FR2900982A1

FR2900982A1 - Procede de fonctionnement d'un moteur en regime de ralenti pour le diagnostic operatoire d'une vanne de purge

Info

Publication number: FR2900982A1
Application number: FR0604216A
Authority: FR
Inventors: Thierry Collet
Original assignee: Siemens VDO Automotive SAS
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-16
Anticipated expiration: 2026-05-12
Also published as: US20070283924A1; US7503320B2; FR2900982B1

Abstract

Il s'agit en particulier de tester le fonctionnement d'une vanne (31) de purge de vapeurs de carburant. Le moteur (1) fonctionne au ralenti. Un contrôleur du régime de ralenti (ISC,47) agit sur le régime de ralenti du moteur. A un moment donné de ce fonctionnement du moteur, on commande une ouverture de la vanne (31) de purge et on commande également le contrôleur du régime de ralenti pour qu'il agisse sur ce régime pour le maintenir sensiblement constant, malgré l'ouverture de la vanne de purge.

Description

1

La présente invention concerne le diagnostic de la vanne de purge ( canister ) que comprend un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Un canister (terme anglais) est un filtre à vapeurs de carburant. Dans un moteur à combustion interne moderne, la présence d'un filtre à vapeurs 5 de carburant est impérative pour des raisons de dépollution. Le dispositif qui l'accueille permet de traiter les vapeurs qui s'échappent du réservoir à carburant et de les stocker, en vue de les recycler lors de la purge du filtre à vapeurs de carburant en les introduisant dans le collecteur d'admission d'air du moteur. Ainsi, des vapeurs de carburant qui se seraient échappées dans l'atmosphère 10 sans présence du dispositif sont recyclées dans le moteur et utilisées en tant que carburant. Cette purge du filtre à vapeurs de carburant est commandée par une électrovanne, elle-même pilotée par l'ECU ( engine control unit - unité de contrôle moteur appelé également PCM : module de contrôle du groupe motopropulseur). 15 Il est dans l'intérêt du système de contrôle du moteur de diagnostiquer un dysfonctionnement de cette électrovanne, laquelle doit s'ouvrir et se fermer lorsqu'on la commande. Usuellement, on diagnostique le fonctionnement de l'électrovanne en contrôlant l'ouverture effective de celle-ci. On vérifie ainsi que la vanne s'est ouverte en regardant 20 l'influence de cette ouverture sur le fonctionnement du moteur, typiquement en régime de ralenti. L'ECU/PCM, appelé ci-après ECU , calcule la valeur du débit qui traverse l'électrovanne. Cette valeur est ajoutée à la valeur du débit mesuré en amont de la vanne (tel un papillon mobile en rotation) qui régule l'écoulement de l'air dans le collecteur 25 d'admission, afin que cette valeur soit prise en compte pour gérer les (ou moins certaines des) autres paramètres de commande du moteur. Le calcul du débit d'air dans le collecteur d'admission d'air conditionne la quantité de carburant à injecter, cette quantité conditionnant elle-même la production de couple, le régime moteur et les émissions gazeuses du moteur à l'échappement. 30 Lors de l'ouverture de la vanne de purge du filtre à vapeurs de carburant, l'ECU modifie les paramètres de commande du moteur pour conserver un fonctionnement normal de ce moteur, c'est-à-dire non notablement perturbé par la purge en cours. Le régime de ralenti du moteur est régulé au moyen d'un contrôleur de régime de ralenti de type PID ( PID controller - contrôleur de type proportionnel dérivé intégral). 2 L'un des moyens pour diagnostiquer le bon fonctionnement de l'électrovanne de purge est de surveiller le comportement du régime de ralenti, lorsqu'on provoque une ouverture de cette électrovanne (typiquement par tout ou rien). Dans un tel mode de diagnostic, le conducteur peut se rendre compte de la 5 variation de régime du moteur, non sollicitée de sa part, et en conclure à tort un mauvais fonctionnement du moteur à combustion interne de son véhicule. Des solutions à cette situation ont déjà proposé de suivre d'autres indicateurs (débit dans le collecteur d'admission d'air), valeur lue par une sonde LAMDA à l'échappement....). 10 Toutefois, le suivi de l'évolution du régime moteur s'avère un moyen fiable et intéressant de diagnostic du bon fonctionnement de l'électrovanne. Un but de l'invention est d'éviter, ou au moins de limiter, le problème précité lié à cette variation de régime moteur que peut ressentir ou identifier, au ralenti, un conducteur en particulier en mode diagnostic et/ou lorsqu'on ouvre la vanne de purge d'un filtre à 15 vapeurs de carburant, sur un moteur à combustion interne. Une solution proposée dans l'invention consiste dans un procédé de fonctionnement du moteur, lorsqu'il est donc au ralenti et que sa vitesse (régime) est contrôlée par un contrôleur ISC, dans lequel procédé, à un moment donné de fonctionnement de ce moteur au ralenti, on va commander une ouverture de la vanne de 20 purge du filtre à vapeurs de carburant et on va également commander le contrôleur du régime de ralenti ISC pour qu'il agisse sur ledit régime de ralenti du moteur sans provoquer de variation notable de ce régime malgré l'ouverture de la vanne de purge. Ainsi, lors (ou malgré) l'ouverture de cette vanne, le régime de ralenti du moteur sera maintenu (sensiblement) constant, que la vanne se soit effectivement correctement 25 ouverte ou non. Favorablement, on fera fonctionner le contrôleur de régime de ralenti (ISC) et l'unité de contrôle du moteur (ECU, PCM) avec un contrôleur PID à fonctions proportionnelle, dérivée et intégrale. Par ailleurs, on prévoit de préférence que le maintien, vanne de purge ouverte, 30 du régime moteur au ralenti, sans variation notable par rapport à ce qu'il est lorsque la vanne de purge est fermée, soit couplé à une analyse de données fournies à l'unité de contrôle du moteur (ECU, PCM) par le contrôleur PID, cette analyse de étant utilisée pour fournir une information de diagnostic de fonctionnement du dispositif de purge et/ou de ladite vanne de purge. 35 Dans ce contexte, on conseille en outre que l'analyse de ces données comprennent une analyse de l'évolution de la fonction intégrale pour diagnostiquer si le dispositif de purge fonctionne correctement. 3 En pratique, il est en outre conseillé que l'analyse en cause conduisant au diagnostic comprenne les étapes suivantes : a) mémorisation dans l'unité de contrôle du moteur (ECU, PCM) d'au moins une valeur lue dans la fonction intégrale du contrôleur PID associé au contrôleur du régime de ralenti (ISC), avant que soit commandée l'ouverture de la vanne de purge, b) fourniture à l'unité de contrôle du moteur (ECU, PCM) d'au moins une valeur lue dans la fonction intégrale du contrôleur PID, une fois ladite vanne de purge commandée à l'ouverture, c) comparaison entre les valeurs lues aux étapes a) et b), d) établissement du diagnostic en fonction des résultats de la comparaison effectuée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore de la description qui va suivre qui fournit un exemple de réalisation, à titre non limitatif, en relation avec les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 schématise, en liaison avec l'invention, un ensemble de moyens présents dans un moteur à combustion interne de véhicule et participant à son fonctionnement, - la figure 2 montre une courbe d'évolution sur un contrôleur PID tel qu'utilisé favorablement dans le cadre de l'invention.

