Brevet FR2794169A1 — publié le 20001201

La présente invention concerne un procédé de contrôle de la capacité de fonctionnement d'un pot catalytique dans le trajet des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à régulation lambda, par lequel le rendement du catalyseur est fourni en déterminant la capacité d'adsorption d'oxygène et en en déduisant une mesure pour la capacité de fonctionnement du pot catalytique. Dans le cas de moteurs à combustion interne à régulation lambda, un pot catalytique à trois voies est installé de façon usuelle dans le trajet des gaz d'échappement pour purifier les gaz d'échappement, le rendement de ce pot catalytique étant essentiel pour la qualité de la purification des gaz d'échappement. Mais la capacité de conversion du pot catalytique diminue par vieillissement et empoisonnement, et, de ce fait, également son rendement. Il est connu que la capacité d'un catalyseur d'adsorber de l'oxygène diminue avec son rendement. La capacité d'adsorption d'oxygène d'un pot catalytique à trois voies est toutefois fortement dépendante de la température. Pour être sûr que des valeurs limites prédéfinies puissent être respectées au cours du fonctionnement du moteur à combustion interne, on contrôle le rendement du pot catalytique, désigné ci-après par catalyseur, en prenant en considération sa capacité d'adsorption d'oxygène. Si le degré d'activité du catalyseur s'abaisse en-dessous d'une valeur de seuil prédéfinie, ce qui, par exemple, peut avoir pour effet que les gaz d'échappement émis ne correspondent pas aux prescriptions légales, un signal est émis, qui caractérise un catalyseur défectueux. On connaît, par EP 0 444 783 Ai, un procédé de surveillance du rendement d'un catalyseur, par lequel, à la sortie du catalyseur, il est prévu un détecteur d'oxygène qui mesure la concentration en oxygène dans les gaz d'échappement. Comme, dans le cas d'une régulation lambda usuelle, le rapport air-carburant envoyé au moteur à combustion interne est régulé en oscillant autour de la valeur 1 de lambda, le détecteur d'oxygène mesure une concentration en oxygène oscillante en aval du catalyseur. D'après EP 0 444 783 Al, comme mesure pour la capacité d'adsorption d'oxygène, et, avec elle, pour le rendement de la capacité de conversion du catalyseur, on utilise la différence entre la valeur maximale et la valeur minimale de cette concentration oscillante en oxygène. Le rendement du catalyseur est alors d'autant plus grand que l'écart entre la valeur maximale et la valeur minimale est plus faible. Par DE 196 30 940 Ai, on connaît un autre procédé de contrôle de la capacité de fonctionnement d'un catalyseur, par lequel la valeur moyenne de la concentration en oxygène en aval du catalyseur est déterminée à partir du signal émis par un détecteur d'oxygène, et on a recours à la surface délimitée par l'oscillation du signal du détecteur d'oxygène autour de cette valeur moyenne comme mesure de la capacité d'adsorption d'oxygène du catalyseur. Les deux procédés travaillent en continu sur la base d'une trame temporelle prédéterminée, et mettent donc à profit le fait que le signal du détecteur d'oxygène en aval du catalyseur permet de tirer une conclusion sur la capacité d'adsorption en oxygène du catalyseur. Les deux procédés, en particulier celui suivant DE 196 30 940 Ai, permettent de tirer une conclusion relativement fiable sur le rendement du catalyseur, mais ils nécessitent pour cela des conditions de fonctionnement relativement stationnaires du moteur à combustion interne, car la température des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à régulation lambda, et, avec elle, la température du catalyseur, dépendent fortement de l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne. Le comportement non-isotherme du catalyseur après des conditions de fonctionnement non stationnaires se manifeste d'autant plus fortement que le catalyseur présente de fortes oscillations de température par suite de ses conditions d'implantation. Cela est, par exemple, le cas d'un catalyseur métallique, qui présente, physiquement, une conductibilité thermique élevée certaine. Egalement, des catalyseurs qui sont disposés près du raccord coudé du trajet des gaz d'échappement et qui présentent un faible volume, sont soumis à de fortes variations de température. De tels catalyseurs sont installés en nombre croissant dans le cas des moteurs à combustion interne, parce que leur implantation est avantageuse à cause de leur proximité avec le moteur à combustion interne, et que, de plus, ils réagissent rapidement lors du démarrage du moteur à combustion interne. En exigeant des conditions de fonctionnement stationnaires, on cherche à assurer que le catalyseur ait, de façon isotherme, la