Brevet FR2585767A1 — publié le 19870206

La présente invention concerne un procédé pour détecter l'état de vieillissement d'un catalyseur de gaz d'échappement dans un moteur à combustion interne équipé d'un système de régulation du rapport aircarburant à sondes- A, o, lors d'un dépassement par excès ou par défaVt d'un rapport air-carburant prédéterminé, et en fonction de la tension fournie par la sonde- \, le rapport air-carburant est commuté de l'état riche à l'état pauvre ou de l'état pauvre à l'état riche lorsque le point de commutation est atteint. Des spécifications imposées par les règlements à la composition des gaz d'échappement ne peuvent être atteintes que par un post-traitement catalytique des gaz d'échappement. Pour garantir un fonctionnement optimal du catalyseur, le rapport air-carburant doit varier dans des limites très étroites de part et d'autre du rapport stoechiométrique. Le problème est résolu par interposition d'une sonde-X en amont du catalyseur, à l'aide de laquelle l'oxygène résiduel contenu dans les gaz d'échappement est détecté. Au moyen de la tension (EMK) fournie par la sonde- X, une réaction est exercée par l'intermédiaire d'une ligne de sonde sur le rapport aircarburant. Par l'intermédiaire de paramètres électroniques réglables, comme une valeur de seuil, un point de fonctionnement, une caractéristique d'intégrateur et des temps de retard, le point de régulation X désiré est établi. Le régulateur relié à la sonde, généralement un régulateur à deux points opère en fonction de la courbe caractéristique de sonde, c'est-à-dire que, lorsque la tension de la sonde s'écarte du point de fonctionnement, la proportion de carburant dans le mélange air-carburant est augmentée ou diminuée. En fonction des conditions de marche du moteur, on obtient ainsi en permanence une alternance entre un mélange air- carburant riche et un mélange air-carburant pauvre. Il est maintenant connu que les catalyseurs sont relativement sensibles à une surchauffe et notamment réagissent à des impuretés et à des additifs contenus dans l'essence, par exemple des composés de plomb. En outre, il se produit, dans les conditions sévères de fonctionnement rencontrées dans un véhicule automobile, un certain vieillissement des catalyseurs. Tous les facteurs précités provoquent une diminution d'efficacité du catalyseur. Aussitôt que la diminution d'efficacité du catalyseur a atteint un degré déterminé, le catalyseur doit être changé, sans attendre pour autant que le cata- lyseur soit si fortement endommagé que son défaut de fonc- tionnement se fasse déjà remarquer à l'extérieur. L'invention a en conséquence pour but de créer un procédé simple qui puisse être mis en pratique dans tout atelier de réparation de véhicules et à l'aide duquel on puisse tirer des conclusions concernant l'état de vieillissement du catalyseur. Ce problème est résolu au moyen du procédé défini dans le premier paragraphe et qui est caractérisé en ce que la commutation est retardée de 10 à 5000 ms et la teneur en constituants combustibles des gaz d'échappe- ment en aval du catalyseur est mesurée. De façon préférée, la commutation est retardée de 50 à 200 ms. En outre, il est avantageux que le retard soit produit par interposition d'un circuit RC ou d'un filtre passe-bas dans le circuit électrique de la sonde- A. L'invention exploite le fait connu consistant en ce que le catalyseur, lors de la combustion d'un mélange pauvre (<> 1, excès d'oxygène dans les gaz d'échappement) est en mesure d'emmagasiner de l'oxygène à l'aide duquel, lors de la combustion d'un mélange riche (X oxydés. Un catalyseur exerçant toute son activité catalyti- que possède alors un pouvoir d'emmagasinage d'oxygène comparativement grand. Au cours du processus de vieillis- sement du catalyseur, le pouvoir d'emmagasinage d'oxygène décroît, ainsi que par conséquent l'activité du catalyseur. Lors d'une régulation du rapport air-carburant au moyen de sondes- X, ce rapport varie alternativement avec une fréquence déterminée entre l'état pauvre et l'état riche. Le mode de fonctionnement d'un système de régulation commandé par des sondes- X est généralement connu et a été décrit en détail par exemple dans: Gl1ckler, "Advances in closed-loop lambda-controlled fuel injection systems means to meet mist stringent emission levels", Proceedings International Symposium in Automotive Techno- logy and Automation, ISATA 81, Stockholm 7 - 11 Septembre, volume 1, pages 308 - 326, édité par Automotive Automation Ltd., Croydon, Angleterre. Lorsqu'on retarde la commutation du mélange entre l'état riche et l'état pauvre, ou inversement, d'une période temporelle déterminée, il se produit alors un allongement aussi bien des instants o un gaz d'échappement avec défaut d'oxygène est présenté au catalyseur que des instants o un gaz d'échappement avec excès d'oxygène est présenté au catalyseur. Le gaz d'échappement avec défaut d'oxygène, contenant des constituants encore oxydable, ne peut alors être complètement oxydé que lorsque la quantité d'oxygène emmagasinée dans le catalyseur pendant la phase d'excès d'oxygène est suffisante à cet égard. Cependant, du fait que la capacité d'emmagasinage d'oxygène du cata- lyseur décroît à mesure qu'augmente le vieillissement du catalyseur, c'est-à-dire sa réduction d'efficacité, on obtient, par un choix approprié du retard des points de commutation, que la proportion des constituants combus- tibles et non convertis dans les gaz d'échappement constitue une mesure de la capacité