Brevet FR2952967A1 — publié le 20110527

PROCEDE DE GESTION D'UNE SONDE A OXYGENE ASSOCIEE A UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [0001 La présente invention concerne un procédé de gestion d'une sonde à oxygène associée à un moteur à combustion interne muni de moyen de redémarrage automatique, permettant une utilisation optimale de la sonde à oxygène du moteur à combustion interne d'un véhicule hybride, en particulier d'un véhicule automobile hybride, c'est-à-dire un véhicule automobile qui comporte un moteur électrique associé au moteur thermique. [0002 Un premier niveau d'hybridation, ou « micro hybride », concerné par la présente invention, est le fonctionnement « Stop and Start (STT) » qui permet de couper le moteur et de le redémarrer en une fraction de seconde, la remise en fonction du moteur étant automatique au « lâcher » de la pédale de frein lorsque le conducteur souhaite repartir. [0003] Un second niveau d'hybridation, plus poussé, également concerné par l'invention, est la technologie ou architecture dite « hybride Diesel », qui couple un moteur Diesel et un moteur électrique. La centrale de gestion du véhicule gère alors les trois modes de fonctionnement des deux moteurs thermique et électrique : le moteur électrique fonctionne seul à faible vitesse et lors des décélérations, le moteur thermique fonctionne seul en vitesse stabilisée sur route, et les deux moteurs fonctionnent concomitamment en cas de forte accélération. [0004 La sonde à oxygène d'un moteur à combustion interne de véhicule analyse les gaz d'échappement et, selon des valeurs préétablies par le constructeur du véhicule, modifie les valeurs d'injection en commandant une augmentation ou une diminution de l'arrivée d'essence. Un élément chauffant assure une mise à température de fonctionnement de la sonde, la différence entre une sonde chauffée et une sonde non chauffée se situant bien entendu dans la rapidité de mise en activité mais aussi dans la durée de vie de la sonde. [0005] Dans les deux fonctionnements rappelés ci-dessus, à savoir le fonctionnement « Stop & Start » et la technologie « hybride Diesel », il y a un grand nombre de passages du préchauffage au chauffage de la sonde à oxygène : la sonde est soumise à de fortes sollicitations et cela peut avoir pour conséquence des risques de casse de la sonde. [0006 Des solutions techniques existent déjà, dont le principe de fonctionnement est de protéger la sonde à oxygène en limitant le courant utilisé pour son chauffage. [000n Ainsi, par exemple, le document EP 0 446 646 B1 décrit un moteur à combustion interne de mélange appauvri, qui comprend :un corps de moteur; une canalisation d'admission de l'air d'admission; une soupape d'étranglement dans la canalisation d'admission pour contrôler la quantité d'air introduite; un moyen d'alimentation en carburant permettant de produire le mélange appauvri air carburant; une canalisation d'échappement; un moyen de détection de la pression d'admission dans la canalisation d'amission; un moyen de calcul de la quantité de carburant à fournir au moteur; un moyen de détection du degré d'ouverture de la soupape d'étranglement; un moyen de correction de la quantité de carburant nécessaire à l'obtention d'un mélange appauvri air carburant; un moyen pour faire fonctionner le moyen d'alimentation en carburant; des moyens formant un détecteur pour détecter un rapport air carburant, qui comprennent un élément détecteur en contact avec le gaz d'échappement et un moyen chauffant pour obtenir une température activée de l'élément détecteur; un moyen de contre-réaction pour que le rapport air carburant détecté corresponde au rapport air carburant désiré; un moyen de contrôle de la puissance électrique dans le moyen chauffant des moyens formant détecteur; un moyen de diminution de la puissance électrique dans le moyen chauffant pour éviter une surchauffe de l'élément détecteur; un moyen de détection de la pression atmosphérique correspondant à l'altitude à laquelle le moteur fonctionne, et; un moyen pour comparer ladite pression atmosphérique