Brevet FR2675539A1 — publié le 19921023

Procédé et dispositif pour évaluer l'état de vieillissement d'un catalyseur '. L'invention concerne un procédé pour évaluer l'état de vieillissement d'un catalyseur, sur lequel on envoie les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à régulation lambda, procédé dans lequel les valeurs lambda sont mesurées avant et après le catalyseur. Etat de la technique10 On sait depuis longtemps que l'état de vieillissement d'un catalyseur peut être estimé à l'aide du signal d'une sonde Lambda disposée derrière lui Tant qu'il a peu vieilli, il présente une bonne capacité de stockage d'oxygène, ce qui le conduit à15 stocker de l'oxygène dans les phases maigres d'une régulation lambda sur la valeur un et à restituer celui-ci dans les phases grasses De cette façDn à la sortie du catalyseur, on mesure en permanence la valeur lambda un Toutefois quand l'état de20 vieillissement du catalyseur se dégrade de façon croissante, sa capacité de stockage décroît et il ne peut plus stocker, dans la phase maigre citée, tout l'oxygène résultant à cette occasion Ceci conduit à ce qu'au bout d'un certain temps, il y a, dans la25 phase maigre, de l'oxygène dans les gaz d'échappement quittant le catalyseur, ce qui a pour conséquence de déclencher un signal maigre dans la sonde lambda disposée à cet endroit Inversement dans la phase grasse, il n'y a plus assez d'oxygène disponible, pour convertir la quantité résultant au total en composants de gaz polluants à oxyder, et à cause de cela au bout d'un certain temps, dans la phase grasse, les composants à oxyder sont mesurés par la sonde lambda après le catalyseur En raison du déroulement du signal de la valeur lambda conditionné par la régulation avant le catalyseur, l'amplitude du signal de la valeur lambda dépend comme il est mesuré après le catalyseur, de l'instant auquel le réservoir d'oxygène est surchargé, ou est complètement vidé. Plus cet instant arrive tôt, plus est grande l'amplitude du signal mesuré après le catalyseur (sous réserve que l'instant ne se produise pas excessivement tôt) L'amplitude du signal après le catalyseur est de cette façon une mesure de la capacité de stockage et donc de l'état de vieillissement du catalyseur. L'amplitude mentionnée de dépend pas alors seulement de la capacité de stockage du catalyseur, mais audsi de l'amplitude du signal de la valeur lambda mesurée avant le catalyseur Pour compenser cette influence, il est connu de mettre en rapport les valeurs lambda mesurées avant et après le catalyseur. Pour cela, la demande de brevet allemande 2 304 622 (document US-3 962 866 > indique qu'il y a lieu de former la différence entre les deux signaux mentionnés et de délivrer un signal d'alerte, quand la différence tombe en dessous d'une valeur de seuil Par contre la demande de brevet allemande 3 500 594 indique qu'il y a lieu de former le rapport des deux signaux mentionnés et d'utiliser une valeur moyenne de ce rapport pour évaluer l'état de vieillissement. Malgré les moyens de correction à l'instant mentionnés, il n'était jusqu'ici possible en pratique de déterminer l'état de vieillissement d'un catalyseur par l'une des méthodes mentionnées précédemment que dans des conditions de fonctionnement particulièrement sélectionnées La raison de cela peut être facilement tirée du comportement indiqué ci- dessus du réservoir du catalyseur Si par exemple en état de marche on n'est pas exactement réglé sur la valeur lambda un, mais sur une valeur plus grasse, ce qui est souvent le cas, les phases maigres sont abrégées par rapport aux phases grasses On ne peut alors en tout cas emmagasiner dans la phase maigre plus du tout autant d'oxygène que le catalyseur pourrait encore en stocker à proprement parler Cela conduit alors dans la phase grasse à une amplitude particulièrement grande du signal de la valeur lambda mesurée après le catalyseur Des effets analogues se produisent quand la phase maigre est abrégée pour une autre raison, par exemple à cause d'un changement de la fréquence de réglage ou d'un processus non stationnaire. Le problème par contre se pose d'indiquer un procédé et un dispositif pour évaluer l'état de vieillissement d'un catalyseur dans lequel l'influence des conditions de fonctionnement sur la valeur de l'état de vieillissement calculée soit