Brevet FR3062167A1 — publié le 20180727

Méthode et dispositif d'étalonnage d'un capteur d'oxygène La présente invention se rapporte à une méthode et à un dispositif d'étalonnage d'un capteur d'oxygène installé sur le moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. Des capteurs d'oxygène connus sont installés sur les moteurs à combustion interne, plus précisément dans leur conduit d'échappement, afin de contrôler la stoechiométrie du mélange. En effet, le contrôle du rapport carburant/comburant est un facteur déterminant pour optimiser les performances de fonctionnement du moteur à combustion interne installé sur un véhicule automobile. En effet, si les gaz d'échappement contiennent encore de l'oxygène, le mélange est alors dit « pauvre », car il contenait plus d'air, et partant plus d'oxygène, que nécessaire pour la combustion du carburant, et si les gaz d'échappement ne contiennent plus d'oxygène, le mélange est dit, soit « riche » car il contient plus de carburant que de comburant, soit stoechiométrique, et auquel cas il contient la quantité exacte d'oxygène pour la totale combustion du carburant. En vue d'abaisser les consommations en carburant, on met en oeuvre des 20 moteurs à combustion interne fonctionnant avec des « mélanges pauvres » et en contrôlant précisément le rapport comburant sur carburant. Partant, une telle précision requiert, d'une part un calculateur pour contrôler l'injection du mélange dans les chambres de combustion, et des capteurs d'oxygène, ou sondes, permettant de mesurer précisément la 25 concentration en oxygène dans le conduit d'échappement des moteurs. Aussi, on met en oeuvre des sondes, dites « sondes lambda proportionnelles », ou « sondes à large bande », permettant de fournir une valeur de la concentration en oxygène dans le conduit d'échappement. Plus précisément, le capteur d'oxygène fournit un signal, par exemple une tension, qui est facteur de la 30 concentration en oxygène des gaz d'échappement du moteur à combustion interne et d'un coefficient de proportionnalité préalablement stocké dans la mémoire du calculateur d'injection du moteur. 3062167 2 Ces capteurs d'oxygène doivent être étalonnés, directement sur le moteur à combustion interne au moyen du calculateur associé. Aussi, on stocke tout d'abord dans une mémoire du calculateur, un coefficient de proportionnalité donné, correspondant à une valeur théorique, afin de pouvoir 5 faire fonctionner le moteur, puis on profite de certaines conditions de fonctionnement de celui-ci permises par la situation du véhicule automobile dans lequel il est installé. Il en est ainsi, lorsque le véhicule automobile entame une descente permettant de couper l'injection en carburant pendant une durée suffisamment longue. L'air ambiant traverse alors le conduit d'échappement. 10 Partant, on enregistre une valeur de signal fournie par le capteur d'oxygène lorsque qu'il baigne ainsi dans l'air ambiant dont la concentration en oxygène est connue, pour pouvoir évaluer un coefficient de proportionnalité en fonction de la valeur de signal enregistrée et de ladite concentration en oxygène connue. Cette concentration en oxygène est de 20,9 % à la pression 15 atmosphérique. Ensuite, on compare le coefficient de proportionnalité évalué et le coefficient de proportionnalité stocké originellement ; et, on substitue le coefficient de proportionnalité évalué au coefficient de proportionnalité stocké si le coefficient de proportionnalité évalué est différent du coefficient de proportionnalité stocké. De la sorte, on vient corriger durant le fonctionnement du véhicule, le coefficient de proportionnalité permettant de fournir une valeur précise de la concentration en oxygène en fonction du signal fourni par le capteur. Toutefois, ce mode d'étalonnage requiert des conditions particulières d'utilisation du véhicule automobile, qui doivent être maintenues pendant une durée si longue qu'elles peuvent n'être que peu, voire jamais satisfaites. