Brevet FR2920193A1 — publié le 20090227

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de détermination des défauts de fonctionnement d'actionneurs équipant un système d'alimentation en air de moteurs à combustion interne ainsi qu'un dis- positif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Etat de la technique Les véhicules automobiles utilisent un grand nombre d'actionneurs mécaniques permettant d'influencer différents paramètres de fonctionnement du véhicule. Pour garantir leur aptitude au fonctionnement, il faut contrôler ces actionneurs. Du fait de la complexité croissante des systèmes et des composants équipant des véhicules, il faut des diagnostics plus précis. Les systèmes d'injection de carburant, de même que les systèmes d'alimentation en air et l'évacuation des gaz d'échappement d'un véhicule constituent incontestablement un élément 15 de diagnostic important. Les défauts de fonctionnement d'actionneurs de systèmes d'alimentation en air de moteurs à combustion interne se traduisent de façon méconnue fréquemment à des réductions non voulues de puissance, à une augmentation de la consommation de carburant, à une 20 augmentation plus que proportionnelle des émissions de matières polluantes ainsi qu'à une augmentation de l'usure de différents ensembles pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne. Dans certains cas, le moteur à combustion interne peut être complètement dé-faillant. Pour cette raison, il faut appliquer des procédés pour pouvoir 25 diagnostiquer avec certitude d'éventuels défauts de fonctionnement non apparents d'actionneurs du système d'alimentation en air. Cette nécessité doit également tenir compte de l'augmentation du coût du travail et de la complexité croissante des composants utilisés dans les véhicules automobiles, et qui en cas de non détection d'un défaut d'un seul ensemble, nécessitent le cas échéant un remplacement complet. Les actionneurs du système d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne se trouvent en différents endroits et influencent de différentes manières le fonctionnement de l'ensemble du système ; cette influence ne peut en général être découplée de l'influence d'autres actionneurs du 35 système d'alimentation en air. Cette situation complique la recherche des défauts de fonctionnement des actionneurs dans le système d'alimentation en air. Il n'existe pas actuellement de procédé fiable de détection d'un actionneur défectueux, d'un actionneur resté accroché ou d'un actionneur qui ne se ferme pas complètement dans le système d'alimentation en air. De tels actionneurs équipent par exemple le volet de régulation (RKL), la soupape de recyclage des gaz d'échappement (AGR), le volet pivotant (EKAS) ou encore il s'agit du turbocompresseur (VTG et WG). Les actionneurs ainsi utilisés peuvent voir leur aptitude au fonctionnement diminuer, voire être complètement à l'arrêt pendant io leur durée d'utilisation, par exemple à cause de leur encrassage ou de leur usure. Les procédés de diagnostic de telles perturbations fonctionnelles reposent actuellement uniquement sur un simple contrôle de mouvement (test de mouvement) consistant à ouvrir complètement 15 l'actionneur concerné et ensuite à le refermer complètement. Si possible, on complète ce contrôle de mouvement par un contrôle à vue mais pour cela il faut une grande expérience si les conclusions doivent aller au-delà du simple fait d'arriver dans les positions de fin de course. Une autre possibilité d'analyse des défauts au cours d'un tel contrôle de 20 mouvement consiste à juger le bruit, émis par le moteur à combustion interne ; pour cela il faut également une très grande expérience et ce contrôle reste subjectif et dépend toujours de celui qui l'effectue. En particulier, des procédés indirects pour évaluer le fonctionnement d'actionneurs, comme par exemple l'analyse des bruits se fait toujours 25 sur le système global, c'est-à-dire qu'une perturbation du fonctionne-ment d'un actionneur à analyser aura des effets différents sur l'ensemble du système selon les conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne, de sorte qu'une analyse ainsi effectuée peut avoir plusieurs significations, ce qui complique le diagnostic de défaut. 30 En particulier, il est possible qu'un défaut à diagnostiquer puisse se ré-percuter différemment dans des conditions de fonctionnement différentes et se traduire par un défaut de diagnostic. Exposé et avantages de l'invention L'invention concerne la détermination des défauts de 35 fonctionnement d'actionneurs du système d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne permettant d'arriver de façon continue et discrète dans au moins deux états de commande de l'actionneur respectif à contrôler tout en maintenant constants les autres états de fonctionnement du système d'alimentation en air et du moteur à combustion interne. Cela est différent du mode habituel de commande des différents actionneurs pendant le fonctionnement normal du moteur à combustion interne et dont les fonctions sont en général accordées les unes sur les autres et assurent un fonctionnement optimum du moteur à combustion interne. En particulier, selon différentes