aussi faible que possible. Représentation de l'invention Dans le cas du procédé selon l'invention pour évaluer l'état de vieillissement d'un catalyseur, sur lequel sont envoyés les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à régulation lambda, on procède comme suit: on mesure les valeurs lambda avant et aorès le catalyseur. et on recherche si, dans le cas d'une oscillation du réglage de la valeur lambda avant le catalyseur passant du régime gras au régime maigre ou inversement, la valeur lambda montre après le catalyseur un passage correspondant et alors, si c'est le cas, on procède comme suit: on détermine le flux de la masse de gaz parcourant le catalyseur; on calcule l'intégrale dans le temps du produit du flux de la masse gazeuse et de la valeur lambda avant le catalyseur; on calcule l'intégrale dans le temps du produit du flux de la masse gazeuse et de la valeur lambda après le catalyseur; et l'on utilise comme mesure de l'état de vieillissement du catalyseur; soit la différence entre les deux intégrales; soit le quotient des deux intégrales; soit le quotient entre la différence et l'une des deux intégrales. Le dispositif selon l'invention pour Évaluer l'état de vieillissement d'un catalyseur, sur lequel sont envoyés les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à régulation lambda présente les éléments suivants: une sonde lambda avant le catalyseur; une sonde lambda après le catalyseur; un appareil de mesure de la masse d'air dans la pipe d'admission du moteur à combustion interne; un dispositif de calcul, qui est constitué de telle façon qu'il calcule l'intégrale dans le temps des produits du flux de la masse de gaz et de la valeur lambda avant ou après le catalyseur et comme mesure de l'état de vieillissement du catalyseur; soit la différence entre les deux intégrales; soit les quotients des deux intégrales soit entre les quotients de la différence et de l'une des deux intégrales: et un dispositif de décision qui examine si lors d'une oscillation de réglage de la valeur lambda avant le catalyseur passant du régime gras au régime maigre ou inversement, la valeur lambda montre un passage correspondant après le catalyseur et alors, quand c'est le cas, actionne le dispositif de calcul, de telle façon que celui-ci accomplit les opérations mentionnées. Le procédé selon l'invention et le dispositif selon l'invention se distinguent avant tout de l'état de la technique à deux égards La première différence essentielle réside dans le fait que des calculs pour apprécier l'état de vieillissement du catalyseur ne sont seulement entrepris que lorsqu'on est sur que, lors d'une oscillation du réglage de la valeur lambda avant le catalyseur celui-ci est complètement rempli d'oxygène et est ensuite de nouveau complètement vidé ou inversement De cette façon, on dispose de rapports exactement définis pour apprécier le comportement du réservoir du catalyseur. La deuxième différence réside dans le fait que l'on n'exploite pas uniquement des valeurs moyennes dans le temps des valeurs lambda, mais des intégrales dans le temps de produits de flux de masses gazeuses et de valeurs lambda On part du fait que dans le cas d'une valeur lambda constante (maigre) le catalyseur est rempli d'autant plus vite d'oxygène que davantage de gaz le parcourt L'instant o il est rempli et de cette façon, la valeur lambda mesurée à sa sortie ne dépend pas de cette façon seulement de la valeur lambda à l'entrée, mais aussi du flux de la masse gazeuse. Il est avantageux de surseoir aussi à la détermination de l'état de vieillissement quand le montant de l'intégrale dans le temps du flux de la masse gazeuse et de la valeur lambda avant le catalyseur dépasse une valeur limite De cette façon sont interdites par exemple des exploitations directement en liaison avec une phase de poussée Dans de cas, il faut bien mieux attendre une phase grasse suivante, avant d'entreprendre un nouveau calcul de l'état de vieillissement Dans la phase de poussée sans injection de carburant, la capacité de stockage du catalyseur est environ 1,5 fois à 2 fois plus grande que dans le cas de valeurs lambda, telles qu'elles se produisent lors d'une régulation lambda habituelle La condition à l'instant mentionnée empêche donc que des états particuliers n'altèrent l'estimation de l'état de vieillissement. On