avec une valeur prédéterminée et interdire une diminution ultérieure de la puissance de chauffage si la pression atmosphérique est inférieure ou égale à ladite valeur prédéterminée. [0008] Un autre exemple est constitué par le document US 4 611 562, qui décrit également un procédé de contrôle du chauffage de la sonde à oxygène d'un moteur à combustion interne. Le moteur comprend un système d'échappement et une sonde à oxygène montée sur ce dernier. La sonde comporte un capteur, un moyen de chauffage alimenté électriquement pour chauffer le capteur, et une source électrique fournissant une puissance électrique au moyen de chauffage. Le principe du procédé est de contrôler la valeur de la puissance électrique fournie par la source au moyen de chauffage. A cette fin, le procédé commande la puissance électrique fournie au moyen de chauffage selon les paramètres de fonctionnement du moteur, et limite cette puissance électrique fournie de façon à ce qu'elle reste en dessous d'une valeur de seuil maximal prédéterminée si, et seulement si, le moyen de chauffage n'est pas chauffé à une température active prédéterminée. La commande de la puissance électrique fournie au moyen de chauffage est, de préférence, une commande de la valeur du courant électrique qui traverse le moyen de chauffage. [0009 Des circuits électroniques de protection d'une sonde à oxygène sont également connus, comme par exemple celui décrit dans le document JP 58082149A, qui comporte un transistor de puissance faisant fonction d'organe de commutation entre une source de puissance électrique et un dispositif de chauffage alimenté par cette source. Un circuit de commande est formé par un microcalculateur qui comprend un sous-ensemble de traitement de données, un sous-ensemble de mémorisation et une unité d'entrées/sorties. Le sous-ensemble de traitement de données commande en fonction du programme stocké dans le sous-ensemble de mémorisation, et si la température du moteur est inférieure à une valeur prédéterminée au démarrage, le moteur est préchauffé par la chaleur de l'échappement et alors une puissance électrique prédéterminée est fournie au moyen de chauffage afin de produire la chaleur nécessaire. [0010 Des moyens d'augmenter la durée de vie d'une sonde à oxygène par un chauffage conditionné dans les phases de ralenti ou de levée de pied sont également connus. Ainsi, par exemple, dans le document JP 60233342A, une tension électrique déterminée est imposée sur l'élément d'une sonde à oxygène de commande du mélange air carburant lors du fonctionnement au ralenti d'un moteur tandis qu'une autre tension électrique est imposée sur l'élément de la sonde à oxygène lors du fonctionnement en charge du moteur et quand le moteur fonctionne en coupure d'alimentation. Avec un tel moyen, la commutation fréquente de la tension imposée à l'élément de la sonde à oxygène est évitée au moment du changement de mode de fonctionnement du moteur, au passage notamment du fonctionnement en charge au fonctionnement en décélération. [0011] Enfin, on connaît également, selon le document KR 20050006756A, un procédé de chauffage d'une sonde à oxygène en fonction de la température du liquide de refroidissement du moteur. Dans ce procédé, une unité de commande du moteur détecte le démarrage du moteur, et un capteur de température du liquide de refroidissement mesure et transmet la température du liquide à ladite unité de commande du moteur, laquelle décide de la temporisation en fonction de la température du liquide mesurée. L'unité de commande du moteur contrôle le courant selon un procédé dit « de modulation d'impulsions en largeur ou en durée » après la temporisation prédéterminée, et chauffe la sonde à oxygène an fournissant du courant au corps de chauffe de la sonde à oxygène. [0012] Le but de la présente invention est de fournir un procédé nouveau permettant une utilisation optimale de la sonde à oxygène du moteur à combustion interne d'un véhicule hybride, en particulier d'un véhicule automobile à fonctionnement « Stop and Start » ou à technologie hybride Diesel, pendant