demandes de couple ou souhaits de conducteur. Pendant le diagnostic, c'est-à-dire pendant la commande de l'actionneur à analyser, on exploite la variation du signal de sortie d'au moins un capteur nécessaire au fonctionnement du moteur à combustion interne. Le procédé provoque ainsi une réponse systématique de l'ensemble du système composé du sys- 15 tème d'alimentation en air et du moteur à combustion interne pour des commandes maintenues constantes et des états de fonctionnement du moteur à combustion interne ainsi que d'autres actionneurs faisant partie du système, en faisant varier exclusivement la commande de l'actionneur à diagnostiquer. L'accès à cette réponse systématique (ou 20 réponse du système) se fait par un capteur qui, de préférence, fait déjà partie du système et est nécessaire en dehors du procédé de diagnostic pour le fonctionnement du moteur à combustion interne. L'invention concerne au moins un procédé de détermination des défauts de fonctionnement d'actionneurs du système 25 d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne selon lequel on fait fonctionner un actionneur successivement selon au moins deux états de commande et sur au moins un capteur dont le signal de sortie dépend de l'état de déploiement de l'actionneur, on effectue la lecture du signal de sortie de ce capteur et, à partir de la réponse de ce signal 30 de sortie, on évalue la variation du signal de commande de l'actionneur et on juge du fonctionnement de l'actionneur commandé et, pendant la commande de l'actionneur à contrôler, on maintient constante la commande des autres actionneurs faisant partie du système d'alimentation en air ainsi que des autres signaux de commande pour le fonctionne- ment du moteur à combustion interne et qui influencent le signal de sortie du capteur. Le procédé selon l'invention offre de nombreux avantages et en particulier le fait de permettre un diagnostic objectif et fiable des actionneurs du système d'alimentation en air de moteurs à combustion interne car on supprime les critères de jugement, subjectifs, utilisés jusqu'alors. Le procédé de diagnostic présente ainsi une très forte reproductibilité. Les moyens mis en oeuvre pour l'évaluation d'éventuels actionneurs défectueux sont réduits considérablement car il n'est plus nécessaire de démonter les composants à diagnostiquer. En outre, on arrive fondamentalement à aucune limitation de principe à un système d'injection spécial. Un autre avantage est que la récupération du signal de sortie requis d'un capteur se fait pour les capteurs installés de série dans un véhicule automobile, c'est-à-dire par exemple avec le débitmè- tre massique d'air à film chaud HFM, à l'aide d'un capteur de pression d'alimentation LDF et/ou d'une sonde lambda LSU. En plus ou en va-riante, on peut également utiliser une sonde installée de manière temporaire. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention nécessite au moins un dispositif pour déterminer les défauts ou erreurs de fonctionnement d'actionneurs dans le système d'alimentation en air de moteurs à combustion interne et qui comprend des moyens pour maintenir constant l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne ainsi que des actionneurs faisant partie du système d'alimentation en air à l'exception de l'actionneur à contrôler, des moyens pour commander de manière définie l'actionneur à contrôler, des moyens pour extraire le signal de sortie d'au moins un capteur et dont le signal de sortie dépend du débattement de l'actionneur à contrôler ainsi que des moyens d'analyse fonctionnelle de l'actionneur commandé sur le fondement de la réponse fournie par au moins un capteur en fonction de la commande définie de l'actionneur à contrôler. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique simplifiée d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; - la figure 2 montre un diagramme explicitant la relation entre la commande d'un actionneur à diagnostiquer et du signal de réponse correspondant appliqué à un capteur utilisé pour la mise en oeuvre du procédé. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 est une vue schématique simplifiée d'un dis-positif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le schéma montre un moteur à combustion interne 1 équipé d'un système d'alimentation en air, connu. Ce système comporte au moins un chemin d'écoulement 2 pour l'alimentation de l'air comburant nécessaire au fonctionnement du moteur à combustion interne 1, d'un chemin d'écoulement 3 sortant du moteur à combustion interne 1, ce chemin servant pratiquement à évacuer les gaz de combustion du moteur à combustion interne 1 ainsi qu'un chemin d'écoulement 4, par lequel on recycle de façon variable au moins une partie des gaz d'échappement et qui peut aussi servir à la fourniture d'air comburant frais avant son entrée dans le chemin d'écoulement 2. La commande de la fraction des gaz d'échappement à recycler et ainsi la commande du rapport entre l'air frais aspiré et la quantité des gaz d'échappement mélangés se fait par l'intermédiaire d'une soupape de recyclage des gaz d'échappement 5. Cette soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 constitue