Brevet FR2640383A1 — publié le 19900615

La présente invention concerne un procédé pour déterminer l'état de catalyseurs dans des moteurs à combus- tion interne comportant un catalyseur disposé dans le trajet des gaz d'échappement et deux sondes de mesure de gaz d'échappement disposées à distance l'une de l'autre, séparées dans l'espace par un volume intermédiaire de cata- lyseur et par lesquelles le mélange carburant/air introduit dans le moteur à combustion interne est réglé à une valeur stoechiométrique dans une unité de régulation en fonction de la composition connue des gaz d'échappement. Pour des moteurs à combustion interne qui sont équipés en aval d'un catalyseur et de sonees de mesure de gaz d'échappement en vue d'un posttraitement des gaz d'échappement, il est connu d'après la demande de brevet allemand DE-OS 32 24 347 d'analyser la pression partielle d'oxygène à l'aide desdites sondes et de régler, en fonc- tion de cette pression partielle, la proportion carburant/ air du mélange introduit dans le moteur à une valeur appro- ximativement stoechiométrique. Pour cette analyse, on utili- se le comportement connu d'une sonde à oxygène dont la - tension de sortie varie en fonction de l'existence d'oxygène dans les gaz d'échappement. Une caractéristique de la sonde à oxygène consiste à cet égard dans une variation très rapide de sa tension de sortie dans une plage étroite entou- rant le rapport stoechiométrique (A = 1). Lorsqu'on détecte, par comparaison du signal fourni par la sonde avec un seuil prédéterminé, une faible pression partielle d'oxygène, c'est -à-dire un mélange riche, la composition du mélange est appauvrie uniformément au moyen d'un intégrateur incorporé dans un appareil de commande. Inversement la proportion carburant/air est uniformément enrichie lors de la détection d'une pression partielle élevée, c'est-à-dire d'un mélange pauvre. Lors de la détection d'une alternance de la propor- tion carburant/air entre les deux domaines " riche " et "pauvre" ou bien inversement, il se produit une variation de la composition du mélange d'une valeur constante. Ce comportement de régulation connu et décrit cidessus est exploité par exemple par l'intermédiaire d'un régulateur à action propçortioenelle-intégrale (PI). Dans ce procédé de régulation connu, il est possi- ble d'adapter la régulation à différences conditions de marche du moteur à combustion interne, en choisissant par exemple la vitesse d'intégration du régulateur PI en fonc- tion de la charge et de la vitesse de rotation du moteur. En outre il est possible de choisir les paramètres de régu- lation en fonction de la durée de service du catalyseur en vue d'une adaptation au rendement de conversion du catalyseur qui diminue à mesure que la durée de service augmente. La détermination de la durée de service peut être basée d'une part sur les heures de marche et d'autre part sur la distan- ce kilométrique parcourue. Avec ces deux méthodes possibles, on ne détermine cependant pas l'état réel d'activité du catalyseur car celui-ci est additionnellement influencé par différentes combinaisons charge/vitesse de rotation. L'invention a pour but de déterminer l'état réel d'activité d'un catalyseur et d'intervenir dans le système de régulation en fonction de la durée de service. Le problème est résolu selon l'invention en ce que le déphasage entre les signaux des sondes de mesure de gaz d'échappement est capté et est traité dans l'unité de régu- lation comme une mesure de l'état de vieillissement du cata- lyseur. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité, ce dispositif présen- tant les particularités suivantes: - Le volume de catalyseur situé entre les sondes de mesure de gaz d'échappement est compris entre 10 % et 30 % du volu- me total de catalyseur. - Le volume de catalyseur situé entre les sondes de mesure de gaz d'échappement est disposé à l'extrémité d'amont du catalyseur. Dans le volume occupé par un catalyseur, il est prévu deux sondes de détermination de la composition des gaz d'échappement, ces sondes étant séparées dans l'espace l'une de l'autre. Habituellement il s'agit à oet égard de sondes à oxygène à l'aide desquelles est déterminée une transition entre une proportion riche et une proportion pauvre du mélange carburant/air. Du fait de la disposition séparée des deux sondes dans l'espace, oC obtient, lors de la mesure des gaz d'échappement, un décalage entre les deux signaux des sondes dans le temps. Cedécalage dans le temps, c'est-à-dire le déphasageentreles deuxsignaux des sondes, consti- tue une mesure de l'activité du catalyseur, et'par consé- quent de son état de vieillissement, qui influence le rende- ment de conversion du catalyseur. Le résultat de la mesure du déphasage est utilisé comme paramètre additionnel d'en- trée pour la régulation classique et permet ainsi des inter- ventions du système de régulation en fonction de la durée de service. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mis en évidence dans la suite de la descrip- tion, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui représente schématiquement l'agencement d'un système à catalyseur conforme à l'inven- tion. Le dessin représente schématiquement un cataly- seur 1 qui est disposé dans un carter 2. A l'extrémité d'amont 3, les gaz d'échappement 4 provenant d'un moteur à combustion interne, non représenté, arrivent dans le sens de la flèche dans le catalyseur 1. Après franchisse- ment de tout le volume de catalyseur, les gaz d'échappement maintenant épurés sortent du catalyseur 1 à l'extrémité d'aval 6 et parviennent ensuite, dans le sens de la flèche, dans un système d'échappement, également non repré- senté. Lors du passage dans le catalyseur 1, les gaz d'échappement s'écoulent devant les deux sondes à oxygène 7 et 8, qui sont alors soumises d'une manière connue à une brusque variation de leur tension de sortie lorsqu'il se produit une alternance entre un état " riche " et un état "pauvre" du mélange carburant/air, et inversement. Du fait de la disposition séparée, dans l'espace de ces deux sondes 7 et 8, un tel changement d'état du mélange carburant/air est déterminé par la sonde d'aval 8 obligatoirement plus tard que la détermination faite par la sonde d'amont 7. Cela se traduit par un décalage dans le temps entre les signaux fournis par les sondes 7 et 8, ce décalage dans le temps étant analysé sous la forme d'un signal de déphasage dans une unité d'analyse 9. La grandeur du déphasage constitue une mesure de l'état d'activité et par conséquent également du vieillissement du catalyseur 1. Le résultat 10 de la mesure de déphasage peut alors être utilisé comme paramètre d'entrée pour des interventions, faites en fonction de la durée de service, dans le système de régulation, non repré- senté ici, du mélange carburant/air et en conséquence il est possible de compenser des altérations, résultant d'un vieillissement, du rendement de conversion du catalyseur 1. Il s'est avéré particulièrement avantageux d'uti- liser le procédé conforme à l'invention en coopération avec un procédé de régulation dans lequel une oscillation pério- dique est appliquée au rapport carburant/air. Par une aug- mentation de la fréquence de cette oscillation appliquée en fonction du signal de déphasage 10, il est possible d'aug- menter la fréquence de régulation du système et on peut compenser - comme cela a déjà été signalé ci-dessus - des altérations, résultant d'un vieillissement, du rendement de conversion du catalyseur 1. A cet égard, il est particuliè- rement avantageux d'utiliser une oscillation appliquée ayant un profil sinusoidal car le profil sinusoidal n'est pas déformé par la fonction de transmission du catalyseur 1, qui représente un organe de retardement et qui a le compor- tement d'un filtre passe-bas, mais seulement l'amplitude de cette oscillation est atténuée. De cette manière, il est possible d'exploiter relativement simplement les résultats des mesures obtenues à l'aide des sondes 7 et 8. Dans une forme avantageuse de réalisation, le volume de catalyseur situé entre les deux sondes 7 et 8 est compris entre environ 10 % et 30 % du volume total de catalyseur. Un plus grand volume intermédiaire de cataly- seur améliore évidemment en principe la détermination de vieillissement mais il diminue cependant au même degré la possibilité de captage des signaux et leur relations mu- tuelles à cause de la déformation des signaux provoquée par la propriété de filtre passe-bas d'un catalyseur. On obtient d'une façon particulièrement appropriée une information concernant l'état de vieillissement du catalyseur 1 dans le cas o le volume de catalyseur situé entre les sondes 7 et 8 correspond à la partie avant du catalyseur 1, c'est-à- dire son extrémité située du côté d'amont et thermiquement fortement sollicitée. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer l'état de catalyseurs dans des moteurs à combustion interne comportant un cata- lyseur disposé dans le trajet des gaz d'échappement et deux sondes de mesure de gaz d'échappement disposées à distance l'une de l'autre, séparées dans l'espace par un volume inter- méèiaire de catalyseur et par lesquelles le mélange carbu- rant/air introduit dans le moteur à combustion interne est réglé à une valeur stoechiométrique dans une unité de régu- lation en fonction de la composition connue des gaz d'échap- pement, caractérisé en ce que le déphasage entre les signaux des sondes (7, 8) de mesure de gaz d'échappement est capté et est traité dans l'unité de régulation comme une mesure de l'état de vieillissement du catalyseur (1). 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de catalyseur situé entre les sondes (7, 8) de mesure de gaz d'échappement est compris entre 10 % et 30 % du volume total de catalyseur. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le volume de catalyseur situé entre les sondes. (7, 8) de mesure de gaz d'échappement est disposé à l'extré- ité d'amont du catalyseur (1).