connaît sur chaque moteur à combustion à régulation lambda des dispositifs pour détecter la masse d'air dans la pipe d'admission du moteur à combustion Il y a avantage à utiliser ces dispositifs pour évaluer le flux de la masse gazeuse, qui zoule à travers le catalyseur Ceci, parce que dans le cas d'un moteur à régulation lambda le carburant est essentiellement dosé proportionnellement au flux de la masse d'air et en conséquence le flux de la masse gazeuse à la sortie du moteur et donc, à l'entrée du catalyseur, est essentiellement proportionnel au flux de la masse d'air entrante. Dessins: la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne suivi d'un catalyseur, ainsi que de moyens fonctionnels pour évaluer l'état de vieillissement du catalyseur. la figure 2 a à c est un diagramme avec corrélation dans le temps des déroulements dans le temps du signal de la valeur lambda avant un catalyseur (a) ainsi que du signal de la valeur lambda après un catalyseur ayant faiblement vieilli (b) ou un catalyseur ayant fortement vieilli (c) et; la figure 3 est un diagramme fonctionnel pour un procédé servant à évaluer l'état de vieillissement d'un catalyseur, qui utilise les intégrales des flux des masses gazeuses et des valeurs lambda. Description des exemples de réalisation: La figure 1 représente schématiquement un moteur 10 à combustion, un catalyseur 11, un dispositif de décision 12 et un dispositif de calcul 13 Dans la pipe d'admission du moteur 10 est disposé un appareil de mesure de la masse d'air, dont le signal LM du flux de la masse d'air est amené au dispositif de calcul 13 Dans le tuyau d'échappement entre le moteur 10 et le catalyseur 11 est disposé avant ce dernier une sonde lambda antérieure 15 v, tandis qu'à la sortie du catalyseur est disposêe une sonde lambda postérieure 15 h Les signaux de valeur XV ou XH de ces deux sondes sont acheminés aussi bien au dispositif de décision 12 qu'au dispositif de calcul 13 Ce dernier délivre un signal AZ, qai est une mesure pour l'état de vieillissement du catalyseur 11. A la figure 1, on a aussi représenté des valeurs pour les flux des masses gazeuses Dans ce cas QS_L_AS est le flux de la masse gazeuse mesuré par l'appareil de mesure 14 de la masse d'air Le flux d'oxygène correspondant est désigné par QS 02 _AS. Celui-ci est en relation avec le flux de la masse d'air dans un rapport constant k ( 21 poir-cent molaire), qui demeure essentiellement inchangé jusqu'à de grandes hauteurs Le flux partiel d'oxygène, qui quitte le moteur 10, dépend du courant d'oxygène aspiré et de la différence entre XV et la valeur lambda un La valeur lambda un signifie que la totalité de l'oxygène apporté est utilisé, si bien que le flux partiel d'oxygène sortant a une valeur nulle. Si la différence entre XV et un est plus gran 3 e que zéro, c'est- à-dire si l'on a une combustion maigre, un courant d'oxygène coule dans le catalyseur, qui se calcule selon la formule (XV-l)x QS_ 02 _AS Cette grandeur prend pour une combustion grasse une valeur négative Ceci signifie que de l'oxygène est enlevé au catalyseur 11 en proportion de la valeur de l'écoulement correspondante au lieu d'être apporté. Une formule correspondante, à savoir (XH 1) x QSO 2 _AS vaut aussi pour le flux partiel d'oxygène après le catalyseur, qui peut de nouveau être un flux apportant de l'oxygène ou consommant de l'oxygène Le flux partiel d'oxygène vers le catalyseur Il est désigné aussi dans ce qui suit comme QS_ 02 _V, tandis que celui provenant du catalyseur est désigné comme QS_O_H. La figure 2 a représente le déroulement dans le temps de la valeur lambda XV avant le catalyseur lors d'une oscillation régulière autour de la valeur lambda un Aux instants Tl, il y a des passages de régime maigre à régime gras, tandis qu'aux instants Tl', on a les passages inverses du régime gras au régime maigre La courbe est représentée comme une courbe en triangle, ce qui signifie que pour raison de simplicité, on est parti du fait que la régulation lambda fonctionne exclusivement avec des fractions d'intégrale et que la forme du signal de la valeur lambda n'est pas altérée par rapport à la f rme du signal de débit de carburant, qui est établi l Drs de la régulation lambda Ces conditions valent peur des cas pratiques en fait seulement dans une très grossière