la durée de vie définie par les normes d'émissions connues sous le nom de « Euro 5 », à savoir 160 000 Kms, durée de vie durant laquelle les risques de sollicitations thermiques sont plus importants. [0013] Un autre but de la présente invention est de fournir un tel procédé, qui adapte l'utilisation de la sonde à la durée de vie annoncée par le fournisseur et au profil de conduite du client, de façon à assurer une utilisation de la sonde sur toute la durée de vie du véhicule sans remplacement en après-vente. [0014] Enfin, c'est également un but de la présente invention de fournir un tel procédé, qui soit, de manière générale, simple, stable, fiable et économique. [0015] Pour parvenir à ces buts, la présente invention a pour objet un procédé de gestion d'une sonde à oxygène dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que la sonde (10) est activée lors du démarrage du véhicule selon les préconisations d'usage, tandis que lors des redémarrages, la sonde n'est pas activée dans les cas où la température TEAU du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à une seuil de température donné TMIN1, et le niveau de criticité NcRI du profil du client du véhicule est égal 1, ce niveau de criticité NcRI pouvant prendre des valeurs de 0 à 1, et étant calculé à partir du vieillissement de la sonde et du kilométrage parcouru. [0016] Par redémarrage, il est entendu au sens de l'invention essentiellement un démarrage automatique, commandé par le contrôle après une commande d'arrêt du moteur, comme par exemple pour un véhicule hybride, le moteur électrique assurant tout ou partie de la propulsion pendant une période assez longue ou simplement lors de la phase de redémarrage (véhicule dit stop and start). [0017] Dans une variante, le niveau de criticité est calculé de la manière suivante : NcRI. 1 si (A > AMAx/2) ET [(E AMAx)] NcRI. 0 sinon, équations dans lesquelles A est le nombre indiqué par le compteur d'activations de la 15 sonde à oxygène du véhicule AMAx est la durée de vie de la sonde exprimée en nombre d'activations, préconisée par le fournisseur de la sonde, E est l'estimation de l'âge du véhicule à la durée de vie de la sonde, et DMAx est le kilométrage du véhicule maximal à la durée de vie de la sonde. 20 [0018] Dans une variante, le niveau de criticité est calculé de la manière suivante : NcRI. 1 si (A > AMAx/2) ET [(D*AMAX/A AMAX)] NcRI. 0 sinon, équations dans lesquelles A est le nombre indiqué par le compteur d'activations de la sonde à oxygène du véhicule AMAx est la durée de vie de la sonde exprimée en 25 nombre d'activations, préconisée par le fournisseur de la sonde, E est l'estimation de l'âge du véhicule à la durée de vie de la sonde, et DMAx est le kilométrage du véhicule maximal à la durée de vie de la sonde. 30 [0019] Dans une variante, tout passage en mode chauffage de la sonde 'est considéré comme activation de la sonde, tandis que le préchauffage de la sonde n'est pas considéré comme une activation. [0020] Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la condition C2 empêchant l'activation de la sonde ne peut en aucun cas désactiver une sonde restée active durant l'arrêt du moteur. [0021] De plus, selon l'invention également, une sonde non réactivée au redémarrage moteur ne peut être réactivée qu'au prochain redémarrage demandé par le conducteur (avec la clé). [0022] Lors de toute inactivation de la sonde, tous les procédés et stratégies embarqués utilisant l'information de ladite sonde sont informés de l'inactivation. [0023] De manière préférentielle, le procédé de l'invention est mis en oeuvre par programmation du Calculateur Moteur Multifonction (CMM) du véhicule. [0024] L'invention a aussi pour objet un véhicule comportant des moyens de redémarrage automatique du moteur, en particulier un véhicule automobile avec une motorisation à fonctionnement « Stop & Start » ou de technologie hybride Diesel, qui comprend un Calculateur Moteur Multifonction dans lequel est implémenté un procédé de gestion de la sonde à oxygène qui est conforme au procédé décrit ci-dessus dans ses grandes