Brevet FR2923864A1 — publié le 20090522

La présente invention se rapporte à un procédé pour diagnostiquer l'état d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection de carburant, du type comportant un dispositif de contrôle électronique qui fait usage d'une sonde à oxygène pour réguler en boucle fermée la valeur du rapport air-carburant admis dans les chambres de combustion dudit moteur. La réglementation actuelle, en termes d'émission de polluants, exige "la surveillance du système d'alimentation en carburant par rapport à sa capacité à répondre aux standards d'émissions". Une défaillance de ce système qui entraînerait un dépassement des "seuils OBD" (pour "On Board Diagnostic") doit être signalé au conducteur du véhicule par l'allumage d'un voyant "OBD". Les défaillances d'un système d'alimentation de carburant, telles que les fuites de carburant, les obstructions ou le vieillissement, entraînent une variation des caractéristiques hydrauliques au sein de celui-ci, ce qui dégrade par conséquence la qualité de la régulation de la richesse en carburant du mélange carburant/air injecté. Ainsi, la richesse en sortie du moteur n'est plus comprise dans la fenêtre d'efficacité du catalyseur sur certains points de fonctionnement du rnoteur, entraînant alors une baisse d'efficacité de ce dernier, ainsi qu'une augmentation de la quantité de polluants émise en sortie du collecteur de gaz d'échappement du véhicule. Le respect de l'exigence détaillé ci-dessus revient à trouver des moyens pour surveiller directement ou indirectement la quantité de 25 carburant injectée. Dans le brevet US-5,706,793, ce problème est résolu de la façon exposée ci-après : Le temps d'injection Tinj est calculé de la manière suivante : Tinj=MAIR*GAIN*ALPHACL/14,65 30 Avec - MAIR : masse d'air admise dans le cylindre, GAIN : coefficient permettent d'apprendre la dérive des caractéristiques hydrauliques du système d'alimentation en carburant, ALPHACL : facteur correctif du temps d'injection permettant de réguler la richesse des gaz d'échappement en sortie du moteur en fonction de la tension de sortie de la sonde lambda. Lorsque GAIN sort d'une fenêtre délimitée par deux seuils, alors la défaillance est déclarée. Lorsque GAIN reste compris dans cette fenêtre, alors la stratégie surveille si ALPHACL sort d'une autre fenêtre délimitée par deux autres seuils. En effet, lorsque ALPHACL reste dans la fenêtre, alors aucune défaillance n'est détectée, alors que s'il sort de cette dernière, la défaillance est détectée. Ce diagnostic surveille donc de manière quasiment indépendante ALPHACL et GAIN, alors qu'ils sont liés par l'intermédiaire du calcul du temps d'injection et de son effet sur la richesse des gaz d'échappement en amont du catalyseur. Cela peut avoir des conséquences néfastes, par exemple clans le cas du vieillissement du système d'alimentation en carburant. Ainsi, GAIN pourrait sortir de sa fenêtre de surveillance pour compenser les dérives des caractéristiques hydrauliques du système, tandis que ALPHACL resterait proche de sa valeur nominale. Dans ce cas, les seuils OBD ne seront pas dépassés, alors que le système pourrait être considéré comme défaillant. Il s'agirait donc d'un cas de fausse détection. De plus, l'analyse de la fiabilité du diagnostic est rendue difficile puisqu'il est impossible d'avoir un critère de fiabilité identique au critère de diagnostic. La présente invention vise à résoudre ces problèmes, en proposant un procédé pour diagnostiquer l'état d'un système d'alimentation en carburant d'un rnoteur à combustion interne à allumage commandé et à injection de carburant, qui permet de détecter des défaillances en prenant en compte les interactions entre les différents paramètres permettant de déterminer l'évolution du temps d'injection efficace, ceci de manière rapide, et sans