approximation, toutefois le déroulement concret du signal n'est pas important pour les considérations suivantes. La surface comprise entre la courbe représentée et la valeur lambda un correspond à l'intégrale dans le temps (XV-1) x dt Si l'on considère le flux de la masse d'air aspiré comme constant, la surface correspond aussi à l'intégrale / QS_ 02 _V x dt De cette façon, les surfaces comprises entre les instants respectifs Tl' et Tl reproduisent le débit d'oxygène s'écoulant dans le catalyseur, tandis que les surfaces comprises entre les instants Tl et Tl' correspondent au débit d'oxygène qui doit être utilisé pour oxyder la fraction des gaz pouvant être oxydée dans ce laps de temps dans le catalyseur. Tant que le catalyseur peut stocker davantage d'oxygène, que ce qui lui est fourni pendant une phase maigre et que pendant la phase grasse ne lui est retiré que la quantité d'oxygène qui lui a été fournie auparavant, la valeur lambda XH reste en permanence à la valeur un à la sortie du catalyseur. Pour la figure 2 b, on a admis que le catalyseur avait déjà faiblement vieilli, si bien qu'il n'est plus en mesure de stocker la totalité de l'oxygène apporté dans une phase maigre On a en outre admis pour raison de clarté, que le réservoir d'oxygène est rempli d'un seul coup, ce qui a pour conséquence qu'à partir du moment de son remplissage, le signal de la valeur lambda XH coïncide à la sortie avec le signal XV à l'entrée du catalyseur Pour le processus d'extraction d'oxygène, on a admis de façon correspondante que le réservoir se vide d'un seul coup et qu'ensaite le signal X H coïncide avec le signal m V Les surfaces entre les zones de signaux ainsi produites et la ligne pour la valeur lambda un correspondent dans le cas d'un flux de masse d'air supposé constant au courant d'oxygène en excédent ou au courant de reprise de l'oxygène au sens davantage expliqué ci-dessus Les surfaces correspondent à l'intégrale: /QS_ 2 __H x dt. La figure 2 c illustre un cas correspondant à la figure 2 b, en fait le déroulement du signal X_H pour un catalyseur fortement vieilli au lieu d'un catalyseur faiblement vieilli Dans le cas d'un catalyseur fortement vieilli, la capacité de stockage en oxygène est fortement réduite, et à cause de cela le signal XH dans le cas de la figure 2 c saute à la valeur de X_V déjà considérablement plus tôt que dans le cas de la figure 2 b. La différence de /QS_ 02 _V x dt /QS_ 02 _ H x dt correspond à la quantité d'oxygène stockée ai cours de la phase maigre dans le catalyseur ou à la quantité d'oxygène reprise au cours de la phase grasse au catalyseur Cette différence est de cette façon directement une mesure pour la capacité de stockage et donc pour l'état de vieillissement du catalyseur. Cette relation vaut pour n'importe quels déroulements dans le temps du signal XH et du flux de la masse d'air aspirée, tant qu'a lieu seulement avec chaque changement de phase du signal XV également un tel changement du signal XH Si un tel changement de phase n'a pas lieu, la capacité de stockage ne peut pas être évaluée, car il n'est pas clair de combien le réservoir se remplit dans une phase maigre ou de combien il se vide dans une phase grasse Du fait de l'indépendance de la grandeur mentionnée par rapport aux déroulements dans le temps de la valeur lambda et du flux de la masse d'air, cette grandeur est à peu près indépendante pour l'évaluation de l'état de vieillissement des différentes conditions de il fonctionnement et des variations de l'état du fonctionnement pendant la mesure Des problèmes ne se posent que dans des cas particuliers de fonctionnement, en particulier dans les phases de poussée sans injection de carburant, car dans ces phases le catalyseur peut stocker beaucoup plus d'oxygène que pendant une phase maigre réglée, en fait environ 1,5 fois à 2 fois plus Pour éviter des évaluations fausses dans de tels cas particuliers de fonctionnement, il est avantageux de ne pas former la grandeur mentionnée, quand l'intégrale de la valeur lambda avant le catalyseur et du flux de la masse d'air dépasse une valeur limite. A partir de la figure 3, on décrit alors un procédé, qui utilise les bases décrites précédemment. Dans une séquence si, on mesure les valeurs lambda Xv, X H et le flux de masse d'air LM Ensuite (séquence 2), on forme les intégrales IV