Brevet FR2752057A1 — publié le 19980206

Etat de la technique L'invention concerne un procédé et un dispositif servant à déterminer la sensibilité d'un détecteur d'hydro- carbures pour un moteur à combustion interne, avec une élec- trode de sonde qui peut être chauffée et qui détecte des molécules d'hydrocarbures, électrode dont la tension produite est une mesure de la concentration en hydrocarbures. Des règlements fédéraux américains prescrivent que les fonctionnements de toutes les parties constitutives qui sont importantes pour les émissions de gaz (par exemple les systèmes d'injection, les catalyseurs et appareils analo- gues)d'un véhicule à moteur, doivent être surveillées pendant leur fonctionnement par des moyens de diagnostic à bord (On- board-diagnose, OBD) propres au véhicule. Dans le cas des vé- hicules à moteur à combustion interne ou des véhicules Die- sel, on insère par exemple aussi bien des catalyseurs d'oxydation que des catalyseurs pour Nox, qu'on appelle cata- lyseurs Denox, pour améliorer les valeurs des gaz d'échappe- ment. Pour contrôler alors le mode de fonctionnement de catalyseurs de ce type, on en vient à utiliser des détecteurs d'hydrocarbures (détecteurs HC) qui sont essentiellement ba- sés sur le principe du potentiel de mélange et sont fortement analogues, en ce qui concerne leur construction, aux sondes lambda connues. Ils se différencient des sondes lambda tout en ayant par ailleurs la même construction, essentiellement seulement par le fait que le revêtement de leurs électrodes est sensible aux hydrocarbures. Au moyen de ces détecteurs d'hydrocarbures on peut détecter la concentration en hydrocarbures dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne et, à partir de là, on peut conclure à l'aptitude à fonctionner par exem- ple d'un catalyseur d'oxydation ou d'un catalyseur Denox. Le problème, dans le cas de tels détecteurs d'hy- drocarbures, est alors qu'il se produit une forte perte de sensibilité dans le cas d'un fonctionnement assez long. Il ressort de cela, dans le cas d'une assez longue durée de vie, des tolérances si grandes qu'il n'est plus possible d'exercer un contrôle des catalyseurs dans le cadre du diagnostic à bord OBD. Il faut en conséquence soit empêcher le vieillisse- ment d'une façon quelconque soit compenser d'une manière quelconque la perte de sensibilité qui se produit du fait du vieillissement, pour rendre les détecteurs d'hydrocarbures de ce type plus stables sur de longues périodes de temps. Dans le cas d'un procédé connu servant à détermi- ner la sensibilité d'un détecteur d'hydrocarbures, on cor- rige, au moyen d'un compteur horaire de fonctionnement et d'une courbe caractéristique de vieillissement déterminée au- paravant, les valeurs de mesure détectées par le détecteur d'hydrocarbures et faussées du fait du vieillissement. Dans ce cas l'inconvénient toutefois est que, par exemple lors d'un changement de l'appareil de commande et/ou du détecteur, il faut toujours remettre le compteur horaire de fonctionne- ment en position exacte, ce qui entraîne un coût considéra- ble. Dans le cas d'un autre procédé connu, on effectue un alignement sur des concentrations de gaz connues. Ceci n'est toutefois pas possible en marche car les émissions du moteur à combustion interne se modifient aussi au cours du temps et ne peuvent de cette façon constituer une référence. L'invention a en conséquence pour objet de déve- lopper un procédé du type indiqué ci-dessus, servant à déter- miner la sensibilité d'un détecteur d'hydrocarbures pour un moteur à combustion interne, en partant du fait qu'il est possible, d'une manière techniquement aussi simple à réaliser que possible d'effectuer une prédiction fiable quant à la sensibilité du détecteur d'hydrocarbures en fonction du vieillissement, et si possible indépendamment de la détection d'autres données de fonctionnement du moteur. Avantages de l'invention A cet effet, un procédé servant à déterminer la sensibilité d'un détecteur d'hydrocarbures pour un moteur à combustion