devoir recourir à des moyens spécifiques supplémentaires. Elle vise également à fournir un procédé de diagnostic dont le critère puisse faire également office de critère de fiabilité de manière que l'analyse de fiabilité soit la plus représentative possible du comportement statique du diagnostic. Ainsi, l'invention se rapporte à un procédé pour diagnostiquer l'état d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur à combustion interne à allumage commandé et à injection de carburant, du type comportant un dispositif de contrôle électronique qui fait usage d'une sonde à oxygène pour réguler en boucle fermée la valeur du rapport air-carburant admis dans les chambres de combustion dudit moteur, et selon lequel on analyse le signal délivré par ladite sonde à oxygène, caractérisé par le fait qu'il consiste à : a) déduire dudit signal, l'évolution du temps d'injection efficace du gaz d'échappement en sortie du moteur, donné par la relation : Temps d'injection efficace = B + ALPHACL_MOYEN*GAIN*A*Mair, dans laquelle : B est une valeur OFFSET ; ALPHACL_MOYEN est un facteur correctif de temps d'injection qui permet de réguler la richesse des gaz d'échappement en sortie du moteur ; GAIN est un coefficient permettant de tenir compte de la dérive des caractéristiques hydrauliques du système d'alimentation de carburant ; A est un facteur prenant en compte différents phénomènes liés notamment à la purge canister, au mouillage des parois ; Mair est la masse d'air mesurée ou estimée admise dans un cylindre du moteur ; b) calculer CRITERE = j(CRITERE 1 + CRITERE2 + CRITERE3) où CRITERE1 = différence entre la valeur de ALPHACL_MOYEN pour laquelle aucune correction sur le temps d'injection en fonction du temps n'est nécessaire pour atteindre l'objectif de richesse 1 à l'échappement, et la valeur de ALPHACL_MOYEN appliqué au temps d'injection, pour atteindre l'objectif de richesse 1 à l'échappement, CRITERE2 = différence entre la valeur de OFFSET instantané correspondant à l'utilisation d'un système d'alimentation en carburant "théorique" c'est-à-dire non dispersé et non vieilli et dont la caractéristique moyenne coïncide avec la valeur pour laquelle aucune modification du temps d'injection est appliquée, et la valeur de OFFSET instantané appliqué au temps d'injection pour un véhicule donné (spécifique pour chaque véhicule produit), CRITERE3 = différence entre la valeur de GAIN instantané correspondant à l'utilisation d'un système d'alimentation en carburant ""théorique" c'est-à-dire non dispersé et non vieilli et dont la caractéristique moyenne coïncide avec la valeur pour laquelle aucune modification du temps d'injection est appliquée, et la valeur de GAIN instantané appliqué au temps d'injection, pour un véhicule donné (spécifique pour chaque véhicule produit). c) comparer CRITERE à des valeurs seuils prédéterminées minimale SEUIL MIN et maximale SEUIL MAX ; d) diagnostiquer un état défaillant quand CRITERE est en 15 dehors de la fenêtre comprise entre SEUIL_MIN et SEUIL_MAX. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de ce procédé : - à l'étape d), on comptabilise le nombre de périodes de temps pendant lesquelles CRITERE est en dehors de la fenêtre comprise entre 20 SEUIL_MIN et SEUIL_MAX et on diagnostique ledit état défaillant quand le nombre de périodes est égal à un nombre prédéterminé ; - on affecte audit nombre prédéterminé la variable fenêtre, qu'on retranche de cette variable la valeur 1 dès qu'une nouvelle période de temps est comptabilisée, et qu'on diagnostique ledit état défaillant quand la 25 variable fenêtre est inférieure ou égale à zéro ; - lesdites étapes a), b), c) et d) sont mises en oeuvre seulement si au moins une des conditions préalables suivantes sont vérifiées : • la régulation de ladite richesse s'opère en boucle fermée ; • l'injection de carburant fonctionne en mode séquentiel ; • le niveau de charge du moteur et son régime sont situés dans une zone prédéfinie ; • les capteurs permettant de mesurer les variables nécessaires au diagnostic ne sont pas défaillants. - lesdites étapes a), b), c) et d) sont mises en oeuvre seulement si toutes lesdites conditions préalables sont vérifiées ; 30 35 - lesdites valeurs de seuil dépendent des conditions de fonctionnement du moteur ; - lesdites valeurs de seuil varient selon que le moteur fonctionne à chaud ou à froid. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à 10 combustion interne équipé d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - les figures 2 et 3 sont des schémas blocs précisant les différentes étapes du procédé de l'invention ; - les figures 4A à 4D sont constituées d'un ensemble de 15 courbes donnant, en fonction du temps, l'évolution des principaux paramètres ALPHACL_MOYEN, GAIN, OFFSET et CRITERE utilisés dans le cadre du présent procédé, dans le cas d'une défaillance de type fuite, obstruction, casse mécanique de la pompe à carburant ; - les figures 5A à 5D st des courbes analogues aux 20 précédentes donnant, en fonction du temps, l'évolution des mêmes paramètres, dans le cas d'une défaillance de type vieillissement du système. On a représenté schématiquement à la figure 1 annexée un moteur 1 à combustion interne multicylindre à allumage commandé, qui est 25 équipé d'un rail 2 d'alimentation en carburant à injection multipoints et à commande électrique. Ainsi, chaque cylindre du moteur est alimenté par un électro-injecteur 20 qui lui est dédié. Un système de contrôle électronique 6 commande le temps d'ouverture de chaque injecteur de manière à ajuster le mélange air/carburant admis dans le moteur à une valeur de richesse 30 donnée (de préférence proche du rapport stoechiométrique). Le carburant, stocké dans un réservoir 4, est amené jusqu'aux injecteurs 20, via une pompe 40 et un filtre 5. Parallèlement, une valve papillon 3 délivre de l'air frais. En aval du moteur 1, sur la ligne d'échappement, est prévu un 35 catalyseur 8. Juste en amont de celui-ci est prévu une sonde à oxygène 8. Le système 6 comprend notamment, de manière connue en soi, une unité centrale, des mémoires et différentes interfaces d'entrée et de sortie. Ce système reçoit des signaux d'entrée notamment relatifs au fonctionnement du moteur, effectue des opérations et génère des signaux de sortie, notamment à destination des injecteurs. Parmi les signaux d'entrée que le système 6 peut être amené à traiter figurent les informations suivantes : la "charge" du moteur, le "régime" du moteur, le signal de sortie de la sonde à oxygène, la "non défaillance des capteurs chargés de gérer le diagnostic, etc. Pour ce faire, le moteur et/ou son environnement immédiat sont pourvus de : - moyens de commande P1 des injecteurs ; - moyens de mesure ou d'estimation de la température d'air clans le répartiteur d'air à l'admission P2 ; - moyens de mesure ou d'estimation de la pression dans le répartiteur d'air à l'admission P3 ; - moyens de mesure ou d'estimation de la température d'eau P4 ; - moyens de mesure ou d'estimation du régime P5 ; - moyens de mesure de la tension de sortie PS de la sonde 8. En référence à la figure 2, puis à la figure 3, on décrira ci-après un mode de mise en oeuvre possible du procédé selon l'invention. Cette mise en oeuvre passe par trois "états". L"'ETAT 1" (bloc 90) correspond à l'initialisation de toutes les variables utilisées pour le diagnostic. L"'ETAT 2" (bloc 91) est un état d'attente des conditions adéquates pour réaliser le diagnostic. Cela correspond aux deux premiers blocs de la figure 2. Enfin, I"'ETAT 3" (bloc 92)correspond au diagnostic proprement dit du circuit d'alimentation en carburant. Cependant, pour passer de I"'ETAT 2" à I"'ETAT 3", on