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention, est de fournir une méthode d'étalonnage fiable qui puisse être indépendante des conditions de fonctionnement du véhicule automobile. Dans ce but, et selon un premier objet, il est proposé une méthode d'étalonnage d'un capteur d'oxygène installé sur un moteur à combustion interne, ledit capteur d'oxygène étant destiné à fournir un signal, facteur de la concentration en oxygène des gaz d'échappement dudit moteur à combustion 3062167 3 interne et d'un coefficient de proportionnalité stocké, ladite méthode étant du type comprenant les étapes suivantes : a) on enregistre une valeur de signal fournie par ledit capteur d'oxygène lorsque qu'il baigne dans un environnement d'une concentration en oxygène connue, pour pouvoir évaluer un coefficient de 5 proportionnalité en fonction de la valeur de signal enregistrée et de ladite concentration en oxygène connue ; b) on compare le coefficient de proportionnalité évalué et ledit coefficient de proportionnalité stocké ; et, c) on substitue ledit coefficient de proportionnalité évalué audit coefficient de proportionnalité stocké si le coefficient de proportionnalité évalué est différent 10 dudit coefficient de proportionnalité stocké. À l'étape a) on enregistre ladite valeur de signal représentative de la concentration en oxygène connue avant le démarrage dudit moteur à combustion interne. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en fonctionnement du capteur d'oxygène avant le démarrage du moteur à 15 combustion interne, et partant, à un instant où le capteur d'oxygène baigne dans un environnement d'une concentration en oxygène connue. Avantageusement, ledit environnement d'une concentration en oxygène connue est l'atmosphère ambiante. Ainsi, on laisse le conduit d'échappement contenant le capteur d'oxygène se remplir de d'air ambiant, avant le démarrage 20 du moteur à combustion interne, et on enregistre une mesure du signal, par exemple une mesure de la tension aux bornes du capteur, que l'on transforme le cas échéant en intensité, et on évalue alors un coefficient de proportionnalité égale au rapport de la tension mesurée et de la concentration habituelle d'oxygène dans l'air ambiant et qui est égal à 20,9 % à la pression 25 atmosphérique. Si ce coefficient de proportionnalité évalué est différent du coefficient de proportionnalité stocké, on remplace ce dernier par le premier. De la sorte, la concentration en oxygène des gaz d'échappement sera ensuite mesurée avec une plus grande précision. Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, 30 ledit capteur d'oxygène est un capteur à large bande. Partant, la valeur de la concentration en oxygène est précisément fonction de la valeur de signal ou de la valeur de tension fournie par le capteur, et lorsque le mélange 3062167 4 carburant/comburant est stoechiométrique, le capteur fournit une valeur de signal, ou une valeur de tension, nulle. Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, avant l'étape a), on fournit de l'énergie thermique audit capteur d'oxygène. Ainsi, on vient porter 5 le capteur d'oxygène dans ses conditions usuelles de fonctionnement. En effet, lorsque le moteur à combustion interne fonctionne, la température des gaz d'échappement permet de porter le capteur d'oxygène à sa température usuelle de fonctionnement. En revanche, lorsque le moteur est à l'arrêt, on ne dispose pas de gaz d'échappement chauds, et il est alors nécessaire d'apporter de 10 l'énergie thermique au capteur d'oxygène par un autre moyen pour assurer son fonctionnement usuel. Par exemple, on fournit de l'énergie thermique audit capteur d'oxygène de façon à ce que ledit capteur d'oxygène soit porté à une température de 780°C. Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, 15 on enregistre ladite valeur de signal représentative de la concentration en oxygène connue avant le premier démarrage dudit moteur à combustion interne. Ainsi, on procède à l'étalonnage selon l'invention lors de l'assemblage du véhicule automobile en usine. Partant, ni le capteur d'oxygène ni le conduit d'échappement n'ont vu trace précisément des gaz d'échappement, et le 20 capteur d'oxygène est ainsi plongé dans l'air ambiant dont la concentration en oxygène est parfaitement déterminée. Ainsi, comme on l'expliquera ci-après, lors de la première mise sous tension du réseau électrique du véhicule automobile, et avant le premier démarrage du moteur à combustion interne, à l'initialisation du calculateur du moteur, ce dernier commande l'enregistrement 25 de la valeur de signal, la comparaison des coefficients de proportionnalité évalué et stocké, et le cas échéant, la substitution de ces coefficients de proportionnalité l'un par l'autre. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, on enregistre la durée de la période suivant l'arrêt dudit moteur à combustion interne, et on enregistre 30 ladite valeur de signal représentative de la concentration en oxygène connue, lorsque la durée enregistrée est supérieure à un seuil déterminé. Ainsi, selon ce mode de réalisation, on procède à l'étalonnage du capteur d'oxygène dans 3062167 5 la mesure où le moteur à combustion interne est resté au repos pendant une certaine durée, par exemple de l'ordre de la journée. Dans ces conditions, on peut raisonnablement penser que l'atmosphère qui entoure le capteur d'oxygène est celui de l'atmosphère ambiante et partant, qu'un étalonnage est 5 rendu possible. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, on enregistre ladite valeur de signal représentative de la concentration en oxygène connue après un temps déterminé de fonctionnement dudit moteur à combustion interne. En effet, le capteur d'oxygène vieilli et par conséquent, on observe une 10 certaine dérive du coefficient de proportionnalité. Aussi, on peut par exemple, prévoir qu'un ré-étalonnage intervient chaque fois que le véhicule automobile parcourt 30 000 km. Selon un autre objet, il est proposé un dispositif d'étalonnage d'un capteur d'oxygène installé sur un moteur à combustion interne, ledit capteur 15 d'oxygène étant destiné à fournir un signal facteur de la concentration en oxygène des gaz d'échappement dudit moteur à combustion interne et d'un coefficient de proportionnalité stocké, ledit dispositif comprenant : une mémoire de valeur de signal pour enregistrer une valeur de signal fournie par ledit capteur d'oxygène lorsque qu'il baigne dans un environnement d'une 20 concentration en oxygène connue, de façon à pouvoir évaluer un coefficient de proportionnalité en fonction de la valeur de signal enregistrée et de ladite concentration en oxygène connue ; un comparateur pour pouvoir comparer le coefficient de proportionnalité évalué et ledit coefficient de proportionnalité stocké ; et, des moyens pour substituer ledit coefficient de proportionnalité 25 évalué audit coefficient de proportionnalité stocké si le coefficient de proportionnalité évalué est différent dudit coefficient de proportionnalité stocké . Ladite valeur de signal représentative de la concentration en oxygène connue est enregistrée dans ladite mémoire de valeur de signal avant le démarrage dudit moteur à combustion interne. 30 Un tel dispositif permet de mettre en oeuvre la méthode d'étalonnage selon invention et en présente ainsi tous les avantages que l'on détaillera également dans la suite de la description. 3062 16 7 6 D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : 5 - la Figure 1 est une vue synoptique du dispositif d'étalonnage d'un capteur d'oxygène, conforme à l'invention ; et, - la Figure 2 est un organigramme de fonctionnement du dispositif d'étalonnage selon l'invention. La Figure 1 illustre schématiquement et partiellement, un moteur à 10 combustion interne 10 comprenant le bloc-moteur 12 incluant des injecteurs 15, des chambres de combustion et des cylindres non représentés. Le moteur à combustion interne 10 comprend également un conduit d'échappement 14 à l'intérieur duquel est installé, un capteur d'oxygène 16, et un catalyseur 18 situé en aval du conduit d'échappement 14. 15 Les injecteurs 15 sont commandés par un calculateur 20 comportant une première mémoire de stockage 22. Le capteur d'oxygène 16 est une sonde lambda proportionnelle, également dénommée sonde à large bande, et dont le signal de sortie est proportionnel à la teneur en oxygène de l'environnement dans lequel elle se 20 situe. Partant, à l'intérieur du conduit d'échappement 14, elle permet de mesurer la teneur en oxygène des gaz d'échappement. La sonde lambda proportionnelle est un capteur électro-chimique et il fournit un signal de sortie électrique, soit une tension ou bien à une valeur de résistance près, une intensité, qui est une fonction linéaire de la teneur en 25 oxygène. Cette fonction linéaire valant zéro pour une concentration nulle en oxygène, présente un coefficient directeur, ou coefficient de proportionnalité, qui varie sensiblement autour d'une moyenne pour une pluralité de sonde. Pour une même sonde, le coefficient de proportionnalité varie également au cours du vieillissement de la sonde. 30 Aussi, le calculateur 20 est pré-programmé en incluant dans la première mémoire de stockage 22 une valeur du coefficient de proportionnalité égale, par exemple, à ladite moyenne. 