Figure 1, on voit schématiquement une partie d'un moteur 1 à combustion interne d'un véhicule. L'un des cylindres 3 de ce moteur communique, en amont, avec le collecteur d'admission d'air 5 et, en aval, avec le collecteur d'échappement 7 qui communique lui-même avec le système d'échappement 9. En aval du collecteur d'échappement 7 par où s'évacuent les gaz brûlés produits dans la chambre de combustion 11, se trouve le système d'échappement 9 comprenant une sonde lambda 13 disposée en amont d'un catalyseur 15 monté sur le pot d'échappement catalytique 17 du véhicule à travers lequel les gaz d'échappement sont rejetés dans l'atmosphère. La sonde lambda 13 est une sonde à oxygène utilisée pour mesurer la richesse du mélange carburant/comburant apporté dans les cylindres du moteur, et donc en particulier dans le cylindre 3. Son emplacement est précis, car il conditionne l'efficacité de la mesure réalisée par la sonde, laquelle est donc conçue pour détecter la quantité d'oxygène présente dans les gaz d'échappement. Dans le collecteur d'admission d'air 5, on reconnaît une chambre 5a où est situé 35 un capteur 19 de la pression du fluide en circulation dans ce collecteur. Ce capteur est typiquement de type MAP (capteur de pression absolue de collecteur). 4 Plus en amont, le collecteur d'admission d'air 5 communique avec un conduit de recyclage de vapeurs de carburant 21 qui débouche sur le collecteur d'admission 5 en aval de la vanne 23 (ou papillon) qui laisse passer plus ou moins d'air dans le collecteur 5, en fonction typiquement de la commande transmise par l'unité de contrôle moteur (ECU) 25. Cette unité de contrôle moteur 25 correspond donc au module de contrôle du groupe motopropulseur. Reliée à un certain nombre de capteurs et d'actionneurs, elle contrôle en particulier la distribution de carburant, la vitesse de ralenti, le calage de l'avance à l'étincelle et les systèmes d'émissions gazeuses.