vérifie que les conditions d'activation du diagnostic sont présentes (bloc 910). En d'autres termes, on vérifie que : - la régulation de richesse est en boucle fermée ; - l'injection fonctionne en mode séquentiel ; - le niveau de charge du moteur et son régime sont situés dans une zone précléfinie ; - les capteurs permettant de déterminer les entrées consommées par le diagnostic ne sont pas défaillants. L"'ET.AT3" est conservé tant que les conditions d'activation du diagnostic sont présentes. Avant de passer à l'"ETAT 3", on vérifie si le moteur est chaud (bloc 911). S'il l'est (bloc 912), on paramètre des calibrations spécifiques à chaud, tandis que s'il est froid (bloc 913), on paramètre d'autres calibrations spécifiques à froid. Ces calibrations sont notamment les seuils et temps de détection. Le temps d'injection efficace est calculé de la manière suivante : Temps d'injection efficace=B+ALPHACL_MOYEN*GAIN*A*Mair avec : - A facteur prenant en compte différents phénomènes liés à la purge canister, le mouillage des parois, etc..., - Mair : masse d'air admise dans le cylindre mesurée ou estimée, B : valeur OFFSET, - ALPHA_MOYEN : facteur correctif de temps d'injection permettant de réguler la richesse des gaz d'échappement en sortie du 20 rnoteur. En effet, pour détecter une défaillance sur le circuit d'alimentation en carburant, le diagnostic est basé sur la surveillance du critère nommé CRITERE dont le calcul est effectué dans l'état "calcul du critère de diagnostic" (bloc 920). Ce calcul se déroule de la manière 25 suivante : CRITERE est l'intégrale pendant un temps défini par calibration de la somme des trois termes définis ci-dessous : - CRITERE1 = différence entre la valeur de ALPHACL_MOYEN pour laquelle aucune correction sur le temps d'injection 30 en onction du temps n'est nécessaire pour atteindre l'objectif de richesse 1 à l'échappement, et la valeur de ALPHACL_MOYEN appliqué au temps d'injection, pour atteindre l'objectif de richesse 1 à l'échappement, -CRITERE2 = différence entre la valeur de OFFSET instantané correspondant à l'utilisation d'un système d'alimentation en 35 carburant "théorique" c'est-à-dire non dispersé et non vieilli et dont la caractéristique moyenne coïncide avec la valeur pour laquelle aucune modification du temps d'injection est appliquée, et la valeur de OFFSET instantané appliqué au temps d'injection, pour un véhicule donné (spécifique pour chaque véhicule produit), - CRITERE3 = différence entre la valeur de GAIN instantané correspondant à l'utilisation d'un système d'alimentation en carburant "'théorique" c'est-à-dire non dispersé et non vieilli et dont la caractéristique moyenne coïncide avec la valeur pour laquelle aucune modification du temps d'injection est appliquée, et la valeur de GAIN instantané appliqué au temps d'injection, pour un véhicule donné (spécifique pour chaque véhicule produit). Lorsque CRITERE est compris dans la fenêtre délimitée par deux seuils minimum et maximum (SEUIL_MAX et SEUIL_MIN), alors un compteur DEFAUT_PRESENT devient égal à zéro (bloc925), avertissant qu'aucune défaillance n'est détectée sur le système d'alimentation en carburant. Lorsque CRITERE sort de la zone délimitée par deux seuils minimum et maximum (SEUIL_MAX et SEUIL_MIN) (bloc 921), alors une variable FENETRE, à laquelle on a affecté une valeur initiale prédéterminée, est décrémentée de 1 (bloc 922) : - si FENETRE>O, le diagnostic recommence ; - si FENETRE=0 alors DEFAUT_PRESENT devient égal à un, avertissant qu'une défaillance est détectée sur le système d'alimentation en carburant, puis FENETRE est réinitialisée (bloc 924). Ci-dessous est décrit un exemple de comportement des 25 différents paramètres utilisés par le diagnostic, en fonctionnement nominal ou défaillant : Le comportement du critère de diagnostic est alors le suivant : i. il n'y a pas de défaillance sur le circuit d'alimentation en carburant, 30 ii. et les caractéristiques hydrauliques du système d'alimentation en carburant restent proches de celles d'un système dit nominal. Dans ce cas, la richesse des gaz d'échappement en sortie du moteur en amont du catalyseur reste en permanence très proche du rapport 35 stoechiométrique, et par conséquent, la correction du temps d'injection est alors faible (conséquence du cas i). De même, les deux paramètres adaptatifs GAIN et OFFSET gardent des valeurs très proches de la valeur qu'ils prennent lorsque le moteur est équipé d'un système d'alimentation en carburant dont les caractéristiques hydrauliques restent proches de celles d'un système dit nominal (conséquence du cas ii). Cela correspond à la partie gauche des figures 4A à 4C annexée, située entre le temps t=0 et t1. Ainsi, la valeur du critère décrit ci-dessus sera elle aussi faible. En effet : - le cas i implique un CRITERE 1 faible, - le cas ii implique un CRITERE 2 et un CRITERE 3 faibles, - la somme des trois critères sera alors elle aussi faible. Cela est visible sur la partie correspondante de la figure 4D. Dans le cas d'une défaillance similaire à celles décrites dans le cas i, la richesse des gaz d'échappement en sortie du moteur en amont du catalyseur est. éloignée du rapport stoechiométrique lorsqu'aucune correction du temps d'injection n'est appliquée. Une fois la boucle fermée de régulation de richesse activée, l'effet de la défaillance sur la quantité injectée est compensé par l'intermédiaire de ALPHACL qui augmente ou qui diminue le temps d'injection, pour que la richesse en amont du catalyseur coïncide avec la stoechiométrie. On observe donc un écart de la valeur ALPHACL_MOYEN par rapport à la valeur nominale, de qui se traduit par I"apparition d'une défaillance AD au temps t1 de la figure 4A. La valeur absolue de CRITERE devient élevée, car celle de 25 CRITERE 1 l'est également. La présence d'une défaillance sur le circuit d'alimentation en carburant entraîne alors une augmentation absolue de la valeur du critère comparée à la valeur qu'il prendrait si le moteur était équipé d'un système d'alimentation en carburant non défaillant. 30 Il devient alors possible de surveiller le système d'alimentation en carburant, en comparant la valeur du critère de diagnostic par rapport à cieux seuils. Une fois l'un de ces seuils dépassés, le système surveillé sera considéré comme défaillant (détection de défaillance DF de la figure 4D). Dans le cas d'une défaillance similaire à celles décrites dans 35 le cas ii, l'un au moins des deux paramètres adaptatifs GAIN et OFFSET prend une valeur éloignée de la valeur qu'il prendrait dans le cas de i0 l'utilisation d'un système d'alimentation en carburant dont les caractéristiques hydrauliques restent proches de celles d'un système dit nominal. Dans le cas illustré aux figures 5A à 5D, c'est le paramètre 5 OFFSET qui prend une valeur éloignée de sa valeur nominale (voir figure 5C). Par conséquent, à partir de l'apparition de cette valeur éloignée, le paramètre CRITERE va rejoindre également des valeurs élevées. 10 Dès que cette valeur va sortir d'une fenêtre formée par des valeurs de seuil de détection maximum et minimum, alors la défaillance DF sera détecté (voir figure 5D). REVENDICATIONS 1. Procédé pour diagnostiquer l'état d'un système d'alimentation en carburant d'un moteur (1) à combustion interne à allumage commandé et à injection de carburant, du type comportant un dispositif de contrôle électronique (6) qui fait usage d'une sonde à oxygène (8) pour réguler en boucle fermée la valeur du rapport air-carburant admis dans les chambres de combustion dudit moteur (1), et selon lequel on analyse le signal délivré par ladite sonde à oxygène (8), caractérisé par le fait qu'il consiste à : a) déduire