3062167 7 Par ailleurs, la sonde lambda proportionnelle est également équipée d'une résistance de chauffage non représentée. Théoriquement, c'est en utilisant ce coefficient de proportionnalité préalablement stocké, que le calculateur évaluera la concentration en oxygène 5 du conduit d'échappement en fonction du signal fourni par le capteur d'oxygène. Toutefois, le coefficient de proportionnalité d'une sonde, parmi une pluralité de sonde destinée à être installé sur une pluralité de moteur à combustion interne, peut s'écarter de ce coefficient de proportionnalité préenregistré. L'étalonnage, dénommé également recalage, du capteur 10 d'oxygène ne peut pas être réalisé directement chez le fabricant de capteur car il ne dispose pas du calculateur propre au moteur à combustion interne 10. Aussi, cet étalonnage ne peut intervenir sans que soient reliés ensemble le calculateur 20 et le capteur d'oxygène 16. Et cette situation existe uniquement à partir du montage du véhicule automobile sur lequel est installé le moteur à 15 combustion interne. Ainsi, selon un premier mode de mise en oeuvre de l'invention, le coefficient de proportionnalité va être évalué, sur la chaîne de montage en usine, lors du montage du capteur d'oxygène sur le moteur à combustion interne, avant le premier démarrage de ce dernier. 20 En outre, les conduits d'échappement, initialement entreposés à l'air libre, sont installés sur le véhicule en cours d'assemblage sur la chaîne de production. Le moteur à combustion interne n'a encore jamais été démarré. L'intérieur du conduit d'échappement, en contact avec l'oxygène de l'air ambiant, n'a alors jamais été parcouru par des gaz d'échappement. 25 Ensuite, la sonde proprement dite du capteur d'oxygène est extraite de son emballage de protection puis elle est montée en position fixe sur le conduit d'échappement par vissage. Elle est également raccordée électriquement au calculateur 20. Elle se trouve alors déjà en contact avec l'oxygène de l'air ambiant, soit à une concentration en oxygène de 20,9 %. La sonde n'a alors 30 elle non plus jamais été baignée dans les gaz échappement. Ainsi, le calculateur du moteur à combustion interne 12 va être initialisé et testé, et durant cette phase d'initialisation et de tests, il va notamment mettre 3062167 8 en oeuvre un programme d'étalonnage selon la méthode d'étalonnage conforme à l'invention suivant l'organigramme représenté sur la figure 2. Tout d'abord, dans une première phase 24, le calculateur commande le chauffage du capteur d'oxygène. Et tant que la température T du capteur 16 est 5 inférieure à la température Tf de fonctionnement optimal du capteur, la première phase 24 se poursuit. Cette température Tf de fonctionnement optimal, est ici de 780 °C. La durée de la première phase 24 est comprise entre 10 et 20 secondes, par exemple 15 secondes. Dès que la température atteint la température Tf de fonctionnement, le 10 calculateur enregistre la valeur du signal mesuré par le capteur 16, et évalue alors un coefficient de proportionnalité, en fonction de la concentration en oxygène connue de 20,9 % et correspondant à l'atmosphère ambiante. Si le coefficient de proportionnalité évalué Coefféval est différent du coefficient de proportionnalité stocké Coeffst dans la première mémoire 22, alors le 15 coefficient de proportionnalité évalué Coefféval est alors stocké dans la première mémoire 22 à la place du coefficient de proportionnalité stocké Coeffst. Le programme d'étalonnage prend alors fin selon l'étape 26. Dans la négative, ce qui en pratique est rare, le calculateur 20 conserve dans sa première mémoire 22 le coefficient de proportionnalité stocké Coeffst 20 et prend également fin à travers l'étape 26. On observera que ces conditions d'étalonnage sont sensiblement analogues à celles rencontrées lorsque l'on cesse d'injection et que le véhicule automobile évolue, moteur tournant, dans une pente. En revanche, de telles conditions peuvent se présenter tardivement après le premier démarrage du 25 moteur à combustion interne. Aussi, grâce à la méthode selon l'invention, le capteur d'oxygène est étalonné dès après la mise en service du véhicule automobile. Selon un second mode de mise en oeuvre, le calculateur enregistre le nombre de kilomètres parcourus par le véhicule automobile et au bout d'un 30 certain nombre de kilomètres réalisés, il provoque le réétalonnage du capteur d'oxygène lorsque la situation le permet. 3062167 9 Cette situation se présente lorsque le véhicule automobile est resté à l'arrêt, sans que son moteur à combustion interne n'ait été démarré, pendant une certaine durée. Ainsi, le calculateur vérifie que cette durée est atteinte, et si elle l'est, à chaque tentative de démarrage du moteur à combustion interne, 5 mais avant que le moteur ne soit entraîné en rotation pour provoquer son démarrage, il vérifie que le temps pendant lequel le moteur à combustion interne a été au repos, a dépassé une limite prédéfinie. Par exemple cette limite est une douzaine d'heures. Durant cette période de 12 heures, on comprend que le conduit d'échappement 14 est débarrassé de ces gaz 10 échappement et que l'atmosphère qui règne est celui de l'atmosphère ambiante, soit avec une concentration en oxygène de 20,9 %. Aussi, si cette limite a été atteinte, le calculateur provoque l'étalonnage du capteur d'oxygène suivant le programme d'étalonnage illustré sur la figure 2. 