonctionnement de ce moteur, suivant qu'il y a eu ou non une correspondance avec la valeur déterminée lors de l'étape a), e) on détecte alors au moins un paramètre de fonctionnement de ce moteur et, si ce paramètre ne révèle pas de variation de fonctionnement du moteur lors de l'étape d), on en déduit une déficience dans l'ouverture de la vanne de purge et/ou un dysfonctionnement du dispositif de purge. Favorablement, le paramètre ou l'un des paramètres de fonctionnement du moteur détecté lors de l'étape e) est le régime moteur et/ou la pression dans le système d'échappement et/ou la teneur en certain(s) gaz produit(s) par le moteur, à l'endroit de ce système d'échappement. De préférence, le paramètre, ou l'un desdits paramètres, de fonctionnement du moteur détecté lors de cette étape e) sera fourni par un capteur de mesure, favorablement la sonde lambda placée à l'échappement. Une description avec d'autres détails de l'invention suit, à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés fournis également à titre d'exemple et dans lesquels la figure 1 (seule figure) schématise, en liaison avec l'invention, un ensemble de moyens présents dans un moteur à combustion interne de véhicule et participant à son fonctionnement. Sur cette figure, on voit schématiquement une partie d'un moteur 1 à combustion interne d'un véhicule. L'un des cylindres 3 de ce moteur communique, en amont, avec le collecteur d'admission d'air 5 et, en aval, avec le collecteur d'échappement 7 qui communique lui-même avec le système d'échappement 9. En aval du collecteur d'échappement 7 par où s'évacuent les gaz brûlés produits dans la chambre de combustion 11, le système d'échappement 9 comprend une sonde lambda 13 disposée en amont d'un catalyseur 15 monté sur le pot d'échappement catalytique 17 du véhicule à travers lequel les gaz sont rejetés dans l'atmosphère. La sonde lambda 13 est une sonde à oxygène utilisée pour mesurer la richesse du mélange carburant/comburant apporté dans les cylindres du moteur, et donc en particulier dans le cylindre 3. Son emplacement est précis, car il conditionne l'efficacité de la mesure réalisée par la sonde, laquelle est donc conçue pour détecter la quantité d'oxygène présente dans les gaz d'échappement. 4 Dans le collecteur d'admission d'air 5, on reconnaît une chambre 5a où est situé un capteur 19 de la pression du fluide en circulation dans ce collecteur. Ce capteur est typiquement de type MAP (capteur de pression absolue de collecteur). Plus en amont, le collecteur d'admission d'air 5 communique avec un conduit de recyclage de vapeurs de carburant 21 qui débouche sur le collecteur d'admission 5 en aval de la vanne 23 (ou papillon) qui laisse passer plus ou moins d'air dans le collecteur 5, en fonction typiquement de la commande transmise par l'unité de contrôle moteur (ECU) 25. Cette unité de contrôle moteur 25 correspond donc au module de contrôle du groupe motopropulseur. Reliée à un certain nombre de capteurs et d'actionneurs, elle contrôle en particulier la distribution de carburant, la vitesse de ralenti, le calage de l'avance à l'allumage et les systèmes d'émissions gazeuses du coté de l'échappement. La vanne 23 du collecteur d'admission 5 est située en aval du débitmètre 26 (capteur MAF de débit massique d'air en entrée) chargé de mesurer la quantité d'air admis dans le collecteur 5, à partir de la prise d'air extérieur 27 ouverte sur l'atmosphère. Le conduit de recyclage de vapeurs de carburant 21 reçoit une certaine quantité des vapeurs de carburant provenant du volume de stockage du filtre à vapeurs de carburant 29, lorsque l'électrovanne 31 placée sur le conduit 21 est ouverte. Typiquement, le filtre à vapeurs de carburant 29 appartient à un dispositif de stockage/purge 28 et reçoit les vapeurs de carburant par un conduit 33 relié au réservoir à carburant du véhicule. Il reçoit également une certaine quantité d'air extérieur par un conduit 35 ouvert à l'atmosphère. Les explications qui suivent concernant les pressions de fluide pourraient être appliquées à des débits de fluide circulant, et inversement. Lors du fonctionnement du moteur 1 (matérialisé ici essentiellement par son cylindre 3) et hors période de purge des vapeurs de carburant contenues dans le volume de stockage 29 du filtre (l'électrovanne 31 étant donc supposée fermée), le capteur de pression 19 détecte la pression d'air dans le conduit d'admission d'air 5 qui ne reçoit alors aucune vapeur du conduit 21. Cette valeur est transmise à l'ECU 25 où le débit d'air (MAF-CYL) entrant dans le(s) cylindre(s) est calculé, de façon connue en soi. L'une au moins desdites valeurs est transmise par l'ECU pour définir la quantité de