FR2924167A1

FR2924167A1 - Heating circuit operating state diagnosing method for lambda sensor in motor vehicle, involves carrying out final diagnosis of heating circuit of oxygen sensor relative to result of preliminary diagnoses of operation of heating circuit

Info

Publication number: FR2924167A1
Application number: FR0759326A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Protin; Baptiste Edeline
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-05-29

Abstract

The method involves calculating an average value of heating current of an oxygen sensor during a predetermined duration i.e. elementary time-window. The average value of the heating current is compared to a threshold value for carrying out preliminary diagnosis of operation of a heating circuit of the oxygen sensor during the elementary time-window. The calculation and the comparison of the average value are repeated for a predetermined number of times. Final diagnosis of the heating circuit is carried out relative to result of the preliminary diagnoses. An independent claim is also included for a device for diagnosing an operating state of a heating circuit of an oxygen sensor.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DIAGNOSTIC DU FONCTIONNNEMENT D'UNE SONDE A OXYGENE. L'invention concerne un procédé et un dispositif de diagnostic di fonctionnement d'une sonde à oxygène. Elle concerne en particulier ui procédé et un dispositif de diagnostic du fonctionnement du circuit d, chauffage d'une telle sonde. METHOD AND DEVICE FOR DIAGNOSING THE OPERATION OF AN OXYGEN PROBE The invention relates to a method and a device for diagnosing the operation of an oxygen sensor. It relates in particular to a method and a device for diagnosing the operation of the heating circuit of such a probe.

Afin de déterminer la richesse du mélange gazeux introduit dans les cylindre d'un moteur à combustion interne installé dans un véhicule automobile, oi place dans sa ligne d'échappement une ou plusieurs sondes à oxygène encore appelées sonde Lambda. La tension de sortie de cette sonde e: fonction de la quantité d'oxygène présent dans les gaz d'échappement. In order to determine the richness of the gaseous mixture introduced into the cylinders of an internal combustion engine installed in a motor vehicle, where place in its exhaust line one or more oxygen sensors also called Lambda probe. The output voltage of this probe e: function of the amount of oxygen present in the exhaust gas.

La quantité de polluants émis par le moteur est fonction de la richesse di mélange carburé. Cette richesse étant régulée grâce au signal fourni par I, sonde à oxygène, il est important que cette information soit la plus fiabl, possible le plus rapidement possible. The amount of pollutants emitted by the engine is a function of the fuel mixture richness. Since this richness is regulated by the signal provided by the oxygen sensor, it is important that this information be as reliable as possible as quickly as possible.

Pour délivrer un signal véritablement représentatif de la richesse du mélange carburé, une sonde à oxygène doit fonctionner dans une gamme d^ température prédéterminée. Cette gamme de températures peut être comprise entre 650 et 850°. Lors d'un démarrage à froid, la chaleur dégagé^ par les gaz d'échappement ne suffit pas à chauffer la sonde à oxygène pou qu'elle fonctionne correctement. Les sondes à oxygène sont donc pourvue d'un circuit de chauffage auxiliaire disposé à proximité de l'élément sensible de la sonde et destiné à chauffer la sonde pour qu'elle fonctionne bien dan cette gamme de températures. 2924167 -2 Pour répondre aux normes internationales concernant les émissions d, substances polluantes, tels les oxydes d'azote (NOx), les hydrocarbure imbrûlés (HC) et les oxydes de carbone (CO), il est utile de surveiller I, 5 fonctionnement du circuit de chauffage de la sonde. To deliver a signal truly representative of the richness of the fuel mixture, an oxygen sensor must operate within a predetermined temperature range. This temperature range can be between 650 and 850 °. During a cold start, the heat generated by the exhaust gases is not sufficient to heat the oxygen sensor to function properly. The oxygen sensors are therefore provided with an auxiliary heating circuit disposed near the sensing element of the probe and for heating the probe so that it functions well in this temperature range. 2924167 -2 In order to meet international standards for pollutant emissions, such as nitrogen oxides (NOx), unburned hydrocarbons (HC) and carbon oxides (CO), it is useful to monitor I, 5 operation. of the heating circuit of the probe.