interne, du type ci-dessus, est caractérisé en ce qu'on met brièvement en court-circuit la tension apparaissant à l'électrode de la sonde, on mesure ensuite l'évolution de la tension en fonction du temps et l'on conclut à partir de là à la sensibilité du détecteur. Grâce à ce procédé de mesure on peut, d'une ma- nière particulièrement avantageuse, déterminer les propriétés dynamiques du détecteur d'hydrocarbures pendant le fonction- nement et, à partir de là, on peut conclure à la sensibilité5 du détecteur d'hydrocarbures. De cette manière il est possi- ble d'effectuer, d'une manière techniquement simple à réali- ser, une compensation des pertes de sensibilité dues au vieillissement dans le cas des détecteurs d'hydrocarbures. Il s'est en effet révélé qu'au cours du temps la sensibilité du détecteur devient plus petite du fait d'une variation désavantageuse des propriétés dynamiques du détec- teur. Le détecteur devient plus lent avec le vieillissement croissant et, de cette façon, moins sensible. D'une façon de pur principe, la mesure en fonc- tion du temps de l'évolution de la tension et la conclusion quant à la sensibilité du détecteur à partir de cette évolu- tion de la tension, ont lieu de manières différentes. Selon une forme de réalisation particulièrement avantageuse qui détecte directement les propriétés dynamiques du détecteur, on prévoit de mesurer le temps qui s'écoule jusqu'à ce que la tension, après la mise en court-circuit, atteigne à nouveau une valeur prédéfinie et, à partir de là, on conclut à la sensibilité du détecteur. A partir de la constante de temps ainsi mesurée on peut déterminer, par exemple au moyen d'une courbe caractéristique, un facteur de correction par lequel on multiplie la tension délivrée par le détecteur d'hydrocarbures lors des mesures suivantes. Pour faire face à un problème de mesure qui en résulte, à savoir que, dans le cas du fonctionnement prati- que, la concentration en hydrocarbures ne reste pas toujours constante pendant le processus de mesure, on prévoit, selon une forme préférée de réalisation de l'invention, que l'on effectue la mesure de façon répétée et que l'on fait la moyenne des temps mesurés qui s'écoulent respectivement jus- qu'à ce que la tension sur l'électrode de la sonde ait at- teint une valeur de tension prédéfinie, et l'on conclut, à partir de cette valeur moyenne, à la sensibilité du détecteur d'hydrocarbures. De préférence la valeur prédéfinie de la tension atteint environ les 2/3 de la tension apparaissant à l'élec- trode de la sonde avant la mise en court-circuit. La durée de la mise en court-circuit atteint de manière avantageuse moins de 0,5 secondes. Selon une autre forme de réalisation particuliè- rement avantageuse du procédé, prenant en compte la concen- tration en hydrocarbures qui se modifie lors du fonction- nement pratique pendant le processus de mesure, on prévoit de mettre en mémoire les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne au début de la mesure ou des mesures, paramètres qui sont détectés par un appareil de commande du moteur, connu en soi, de les comparer aux paramètres de fonc- tionnement du moteur à combustion interne détectés à la fin de la mesure ou des mesures, et de ne prendre alors en consi- dération, pour la suite du retraitement, les constantes de temps obtenues lors des mesures que quand les paramètres de fonctionnement détectés à la fin ne se différencient des pa- ramètres de fonctionnement détectés au début qu'uniquement par des valeurs de tolérance prédéfinies. De façon avantageuse ces deux dernières formes de réalisation du procédé, mentionnées ci-dessus, peuvent être combinées l'une avec l'autre. En outre on résout encore le problème selon l'in- vention au moyen d'un dispositif servant à détecter la sensi- bilité d'un détecteur d'hydrocarbures pour un moteur combustion interne, avec une électrode de sonde qui peut être chauffée et qui détecte des molécules d'hydrocarbures, élec- trode dont la tension produite à ses bornes est une mesure de30 la concentration