un actionneur dans le sens de la présente invention, dont la fiabilité du fonctionnement pour le fonctionnement régulé du moteur à combustion interne 1 est très importante et que le procédé de diagnostic a pour but de vérifier sans avoir à faire des transformations complexes. Le système d'air représenté avec les trois chemins de passage 2, 3, 4 comprend en outre trois capteurs qui fournissent au cours du fonctionnement régulier du moteur à combustion interne 1, les grandeurs d'entrée appliquées à un appareil de commande de moteur ou à d'autres appareils de commande pour réguler le fonctionnement du moteur à combustion interne 1. De façon détaillée, ces capteurs comprennent un débitmètre massique d'air 6 installé dans la zone d'aspiration d'air frais, un capteur de pression d'alimentation 7 installé à proximité de l'entrée de l'air comburant dans les cylindres du moteur à combustion interne 1 ainsi que d'une sonde lambda 8 installée côté gaz d'échappement dans le chemin d'écoulement 3 de l'installation de gaz d'échappement pour déterminer la pression partielle en oxygène contenue dans le courant ou veine des gaz d'échappement du moteur à combustion interne 1. Le capteur de pression d'alimentation (ou pression de charge) 7 est notamment nécessaire car si l'on utilise un turbocompresseur, on peut avoir un écart considérable entre la pression ambiante et la pression de l'air comburant fourni et la connaissance de la seule pression ambiante n'est pas suffisante pour dimensionner correctement la charge (remplissage) des cylindres. Les signaux de sortie des trois capteurs 6, 7, 8 sont appliqués à une unité de commande et d'exploitation 9 qui saisit les si- gnaux de sortie et poursuit leur traitement et leur exploitation. L'unité de commande et d'exploitation 9 est notamment en mesure de générer un signal de commande et de l'appliquer à un actionneur à diagnostiquer ; dans le présent exemple de réalisation, cet actionneur est une soupape de recyclage des gaz d'échappement 5. L'unité de commande et d'exploitation 9 dispose en outre de moyens pour maintenir constant l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne 1 à l'exception de la commande variable de l'actionneur à diagnostiquer, c'est-à-dire de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5. Ce maintien constant comprend également la commande constante d'autres actionneurs non représentés, faisant partie par exemple du système d'alimentation en air mais qui ne sont toutefois pas momentanément l'objet du diagnostic. Si, ainsi, on applique un signal de commande à la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 qui modifie l'état d'ouverture de cette soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 et si, en outre, comme déjà expo- sé, le moteur à combustion interne 1 fonctionne dans d'autres conditions de fonctionnement par ailleurs constantes, on aura dans le signal de sortie des différents capteurs 6, 7 et/ou 8 une réponse exploitable concernant la variation de l'état d'ouverture de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 permettant de déduire le fonctionnement de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5, c'est-à-dire sa réaction à des signaux de commande modifiés. Régulièrement, on connaît une réponse de consigne à une modification de l'état d'ouverture d'un actionneur qui traduit le fonctionnement prévu côté constructeur, de l'actionneur à diagnostiquer. Si l'on rencontre des écarts du signal de sortie du capteur respectivement considéré par rapport à cette réponse de consigne, cela signifie qu'il y a un défaut dans le fonctionnement de l'actionneur diagnostiqué, que l'on peut protocoler ou afficher de manière appropriée si l'écart dépasse une certaine valeur de seuil. L'unité de commande et d'exploitation 9 peut être conçue comme partie de l'appareil de commande du moteur qui peut être reliée à un outil de diagnostic par des interfaces appropriées. En variante, l'unité de commande et d'exploitation 9 peut également faire partie d'un appareil de diagnostic distinct, relié au véhicule automobile uniquement pour effectuer des contrôles. La figure 2 montre un diagramme explicitant la relation entre la commande d'un actionneur à diagnostiquer et d'un signal de réponse correspondant fourni par un capteur utilisé pour effectuer le procédé. Comme actionneur à diagnostiquer, on a choisi la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5. Pour produire différents états d'ouverture de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5, on a appliqué un signal de commande avec un rapport de travail variable TV. La variation du rapport de travail TV se fait suivant des étapes discrètes entre lesquelles on conserve chaque fois une brève phase de plateau. Il en résulte la courbe en escalier telle que représentée. La variation du rapport de travail TV se fait dans une plage comprise entre une valeur minimale et une valeur maximale. Comme valeur minimale, on utilise un rapport de travail TV pour lequel la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 est complètement fermée. Pour simplifier, on peut alors totalement supprimer la commande, ce qui correspond à un rap- port de travail TV = 