température des gaz d'échappement. On prend ensuite en compte la température des gaz d'échappement lors de la détermination du rendement du catalyseur. Le but de la présente invention est ainsi d'améliorer un procédé de contrôle de la capacité de fonctionnement d'un pot catalytique à trois voies sans devoir imposer des exigences aussi strictes en matière d'états de fonctionnement stationnaires. Ce problème est résolu par un procédé du type indiqué ci-dessus, qui est caractérisé en ce qu'on calcule une grandeur de remplacement pour la température dans le catalyseur, en ce que la valeur obtenue pour le rendement du catalyseur est corrigée des influences thermiques au moyen de la grandeur de remplacement, et en ce que la mesure de la capacité de fonctionnement du catalyseur est obtenue seulement ensuite. On contourne ainsi les exigences concernant le caractère stationnaire des conditions de fonctionnement. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - pour calculer la grandeur de remplacement, on fait en continu le total de la chaleur apportée au catalyseur par les gaz d'échappement, chaleur qui est fonction de la vitesse de rotation et de la charge du moteur à combustion interne; - la somme est soumise à un filtrage passe-bas et la grandeur de remplacement est obtenue à partir de la somme, moins le résultat du filtrage passe-bas; - la grandeur de remplacement est soumise à une fonction de lissage; - la fonction de lissage est mise en oeuvre par une fonction à retard de premier ordre de type proportionnel (PT1);. - on calcule, à partir de la grandeur de remplacement, un facteur de correction, par lequel le rendement du catalyseur est multiplié; - le procédé est suspendu pendant les états de fonctionnement non stationnaires du moteur à combustion interne dans lesquels les variations de la vitesse de rotation et/ou de la charge du moteur à combustion interne dépassent une certaine limite; - la mesure de la capacité de fonctionnement du pot catalytique est soumise en continu à un calcul de moyenne et on décide, après un nombre suffisant de calculs de la moyenne, si le catalyseur est en état de fonctionner, ce qui est alors le cas si la dernière moyenne calculée se trouve en dessous d'une valeur de seuil. A partir du rendement du catalyseur, on peut ainsi obtenir une mesure de la capacité de fonctionnement du catalyseur, par exemple en calculant une grandeur normée qui est déterminée sur différents cycles d'essai. En cas de dépassement vers le haut d'une valeur de seuil, le catalyseur est reconnu comme défectueux, ce qui est alors affiché de façon appropriée. L'invention prend en considération que, même après des états de fonctionnement non-stationnaires, c'est-à- dire quand le moteur à combustion interne fonctionne de nouveau avec certitude dans une phase de fonctionnement stationnaire, les variations de la température dans le catalyseur ne sont pas encore terminées. La valeur déterminée par les méthodes usuelles, pour le rendement du catalyseur est donc corrigée au moyen de la grandeur de remplacement, qui prend en compte ces influences de la température, dans le catalyseur, qui n'est pas encore isotherme après des conditions de fonctionnement non stationnaires. Pour cela, cette grandeur de remplacement est calculée pendant la même trame temporelle que le rendement du catalyseur. Avantageusement, pour le calcul de la grandeur de remplacement, on fait la somme de l'apport de chaleur provoqué par les gaz d'échappement. Cet apport calorifique peut être tiré d'un champ de caractéristiques en fonction de la vitesse de rotation et de la charge du moteur à combustion interne. Dans ce cas, pour prendre seulement en compte des variations rapides de la température, et pour ne pas laisser contribuer de façon erronée à la grandeur de remplacement des tendances lentes quasi-isothermes, qui interviennent déjà, lors de la détermination du rendement du catalyseur d'après l'un des procédés connus, par la prise en compte de la température des gaz d'échappement, la grandeur de remplacement peut être soumise à un filtrage passe-bas, et cette valeur, après filtrage passe-bas, peut être soustraite de la grandeur de remplacement, de façon que seules des variations lentes de température se reflètent dans la grandeur de remplacement. En complément, la grandeur de remplacement peut également être soumise à une fonction de lissage qui pourra être mise en oeuvre à l'aide d'un élément de lissage à retard de premier ordre de type proportionnel (élément de lissage PTl). On décrira ci-après plus en détail l'invention à l'aide d'un exemple d'exécution, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne auquel est appliqué le procédé de contrôle de la capacité de fonctionnement du catalyseur, - la