dudit signal, l'évolution du temps d'injection 10 efficace du gaz d'échappement en sortie du moteur, donné par la relation : Temps d'injection efficace = B + ALPHACL_MOYEN*GAIN*A*Mair, clans laquelle : B est une valeur OFFSET ; ALPHACL_MOYEN est un facteur correctif de temps d'injection qui permet de réguler la richesse des gaz d'échappement en 15 sortie du moteur (1) ; GAIN est un coefficient permettant de tenir compte de la dérive des caractéristiques hydrauliques du système d'alimentation de carburant ; A est un facteur prenant en compte différents phénomènes 20 liés notamment à la purge canister, au mouillage des parois ; Mair est la masse d'air mesurée ou estimée admise dans un cylindre du moteur (1) ; b) calculer CRITERE = J (CRITERE 1 + CRITERE2 + CRITERE3) 25 où CRITEREI = différence entre la valeur de ALPHACL_MOYEN pour laquelle aucune correction sur le temps d'injection en fonction du temps n'est nécessaire pour atteindre l'objectif de richesse 1 à l'échappement, et la valeur de ALPHACL_MOYEN appliqué au temps d'injection, pour atteindre l'objectif de richesse 1 à l'échappement, 30 CRITERE2 = différence entre la valeur de OFFSET instantané correspondant à l'utilisation d'un système d'alimentation en carburant "théorique" c'est-à-dire non dispersé et non vieilli et dont la caractéristique moyenne coïncide avec la valeur pour laquelle aucune 15 20 25 30modification du temps d'injection est appliquée, et la valeur de OFFSET instantané appliqué au temps d'injection, pour un véhicule donné (spécifique pour chaque véhicule produit), CRITERE3 = différence entre la valeur de GAIN instantané correspondant à l'utilisation d'un système d'alimentation en carburant ""théorique" c'est-à-dire non dispersé et non vieilli et dont la caractéristique moyenne coïncide avec la valeur pour laquelle aucune modification du temps d'injection est appliquée, et la valeur de GAIN instantané appliqué au temps d'injection, pour un véhicule donné (spécifique pour chaque véhicule produit). c) comparer CRITERE à des valeurs seuils prédéterminées rninimale SEUIL MIN et maximale SEUIL MAX ; d) diagnostiquer un état défaillant quand CRITERE est en dehors de la fenêtre comprise entre SEUIL_MIN et SEUIL_MAX. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à l'étape d), on comptabilise le nombre de périodes de temps pendant lesquelles CRITERE est en dehors de la fenêtre comprise entre SEUIL_MIN et SEUIL_MAX et on diagnostique ledit état défaillant quand le nombre de périodes est égal à un nombre prédéterminé. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'on affecte audit nombre prédéterminé la variable FENETRE, qu'on retranche de cette variable la valeur 1 dès qu'une nouvelle période de temps est comptabilisée, et qu'on diagnostique ledit état défaillant quand la variable FENETRE est inférieure ou égale à zéro. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdites étapes a), b), c) et d) sont mises en ceuvre seulement si au moins une des conditions préalables suivantes sont vérifiées : - la régulation de ladite richesse s'opère en boucle fermée ; - l'injection de carburant fonctionne en mode séquentiel ; - le niveau de charge du moteur (1) et son régime sont situés clans une zone prédéfinie ; - les capteurs permettant de mesurer les variables nécessaires au diagnostic ne sont pas défaillants. . Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que lesdites étapes a), b), c) et d) sont mises en oeuvre seulement si toutes lesdites conditions préalables sont vérifiées. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 5 caractérisé par le fait que lesdites valeurs de seuil dépendent des conditions de fonctionnement du moteur (1). 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que lesdites valeurs de seuil varient selon que le moteur (1) fonctionne à chaud ou à froid.