0 %. Comme valeur maximale, on utilise un rapport de travail TV pour lequel s'établit une ouverture totale liée à la construction de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 si celle-ci fonctionne sans défaut. Toute la plage comprise entre la valeur minimale et la va- leur maximale du rapport de travail TV est parcourue dans les deux di- rections, ce qui permettra de conclure indépendamment du comporte-ment d'ouverture et de fermeture de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 et saisir en toute sécurité, le cas échéant, des effets d'hystérésis qui se produisent et qui pourraient indiquer une perturba- tion partielle du fonctionnement selon la tendance de la commande et le degré d'ouverture de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5. Pour exécuter le procédé, on utilise le capteur ou débit-mètre massique d'air 6 sous la forme d'un débitmètre massique d'air à film chaud (HFM). Celui-ci fournit comme signal de sortie un signal proportionnel au courant massique d'air traversant le débitmètre massique d'air 6. Le courant massique d'air dépend de l'état de fonctionne-ment du moteur à combustion interne 1, notamment de sa vitesse de rotation et, le cas échéant, du degré d'alimentation pendant le fonctionnement du turbocompresseur ainsi que de la fraction des gaz d'échappement du moteur à combustion interne 1 réintroduits dans l'air comburant. Si, selon l'invention, on maintient constant l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne 1 pendant que l'on exécute le procédé de diagnostic selon l'invention, et si comme variation possible on libère seulement la variation de la commande de l'actionneur à diagnostiquer, c'est-à-dire de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5, alors le débit massique d'air traversant le débit-mètre massique d'air 6 ne dépend plus que de l'état d'ouverture de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5. La dépendance univoque qui s'établit ainsi entre le signal de sortie du débitmètre massique d'air 6 et l'état d'ouverture de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 permet de déterminer la nature de dépendance entre l'état d'ouverture de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 et le signal de commande appliqué à la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5, c'est-à-dire le rapport de travail TV. Une relation de consigne qui doit exister en cas de fonctionnement sans défaut de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 est connue par les spécifications ou les données constructives. La saisie selon l'invention de la dépendance effective de l'état d'ouverture de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 par rapport au rapport de travail TV, appliqué, permet ainsi une saisie sans difficulté d'éventuels écarts par rapport à la dépendance de consigne et une première association de tels écarts à des défauts qui se produisent dans le comportement d'ouverture de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5. Le signal de sortie du débitmètre massique d'air 6 traduit ainsi une réponse systématique à la variation de la commande de l'actionneur à diagnostiquer, et parmi les conditions, il y a le maintien constant de toutes les autres grandeurs d'influence agissant sur l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne 1, et qui influencent le signal de sortie du débitmètre massique d'air. Par une alternance entre les variations discrètes du signal de commande et les phases de palier consécutives, on peut analyser d'une manière particulièrement avantageuse cette réponse du système. En particulier, il est nécessaire d'avoir une connaissance précise de la réaction de l'actionneur concerné à des variations relativement faibles du signal de 15 commande pendant la commande partielle déjà existante, pour un fonctionnement sans défaut de moteur à combustion interne de commande complexe et cela n'est possible que par le procédé de l'invention. Si en modifiant la commande, c'est-à-dire le rapport de travail TV d'un actionneur à cause d'un défaut d'actionneur, par exem- 20 ple à cause de l'accrochage de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5, on a une variation trop forte ou trop faible de la va-leur mesurée par le capteur, par exemple sous la forme d'un signal de capteur HFM, on pourra soit signaler un défaut, soit incrémenter un compteur de défaut qui signal de nouveau un défaut en cas de dépas- 25 sement d'une valeur prédéfinie, ce qui nécessite également le remplacement de l'actionneur défectueux. Dans l'exemple de réalisation représenté, on exploite un signal de sortie filtré (représenté sous la forme d'un trait interrompu) du débitmètre massique d'air 6, ce qui peut être avantageux pour assurer 30 le découplage vis-à-vis des vibrations et/ou des perturbations électroniques. Le filtrage consiste à veiller à ce qu'une réponse à une variation de la commande de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 dans le signal de sortie du débitmètre massique d'air 35 6 puisse toujours être saisie de manière quantitative et qualitative. Dans le cas de la variation discrète donnée à titre d'exemple de la commande, cela se traduit par une