Le document US 2003-0178016 décrit un procédé de régulation de li température de chauffage d'une sonde à oxygène. Ce document propose d^ réguler le courant traversant la résistance de chauffage de cette sonde el 10 utilisant une modulation de largeur d'impulsion. US 2003-0178016 discloses a method for controlling the heating temperature of an oxygen probe. This document proposes to regulate the current flowing through the heating resistor of this probe and using a pulse width modulation.

Toutefois, ce procédé ne permet pas d'effectuer un diagnostic du circuit d^ chauffage de la sonde. Si le circuit de chauffage est défectueux en mettar en oeuvre le procédé décrit dans US 2003-0178016, la valeur de Ii 15 modulation de largeur d'impulsion sera modifiée pour compenser ce défaut E il n'y aura aucune indication sur le disfonctionnement du circuit de chauffagE Cette modification peut même ne compenser que partiellement I^ disfonctionnement présent et peut aboutir à une augmentation de la quantit, de polluants émis à froid, et à une mauvaise régulation de la température d, 20 l'élément sensible de la sonde. However, this method does not allow a diagnosis of the heating circuit of the probe. If the heating circuit is defective by carrying out the method described in US 2003-0178016, the value of the pulse width modulation will be modified to compensate for this defect. There will be no indication of circuit malfunction. This modification may even only partially compensate for the present malfunction and may result in an increase in the amount of pollutants emitted when cold and in the poor regulation of the temperature of the sensing element of the probe.

Un but de la présente invention est de remédier aux inconvénients de l'ai antérieur. An object of the present invention is to overcome the disadvantages of the previous AI.

25 L'invention propose un dispositif et un procédé robustes et fiables permettar de diagnostiquer l'état de fonctionnement du circuit de chauffage d'une sond^ à oxygène. - 3 The invention provides a robust and reliable device and method for diagnosing the operating condition of the heating circuit of an oxygen sensor. - 3

L'invention concerne un procédé de diagnostic de l'état de fonctionnement d circuit de chauffage d'une sonde à oxygène caractérisé en ce qu'il comporte - a) une étape de calcul de la valeur moyenne du courant de chauffag, de la sonde durant une durée prédéterminée appelée fenêtre élémentaire, - b) une étape de comparaison de cette valeur moyenne à une valeu de seuil pour effectuer un diagnostic préliminaire du fonctionnement du circu de chauffage de la sonde durant cette fenêtre élémentaire, c) une étape au cours de laquelle les étapes a et b sont répétées ui nombre prédéterminé de fois, d) une étape de diagnostic définitif du circuit de chauffage de la sond^ en fonction du résultat des diagnostics préliminaires. The invention relates to a method for diagnosing the operating state of a heating circuit of an oxygen sensor, characterized in that it comprises - a) a step of calculating the average value of the heating current, of the probe for a predetermined duration called elementary window, - b) a step of comparing this average value with a threshold value to perform a preliminary diagnosis of the operation of the heating circuit of the probe during this elementary window, c) a step during which steps a and b are repeated a predetermined number of times, d) a definitive diagnostic step of the heating circuit of the probe according to the result of the preliminary diagnoses.