lignes. [0025] D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré, non limitatif de l'objet et de la portée de la présente demande de brevet, accompagnée de dessins dans lesquels la figure unique est un diagramme logique qui résume le principe de fonctionnement du procédé selon la présente invention. [0026] Comme déjà mentionné précédemment, le nombre de cycles préchauffage/chauffage de la sonde à oxygène est, en règle générale, trop élevé et peut entraîner des risques de casse de la sonde. Pour remédier à cet inconvénient, la présente invention propose une nouvelle stratégie de contrôle du moteur pour limiter le nombre d'activations, c'est-à-dire le nombre de passages du préchauffage au chauffage, de la sonde à oxygène, cette nouvelle stratégie permettant alors de conserver la sonde en bon état de fonctionnement pendant toute la durée de vie imposée par la norme Euro 5, à savoir une durée de vie correspondant à 160 000 Kms effectués par le véhicule. [0027] De plus, cette nouvelle stratégie permet de s'adapter au niveau de criticité du conducteur et d'optimiser la disponibilité de la sonde à oxygène, le niveau de criticité du conducteur, qui est calculé notamment à partir du vieillissement de la sonde et du kilométrage du véhicule. [0028] Cette stratégie est implémentée dans le Calculateur Moteur Multifonction (CMM) disponible sur les véhicules actuels, programmé en particulier pour déclencher le préchauffage des bougies, pour réguler le débit des injecteurs, le turbo et la pression d'eau, pour relever quelques températures (huile, air et eau), etc. A.Définition des paramètres 1) Les entrées. [0029] Les entrées du programme de mise en oeuvre du procédé de l'invention sont constituées par les paramètres suivants : - Etat de la sonde à oxygène (activée ou non), - D : kilométrage du véhicule. 2) Les sorties. [0030] Les sorties sont les suivantes : - A : chiffre donné par le compteur d'activation de la sonde, - E : estimation de l'âge du véhicule à la durée de vie de la sonde, - NcRI: niveau de criticité du profil client (conducteur) vis-à-vis du vieillissement de la sonde (0 ou 1). 3) Les paramètres qui peuvent être calibrés. [0031] Les paramètres qui peuvent être calibrés sont les suivants : - AMAx : durée de vie de la sonde mesurée en nombre d'activations, ce paramètre étant calibré selon la préconisation du fournisseur de la sonde et son ordre de grandeur étant de 300 000 activations, - DMAx : kilométrage maximal du véhicule à la durée de vie de la sonde (par 5 exemple, 240 000 Kms), - TMIN : seuil de température d'eau moteur calibrable. 4) le compteur d'activation. [0032] Sur toute la durée de vie du véhicule, à chaque activation de la sonde à oxygène, un compteur A est incrémenté. On notera qu'est considéré comme 10 activation de la sonde tout passage en mode chauffage de la sonde, le préchauffage de la sonde n'étant pas considéré comme une activation. [0033] Ce compteur de la sonde est réinitialisé à chaque remplacement de la sonde, notamment en service après-vente. 5) La criticité du profil du client. 15 [0034] Le système vérifie le niveau de criticité du client vis-à-vis de l'utilisation de la sonde. [0035] Le niveau de criticité, désigné NcR,, est calculé à partir du vieillissement et du kilométrage du véhicule D. Ce niveau NcRI peut prendre des valeurs de 0 (pas critique) ou 1 (critique) et se base sur une estimation E du kilométrage du véhicule à 20 la durée de vie de la sonde : E = D*AMAx/A (l'unité étant le Km) La valeur de NcRI répond à la formule suivante : NcRI = 1 si (A > AMAx/2) ET [(E AMAx)] NcRI = 0 sinon, 25 [0036] Le client au profil sévère en terme de vieillissement de sonde est celui qui a une vitesse de vieillissement de sonde trop élevée. Le critère n'est actif qu'à partir de la mi-vie de la sonde. [0037] En variante, on notera que l'estimation E est une variable de calcul. Il est possible de ne pas la stocker et de définir différemment NcRI de la manière suivante : NcRI = 1 si (A > AMAX/2) ET [(D*AMAX/A AMAX)] NcRI = 0 sinon, Si le profil du client n'est pas jugé critique (NcRI = 0), on ne lui restreint pas l'utilisation de la sonde. Si le profil du client est jugé critique (NcRI = 1), on lui restreint l'utilisation de la sonde en fonction de la température moteur (TEAU). B. Principe du procédé de l'invention. 