Brevet FR2730762A1 — publié le 19960823

Adaptation de procédés de vérification du rendement de catalyseurs à des catalyseurs comportant deux sondes lambda L'invention concerne un dispositif d'adaptation de procédés de vérification du rendement de catalyseurs à des catalyseurs pour des moteurs à combustion interne comportant deux sondes lambda. Outre à d'autres vérifications possibles, on peut procéder à la vérification du rendement d'un catalyseur par deux sondes d'oxygène. Il est monté une sonde d'oxygène en amont du catalyseur à contrôler et une sonde d'oxygène en aval du catalyseur, comme cela est décrit par exemple dans le DE 23 04 622 ou le DE 23 io 28 459. Dans les procédés qui y sont revendiqués, la différence des signaux de sortie des deux sondes d'oxygène est exploitée. Le traitement catalytique ultérieur de gaz d'échappement suppose une composition déterminée du gaz d'échappement, ce que l'on appelle un mélange stoechiométrique. A cet effet, on utilise une régulation du mélange, qui mesure la composition du mélange à l'aide d'une sonde d'oxygène montée en amont du catalyseur et qui régule périodiquement dans des limites étroites autour de la valeur de consigne. Il se crée ainsi ce que l'on appelle des fluctuations lambda, c'est-à-dire des fluctuations de la composition du mélange. Si le catalyseur a de bonnes capacités de conversion, ce qui revient à un bon rendement, ces fluctuations lambda en amont du catalyseur, qui sont produites par le régulateur lambda, sont lissées par la capacité du catalyseur à accumuler de l'oxygène. Le capteur d'oxygène en aval du catalyseur ne reconnaît ainsi pas de fluctuations ou il n'en reconnaît plus que de petites. Mais si, en raison du vieillissement, d'un empoisonnement par du carburant au plomb ou provoqué par des ratés de combustion, le catalyseur n'a plus de propriété de conversion ou n'en a plus qu'une réduite, les fluctuations lambda régnant en amont du catalyseur 2 2730762 apparaissent également en aval du catalyseur et sont détectées par le capteur d'oxygène qui y est monté. On peut ainsi déterminer le rendement du catalyseur à partir de la comparaison des fluctuations lambda en amont du catalyseur avec les fluctuations lambda en aval du catalyseur. On connaît par le DE 38 41 685 A1, un autre procédé pour connaître l'état de catalyseurs pour des moteurs à combustion interne comportant un catalyseur monté dans la voie de gaz d'échappement et deux sondes de mesure de gaz d'échappement qui sont montées à distance l'une de l'autre et par lesquelles, dans une unité de régulation, le mélange air/carburant envoyé au moteur à combustion io interne est régulé à une valeur stoechiométrique en fonction de la composition du gaz d'échappement identifiée. Le déphasage entre les signaux des deux sondes de mesure de gaz d'échappement est détecté et exploité dans l'unité de régulation en tant que mesure de l'état de vieillissement du catalyseur. Le catalyseur a habituellement une taille telle qu'elle permet en fonctionnement transitoire du moteur à combustion interne une conversion suffisante des trois constituants polluants CO, HC et NOx contenus dans le gaz d'échappement. Afin d'obtenir en fonctionnement stationnaire du moteur à combustion interne une réduction suffisante de substances polluantes, on pourrait utiliser une construction de catalyseur plus petite. Si la deuxième sonde lambda, qui sert de sonde de vérification pour le catalyseur, est montée en aval du catalyseur, lorsque le catalyseur est conçu pour un fonctionnement transitoire du moteur à combustion interne, une dégradation du rendement du catalyseur dans le domaine de fonctionnement stationnaire ne peut être reconnue que pour un rendement du catalyseur qui se dégrade nettement. La présente invention vise donc un dispositif qui permet de constater des dégradations même petites du rendement du catalyseur. On y parvient par un dispositif caractérisé - en ce qu'une première sonde lambda, servant à réguler le mélange air/carburant du moteur à combustion interne, est montée en amont du catalyseur dans le sens du courant, - en ce qu'une deuxième sonde lambda, servant à vérifier le rendement du catalyseur, est montée à l'intérieur du catalyseur, - et en ce que la deuxième sonde lambda est montée à proximité de la région o afflue le gaz d'échappement de telle manière que le volume du catalyseur entre l'entrée du catalyseur et la sonde lambda soit plus grand que le volume du catalyseur qui est nécessaire à la conversion des substances polluantes en fonctionnement stationnaire du moteur à combustion interne. De préférence, la deuxième sonde lambda est montée à l'intérieur d'un premier et d'un deuxième monolithes du catalyseur. Afin de pouvoir reconnaître des dégradations même très petites du rendement du catalyseur et ainsi s'il est porté atteinte même très faiblement à la capacité de conversion du catalyseur, la sonde de vérification est montée à l'intérieur du catalyseur ou à l'intérieur du premier et du deuxième monolithes du