Brevet FR2690203A1 — publié le 19931022

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de détermination de l'état de fonctionnement d'un pot catalytique d'amorçage connecté à la sortie des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, pour traiter ces gaz par oxydation notamment pendant une phase de démarrage à froid du moteur. On équipe aujourd'hui couramment un véhicule automobile propulsé par un moteur à combustion interne d'un dispositif de régulation de la composition du mélange air/carburant d'alimentation du moteur et d'un pot catalytique disposé dans la ligne des gaz d'échappement du moteur, pour réduire ou oxyder certains composants de ceux-ci en espèces chimiques moins nocives. Le pot catalytique est dit ',trifonctionnel" quand il assure l'oxydation du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés ainsi que la réduction des oxydes d'azote, produits par la combustion du mélange air/carburant.A cet effet, le pot comprend, sur une matrice en ceramique par exemple, conformée de manière à établir une surface d'échange maximum avec les gaz d'échappement, un revêtement comprenant un métal catalyseur d'oxydation tel que le platine par exemple, un métal catalyseur de réduction tel que le rhodium par exemple et un métal stockeur d'oxygène tel que le cérium. Ce revêtement se dégradant avec le temps on a imaginé des moyens pour surveiller en permanence l'efficacité du pot catalytique de manière qu'une dégradation de son efficacité soit détectable et qu'on puisse y porter remède avant que celle-ci ne s'abaisse en dessous d'un niveau minimum admissible. On décrit un procédé de surveillance de l'efficacité d'un pot catalytique dans la demande de brevet français N" 91 13237 déposée le 28 octobre 1991 par la demanderesse. Les catalyseurs tri fonctionnels tels que décrits cidessus ne fonctionnement correctement que lorsqu'ils ont atteints une température de régime de l'ordre de 500 à 600"C et au minimum de 350"C. Pour leur permettre d'atteindre plus rapidement cette température on pourrait envisager de les placer au plus près du moteur et non en bout de ligne d'échappement, comme il est courant. Cependant leur encombrement est tel que cette solution n'est pas possible. Il en résulte un temps "d'amorçage" du pot catalytique trifonctionnel relativement long. Pendant ce temps les gaz d'échappement du moteur sont particulièrement polluants puisque chargés de carburant imbrûlé du fait de l'enrichissement du mélange air/carburant du moteur que l'on établit pendant une phase de démarrage à froid. On est alors amené à proposer l'installation d'un deuxième pot catalytique, plus petit, à proximité immédiate du moteur pour oxyder ce carburant imbrûlé. Ce pot catalytique "d'amorçage" est ainsi utilisé essentiellement pour oxyder rapidement les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone pendant les premières centaines de secondes du démarrage à froid du moteur. Comme on le montre à la Fig. 1 du document édité par la Society of Automotive Engineers sous le N" 881590, ces espèces polluantes sont alors présentes en quantité substantielle dans les gaz d'échappement. La Fig. 3 du même document démontre l'intérêt qu'il y a à placer le pot catalytique d'oxydation de ces espèces aussi près que possible du moteur pour diminuer la quantité d'oxyde de carbone contenue dans les gaz d'échappement. Le pot catalytique "d'amorçage" envisagé ci-dessus a donc une fonction d'oxydation seulement, ce qui est sans grand inconvénient, les températures de combustion relativement faibles en phase de démarrage ne provoquant pas de génération d'oxydes d'azote. Il peut également être associé avec un dispositif d'injection d'air dans les gaz d'échappement, propre à apporter un complément d'oxygène pour favoriser cette réaction d'oxydation. Un tel pot catalytique pourra alors être constitué par un support métallique imprégné d'un catalyseur d'oxydation constitué par un métal précieux tel que du palladium, par exemple. Des normes anti-pollution de plus en plus sévères imposent alors que le bon état de fonctionnement du pot catalytique d'amorçage puisse être surveillé en permanence, tout comme celui du pot catalytique principal trifonctionnel. L'efficacité du pot catalytique d'amorçage peut en effet chuter du fait d'une pollution du métal précieux par du plomb par exemple ou du fait d'une dégradation mécanique du support de ce métal précieux. Dans la demande de brevet français précitée on évalue l'efficacité du pot catalytique principal trifonctionnel à partir de sa capacité à stocker de l'oxygène. Cette solution n'est pas applicable au pot catalytique d'amorçage définit ci-dessus, qui ne comprend pas de stockeur d'oxygène, n'ayant pas de fonction réductrice. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé et un dispositif permettant de déterminer l'état de fonctionnement d'un pot catalytique d'amorçage qui ne fasse pas appel à une évaluation d'une capacité de stockage d'oxygène. La présente invention a aussi pour but de fournir un tel procédé et un tel dispositif plus particulièrement destinés à un pot catalytique à fonction d'oxydation d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone. La présente invention a encore pour but de fournir un tel procédé et un tel dispositif qui assurent une surveillance permanente de l'état de fonctionnement du pot, sans que cette fonction implique l'installation de matériels supplémentaires dans un véhicule automobile propulsé par le moteur à combustion interne. On atteint ces buts de 1 invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de détermination de 1 ' état de fonctionnement d'un pot catalytique d'amorçage connecté à la sortie des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne alimenté par un mélange air/carburant, pour le traitement de ces gaz par oxydation pendant une phase de démarrage à froid du moteur, suivant lequel on provoque un brusque enrichissement des gaz d'échappement en carburant imbrûlé et on diagnostique l'état de fonctionnement du pot à partir de la détection de la présence ou de l'absence d'un dégagement de chaleur dans le pot, significatif d'une oxydation dans celui-ci du carburant imbrûlé brusquement introduit dans les gaz d'échappement. On s'assure ainsi simplement de ce que le pot catalytique d'amorçage a conservé ou non sa capacité à oxyder les hydrocarbures imbrûlés et, éventuellement, d'autres espèces, en espèces moins nocives. Suivant une mise en oeuvre particulièrement efficace du procédé selon l'invention, le brusque enrichissement en carburant des gaz d'échappement est provoqué par un relâchement d'une pédale d'accélérateur commandant le moteur, non accompagnée d'une coupure de l'alimentation en carburant du moteur. Avantageusement ce relâchement de la pédale d'accélérateur est pris en compte quand celle-ci atteint la position "pied levé". Le procédé suivant l'invention est de préférence appliqué à un moteur équipé d'une sonde à oxygène disposée entre le pot catalytique d'amorçage et un pot catalytique principal placé en aval du précédent, cette sonde étant équipée de moyens de correction de l'influence de la température de la sonde sur son signal de sortie. Suivant l'invention on détecte d'abord une réaction d'oxydation dans le pot à partir d'un signal de correction élaboré dans lesdits moyens de correction. Le signal de correction étant lui-même représentatif des variations de température de la sonde induites par celles du gaz d'échappement qui la baigne, on tire ainsi d'un organe préexistant l'information de température nécessaire à la mise en oeuvre de l'invention, qui s'avère ainsi particulièrement peu coûteuse. La présente invention est également relative à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. D'autres caractéristiques et avantages du procédé et du dispositif suivant l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente schématiquement un moteur à combustion interne équipé d'un pot catalytique d'amorçage et d'un pot catalytique principal trifonctionnel ainsi que de moyens électroniques et logiciels assurant à la fois la régulation du mélange air/carburant d'alimentation du moteur et la mise en oeuvre du procédé de détermination de l'état de fonctionnement du pot catalytique d'amorçage suivant la présente invention, et - les figures 2 et 3 sont des graphes des températures des gaz d'échappement observées à l'entrée et à la sortie du pot catalytique d'amorçage, dans le cas d'un pot en bon état de fonctionnement et dans le cas d'un pot défectueux, respectivement. On se réfère tout d'abord brièvement à la figure 1 du dessin annexé pour décrire les moyens nécessaires à la mise en oeuvre du procédé suivant la présente invention. Sur cette figure, on a représenté un moteur à combustion interne I équipé d'un filtre à air 2, d'un conduit d'admission d'air 3 et d'un papillon 4 de réglage du débit d'air admis, en aval duquel se trouve un capteur 5 de pression d'admission P qui délivre un signal à un calculateur 6. Un capteur 7 de régime N du moteur, fixé en regard d'un volant 8 de ce moteur, délivre un deuxième signal au calculateur. Celui-ci reçoit un troisième signal S1 délivré par un sonde à oxygène 9 placée dans la ligne des gaz d'échappement du moteur, entre un pot catalytique d'amorçage 10 et un pot catalytique trifonctionnel 11.Le calculateur 6 comprend des moyens électroniques de traitement de signaux, de calcul et de mémoire nécessaires à la commande du temps d'ouverture t (ou "temps d'injection"), d'un ou plusieurs injecteurs de carburant 12. Classiquement, l'ensemble constitue un dispositif de régulation en boucle fermée de ce temps d'injection, la boucle étant fermée