La vanne 23 du collecteur d'admission 5 est située en aval du débitmètre 26 (capteur MAF de débit massique d'air en entrée) chargé de mesurer la quantité d'air admis dans le collecteur 5, à partir de la prise d'air extérieur 27 ouverte sur l'atmosphère. Le conduit de recyclage de vapeurs de carburant 21 reçoit une certaine quantité des vapeurs de carburant provenant du volume de stockage du filtre à vapeurs de carburant 29, lorsque l'électrovanne 31 placée sur le conduit 21 est ouverte. Typiquement, le filtre à vapeurs de carburant 29 appartient à un dispositif de stockage/purge 28 et reçoit les vapeurs de carburant par un conduit 33 relié au réservoir à carburant du véhicule. II reçoit une certaine quantité d'air extérieur par un conduit 35 ouvert à l'atmosphère.

Les explications qui suivent concernant les pressions de fluide pourraient être appliquées à des débits de fluide circulant, et inversement. Lors du fonctionnement du moteur 1 (matérialisé ici essentiellement par son cylindre 3) et hors période de purge des vapeurs de carburant contenues dans le volume de stockage 29 du filtre (l'électrovanne 31 étant donc supposée fermée), le capteur de pression 19 détecte la pression d'air dans le conduit d'admission d'air 5 qui ne reçoit alors aucune vapeur du conduit 21. Cette valeur est transmise à l'ECU 25 où le débit d'air (MAF-CYL) entrant dans le(s) cylindre(s) est calculé, de façon connue en soi. L'une au moins desdites valeurs est transmise par l'ECU pour définir la quantité 30 de carburant à apporter dans chaque cylindre afin d'obtenir des conditions de combustion optimisées. Typiquement, les données fournies par la sonde d'échappement lambda, 13, sont prises en compte par l'ECU pour ajuster la quantité de carburant injectée dans le cylindre 3 par l'injecteur 37, le mélange carburant/comburant y étant enflammé par la 35 bougie d'allumage 39 dont le cycle de fonctionnement est lui-même commandé par l'ECU, les soupapes respectivement d'admission 41 et d'échappement 43 participant aux cycles successifs habituels de fonctionnement du moteur, en rythmant les admissions de fluide (comburant) provenant du conduit d'admission d'air 5 et l'expulsion des gaz d'échappement vers le système d'échappement 9. En période de purge des vapeurs de carburant contenues dans le volume de stockage 29, l'électrovanne 31 est censée être ouverte et une certaine quantité de fluide 5 contenant ces vapeurs est censée alors arriver, via le conduit 21, dans le conduit d'admission 5. Cette période de purge des vapeurs est typiquement prévue pour intervenir alors que le moteur 1 est à son régime de ralenti. Comme connu en soi, le papillon/la vanne 23 est alors favorablement sous le contrôle d'un contrôleur d'air de ralenti (IAC) 45 et d'un contrôleur (ou actionneur) de vitesse de ralenti (ISC) 47 qui sont reliés fonctionnellement à l'ECU. Le contrôleur ISC va ici agir sur ce régime de ralenti du moteur en fonction du débit de fluide passant à travers la vanne de purge 31, ou d'un paramètre physique lié à ce débit, comme par exemple la pression.

Comme on l'a dit, le fluide arrivant du conduit 21 peut comprendre un mélange entre les vapeurs de carburant issues du conduit 33 et de l'air extérieur provenant du conduit 35, le dosage pouvant être réalisé par des moyens connus. Typiquement, par différence de pression entre la pression lue par le capteur 19 et la pression ambiante, l'ECU 25 est adapté pour estimer (calculer) la valeur du débit traversant l'électrovanne de purge 31, en utilisant par exemple une table de modélisation mémorisée et qui aura été élaborée sur banc d'essai. Une fois la valeur de ce débit traversant l'électrovanne 31 calculée, cette valeur peut être typiquement ajoutée à la valeur du débit d'air mesurée par le débitmètre 25, en amont de la vanne 23, et peut ainsi être prise en compte, toujours par l'ECU, pour gérer les autres paramètres de commande du moteur (débit de carburant, cycle d'injection par chaque injecteur 37....). Typiquement, on vérifie que l'électrovanne 31 est ouverte en constatant, au niveau de l'ECU et par l'intermédiaire des données fournies par les capteurs tels 13 et 19, l'influence de cette ouverture sur le fonctionnement du moteur.