15 On observera que la méthode d'étalonnage selon invention peut également être mise en oeuvre lorsque le capteur d'oxygène est remplacé par un capteur neuf. 20 REVENDICATIONS1. Méthode d'étalonnage d'un capteur d'oxygène (16) installé sur un moteur à combustion interne (10), ledit capteur d'oxygène (16) étant destiné à fournir un signal, facteur de la concentration en oxygène des gaz d'échappement dudit moteur à combustion interne et d'un coefficient de proportionnalité stocké, ladite méthode étant du type comprenant les étapes suivantes : - a) on enregistre une valeur de signal fournie par ledit capteur d'oxygène (16) lorsque qu'il baigne dans un environnement d'une concentration en oxygène connue, pour pouvoir évaluer un coefficient de proportionnalité en fonction de la valeur de signal enregistrée et de ladite concentration en oxygène connue ; - b) on compare le coefficient de proportionnalité évalué et ledit coefficient de proportionnalité stocké ; et, - c) on substitue ledit coefficient de proportionnalité évalué audit coefficient de proportionnalité stocké si le coefficient de proportionnalité évalué est différent dudit coefficient de proportionnalité stocké ; caractérisée en ce qu'à l'étape a) on enregistre ladite valeur de signal représentative de la concentration en oxygène connue avant le démarrage dudit moteur à combustion interne (16). 2. Méthode d'étalonnage selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit environnement d'une concentration en oxygène connue est l'atmosphère ambiante. 3. Méthode d'étalonnage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit capteur d'oxygène (16) est un capteur à large bande. 4. Méthode d'étalonnage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'avant l'étape a), on fournit de l'énergie thermique audit capteur d'oxygène (16). 3062167 11 5. Méthode d'étalonnage selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'on fournit de l'énergie thermique audit capteur d'oxygène (16) de façon que ledit capteur d'oxygène (16) soit porté à une température de 780°C. 6. Méthode d'étalonnage selon l'une quelconque des revendications 1 5 à 5, caractérisée en ce qu'on enregistre ladite valeur de signal représentative de la concentration en oxygène connue avant le premier démarrage dudit moteur à combustion interne (10). 7. Méthode d'étalonnage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'on enregistre la durée de la période suivant l'arrêt 10 dudit moteur à combustion interne (10), et en ce qu'on enregistre ladite valeur de signal représentative de la concentration en oxygène connue, lorsque la durée enregistrée est supérieure à un seuil déterminé. 8. Méthode d'étalonnage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'on enregistre ladite valeur de signal représentative 15 de la concentration en oxygène connue après un temps déterminé de fonctionnement dudit moteur à combustion interne (10). 9. Dispositif d'étalonnage d'un capteur d'oxygène (16) installé sur un moteur à combustion interne (10), ledit capteur d'oxygène (16) étant destiné à fournir un signal facteur de la concentration en oxygène des gaz 20 d'échappement dudit moteur à combustion interne (10) et d'un coefficient de proportionnalité stocké, ledit dispositif comprenant : - une mémoire (22) de valeur de signal pour enregistrer une valeur de signal fournie par ledit capteur d'oxygène (16) lorsque qu'il baigne dans un environnement d'une concentration en oxygène connue, de façon à pouvoir 25 évaluer un coefficient de proportionnalité en fonction de la valeur de signal enregistrée et de ladite concentration en oxygène connue ; - un comparateur pour pouvoir comparer le coefficient de proportionnalité évalué et ledit coefficient de proportionnalité stocké ; et, - des moyens pour substituer ledit coefficient de proportionnalité évalué 30 audit coefficient de proportionnalité stocké si le coefficient de proportionnalité évalué est différent dudit coefficient de proportionnalité stocké ; 3062167 12 caractérisé en ce que ladite valeur de signal représentative de la concentration en oxygène connue est enregistrée dans ladite mémoire (22) de valeur de signal avant le démarrage dudit moteur à combustion interne (10).