par le signal S1 délivré par la sonde à oxygène 9. Comme décrit dans la demande de brevet français précitée, l'ensemble peut comprendre en outre une deuxième sonde à oxygène 13 placée à la sortie du pot catalytique 11 pour délivrer au calculateur 6 un deuxième signal S2 qui est traité dans ce calculateur pour diagnostiquer la capacité du pot catalytique 11 à stocker de l'oxygène et, par là, pour surveiller ainsi son efficacité. Un silencieux 16 complète la ligne d'échappement. L'ensemble de la figure 1 comprend encore classiquement une pédale d'accélérateur 14 couplée au papillon 4 de réglage du débit d'air et un capteur 15 de la position occupée par cette pédale sous la commande du conducteur d'un véhicule automobile propulsé par le moteur 1. Comme on l'a vu plus haut, la présente invention a pour but de tester la capacité du pot catalytique 10 d'amorçage à oxyder convenablement le carburant imbrûlé présent à la sortie du moteur en phase de démarrage à froid de celui-ci, jusqu'à la mise en action du pot catalytique principal. Il faut cependant pouvoir tester à tout moment, c'est-à-dire le plus souvent en dehors d'une phase de démarrage à froid, le bon fonctionnement du pot catalytique d'amorçage. Il faut donc tester cette capacité lors d'un enrichissement en carburant du mélange air/carburant d'alimentation propre à enrichir du même coup les gaz d'échappement en carburant imbrûlé. Un tel enrichissement peut être commandé.On peut aussi l'observer à chaque fois que le conducteur lève le pied de l'accélérateur 14, totalement ou partiellement, si la régulation du mélange air/carburant ne coupe pas alors l'alimentation en carburant du moteur. Suivant une mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention, on détecte un "levé de pied" total opéré par le conducteur lors de conditions normales de conduite, donc hors démarrage à froid. Le capteur 15 de position "pied levé" forme alors un signal qui transmet l'information "pied levé" au calculateur. En phase de test du pot catalytique d'amorçage, le calculateur annule la coupure d'injection si celle-ci est normalement opérée. On observe alors un brusque enrichissement en carburant du mélange air/carburant du moteur, qui entraîne une quantité accrue d'hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement de ce moteur. Le passage de ces hydrocarbures imbrûlés dans un pot catalytique d'amorçage 10 en bon état de fonctionnement va déclencher une réaction exothermique d'oxydation de ces hydrocarbures, et donc un dégagement de chaleur dans le pot.Alors donc que la température des gaz d'échappement à l'entrée du pot s'abaisse (voir figure 2, graphe A) après un levé de pied à un instant t,, la température des gaz à la sortie du pot s'accroît brusquement (voir figure 2, graphe B) pour retomber au bout d'un certain temps par suite d'un retour au processus normal de coupure d'injection ou d'une reprise de l'action du conducteur sur la pédale d'accélérateur. Si le pot catalytique d'amorçage est dégradé et incapable d'assurer l'oxydation du carburant imbrûlé présent dans les gaz d'échappement, il n'y a pas de réaction exothermique dans le pot et les gaz d'échappement en sortent sensiblement à la température d'entrée (voir figure 3, où les graphes A et B sont sensiblement parallèles) décroissante avec le temps. Il s'agit donc de détecter l'évolution de la température des gaz d'échappement en sortie du pot catalytique 10. Ceci peut se faire simplement à l'aide d'une sonde de température disposée entre les pots catalytiques 10 et 11. Suivant une variante avantageuse, on peut faire l'économie de cette sonde. En effet, lorsque la sonde à oxygène 9 placée en amont du pot catalytique principal 11 est du type qui doit être compensée ou corrigée en température, on peut tirer des moyens de correction ou de compensation un signal représentatif de la température de la sonde et donc de celle des gaz d'échappement qui la baigne. Ainsi par exemple, si la sonde 9 est du type à film en dioxyde de titane déposée sur un support, équipée d'une résistance de chauffage et de moyen de régulation de sa température à une température prédéterminée, l'intensité du courant de chauffage de la résistance permet d'atteindre la température des gaz d'échappement. On décrit dans la demande de brevet français 91 15633 déposée le 12 décembre 1991 par la demanderesse, une telle sonde régulée en température. Suivant un premier mode de diagnostic de l'état de fonctionnement du pot catalytique d'amorçage, on compare la température relevée au bout d'un temps prédéterminé après l'instant t0 du "levé de pied", à la température relevée à to. Si la différence est positive, le pot 10 sera déclaré en bon état, du fait qu'il provoque une oxydation exothermique du carburant imbrûlé. Dans le cas contraire il sera déclaré hors d'usage. Ainsi