figure 2 est un organigramme fonctionnel du procédé, et les figures 3a, 3b représentent respectivement l'évolution dans le temps du rendement du catalyseur et de la grandeur de remplacement. Sur la figure 1, est représenté schématiquement un moteur à combustion interne auquel on prévoit d'appliquer le procédé de contrôle de la capacité de fonctionnement du pot catalytique. On n'a représenté schématiquement que les éléments qui sont essentiels pour la compréhension de l'invention. Le moteur à combustion interne 1 présente un trajet des gaz d'échappement 3, dans lequel est disposé un catalyseur à trois voies 4, en aval duquel se trouve une sonde lambda 5. Cette sonde lambda 5 est reliée à un appareil de commande 6, que commande la sonde lambda 5 et dans lequel se déroule le procédé de contrôle de la capacité de fonctionnement du catalyseur à trois voies. Pour cela, l'appareil de commande 6 est relié à un appareil de commande 2 de la marche du moteur à combustion interne 1; cet appareil 2 commande et régule le fonctionnement du moteur à combustion interne. En fonctionnement, l'appareil de commande 2 de la marche du moteur mesure la masse d'air aspirée par le moteur à combustion interne et détermine, en fonction de la masse d'air mesurée, une quantité correspondante de carburant, qu'elle règle dans un dispositif d'injection (non représenté) du moteur à combustion interne de telle façon que, lors de la combustion, soit établi un rapport sensiblement stoechiométrique d'air et de carburant, qui correspond à une valeur 1 de lambda. La sonde lambda 5 relève la concentration en oxygène dans les gaz d'échappement, en aval du catalyseur 4. En se basant sur la régulation lambda connue du moteur à combustion interne 1, le signal de sortie de la sonde lambda 5 présente une oscillation autour d'une valeur moyenne. Les valeurs de mesure de la concentration en oxygène dans les gaz d'échappement qui sont fournies par la sonde lambda 5, sont alors transmises par l'appareil de commande 6 à l'appareil de commande 2 de la marche du moteur. Les gaz d'échappement dans le trajet des gaz d'échappement 3 sont purifiés dans le catalyseur 4 par oxydation des produits polluants provenant du monoxyde de carbone et des composés hydrocarbonés. Une mesure de la capacité d'oxydation, et donc du rendement du catalyseur 4 est la capacité d'adsorption de l'oxygène. Un catalyseur 4 ayant un bon rendement lisse donc les variations de la proportion d'oxygène dans les gaz d'échappement, de sorte que la sonde lambda 5 ne relève qu'une faible oscillation de la concentration en oxygène. De ce fait, d'après l'état de la technique, le signal de mesure de la sonde lambda 5 est utilisé par l'appareil de commande 6 pour déterminer le rendement du catalyseur 4. Si un mauvais rendement est détecté, cette information est alors envoyée, par exemple, dans une mémoire de défauts dans l'appareil de commande 6 ou dans l'appareil de commande 2 de la marche du moteur, ou bien un signal d'avertissement correspondant est affiché. Pour détecter cette mauvaise capacité de conversion, le signal de la sonde lambda 5 est, d'après EP 0 444 783 Ai ou d'après DE 196 30 940 Ai, analysé pour évaluer l'importance de l'oscillation de la concentration en oxygène en aval du catalyseur 4. On prend alors en compte la température des gaz d'échappement, qui est déterminée par l'appareil de commande 2 de la marche du moteur, par exemple en se basant sur une modélisation. On se reportera, pour les détails, à ces deux documents. Pour la compréhension de la présente invention, il est alors seulement essentiel que, par itération et en continu, on obtienne, à partir de la capacité d'adsorption de l'oxygène, une valeur qui reflète le rendement du catalyseur. De plus, il est essentiel que cette valeur, obtenue de la manière connue, ait valeur d'information seulement dans des états de fonctionnement stationnaires ou dans des gammes presque stationnaires de charge ou de vitesse de rotation, car alors seulement il est correct d'admettre que la température du catalyseur correspond à la température des gaz d'échappement. Cette valeur est, habituellement, normée de telle façon qu'elle soit comprise entre 0 et 1. Cette valeur du rendement du catalyseur est alors corrigée de telle sorte que les exigences portant sur le caractère stationnaire ont moins de poids. La figure 2 représente un organigramme fonctionnel pour cela, o les chiffres suivant les lettres S désignent les différents numéros des pas de programme du procédé. Sl: Début du procédé S2: On examine si sont remplies certaines conditions limites qui sont nécessaires pour pouvoir exécuter le procédé. Ainsi, pour aucun des composants intéressés, il ne doit y avoir d'information de défaut, la température