en hydrocarbures, le dispositif étant carac- térisé en ce qu'on prévoit un circuit qui peut mettre en court-circuit la tension apparaissant à l'électrode de sonde et qui détecte et évalue cette tension avant, pendant et après le court-circuit. Selon une forme particulièrement avantageuse de l'invention on prévoit que le circuit fait partie d'une com- mande de moteur connue en soi. De cette manière on peut faire l'économie de circuits additionnels. Le moyen de commutation est de préférence un transistor à effet de champ. Dessins La présente invention va être décrite ci-après plus en détail à partir de modes de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: * la figure 1 montre un dispositif selon l'invention qui sert à déterminer la sensibilité d'un détecteur d'hydrocarbures pour un moteur à combustion interne, * la figure 2 montre l'évolution, de la tension d'un nouveau détecteur d'hydrocarbures, obtenue par le procédé selon l'invention et au moyen du dispositif selon l'invention. * la figure 3 montre l'évolution de la tension d'un détecteur d'hydrocarbures qui a vieilli, évolution détectée par le procédé selon l'invention au moyen du dispositif selon l'invention, et * la figure 4 montre schématiquement la construction d'un dé- tecteur d'hydrocarbures connu en soi Description des exemples de réalisation Comme cela ressort de la figure 4, un détecteur d'hydrocarbures comprend essentiellement une électrode de ré- férence 11 fixée sur un corps en céramique 10, électrode qui est disposée dans un canal d'air de référence 13 rempli de l'air ambiant, une électrode de sonde 12 qui est disposée dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne, et un dispositif de chauffage 15 qui sert à chauffer l'électrode de référence 11 et l'électrode de sonde 12. Le dispositif de chauffage 15 est formé par des résistances de chauffage en platine insérées de façon isolée dans la céramique. La céra- mique est constituée par de l'oxyde de zirconium (ZRO2). Cette céramique est un conducteur d'ions oxygène quand elle est brûlante. On chauffe la sonde par le dispositif de chauf- fage 15 jusqu'à ce que soit établie la conductibilité des ions oxygène de la céramique. Dans le canal de référence 13 se trouve, comme on l'a mentionné cidessus, l'air ambiant normal qui contient environ 18 % d'oxygène. S'il y a alors, sur l'électrode de référence 11 et sur l'électrode de sonde 12, des concentra- tions différentes en oxygène, il se produit une chute de con- centration. Des particules d'oxygène reçoivent des électrons du côté à concentration élevée et sont de cette façon trans- formées en ions oxygène. Ces ions migrent à travers la céra- mique 10. Du côté sur lequel la concentration en oxygène est plus basse les ions oxygène perdent à nouveau leurs électrons et quittent la céramique sous la forme de molécules d'oxy- gène; et ils oxydent ainsi les molécules d'hydrocarbures à mesurer. Du fait du courant d'ions il s'établit une ten- sion sur les électrodes. Le champ électrique qui se produit dans ce cas exerce sur les ions une force qui est en sens contraire de la diffusion. Il s'établit ainsi une tension d'équilibre qui peut être mesurée et qui constitue une mesure de la concentration en hydrocarbures. Il est alors apparu que la sensibilité des détec- teurs d'hydrocarbures de ce type décroissait lorsque l'âge augmentait. Comme de tels détecteurs d'hydrocarbures sont in- sérés pour contrôler les catalyseurs dans les véhicule à mo- teur équipés de moteur à combustion interne, dans le cadre des diagnostics à bord (On-Board-Diagnose - OBD-) prescrits aux USA, ces détecteurs doivent présenter une sensibilité de mesure nécessaire à un contrôle fiable. Comme alors la sensibilité de mesure décroît avec l'âge qui augmente, et comme on n'a plus de la sorte l'assu- rance d'avoir un contrôle fiable, il est nécessaire de con- trôler aussi de façon continue la sensibilité des détecteurs d'hydrocarbures. Ceci est réalisé d'une manière avantageuse avec le dispositif représenté à la figure 1. Comme cela