Selon d'autres caractéristiques du procédé: - durant l'étape d) on déclare le circuit de chauffage de la sond, défaillant si le nombre de fenêtres élémentaires pour lesquels I, fonctionnement du circuit de chauffage de la sonde a été déclare défaillant est supérieur à un seuil, - durant l'étape d) on déclare le circuit de chauffage de la sond, défaillant si pour toutes les fenêtres élémentaires le fonctionnemer du circuit de chauffage a été déclaré défaillant, - lors de l'étape de diagnostic préliminaire le fonctionnement di circuit de chauffage de la sonde est déclaré défaillant si la valeu moyenne du courant est inférieure au seuil, - le procédé comporte une étape de temporisation et de stabilisatioi de la température de la résistance de chauffage du circuit d^ chauffage de la sonde, cette étape étant préalable à l'étape a), - la défaillance du circuit de chauffage de la sonde est signalée al conducteur. - 4 L'invention concerne également un dispositif de diagnostic de l'état d, fonctionnement du circuit de chauffage d'une sonde à oxygène, le disposit comportant une unité électronique de commande reliée au circuit d^ chauffage de la sonde caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre des moyens pour: -calculer de la valeur moyenne du courant de chauffage de la sond, durant une durée prédéterminée, appelée fenêtre élémentaire, - comparer cette valeur moyenne à une valeur de seuil pou effectuer un diagnostic préliminaire du fonctionnement du circuit d, chauffage de la sonde durant cette fenêtre élémentaire, - diagnostiquer le fonctionnement du circuit de chauffage de I, sonde en fonction du résultat des diagnostics préliminaires. According to other characteristics of the process: during step d), the heating circuit of the probe is declared faulty if the number of elementary windows for which the operation of the heating circuit of the probe has been declared faulty is greater than at a threshold, - during step d) the heating circuit of the probe is declared faulty if, for all the elementary windows, the operation of the heating circuit has been declared to be faulty, - during the preliminary diagnosis step the operation di di heating circuit of the probe is declared faulty if the average value of the current is below the threshold, - the method comprises a step of delaying and stabilizing the temperature of the heating resistance of the heating circuit of the probe, this step prior to step a), - the failure of the heating circuit of the probe is signaled to the conductor. The invention also relates to a device for diagnosing the operating state of the heating circuit of an oxygen sensor, the device comprising an electronic control unit connected to the heating circuit of the probe, characterized in that the device further comprises means for: -calculating the average value of the heating current of the probe, for a predetermined duration, called elementary window, - comparing this average value with a threshold value to perform a preliminary diagnosis of the operation of the circuit for heating the probe during this basic window, - diagnose the operation of the heating circuit of the probe according to the result of the preliminary diagnoses.

D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront 15 l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation de l'inventior nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement un moteur à combustioi interne équipé de deux sondes à oxygène, - la figure 2 est un schéma électrique partiel d'une sonde à oxygène 20 connectée à une unité électronique de commande, - la figure 3 est un ordinogramme des différentes étapes du procéd, selon l'invention. Other advantages and features of the present invention will appear on examining the detailed description of an embodiment of the inventior in no way limiting, and the accompanying drawings, in which: - Figure 1 shows schematically a combustion engine 2 is a partial electrical diagram of an oxygen sensor 20 connected to an electronic control unit; FIG. 3 is a flowchart of the various steps of the procedure according to the invention.

On se réfère à présent à la figure 1. Le moteur à combustion interne 6 25 allumage commandé comporte une pluralité d'injecteurs 8 injectant di carburant dans chacun des cylindres 10 du moteur 6. Les injecteurs reçoivent des signaux de commande d'une unité de commande électroniqu^ (U.C.E.) 16 par l'intermédiaire de connexions 14. Pour commander le temp d'ouverture des injecteurs 8, l'U.C.E. reçoit des signaux en provenance de -5 Referring now to FIG. 1, the spark ignition internal combustion engine has a plurality of fuel injector injectors 8 in each of the cylinders 10 of the engine 6. The injectors receive control signals from one engine unit. electronic control (ECU) 16 via connections 14. To control the opening time of the injectors 8, the ECU receives signals from -5

sondes à oxygène 18 et 20 disposées dans un conduit d'échappement 2E respectivement en amont et en aval d'un convertisseur catalytique 22, par le connexions 24 et 26. Le signal de sortie de chaque sonde 18 et 20 contier une information sur la teneur en oxygène résiduel des gaz d'échappement E également sur le rapport momentané d'air et de carburant du mélange aspire par le moteur 6. Les nivaux haut et bas de ce signal correspondent à de richesses respectivement supérieure et inférieure au rappoi stoechiométrique (richesse 1). Le moteur 6 comporte en outre dans sa ligne d'admission une vanne papillon 12 destinée à contrôler la quantité d'air admi dans le moteur. oxygen sensors 18 and 20 arranged in an exhaust duct 2E respectively upstream and downstream of a catalytic converter 22, through the connections 24 and 26. The output signal of each probe 18 and 20 containing information on the content residual oxygen E exhaust gas also on the momentary ratio of air and fuel mixture aspires by the engine 6. The high and low levels of this signal correspond to wealth respectively higher and lower than the stoichiometric report (wealth 1 ). The engine 6 further comprises in its intake line a butterfly valve 12 for controlling the amount of air in the engine.