carburant à apporter dans chaque cylindre afin d'obtenir des conditions de combustion optimisées. Typiquement, les données fournies par la sonde d'échappement lambda, 13, sont prises en compte par l'ECU pour déterminer cette quantité de carburant ici injectée dans le cylindre 3 par l'injecteur 37, le mélange carburant/comburant y étant enflammé par la bougie d'allumage 39 dont le cycle de fonctionnement est lui-même commandé par l'ECU, les soupapes respectivement d'admission 41 et d'échappement 43 participant aux cycles successifs habituels de fonctionnement du moteur, en rythmant les admissions de fluide (comburant) provenant du conduit d'admission d'air 5 et l'expulsion des gaz 5 d'échappement vers le système d'échappement 9, là encore en liaison avec l'ECU. En période de purge des vapeurs de carburant contenues dans le volume de stockage 29, l'électrovanne 31 est censée être ouverte et une certaine quantité de fluide contenant ces vapeurs est censée alors arriver, via le conduit 21, dans le conduit d'admission 5. Comme on l'a dit, le fluide arrivant du conduit 21 comprend un mélange constitué des vapeurs de carburant issues du conduit 33 et de l'air extérieur provenant du conduit 35, le dosage pouvant être réalisé par des moyens connus. Typiquement, par différence de pression entre la pression lue par le capteur 19 et la pression ambiante, l'ECU 25 est adapté pour estimer (calculer) la valeur du débit 15 traversant l'électrovanne de purge 31, en utilisant par exemple une table de modélisation mémorisée et qui aura été élaborée sur banc d'essai. Une fois la valeur de ce débit traversant l'électrovanne 31 calculée, cette valeur peut être typiquement ajoutée à la valeur du débit d'air mesurée par le débitmètre 26, en amont de la vanne 23, et peut ainsi être prise en compte, toujours par l'ECU, pour gérer 20 les autres paramètres de commande du moteur (débit de carburant, cycle d'injection par chaque injecteur 37....). Un tel fonctionnement présuppose toutefois que l'ouverture de l'électrovanne 31 s'est correctement déroulée lors de la commande qui lui a été transmise par l'ECU au moment où la phase de purge des vapeurs de carburant a débutée. 25 Typiquement, on vérifie que l'électrovanne 31 est ouverte en constatant, au niveau de l'ECU et par l'intermédiaire des données fournies par les capteurs tels 13 et 19, l'influence de cette ouverture sur le fonctionnement du moteur. On a toutefois indiqué en début de description qu'il existe des imperfections dans cette (seule) manière de procéder. 30 Pour pouvoir établir un diagnostic de meilleure qualité, en évitant en particulier les imprécisions dont il a été fait état, il est ici proposé de procéder comme suit, au moins pendant une phase de diagnostic concernant le fonctionnement du dispositif 28, et en particulier du fonctionnement correct de l'électrovanne 31 lors de sa commande par l'ECU : 35 Lorsque l'ECU 25 va commander l'ouverture de l'électrovanne 31 pour la purge des vapeurs de carburant, les données subséquentes liées à la circulation du fluide chargé en vapeurs dans le conduit 21, puis dans le conduit d'admission d'air 5, vont être 6 au moins momentanément court-circuitées, de façon à ce que les données de commande transmises par l'ECU 25 ne tiennent pas compte de (ignorent) ce débit supplémentaire attendu et qu'en conséquence les ordres de fonctionnement du moteur correspondent à une situation hors purge. Le processus de fonctionnement du moteur géré par l'ECU ne s'attend donc à aucune perturbation née de cette quantité supplémentaire de fluide à l'admission. Si l'électrovanne 31 s'est correctement ouverte, le fonctionnement réel du moteur va donc être nécessairement perturbé, puisque le débit réel de fluide dans le collecteur d'admission 5 va être plus élevé que celui considéré (estimé/calculé) par l'ECU 25 suite aux dernières données qu'il a reçues. L'ECU 25 va ainsi en particulier voir remonter vers lui des données liées à ce fonctionnement perturbé , via en particulier les relevés fournis par la sonde lambda 13 (qui va transmettre des valeurs modifiées de quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement) et/ou via par exemple une variation du régime moteur. Si le conduit d'admission d'air 5 a effectivement reçu une quantité supplémentaire de fluide provenant du conduit 21, et que par conséquent l'électrovanne 31 s'est a priori correctement ouverte, il y a donc eu, dans l'ECU 25, réception de données attestant d'une perturbation du fonctionnement du moteur dans les conditions susmentionnées. Ces données de perturbation peuvent être quantifiées et enregistrées dans les moyens mémoire traditionnellement associés à l'ECU 25. A partir de ces