c'est par la température mesurée au bout du temps prédéterminé mentionné ci-dessus que l'on diagnostique la présence où l'absence d'un dégagement de chaleur dans le pot. Suivant un deuxième mode de diagnostic plus fin, on quantifie l'efficacité du pot en fonction de l'écart observé, ou de l'intégrale de la variation de température observée, etc... Comme on le comprend maintenant, la présente invention peut être mise en oeuvre très simplement, sans installation de moyens matériels supplémentaires. Le capteur 15 étant classiquement installé autour d'un moteur 1, de même que la sonde 9, il suffit de charger le calculateur 6 avec un logiciel propre à traiter les signaux délivrés par ces moyens 9,15 pour établir le diagnostic suivant l'invention de l'état de fonctionnement du pot catalytique d'amorçage. Bien entendu, l'invention n' est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Ainsi tout autre moyen d'enrichissement brusque des gaz d'échappement en carburant imbrûlé pourrait être utilisé dans l'invention, tel qu'un relâchement partiel, et non total, de la pédale d'accélérateur, sans coupure de l'alimentation en carburant. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination de l'état de fonctionnement d'un pot catalytique d'amorçage (10) connecté à la sortie des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (1) alimenté par un mélange air/carburant, pour le traitement de ces gaz par oxydation pendant une phase de démarrage à froid du moteur, caractérisé en ce qu'on provoque un brusque enrichissement des gaz d'échappement en carburant imbrûlé et on diagnostique l'état de fonctionnement du pot (10) à partir de la détection de la présence ou de l'absence d'un dégagement de chaleur dans le pot (10), significatif d'une oxydation dans celui-ci du carburant imbrûlé brusquement introduit dans les gaz d'échappement. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le brusque enrichissement en carburant imbrûlé des gaz d'échappement est provoqué par un relâchement d'une pédale d'accélérateur (14) commandant le moteur (1), non accompagné d'une coupure de l'alimentation en carburant du moteur. 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le relâchement de ladite pédale d'accélérateur (14) atteint la position "pied levé". 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détecte une réaction d'oxydation dans le pot à l'aide d'une sonde de température placée à la sortie du pot. 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, appliqué à un moteur (1) équipé d'une sonde à oxygène (S1) disposée entre le pot catalytique d'amorçage (10) et un pot catalytique principal (11) placé en aval du précédent, cette sonde (S1) étant équipée de moyens de correction de l'influence de la température de la sonde sur son signal de sortie, caractérisé en ce qu'on détecte une réaction d'oxydation dans le pot (10) à partir d'un signal de correction élaboré dans lesdits moyens de correction. 6. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce qu'on utilise une sonde à oxygène (S1) à film de dioxyde de titane, compensée en température. 7. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on compare le dégagement de chaleur éventuellement observé dans le pot (10) à un dégagement de chaleur prédéterminé et on diagnostique un pot catalytique d'amorçage (10) en bon état ou en mauvais état de fonctionnement suivant que le dégagement de chaleur observé est supérieur ou inférieur au dégagement prédéterminé. 8. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on évalue l'écart entre le dégagement de chaleur éventuellement observé et un dégagement de chaleur attendu et on tire du signe et de l'amplitude de l'écart une évaluation de l'état de fonctionnement du pot catalytique d'amorçage (10). 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend a) un moyen (14) pour commander sélectivement un brusque enrichissement des gaz d'échappement du moteur en carburant imbrûlé, b) un premier capteur (15), délivrant un premier signal représentatif de l'activation dudit moyen, c) un deuxième capteur (9), influencé par la température des gaz sortant du pot pour fournir un deuxième signal représentatif de cette température et d) des moyens de traitement desdits premier et deuxième signaux pour en tirer un diagnostic quant à l'état de fonctionnement du pot catalytique d'amorçage. 10. Dispositif conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que ledit moyen (14) est une pédale d'accélérateur et ledit premier capteur (15), est sensible à la position "pied levé" de ladite pédale. 11. Dispositif conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que ledit deuxième capteur (9), est une sonde à oxygène à film en dioxyde de titane, ledit deuxième signal étant délivré par des moyens de compensation en température du signal de sortie de la sonde.