L'U.C.E reçoit également d'autres informations (température de l'air admis pression à l'admission, température de l'eau de refroidissement moteur régime moteur ...) en provenance d'autres capteurs non représentés sur I, figure 1 via les connexion 32 à 36. The ECU also receives other information (intake air temperature admission pressure, engine cooling water temperature engine speed ...) from other sensors not shown on I, Figure 1 via the connections 32 to 36.

La figure 2 est un schéma électrique interne d'une des sondes 18 ou 20 de Ii figure 1 et de sa connexion avec l'U.C.E. Chaque sonde 18, 20 comporte ui circuit de chauffage Cc comportant une résistance de chauffage Rc et ui circuit de signal de sonde Cs comportant une résistance interne Rs d, l'élément sensible de l'élément de la sonde 1 ou 20. Le circuit de chauffag, Cc de la sonde est relié à PUCE par les connexions a et b et le circu délivrant le signal de la sonde est relié au moteur par les connexions c et c L'U.C.E calcule l'intensité du courant traversant le circuit de chauffage Cc partir de la tension qu'elle mesure aux bornes de ce circuit Cc et d'un résistance interne (non représentée sur la figure) implantée dans un montag, dit à miroir de courant. - 6 Figure 2 is an internal wiring diagram of one of the probes 18 or 20 of Figure 1 and its connection to the U.C.E. Each probe 18, 20 comprises a heating circuit Cc comprising a heating resistor Rc and a probe signal circuit Cs comprising an internal resistor Rs d, the sensing element of the element of the probe 1 or 20. The circuit heating, Cc of the probe is connected to CHIP by the connections a and b and the circu delivering the signal of the probe is connected to the motor by the connections c and c The ECU calculates the intensity of the current flowing through the heating circuit Cc from the voltage it measures at the terminals of this circuit Cc and an internal resistance (not shown in the figure) implanted in a montag, said current mirror. - 6

L'invention propose un procédé et un dispositif de diagnostic du circuit d, chauffage de la sonde à oxygène. The invention provides a method and a device for diagnosing the heating circuit of the oxygen sensor.

On reporte à présent à la figure 3 qui est un ordinogramme des différente étapes du procédé de diagnostic selon l'invention. A l'étape 50 l'U.C.I initialise toutes les variables utilisées pour réaliser le diagnostic du circuit d, chauffage Cc. Puis, à l'étape 52 l'U.C.E vérifie que les conditions d^ réalisation du test sont réunies: - le moteur a au moins atteint une plage de régime prédéterminé, pe exemple comprise entre 750 -800 tours par minute, - la température du liquide de refroidissement est supérieure à uni valeur prédéterminée, par exemple supérieure -7°, - les diagnostics électriques de la sonde 18 ou 20 n'ont détecté d, défauts ni sur le circuit de chauffage Cc ni sur le circuit de signal Cs, - les autres capteurs, par exemple le capteur de température du liquid, de refroidissement, permettant de réaliser le diagnostic ne sont pas déclaré défaillants. Referring now to Figure 3 which is a flow chart of the different steps of the diagnostic method according to the invention. In step 50, the U.C.I initializes all the variables used to carry out the diagnosis of the heating circuit Cc. Then, in step 52, the ECU verifies that the conditions for carrying out the test are met: the motor has at least reached a predetermined speed range, for example between 750 and 800 revolutions per minute, the temperature of the coolant is greater than a predetermined value, for example greater than -7 °, the electrical diagnoses of the probe 18 or 20 have detected no defects on the heating circuit Cc nor on the signal circuit Cs, the other sensors, for example the liquid temperature sensor, for cooling, making it possible to carry out the diagnosis are not declared faulty.