considérations, un test mené sur l'apparition de cette perturbation, voire sur l'importance de celle-ci (en recourant alors à une valeur de seuil prédéterminée et préenregistrée) permet de conduire un diagnostic précis et fiable quant au fonctionnement du dispositif de purge 28. En effet, on a compris que, si la commande d'ouverture de l'électrovanne 31 n'a pas entrainée, dans le conduit d'admission 5, une arrivée supplémentaire de fluide en provenance du conduit de purge 21, c'est en particulier certainement parce que l'électrovanne 31 ne s'est pas correctement ouverte. l'ECU 25 a donc en réalité reçu une information correcte quant aux conditions régnant dans le conduit d'admission 5. Le fonctionnement normal du moteur n'a pas été perturbé et, a posteriori, cette ECU 25 a en outre reçu des informations d'un fonctionnement effectivement normal du moteur (en particulier la sonde lambda 13 n'a pas détecté de variation dans la composition des fumées d'échappement). Ainsi, si les paramètres reçus à terme par l'ECU se trouvent inchangés, c'est que la purge ne s'est pas déroulée correctement lorsque la commande d'ouverture a été transmise à l'électrovanne 31. 7 On notera qu'un tel diagnostic est net, s'affranchit des problèmes d'imprécision mentionnés en début de description dans les considérations de l'art antérieur, et n'est en pratique pas notablement perturbant pour le fonctionnement du véhicule, dès lors que, dans la pratique, les phases de purge, et en particulier de diagnostic quant au bon fonctionnement de l'électrovanne de purge, sont brèves. Au demeurant, les données fournies par les capteurs de fonctionnement du moteur sont très fréquemment fournies à l'ECU 25 et toute perturbation de fonctionnement constatée en aval du système, en particulier par la sonde lambda, remonte rapidement vers l'ECU qui, en pratique, pallie donc de toute façon rapidement à toute perturbation constatée, sans préjudice pour le conducteur, ni pour le véhicule. Favorablement, la procédure de diagnostic est menée au régime de ralenti du moteur. Elle peut néanmoins, par extrapolation, être également menée à un régime moteur stabilisé pour lequel il n'est pas attendu de variation des paramètres surveillés. REVENDICATIONS 1. Procédé de diagnostic de fonctionnement d'un dispositif de purge (28) comprenant une vanne (31) de purge d'un filtre (29) à vapeurs de carburant d'un moteur (1) à combustion interne de véhicule, ladite vanne (31) de purge communiquant, par un conduit de recyclage de vapeurs, avec un collecteur d'admission d'air (5) du moteur (1), pour y recycler une partie au moins de ces vapeurs, lorsque la vanne (31) est ouverte, le procédé étant caractérisé en ce que : a) on détermine la valeur de la pression d'admission et/ou du débit d'admission dans le collecteur d'admission d'air (5), en amont de la zone du collecteur d'admission où celui-ci communique avec le conduit de recyclage de vapeurs (33,21), b) on commande, à un moment, l'ouverture de la vanne (31) de purge, c) que cette vanne de purge (31) soit ouverte ou fermée, on fournit à l'électronique de commande du moteur (1) la valeur de la pression d'admission et/ou du débit d'admission déterminée à l'étape a), sans tenir compte du débit traversant ladite vanne de purge (31) si elle est ouverte, d) on laisse le débit réel ou la pression réelle d'air effectivement admis par le moteur (1) à travers ledit collecteur d'admission (5) générer une éventuelle variation de fonctionnement de ce moteur, suivant qu'il y a eu ou non une correspondance avec la valeur déterminée lors de l'étape a), e) on détecte alors au moins un paramètre de fonctionnement de ce moteur (1) et, si ce paramètre ne révèle pas de variation de fonctionnement du moteur lors de l'étape d), on en déduit une déficience dans l'ouverture de la vanne de purge (31) et/ou un dysfonctionnement du dispositif de purge (28). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre ou l'un des paramètres de fonctionnement du moteur (1) détecté lors de l'étape e) est le régime 25 moteur. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le paramètre ou l'un des paramètres de fonctionnement du moteur (1) détecté lors de l'étape e) est la pression d'échappement ou la teneur en certains gaz produits par le moteur (1), dans le système d'échappement (9) dont est pourvu le véhicule. 30 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le paramètre ou l'un des paramètres de fonctionnement du moteur (1) détecté lors de l'étape e) est fourni par un capteur (13) de mesure. 5. Procédé selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le capteur de mesure est une sonde lambda (13) placée dans le système d'échappement (9). 35