de fonctionnement du moteur à combustion interne doit se situer dans une gamme prédéfinie, de même, la température des gaz d'échappement doit être comprise dans une certaine fenêtre, et, de plus, la dynamique du moteur à combustion interne ne doit pas dépasser une limite supérieure. Si une de ces conditions n'est pas remplie, on revient en arrière en suivant le branchement indiquée par un "-" et la question est de nouveau examinée. Si les conditions sont remplies, on poursuit avec le branchement indiqué par "+". S3 Ce pas de programme est traité en parallèle avec S4. On détermine, de la manière connue, la valeur etakat pour le rendement du catalyseur. S4 Dans ce pas de programme, la grandeur de remplacement est calculée à partir de l'apport de chaleur dans le catalyseur du fait des gaz d'échappement. Pour cela, la chaleur cédée par les gaz d'échappement au catalyseur est tirée d'un champ de caractéristiques établi en fonction de la vitesse de rotation et de la charge du moteur à combustion interne. Ce champ de caractéristiques a été relevé sur un moteur approprié, au banc d'essai. S5 La grandeur de remplacement déterminée en S4 est ajoutée. Pour ce faire, à chaque pas d'itération de ce procédé exécuté par itération, la grandeur de remplacement actuelle y est rajoutée. La somme ainsi obtenue est, d'une part, traitée au pas S6, et, d'autre part, directement envoyée au pas S7. S6 Dans ce pas de programme, la somme est soumise à un filtrage passe-bas et le résultat est livré au pas S7. S7 Au pas S7, on soustrait de la somme qui a été envoyée depuis le pas S5, le résultat du filtrage passe- bas provenant du pas S6, de sorte que le résultat obtenu au pas S7 reflète seulement les variations rapides de la grandeur de remplacement dues à l'apport de chaleur. Ce résultat obtenu par les pas S6 et S7 peut, par exemple, être matérialisé par le fait que la somme, fournie par S5, des grandeurs de remplacement est, pendant la trame temporelle donnée, décrémentée d'une valeur prédéfinie. La valeur ainsi obtenue, reflétant seulement des variations rapides de la température représente un facteur de correction qui est livré au pas S8. S8 Au pas S8, le rendement du catalyseur provenant du pas S3 est multiplié par le facteur de correction provenant du pas S7. Le facteur de correction est étudié pour prendre la valeur 1 quand il n'y a aucune correction à faire, c'est-à-dire si le catalyseur est isotherme. S9 Lors de l'exécution de chaque itération, un compteur est incrémenté. SO10 On effectue la sommation du rendement corrigé du catalyseur, en ajoutant, à chaque exécution d'itération, le rendement actuel du catalyseur à la somme obtenue jusque là. Sll A partir de la valeur du compteur provenant de S9, ainsi que de la valeur de la somme des rendements du catalyseur, on calcule une valeur moyenne. S12 Si le compteur provenant de S9 a atteint un nombre minimal d'itérations, c'est-à-dire de cycles de contrôle, on continue en S13; sinon on revient au début du procédé pour une autre itération (branchement "-"). S13 Si la valeur moyenne déterminée en Sll reste en- dessous d'une valeur de seuil prédéfinie, on poursuit avec S15 (branchement "+"), autrement on revient en S14 (branchement "-"). S14 Comme la valeur moyenne n'atteint pas la valeur de seuil prédéfinie, le catalyseur est défectueux et des mesures correspondantes, comme un affichage de défaut, un enregistrement d'informations dans la mémoire de défauts, etc...sont déclenchées. S15 Comme la valeur moyenne est restée en-dessous de la valeur de seuil prédéfinie, le catalyseur est capable de fonctionner. Pour ce fonctionnement du moteur à combustion interne, le procédé s'est terminé avec succès, une information correspondante peut, le cas échéant, être enregistrée. S16 Fin du procédé. Sur la figure 3, est représenté comment le rendement etakat, qui représente le rendement du catalyseur, peut se comporter lors de la transition entre deux états de fonctionnement stationnaires, et comment le facteur de correction se comporte pendant le même temps. il Sur la figure 3a, est représentée l'évolution dans le temps du rendement eta_kat du catalyseur. Jusqu'à l'instant tl, le moteur à combustion interne est amené à fonctionner de façon sensiblement stationnaire, c'est-à- dire que la charge et la vitesse de rotation varient seulement à l'intérieur d'une fenêtre prédéfinie. Chaque point de la courbe de la figure 3a représente un pas d'itération dans le procédé correspondant à l'organigramme de la figure 2. Comme on peut le voir, chacun des pas d'itération fournit, jusqu'à l'instant tl, essentiellement la même valeur. Entre l'instant tl et l'instant t2, le fonctionnement du moteur à combustion interne s'effectue de façon non stationnaire, par exemple