Lorsque ces conditions sont réunies, toujours à l'étape 52, une temporisatioi Tempo est lancée par l'U.C.E avant la réalisation du diagnostic propremer dit. Cette temporisation permet d'attendre la stabilisation de la température d, la résistance de chauffage Rc. En effet, la valeur de la résistance d, chauffage Rc varie en fonction de la température ce qui provoque de variations importantes de la valeur du courant de chauffage traversant I, circuit de chauffage Cc et qui peut par conséquent influer sur le résultat d diagnostic. When these conditions are met, still at step 52, a Tempo time delay is initiated by the U.C.E before the actual diagnosis is made. This delay makes it possible to wait for the stabilization of the temperature of the heating resistor Rc. In fact, the value of the heating resistor Rc varies as a function of the temperature, which causes significant variations in the value of the heating current flowing through the heating circuit Cc and which can therefore affect the diagnostic result.

Le diagnostic de la sonde pouvant être inhibé par d'autres stratégies d, contrôle moteur prioritaires, à l'étape 54 l'U.C.E vérifie que le diagnostic di -7 circuit de chauffage peut être effectué. Cette étape peut être effectuée el vérifiant l'état logique d'un booléen d'autorisation booll . Si le diagnostic n'es pas autorisé, l'étape 52 est de nouveau effectuée. Dans le cas contraire, l'étape 56 l'U.C.E vérifie que la commande de chauffage a bien été activée el vérifiant l'état logique d'un booléen d'activation de chauffage bool2. Si li commande de chauffage n'a pas été activée l'étape 54 est nouveau réaliséE Dans le cas contraire à l'étape 58, l'U.C.E calcule une valeur moyenne Imo du courant traversant le circuit de chauffage Cc durant une fenêtre élémentaire d'acquisition. On entend ici par fenêtre élémentaire d'acquisitior ou fenêtre élémentaire, une durée prédéterminée durant laquelle la valeu moyenne du courant Imoy est calculée en continue par l'U.C.E. Tant que I, durée de la fenêtre élémentaire n'est pas écoulée, les étapes 56 et 58 sor réalisée. L'U.C.E vérifie que la durée de la fenêtre élémentaire d'acquisitioi est écoulée à l'étape 60. A l'étape 62, lorsqu'une fenêtre élémentaire d'acquisition est écoulée, l'U.C.E compare la valeur moyenne du courant d, chauffage Imoy ayant traversé le circuit de chauffage Cc durant une fenêtra élémentaire à une valeur de seuil S1 et déclare cette fenêtre défaillante si li valeur moyenne Imoy du courant est inférieure au seuil S1. A l'étape & l'U.C.E compte le nombre de fenêtres élémentaire Nf écoulées et le compare à une valeur de seuil Nmax. Si le nombre de fenêtre d'acquisition écoulée e: inférieur à Nmax l'étape 54 est de nouveau effectuée. Si tel n'est pas le cas, l'étapes 66 l'U.C.E déclare le circuit de chauffage défaillant si toutes le fenêtres d'acquisition élémentaires ont été déclarées comme étar défaillantes. Selon une autre variante de réalisation L'U.C.E peut déclarer I, circuit comme étant défaillant si certaines fenêtres élémentaires seulemer ont été déclarées défaillantes. -8 The diagnosis of the probe which can be inhibited by other priority motor control strategies, in step 54 U.C.E verifies that the diagnostic di-7 heating circuit can be performed. This step can be performed by checking the logical state of a boiling authorization boolean. If the diagnosis is not allowed, step 52 is performed again. Otherwise, step 56 the U.C.E verifies that the heating control has been activated and verifies the logic state of a heating activation boolean bool2. If the heating control has not been activated, step 54 is again carried out. In the opposite case in step 58, the ECU calculates an average value Imo of the current flowing through the heating circuit Cc during an elementary window. acquisition. Here is meant by elementary window of acquisition or elementary window, a predetermined duration during which the average value of the current Imoy is calculated continuously by the U.C.E. As long as I, the duration of the elementary window has not elapsed, the steps 56 and 58 are performed. The ECU verifies that the duration of the elementary acquisition window has elapsed in step 60. In step 62, when a basic acquisition window has elapsed, the ECU compares the average value of the current d, Imoy heating having passed through the heating circuit Cc during a basic window to a threshold value S1 and declares this window fault if the average value Imoy of the current is below the threshold S1. At step U.C.E counts the number of elementary windows Nf passed and compares it to a threshold value Nmax. If the number of acquisition window elapsed e: less than Nmax step 54 is performed again. If this is not the case, step 66 the U.C.E declares the heating circuit faulty if all the elementary acquisition windows have been declared as failing. According to another embodiment, the U.C.E can declare I, circuit as being faulty if only certain elementary windows have been declared faulty. -8