On a toutefois indiqué en début de description qu'il existe des imperfections dans cette (seule) manière de procéder. Pour pouvoir établir un diagnostic de meilleure qualité, et/ou éviter en particulier les perturbations, ainsi que les interrogations dont il a été fait état que peut avoir le conducteur, il est ici proposé de procéder comme suit, de préférence en phase de ralenti du moteur et au moins pendant la/chaque étape de diagnostic vis-à-vis du fonctionnement du dispositif 28, et en particulier de la réaction correcte de l'électrovanne 31 lors de sa commande d'ouverture par l'ECU : 6 Pour aller directement au mode privilégié de contrôle que l'on conseille de mettre en oeuvre, on va chercher à pallier le(s) problème(s) constaté(s) en assurant un maintien du régime de ralenti du moteur pendant la phase de purge des vapeurs de carburant (y compris donc dans l'hypothèse la plus probable où la vanne 31 se sera correctement ouverte), ceci étant favorablement obtenu en utilisant, en association, le contrôleur PID 49 (contrôleur connu à fonctions Proportionnelle Dérivée et Intégrale) et le contrôleur du régime de ralenti ISC 47, tous deux reliés à l'ECU 25, et en surveillant la partie intégrale 51 de la courbe typique d'évolution du contrôleur PID (voir figure 2). A toutes fins utiles, on reconnaîtra sur la figure 2 les première et seconde parties d'une courbe d'évolution typique dans un tel contrôleur visant, dans le temps, à stabiliser à la valeur de sortie NS le régime moteur N : phase d'action en termes proportionnels 53 suivie de la phase d'action en termes dérivés 55 où se produit typiquement le plus fort dépassement 57 suivi de la stabilisation vers le signal de sortie correspondant au régime Ns.

Dans le cadre de la vérification du fonctionnement du dispositif de purge 28, on va appliquer la surveillance de cette partie intégrale de l'évolution PID du contrôleur de ralenti 45 au diagnostic de fonctionnement de l'électrovanne 31. Pour ce faire, lors du lancement du mode diagnostic du dispositif 28 au régime de ralenti, l'électrovanne de purge 31 va être commandée à l'ouverture par l'ECU 25, de manière telle que le contrôleur de régime à fonctions PID 45-47 puisse agir et éviter une variation de régime de ralenti du moteur, permettant ainsi que le conducteur ne se rende pas compte d'une quelconque variation, ou du moins d'une variation notable par lui-même, du régime moteur, malgré l'accroissement de débit dans le collecteur d'admission 5.

En pratique, lors de la commande d'ouverture de cette vanne 31, l'ECU va contrôler cette vanne et/ou la vanne 23 du collecteur d'admission 5, pour que le mélange carburant / comburant admis dans les cylindres soit adapté de manière qu'on atteigne ledit maintien (sans variation notable) recherché du régime de ralenti, en liaison avec une action du contrôleur PID (49) et/ou du contrôleur ISC 47.

Ainsi, le système de contrôle du moteur, et donc en particulier l'ECU 25, va analyser la déviation de la partie intégrale 57 du contrôleur PID (qui va nécessairement varier si l'électrovanne 31 ne s'est pas ouverte et que, par conséquent, la quantité de fluide estimée n'est pas parvenue dans le conduit d'admission d'air 5 via le canal 21) pour maintenir le régime de ralenti du moteur existant sensiblement au moment de la commande d'ouverture de cette électrovanne, et ce pendant la phase indiquée de diagnostic. 7 Ainsi, même si le régime moteur N ne va pas varier, pour la perception qu'en a le conducteur, l'ECU 25 va recevoir des informations permettant de diagnostiquer le bon ou le mauvais fonctionnement du dispositif de purge 28, et en particulier de l'électrovanne 31 qui en constitue typiquement l'élément le plus sensible.

En pratique, la solution ici privilégiée prévoit que, lorsque le mode de diagnostic du dispositif 28 est initié par l'ECU 25, les moyens mémoire associés à cette ECU vont mémoriser la valeur lue dans ladite partie intégrale 51 du contrôleur PID, avant l'ouverture de l'électrovanne 31. En d'autres termes, le contrôleur PID 49 va transmettre à l'ECU 25 la valeur du terme intégral, et l'ECU 25 va l'enregistrer en mémoire, alors que la vanne de purge est fermée. L'ouverture de cette vanne ayant été commandée, d'autres valeurs du terme intégral vont ensuite être transmises à l'ECU 25 par le contrôleur PID, ces valeurs correspondant donc à des valeurs lues alors que l'électrovanne est censée s'ouvrir suite à la commande reçue.