d'emmagasinage d'oxygène du catalyseur, et par conséquent de son état de vieillissement. A partir de la teneur en constituants combustibles dans les gaz d'échappement en aval du catalyseur, on peut ainsi déterminer le degré d'épuisement du catalyseur et changer le cas échéant le catalyseur avant que des constituants des gaz d'échappement encore polluants en marche normale ne parviennent dans l'atmosphère. La mesure de la teneur en constituants combus- tibles dans les gaz d'échappement lors d'un retardement de la commutation peut être effectuée dans chaque atelier comportant des appareils de mesure (mesure de CO) utilisés déjà à l'heure actuelle, notamment en marche au ralenti ou à des vitesses supérieures au ralenti. Des mesures pour la détermination de la teneur en CO dans les gaz d'échappement sont également effectuées à l'heure actuelle lors du réglage de carburateurs. La durée dont est retardée la commutation lorsque le point normal de commutation est atteint est comprise entre 10 et 5000 ms, de préférence entre 50 et 200 ms. Le temps de retard optimal doit être déterminé individuelle- ment à chaque fois pour le type correspondant de moteur. On peut alors se baser sur les directives suivantes: lorsqu'il existe un gros volume de catalyseur, le retard doit également être relativement grand car un gros volume de catalyseur possède également une grande capacité d'emmagasinage d'oxygène. Si le retard était trop petit, il ne se produirait pas la surcharge désirée du cata- lyseur et la limite de la capacité d'emmagasinage d'oxy- gène pourrait être atteinte peu de temps avant l'effondre- ment du catalyseur. Des véhicules sont fréquemment pourvus égale- ment d'un mini-catalyseur ou d'un catalyseur de démarrage placé à proximité du pot d'échappement. Un catalyseur de ce genre est disposé dans le courant de gaz d'échappement en amont de la sonde- À et du catalyseur proprement dit et il a pour fonction de s'échauffer très rapidement dans la phase de démarrage et de réduire ainsi dans cette phase de démarrage la teneur en constituants indésirables dans les gaz d'échappement. Lorsqu'un tel catalyseur est prévu, on prévoit un raccourcissement du temps de retard car les gaz d'échappement atteignent le catalyseur proprement dit déjà dans une condition de conversion partielle. Le retard de la commutation de l'état riche à l'état pauvre, ou inversement, peut être établi d'une manière particuliè- rement simple par interposition d'un circuit RC ou d'un filtre passe-bas dans le conducteur reliant la sonde-> à l'appareil de commande. Il est même suffisant de court- circuiter le conducteur positif et le conducteur négatif de la liaison entre la sonde et l'appareil de régulation à l'aide d'un condensateur de capacité appropriée. Au cas o le retard est assuré par interposition d'un circuit RC ou bien d'un condensateur dans le conducteur reliant la sondeX à l'appareil de régulation, la réalisation pratique est effectuée d'une manière particulièrement simple. La liaison entre le câble de la sonde- X et l'appareil de régulation est effectuée notamment au moyen d'un contact à fiche. On peut brancher entre le connecteur du conducteur et le contact à fiche de l'appareil de régu- lation un connecteur intermédiaire approprié qui contient le composant RC ou le condensateur, ce qui peut être réalisé dans tout atelier sans aucune difficulté. L'atelier a seulement besoin de disposer d'un ensemble de connecteurs intermédiaires appropriés qui correspondent aux types de véhicules entretenus par cet atelier. Une autre possibilité d'établir le retard consiste à monter un circuit de retard correspondant dans l'appareil de régulation et de l'enclen- cher à l'aide d'un commutateur lors du contrôle de l'instal- lation comportant le catalyseur. Une telle solution présente l'avantage qu'aucun autre dispositif n'est nécessaire dans l'atelier, en dehors des appareils déjà existants et servant à la mesure de la composition des gaz d'échappement. Grâce à l'invention, il est possible en pre- mier lieu, d'une manière extraordinairement simple, de mesurer dans un véhicule l'état de vieillissement du ca- talyseur de gaz d'échappement. Les appareillages à prévoir à cet effet sont extraordinairement simples et existent en majeure partie déjà dans tout atelier d'entretien de véhicules automobiles. Avec le procédé, il est possible de détecter correctement l'épuisement du catalyseur avant qu'il soit devenu inutilisable et que des gaz d'échappement nocifs soient en conséquence déchargés dans l'atmosphère pendant la marche du moteur. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour détecter l'état de vieillisse- ment d'un catalyseur de gaz d'échappement dans un moteur à combustion interne équipé d'un système de régulation du rapport air-carburant à sondes- X, o, lors d'un dépassement par excès ou par défaut d'un rapport air-car- burant prédéterminé, et en fonction de la tension fournie par la sonde- >D, le rapport air-carburant est commuté de l'état riche à l'état pauvre ou de l'état pauvre à l'état riche lorsque le point de commutation est atteint, caracté- risé en ce qu'on retarde la commutation de 10 à 5000 ms et on mesure la teneur en constituants combustibles des gaz d'échappement en aval du catalyseur. 2 - Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'on retarde la commutation de 50 à 200 ms. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le retard est produit par inter- position d'un circuit RC ou d'un filtre passe-bas dans le circuit électrique de la sonde-.