atténuation significative de la variation respective du signal de sortie du débitmètre massique d'air 6 à la fin de la phase de palier respective du rapport de travail TV. Pour la compa- raison, on a représenté par un trait continu, la courbe idéale ou de consigne du signal de sortie du débitmètre massique d'air 6. Les zones de courbe correspondant au signal de sortie effectivement mesuré, qui indiquent des oscillations en réaction 10, une réponse retardée de sou-pape 11 ou des excursions 12 de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 5 apparaissent ainsi très facilement et peuvent être associées au rapport de travail concerné. En variante de l'exemple de réalisation représenté, la variation de la commande l'actionneur à contrôler, c'est-à-dire du rapport de travail TV, peut également être modifiée en continu sans phase de palier et sans courbe adaptée de façon correspondante à des défauts de fonctionnement particuliers. Le procédé donné à titre d'exemple peut être transmis sans grande modification à un contrôle d'actionneur de volet de régulation, de volet de rotation et/ou d'un turbocompresseur. Par la corrélation et l'exploitation d'au moins deux cap- teurs, on peut également envisager d'augmenter l'information concernant le comportement du système ou des composants ainsi que la sécurité du diagnostic. REVENDICATIONS 1 ) Procédé pour déterminer des défauts de fonctionnement d'actionneur dans le système d'alimentation en air de moteurs à combustion interne, selon lequel on fait fonctionner un actionneur (5) successivement selon deux états de commande, et dans au moins un capteur (6, 7, 8) dont le signal de sortie dépend de l'état de déploiement de l'actionneur (5), on effectue la lecture du signal de sortie de ce capteur (6, 7, 8) et à partir de la réponse de ce signal de sortie, en fonction de la variation de la commande de l'actionneur (5), on juge le fonctionnement de l'actionneur (5), commandé, pendant la commande de l'actionneur (5), on maintient constante au moins la commande de ceux des autres actionneurs du système d'alimentation en air ainsi que d'autres signaux de commande pour le fonctionnement du moteur à combustion interne (1), qui influencent le signal de sortie du capteur (6, 7, 8). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la commande de l'actionneur (5), on modifie le rapport de travail (TV) pour commander l'actionneur (5). 3 ) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pendant la commande de l'actionneur (5), on modifie en continu la commande à partir d'une valeur minimale jusqu'à une valeur maximale. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la commande de l'actionneur (5), on modifie la commande selon des pas discrets en passant d'une valeur minimale à une valeur maximale.355 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la commande de l'actionneur (5), on modifie la commande d'une valeur minimale à une valeur maximale et inversement. 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la commande de l'actionneur (5), on extrait le signal de sortie de plusieurs capteurs (6, 7, 8) à partir desquels on fait une analyse de la réponse du signal de sortie de chaque capteur (6, 7, 8) en fonction de la commande de l'actionneur (5). 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme signal de sortie des capteurs (6, 7, 8), on mesure et on exploite le signal de sortie d'au moins un débitmètre massique d'air (6), une somme lambda (8) et/ou d'un capteur de pression d'alimentation (7). 8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on commande l'actionneur (5) d'un volet de régulation, celui d'une sou-pape de recyclage des gaz d'échappement, celui d'un volet de rotation et/ou un turbocompresseur. 9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réponse obtenue à partir du signal de sortie d'au moins un capteur (6, 7, 8) est comparée en fonction de la commande de l'actionneur (5) à une réponse de consigne et on émet un message de défaut si l'écart en- tre la réponse obtenue par rapport à la réponse de consigne dépasse un seuil. 10 ) Unité de commande (9) pour déterminer des défauts de fonctionnement d'actionneur équipant des systèmes d'alimentation en air de 35 moteurs à combustion interne réalisée pour :- faire fonctionner un actionneur (5) successivement selon au moins deux états de commande, - extraire un signal de sortie d'un capteur (6, 7, 8) à partir du signal de sortie d'au moins un capteur (6, 7, 8) dépendant de l'état de déploie-5 ment de l'actionneur (5), - juger le fonctionnement de l'actionneur (5) commandé à partir de la réponse de ce signal de sortie en fonction de la variation de la commande de l'actionneur (5), et - maintenir constante pendant la commande de l'actionneur (5), au 10 moins la commande des autres actionneurs du système d'alimentation en air et d'autres signaux de commande servant au fonctionnement du moteur à combustion interne (1), et qui influencent le signal de sortie du capteur (6, 7, 8). 15 11 ) Système de moteur comprenant : - plusieurs actionneurs (5) et au moins un capteur (6, 7, 8) installés dans un moteur à combustion interne (1) ainsi qu'un dispositif selon la revendication 10.