En comparant la valeur de référence mémorisée avant l'ouverture avec ces valeurs pendant et/ou après l'ouverture, les moyens de traitement de l'ECU 25 vont pouvoir diagnostiquer le bon ou le mauvais fonctionnement du dispositif de purge. En particulier, ce diagnostic pourrait être établi par comparaison avec une valeur seuil.

Si le seuil préétabli et mémorisé est atteint, le fonctionnement du dispositif 28 et donc de l'électrovanne 31, sera jugé correct, sinon un message de défaut sera transmis pour intervention. Le procédé de diagnostic portant sur le fonctionnement du dispositif de purge 28 a été décrit pour un régime de ralenti. II peut cependant être envisagé pour des conditions 25 de régime moteur stabilisées.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de fonctionnement d'un moteur (1) à combustion interne, en régime de ralenti (47), le moteur (1) étant équipé d'un dispositif de purge (28) comprenant une vanne (31) de purge d'un filtre à vapeurs de carburant communiquant, par un conduit d'amenée des vapeurs, avec un collecteur d'admission en air (5) du moteur (1), pour y recycler une partie au moins de ces vapeurs lorsque la vanne (31) est ouverte, dans lequel procédé un contrôleur de régime de ralenti (ISC,47) agit sur le régime de ralenti du moteur, caractérisé en ce qu'à un moment donné de fonctionnement du moteur au ralenti, on commande une ouverture de la vanne (31) de purge et on commande également le contrôleur du régime de ralenti (ISC,47) pour qu'il agisse sur ledit régime de ralenti du moteur sans provoquer de variation notable de ce régime malgré l'ouverture de la vanne de purge.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contrôleur du régime de ralenti (ISC,47) agit sur ledit régime de ralenti du moteur (1) en fonction du débit de fluide passant à travers la vanne (31) de purge, ou d'un paramètre physique lié à ce débit.

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fait fonctionner le contrôleur de régime de ralenti (ISC,47) et l'unité de contrôle du moteur (ECU,PCM,25) avec un contrôleur PID (49) à fonctions proportionnelle (53), dérivée (55) et intégrale (51).

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le maintien, vanne de purge (31) ouverte, du régime moteur au ralenti, sans variation notable par rapport à ce qu'il est lorsque la vanne (31) de purge est fermée, est couplé à une analyse de données fournies à l'unité de contrôle du moteur (ECU,PCM,25) par le contrôleur PID (49), et cette analyse de données est utilisée pour fournir une information de diagnostic de fonctionnement du dispositif de purge (28) et/ou de ladite vanne (31) de purge.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite analyse comprend une analyse de l'évolution de la fonction intégrale pour diagnostiquer si le dispositif de purge (28) fonctionne correctement.

6. Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que 30 ladite analyse comprend les étapes suivantes : a) mémorisation dans l'unité de contrôle du moteur (ECU,PCM,25) d'au moins une valeur lue dans la fonction intégrale du contrôleur PID (49) associé au contrôleur du régime de ralenti (ISC,47), avant que soit commandée l'ouverture de la vanne (31) de purge, 9 b) fourniture à l'unité de contrôle du moteur d'au moins une valeur lue dans la fonction intégrale du contrôleur PID (49), une fois ladite vanne de purge commandée à l'ouverture, c) comparaison entre les valeurs lues aux étapes a) et b), d) établissement du diagnostic en fonction des résultats de la comparaison effectuée.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on établit le diagnostic de l'étape d) par rapport une valeur de seuil préétablie.

8. Procédé selon la revendication 3 ou l'une au moins des revendications 4 à 7 rattachée à cette revendication 3, caractérisé en ce que lors de la commande d'ouverture de la vanne (31) de purge, on agit sur cette vanne de purge et/ou sur la vanne (23) d'alimentation en air située dans le collecteur d'admission (5), pour que sa/leur vitesse et/ou amplitude d'ouverture soi(en)t adaptée(s) de manière qu'on atteigne alors ledit maintien, sans variation notable, du régime de ralenti, en liaison avec une action du contrôleur PID (49) et/ou du contrôleur de vitesse de ralenti (ISC,47).