la vitesse de rotation augmente fortement. A l'instant t2, cette transition non stationnaire est terminée et les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne retombent de nouveau dans la fenêtre quasi stationnaire, comme c'est exigé pour la détermination du rendement du catalyseur. Cependant, le rendement etakat du catalyseur, normé en fait sur la valeur 1, montre des valeurs autour de 2. Cela provient de ce que le moteur à combustion interne a bien atteint de nouveau une phase de fonctionnement stationnaire, mais que le catalyseur 4 n'est pas encore isotherme. La température des gaz d'échappement, qui peut, par exemple, avoir été de 550 C avant l'instant tl, est bien montée, après l'instant t2, à 700 C, mais la totalité du catalyseur n'est pas encore isotherme. Le fait que l'on ait un rendement eta kat de catalyseur supérieur à 1 vient de ce que le procédé de détermination du rendement (S3 sur la figure 2) part implicitement de la supposition que la température dans le catalyseur, après écoulement de la transition non stationnaire entre les instants tl et t2, est, en tous les points, égale à la température des gaz d'échappement. Comme cela n'est naturellement pas le cas, un front de température se déplace au travers du catalyseur lors de variations de température par suite des augmentations de la température des gaz d'échappement, et il en ressort une valeur fausse pour le rendement du catalyseur si on a simplement recours à la température des gaz d'échappement. Si le rendement du catalyseur est corrigé, pour de tels défauts causés par un manque d'isothermie, au moyen du facteur de correction kor, ou bien on peut passer outre l'exigence du caractère stationnaire, ou bien on interrompt moins de pas d'itération en raison de l'apparition de valeurs non valables (par exemple > 1) du rendement du catalyseur. Comme le montre la figure 3b, le facteur de correction kor diminue à 0,5 par la phase de transition non stationnaire, entre tl et t2, et revient seulement lentement à la valeur initiale neutre 1. La multiplication de kor par eta_kat corrige ainsi l'erreur due à la température qui s'établit après des phases de fonctionnement non stationnaires, de sorte que le rendement du catalyseur, corrigé, reflète finalement correctement les conditions. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de la capacité de fonctionnement d'un pot catalytique (4) dans le trajet (3) des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (1) à régulation lambda, par lequel le rendement (eta_kat) du pot catalytique est fourni en déterminant la capacité d'adsorption d'oxygène et en en déduisant une mesure pour la capacité de fonctionnement du pot catalytique (4), caractérisé en ce qu'on calcule une grandeur de remplacement pour la température dans le pot catalytique (4), en ce que la valeur obtenue pour le rendement (eta_cat) du pot catalytique est corrigée des influences thermiques au moyen de la grandeur de remplacement, et en ce que la mesure de la capacité de fonctionnement du pot catalytique est obtenue seulement ensuite. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour calculer la grandeur de remplacement, on fait en continu le total de la chaleur apportée au pot catalytique (4) par les gaz d'échappement, chaleur qui est fonction de la vitesse de rotation et de la charge du moteur à combustion interne. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la somme est soumise à un filtrage passe-bas et en ce que la grandeur de remplacement est obtenue à partir de la somme, moins le résultat du filtrage passe- bas. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grandeur de remplacement est soumise à une fonction de lissage. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la fonction de lissage est mise en oeuvre par une fonction à retard de premier ordre de type proportionnel (PTl). 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on calcule, à partir de la grandeur de remplacement, un facteur de correction (kor), par lequel le rendement (etakat) du pot catalytique (4) est multiplié. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est suspendu pendant les états de fonctionnement non stationnaires du moteur à combustion interne (1), dans lesquels les variations de la vitesse de rotation et/ou de la charge du moteur à combustion interne (1) dépassent une certaine limite. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mesure de la capacité de fonctionnement du pot catalytique (4) est soumise en continu à un calcul de moyenne et en ce qu'on décide, après un nombre suffisant de calculs de la moyenne, si le pot catalytique (4) est en état de fonctionner, ce qui est alors le cas si la dernière moyenne calculée se trouve en dessous d'une valeur de seuil.