ressort de la figure 1, l'électrode de sonde qui délivre une tension proportionnelle à la concentra- tion en hydrocarbures, et dont la résistance interne Ri à courant alternatif sert de signal de température pour la ré- gulation du chauffage, en présentant un chauffage réglé 20 qui sert au réglage d'une température prédéfinie, l'électrode de sonde est reliée à un appareil de commande tel que par exemple un microcontrôleur 30. La tension qui est prélevée sur l'électrode de sonde est dans ce cas amenée au microcon- trôleur par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique- numérique qui calcule le signal d'hydrocarbures à détecter. A partir du microcontrôleur 30, une ligne de com- mande va à un transistor à effet de champ FET grâce auquel on peut mettre brièvement en court-circuit la tension apparais- sant à l'électrode de sonde, pendant en règle générale une durée inférieure à 0,5 seconde. Avant, pendant et après cette mise en court-circuit on amène de façon continue au microcon- trôleur 30 la tension apparaissant à l'électrode de sonde. L'exploitation de cette tension sera décrite de la meilleure façon en liaison avec les figures 2 et 3 qui montrent respectivement l'évolution de la tension d'une sonde neuve et d'une sonde ancienne. Comme cela ressort de la figure 2 qui représente la tension apparaissant à l'électrode de sonde 12 (tension de sonde U) en fonction du temps, la tension de sonde U baisse brusquement du fait du court- circuit provoqué au moyen du transistor à effet de champ FET (temps tl). A la fin du court-circuit, le détecteur d'hydrocarbures se "régénère" et la tension U se rétablit sensiblement sous forme exponen- tielle, jusqu'à ce qu'elle prenne une valeur de tension qui correspond sensiblement à la valeur de la tension avant le court-circuit. On tire alors une conclusion, sur la base de cette évolution de la tension quant à la sensibilité du dé- tecteur d'hydrocarbures, grâce au fait que l'on mesure le temps t qui s'écoule jusqu'à ce que la tension ait atteint une valeur de tension prédéfinie UV. Cette valeur de tension UV correspond à peu près aux 2/3 de la valeur de la tension appliquée sur l'électrode de sonde avant la mise en court- circuit. Ce temps t constitue une mesure de la dynamique, qui décroît lorsque l'âge augmente, du détecteur d'hydrocarbures et, de cette façon, une mesure de la sensibilité du détecteur d'hydrocarbures. Dans le cas du détecteur d'hydrocarbures neuf, représenté à la figure 2, t a une valeur d'environ 0,5 seconde. Sur la figure 3 on a représenté l'évolution de la tension d'un détecteur d'hydrocarbures vieilli, présentant le même type de construction. Comme cela ressort de la figure 3, le détecteur d'hydrocarbures se "régénère" et la tension de sonde se rétablit de cette façon, dans des conditions de mesure par ailleurs identiques, sensiblement plus lentement, du fait du vieillissement, que dans le cas du détecteur d'hydro- carbures représenté à la figure 2. Du fait de la dynamique ralentie du détecteur d'hydrocarbures représenté à la figure 3, la constante de temps T atteint 1,8 seconde et indique qu'on est en présence d'un détecteur d'hydrocarbures nette- ment moins sensible. Les constantes de temps t, ainsi déterminées peu- vent alors être déposées dans un champ caractéristique à la sortie duquel on applique un coefficient de multiplication pour la tension prélevée sur l'électrode de sonde, c'est-à- dire le signal HC. C'est ainsi qu'on peut procéder d'une ma- nière simple à une correction de la sensibilité du détecteur d'hydrocarbures. On calcule d'abord la constante de temps t,20 qui est une grandeur d'entrée du champ caractéristique. On tire du champ caractéristique une valeur de correction avec laquelle on corrige finalement la valeur HC. Pour augmenter la sensibilité de mesure et pour avoir l'assurance que, pendant la mesure, la concentration en hydrocarbures reste constante, il est possible de répéter plusieurs fois la mesure et de former la valeur moyenne des constantes de temps T. Selon une autre