et IH, comme indiqué à la figure 3 Dans une séquence de décision S 3, on recherche si la valeur d'intégrale I_V se trouve au-dessus d'un seuil Dans le cas de l'exemple de réalisation, ce seuil est mesuré de telle façon qu'il correspond au triple de la valeur réelle de la capacité de stockage du catalyseur Si cette condition n'est pas remplie, on recherche ensuite dans une autre séquence de décision S 4, si le signal i_H présente le même changement du régime gras au régime maigre ou inversement, que le signal XV Si c'est le cas, on calcule une grandeur d'état de vieillissement AZ et en fait à partir de la différence entre les deux intégrales mentionnées ou comme le quotient aa choix de deux des grandeurs IV, IH et IV-IH Finalement (séquence S 6) on recherche si le processus doit être clos Si ce n'est pas le cas, les processus se déroulent de nouveau à partir de la séquence si Cette séquence d'interrogation est aussi réalisée en partant de la séquence S 3, quand le seuil pour IV est dépassé ou en partant de la séquence S 4, quand le signal X_H ne montre pas le même changement que le signal k_V. Dans le cas de l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, on est parti du fait que les séquences de décision S 3 et S 4 se déroulent dans le dispositif de décision 12 et les autres séquences dans le dispositif de calcul 13 et que les deux dispositifs échangent les données dont elles ont besoin mutuellement En fait, ces dispositifs sont réalisés par le fonctionnement d'un microcalculateur programmé de façon correspondante. REVENDICATIONS 1) Procédé pour évaluer l'état de vieillissement d'un catalyseur, sur lequel on envoie les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à régulation lambda, procédé dans lequel les valeurs lambda sont mesurées avant et après le catalyseur, procédé caractérisé en ce que: on recherche, si lors d'une oscillation de réglage de la valeur lambda avant le catalyseur quand on passe du régime gras au régime maigre ou inversement la valeur lambda montre un passage correspondant après le catalyseur et ensuite si c'est le cas, on détermine le flux de la masse de gaz parcourant le catalyseur, on calcule l'intégrale dans le temps du produit du flux de la masse gazeuse et de la valeur lambda avant le catalyseur, on calcule l'intégrale dans le temps du produit du flux de la masse gazeuse et de la valeur lambda après le catalyseur, et comme mesure pour l'état de vieillissement du catalyseur on utilise; soit la différence entre les deux intégrales; soit le quotient des deux intégrales; soit le quotient entre la différence et l'une des deux intégrales. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure le flux de la masse d'air s'écoulant dans le moteur à combustion interne et l'on considère le flux de la masse gazeuse parcourant le catalyseur comme proportionnel au flux de la masse d'air. ) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'état de vieillissement n'est pas déterminé, quand le montant de l'intégrale dans le temps du flux de la masse gazeuse et de la valeur lambda avant le catalyseur dépasse une valeur limite. ) Dispositif pour évaluer l'état de vieillissement d'un catalyseur sur lequel on envoie les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à régulation lambda avec: une sonde lambda ( 15 v) avant le catalyseur ( 11); une sonde lambda ( 15 h) après le catalyseur; un appareil de mesure ( 14) de la masse d'air dans la pipe d'admission allant au moteur à combustion interne ( 10); dispositif caractérisé par un dispositif de calcul ( 13), qui est constitué de telle façon qu'il calcule les intégrales dans le temps des produits du flux de la masse gazeuse et de la valeur lambda avant ou après le catalyseur et détermine comme mesure pour l'état de vieillissement du catalyseur: soit la différence entre les deux intégrales; soit les quotients des deux intégrales; soit les quotients entre la différence et l'une des deux intégrales; et un dispositif de décision ( 12), qui recherche si lors d'une oscillation de réglage de la valeur lambda avant le catalyseur quand on passe du régime gras au régime maigre ou inversement, la valeur lambda montre un passage correspondant après le catalyseur et ensuite, si c'est le cas, actionne le dispositif de calcul, de telle sorte que celui-ci exécute les calculs mentionnés.