Lorsqu'une défaillance a été détectée par le diagnostic selon l'invention, ell, peut être signalée au conducteur du véhicule, par exemple grâce à l'allumag, d'un voyant lumineux au tableau de bord. When a fault has been detected by the diagnosis according to the invention, it can be signaled to the driver of the vehicle, for example by means of the ignition, a warning light on the dashboard.

Grâce au procédé selon l'invention, il est possible de faire la différence enta une défaillance ponctuelle qui ne sera détectée que sur une fenêtre élémentaire d'acquisition et une défaillance permanente qui sera détectée su un grand nombre ou sur l'ensemble des fenêtres élémentaires d'acquisitior Grâce à cette caractéristique on évite les fausses détections et le diagnosti est plus robuste. With the method according to the invention, it is possible to differentiate a point failure which will be detected only on a basic acquisition window and a permanent failure which will be detected on a large number or on all the elementary windows. Thanks to this feature we avoid false detection and diagnosis is more robust.

En outre, le nombre de fenêtres élémentaires de détection est paramétrablE Il est ainsi possible d'adapter le procédé de diagnostic à différents types d, sondes à oxygène. In addition, the number of elementary detection windows is configurable. It is thus possible to adapt the diagnostic method to different types of oxygen probes.

Claims

. 1. A method for diagnosing the operating state of the heating circuit, an oxygen sensor characterized in that it comprises: - a) a step (58) for calculating the average value (Imoy) of the courar 5 for heating the probe for a predetermined duration called the elementary window, - b) a step (62) for comparing this average value (Imoy) with a threshold value (Si) to perform a preliminary diagnosis of operation of the heating circuit (Cc ) of the probe during this elementary window, c) a step (56, 58, 60) in which the steps a and b are repeated a predetermined number (Nmax) of times, d) a step (66) of definitive diagnosis of the heating circuit of I, probe according to the result of the preliminary diagnoses. 15

2. Method according to the preceding claim characterized in that durar step d) declares the heating circuit (Cc) of the faulty probe if I ^ number of elementary windows for which the operation di heating circuit of the probe has been declared defaulter is greater than 20 threshold.

3. Method according to claim 1 characterized in that during step d) oi declares the heating circuit (Cc) of the faulty sensor if for all the elementary windows the operation of the heating circuit has been declared defective.

4. Diagnostic method according to any one of the preceding claims, characterized in that during the step (62) of preliminary-diagnostic operation of the heating circuit of the probe e: declared defective if the average value of the current is less than the threshold (Si).

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a step (52) for delaying and stabilizing the temperature of the heating resistor (Rc) of the heating circuit (Cc) of the probe. (18,20), this step being preliminary to the stage, a).

6. Diagnostic method according to one of claims 2 to 5 characterized in that the failure of the heating circuit of the probe is signaled to the conductor.

7. Device for diagnosing the operating state of the heating circuit, an oxygen sensor, the device comprising an electronic control unit (16) adapted to be connected to the heating circuit (Cc) of the probe, (18, 20) characterized in that the device further comprises means for: calculating the average value (Imoy) of the heating current of the probe for a predetermined duration, called the elementary window; comparing this average value (Imoy) ) to a threshold value (If to carry out a preliminary diagnosis of the heating circuit operation of the probe during this elementary window, - diagnose the operation of the heating circuit of the probe according to the result of the preliminary diagnoses.