variante de la mesure, on prévoit qu'au début de la mesure on détecte et l'on met en mémoire les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion in- terne, et on les compare aux paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne à la fin de la mesure. On répète la mesure, tant que les paramètres de fonctionnement se dif- férencient d'une valeur prédéfinie, jusqu'à ce que les para- mètres de fonctionnement ne se différencient encore qu'à l'intérieur de certaines valeurs de tolérance prédéfinies. De cette manière, on est sûr que la concentration en hydrocarbu- res pendant la mesure est restée sensiblement constante. On peut aussi combiner les deux dernières formes de réalisation du procédé pour augmenter davantage la préci- sion. Le procédé décrit ci-dessus et le dispositif dé- crit ci-dessus ont le grand avantage qu'il est possible, d'une manière techniquement relativement simple à réaliser, de déterminer la sensibilité indépendamment d'autres disposi- tifs, tels que par exemple des compteurs horaires de fonc- tionnement et analogues. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Procédé servant à déterminer la sensibilité d'un détec- teur d'hydrocarbures pour un moteur à combustion interne, avec une électrode de sonde que l'on peut chauffer et qui dé- tecte des molécules d'hydrocarbures, électrode dont la ten- sion produite est une mesure de la concentration en hydrocarbures, caractérisé en ce que l'on met brièvement en court-circuit la tension (U) apparais- sant à l'électrode de sonde, on mesure dans ce cas l'évolu- tion de la tension en fonction du temps, et à partir de là, on tire une conclusion quant à la sensibilité du détecteur d'hydrocarbures. 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on tire une conclusion quant à la sensibilité du détecteur à partir du temps qui s'écoule jusqu'à ce que la tension après la mise en court-circuit, ait à nouveau atteint une va- leur de tension prédéfinie (constante de temps Y) ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on répète la mesure, on fait la moyenne des constantes de temps T et l'on tire une conclusion quant à la sensibilité, à partir de la valeur moyenne. 4 ) Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la valeur de tension prédéfinie (UV) atteint à peu près les 2/3 de la tension appliquée à l'électrode de sonde avant la mise en court-circuit. ) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la durée du court-circuit est inférieure à 0,5 seconde. 6 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on met en mémoire les paramètres de fonctionnement du mo- teur à combustion interne au début de la mesure ou des mesu- res, paramètres qui sont détectés par un appareil de commande du moteur, connu en soi, on les compare aux paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne détectés à la fin de la mesure ou des mesures, et l'on ne prend alors en considération pour la suite du retraitement, les constantes de temps (X) obtenues lors des mesures, que quand les paramè- tres de fonctionnement détectés à la fin ne se différencient des paramètres de fonctionnement détectés au début, qu'uni- quement par des valeurs de tolérance prédéfinies. ) Dispositif servant à déterminer la sensibilité d'un dé- tecteur d'hydrocarbures pour un moteur à combustion interne avec une électrode de sonde qui peut être chauffée et qui dé- tecte des molécules d'hydrocarbures, dont la résistance in- terne (Ri) constitue une mesure de la concentration en hydrocarbures, caractérisé en ce que l'on prévoit un circuit (30) qui commande un moyen de commu- tation pouvant être commandé, grâce auquel on peut mettre en courtcircuit la tension appliquée à l'électrode de sonde (12) et qui détecte cette tension et l'évalue avant, pendant et après la mise en court-circuit. 8 ) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit (30) fait partie d'une commande de moteur, connue en soi. 9 ) Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le moyen de commutation est un transistor à effet de champ (FET).