catalyseur. Le volume du catalyseur en amont de la sonde de vérification doit y 1o être plus grand que le volume nécessaire à la conversion en fonctionnement stationnaire du moteur à combustion interne. La dimension de ce volume est déterminée de manière expérimentale au banc d'essai pour un moteur à combustion interne donné à l'avance. L'invention part du fait que, en raison de l'apparition de ratés de combustion ou d'empoisonnement dû à l'utilisation de carburant au plomb, les catalyseurs sont endommagés en premier lieu dans la région avant, c'est-à-dire dans la région d'entrée du gaz d'échappement. Le volume du catalyseur en amont de la sonde de vérification n'est donc plus suffisant pour la conversion stationnaire en raison de l'endommagement du catalyseur, ce qui peut être détecté par la disposition suivant l'invention de la sonde de vérification. Une dégradation même petite des propriétés de conversion du catalyseur peut être ainsi constatée. Un exemple de réalisation du procédé suivant l'invention est décrit à l'aide du dessin schématique qui suit. Il y est désigné par le signe de référence 10 un moteur à combustion interne comportant une tubulure 17 de gaz d'échappement qui débouche dans un catalyseur 11 à trois voies, si bien que du gaz d'échappement peut passer dans le catalyseur 11 dans la direction caractérisée par un symbole fléché. Après passage dans tout le volume du catalyseur, le gaz d'échappement à présent épuré quitte le catalyseur 11 et parvient dans l'atmosphère en passant par un système 18 d'échappement comportant un ou plusieurs silencieux. Il est monté en amont du catalyseur 11 dans le sens du courant, dans la tubulure 17 de gaz d'échappement, une sonde 12 lambda pour détecter la composition de gaz d'échappement. Il s'agit habituellement d'une sonde d'oxygène à l'aide de laquelle un passage d'un mélange air/carburant riche à un mélange pauvre et inversement peut être détecté. Le signal de sortie de cette sonde 12 lambda sert de grandeur réglante à un dispositif 13 de régulation lambda qui règle le moteur 10 à combustion interne à une valeur optimale (X = 1). Il est prévu à l'intérieur du catalyseur, à proximité de la région d'entrée du gaz d'échappement, une autre sonde 14 lambda pour détecter la composition du mélange du gaz d'échappement dans le catalyseur. Cette sonde 14 lambda peut être constituée comme la sonde 12 lambda servant à la régulation du mélange, mais les deux sondes peuvent aussi avoir des temps de réponse différents, comme cela est décrit dans la demande de brevet européen EP 0 634 567 A1. Le lieu de montage de la sonde 14 lambda au sein du catalyseur est choisi io de telle façon que le volume du catalyseur en amont de la sonde 14 lambda soit plus grand que le volume nécessaire à la conversion en fonctionnement stationnaire du moteur 10 à combustion interne. Le signal de sortie de la sonde 14 lambda est envoyé à un dispositif 15 de vérification du rendement du catalyseur. 1 5 Il est envoyé à ce dispositif 15, par l'intermédiaire du dispositif 13 de régulation lambda, également les fluctuations de la composition du mélange détectées par la sonde 12 lambda en amont du catalyseur 11, c'est-à-dire ce que l'on appelle les fluctuations lambda. Comme la sonde 14 lambda montée dans le catalyseur détecte les fluctuations restantes qui sont encore présentes après le passage du gaz d'échappement dans le volume du catalyseur 1 1 qui se trouve en amont de la sonde 14 lambda, le rendement du catalyseur peut être déterminé par comparaison des deux fluctuations suivant un des procédés connus et mentionnés au début du présent mémoire. Si le rendement est inférieur à une valeur limite qui peut être donnée à lI'avance, il s'effectue, éventuellement après une exploitation statistique, une entrée dans une mémoire d'erreur et/ou le résultat de la vérification est signalé acoustiquement ou visuellement à l'aide d'une unité 16 de signalisation. 2730762 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'adaptation de procédés de vérification du rendement de catalyseurs à des catalyseurs pour des moteurs à combustion interne comportant deux sondes lambda, caractérisé - en ce qu'une première sonde (12) lambda, servant à réguler le mélange air/carburant du moteur à combustion interne, est montée en amont du catalyseur (11) dans le sens du courant, - en ce qu'une deuxième sonde (14) lambda, servant à vérifier le rendement du catalyseur, est montée à l'intérieur du catalyseur (11) - et en ce que la deuxième sonde (14) lambda est montée à proximité de la région o afflue le gaz d'échappement de telle manière que le volume du catalyseur entre l'entrée du catalyseur (11) et la sonde (14) lambda soit plus grand que le volume du catalyseur qui est nécessaire à la conversion des substances polluantes en fonctionnement stationnaire du moteur (10) à combustion interne. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième sonde (14) lambda est montée à l'intérieur d'un premier et d'un deuxième monolithes du catalyseur (11).