1) Les restrictions à l'activation de la sonde. [0038] La sonde ne peut être réactivée que si, au moment du redémarrage, la température du moteur est supérieure à TMIN. [0039] Cette condition empêche l'activation de la sonde, mais ne peut, en aucun cas, désactiver la sonde restée active durant l'arrêt du moteur. [0040] De plus, la sonde non réactivée au redémarrage du moteur ne peut être réactivée qu'au redémarrage suivant du moteur. [0041] Lors du démarrage à la clé du véhicule, la sonde est activée suivant les préconisations d'usage (point de rosée, etc.). La restriction de concerne que les cas 20 de redémarrage. [0042] En résumé, comme montré sur la figure en annexe, en complément des stratégies existant actuellement, en particulier des stratégies tenant comte du point de rosée, l'activation de la sonde, illustrée par la référence 10, est interdite (« OFF » sur la figure) si et seulement si les deux conditions (Cl) et (C2) suivantes sont 25 vérifiées : (Cl) NcRI = 1 (C2) TEAU REVENDICATIONS1 Procédé de gestion d'une sonde à oxygène dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que la sonde (10) est activée lors du démarrage du véhicule selon les préconisations d'usage, tandis que lors des redémarrages, la sonde n'est pas activée dans les cas où la température TEAU du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à un seuil de température donné TMIN1, et le niveau de criticité NcR, du profil du client du véhicule est égal 1, ce niveau de criticité NcR, pouvant prendre des valeurs de 0 à 1, et étant calculé à partir du vieillissement de la sonde et du kilométrage parcouru. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau de criticité est calculé de la manière suivante : NcR, = 1 si (A > AMAx/2) ET [(E AMAx)] NcR, = 0 sinon, équations dans lesquelles A est le nombre indiqué par le compteur d'activations de la sonde à oxygène du véhicule AMAx est la durée de vie de la sonde exprimée en nombre d'activations, préconisée par le fournisseur de la sonde, E est l'estimation de l'âge du véhicule à la durée de vie de la sonde, et DMAX est le kilométrage du véhicule maximal à la durée de vie de la sonde. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau de criticité est calculé de la manière suivante : NcR, = 1 si (A > AMAx/2) ET [(D*AMAx/A AMAx)] NcR, = 0 sinon, équations dans lesquelles A est le nombre indiqué par le compteur d'activations de la sonde à oxygène du véhicule AMAx est la durée de vie de la sonde exprimée en nombre d'activations, préconisée par le fournisseur de la sonde, D est le kilométrage du véhicule, et DMAx est le kilométrage du véhicule maximal à la durée de vie de la sonde. 4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce qu'est considéré comme activation de la sonde tout passage en mode chauffage de la sonde, tandis que le préchauffage de la sonde n'est pas considéré comme une activation. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la condition (C2) empêchant l'activation de la sonde ne peut en aucun cas désactiver une sonde restée active durant l'arrêt du moteur. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une sonde non réactivée au redémarrage moteur, ne peut être réactivée qu'au prochain redémarrage. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lors de toute inactivation de la sonde, tous les procédés et stratégies embarqués utilisant l'information de ladite sonde sont informés de l'inactivation. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre par programmation du Calculateur Moteur Multifonction (CMM) du véhicule. 9. Véhicule comportant des moyens de redémarrage automatique du moteur et comprenant un Calculateur Moteur Multifonction dans lequel est implémenté un procédé de gestion de la sonde à oxygène (10) du moteur à combustion interne conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8.