Brevet FR2808561A1 — publié le 20011109

DISPOSITIF ET PROCEDE DE DETECTION DE LA DEGRADATION D'UN CONVERTISSEUR CATALYTIQUE La présente invention concerne la détection de la dégradation d'un convertisseur catalytique trois voies placé sur le circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne prévu pour que les chambres de combustion reçoivent un mélange homogène. L'invention s'applique notamment aux moteurs à allumage par étincelle fonctionnant à l'essence ou au gaz de pétrole liquéfié, à carburateur ou à injection dans la tubulure d'admission. Un convertisseur catalytique trois voies est destiné à réduire la teneur des gaz d'échappement en oxydes d'azote NOx, en oxyde de carbone CO et en hydrocarbures imbrûlés. Un tel convertisseur trois voies retient de l'oxygène provenant de la réduction de l'oxyde d'azote et simultanément utilise l'oxygène retenu pour oxyder les hydrocarbures et le monoxyde d'azote. La dégradation progressive du catalyseur se traduit notamment par la réduction de sa capacité de retenir l'oxygène. Les règlements actuels ou en projet exigent d'équiper les véhicules d'un dispositif capable de déceler la diminution du rendement catalytique lorsque elle atteint un seuil déterminé et de fournir alors une alarme au conducteur. On a déjà proposé des dispositifs de surveillance du rendement du catalyseur utilisant une comparaison entre les signaux de sortie fournis par deux capteurs non proportionnels placés l'un en amohtet l'autre en aval du convertisseur catalytique sur le trajet des gaz d'échappement. Ces capteurs peuvent notamment être des sondes lambda dont la tension de sortie augmente brutalement lorsque la richesse augmente et dépasse un seuil au voisinage de 98 % de la stoechiométrie. Dans ces dispositifs connus, utilisant une comparaison entre les signaux de sortie de deux capteurs, on obtient un indice de qualité en comparant les oscillations du signal à la sortie du capteur aval aux oscillations à la sortie du capteur amont. L'utilisation d'un dispositif faisant un diagnostic à partir des tensions de sortie de deux sondes présente des inconvénients. Le volume de calcul à effectuer est important. Les sondes présentent, du fait des dispersions lors de la fabrication, des lois de 2 2808561 variation du signal en fonction de la richesse différentes. Les sondes, placées dans des conditions différentes, peuvent évoluer différemment. La présente invention vise notamment à fournir un dispositif et un procédé de détection de dégradation répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en écartant ou du moins en atténuant les inconvénients ci-dessus, et cela en utilisant uniquement le signal de sortie d'un capteur placé en aval du convertisseur. Ainsi, on s'affranchit des inconvénients des systèmes à deux capteurs, o le capteur amont sert de référence au capteur aval. L'invention part de la constatation que l'on peut estimer l'efficacité d'un convertisseur catalytique par analyse des caractéristiques du signal du capteur aval seul, à condition de ne prendre en compte le signal fourni par la sonde aval que dans certaines conditions de fonctionnement, écartant notamment le fonctionnement à pleine charge. L'invention propose en conséquence un dispositif de détection de la dégradation d'un convertisseur catalytique, comprenant un capteur non proportionnel placé en aval du convertisseur sur le trajet des gaz d'échappement, des moyens de filtrage du signal de sortie du capteur éliminant la composante continue du signal, des moyens de fourniture d'une moyenne glissante du signal filtré par intégration et division, des moyens de comparaison de ladite moyenne avec un seuil et des moyens pour inhiber les moyens de fourniture de la moyenne et les moyens de comparaison pendant la pleine charge du moteur. Il est possible d'utiliser un tel dispositif du fait que le résultat recherché n'est pas une surveillance permanente de l'état du convertisseur catalytique, mais seulement une détection de la dégradation, qu'il suffit de déceler lorsqu'elle devient certaine. En général, les moyens de filtrage seront constitués par un filtre passebande ayant une bande passante à mi-hauteur comprise entre 0,9 et 4 Hertz environ, pouvant être réglable. La limite de 4 Hertz correspond à la limite de réponse de la plupart des catalyseurs dans leur état de fonctionnement correct. La limitation de la bande passante à 4 Hertz permet d'éliminer la plupart des perturbations d'origine électromagnétique ou provenant de réactions parasites de mélange dans le collecteur d'échappement lors des bouffées de sortie des chambres de combustion. On peut être amené à choisir des valeurs légèrement différentes, suivant le type du moteur et le type du catalyseur. Le dispositif peut être constitué par un ensemble indépendant, comportant des circuits propres pour effectuer le filtrage et le calcul de moyenne, sous forme analogique ou sous forme numérique. Mais dans la plupart des cas, tous les calculs nécessaires seront effectués sous forme numérique, en plaçant un échantillonneur à convertisseur analogique - numérique entre le capteur et l'entrée d'un organe de calcul, qui peut être le calculateur de contrôle moteur réglant notamment l'injection de combustible. En effectuant des calculs sous forme numérique, on peut réaliser sans io difficulté des moyens de filtrage à fond raide, par exemple à l'aide d'un filtre de Butterworth, ou d'un filtre de Tschebichev. Les moyens fournissant une moyenne donnent un signal représentatif de la puissance moyenne sur un laps de temps déterminé, l'intégration fournissant une énergie correspondant à plusieurs échantillons successifs. En général, on utilisera une durée d'intégration de l'ordre de 3 secondes + ou -1 seconde. Dans un mode particulier de réalisation, le dispositif comporte deux branches de calcul de moyenne et de comparaison avec un seuil. L'une de ces branches est mise en oeuvre lors du fonctionnement au ralenti, et l'autre lors du fonctionnement en régime établi hors ralenti. Dans ce cas, les calculs de moyenne glissante seront avantageusement faits sur des périodes différentes, par exemple de 4 secondes au ralenti et 2,5 à 3 secondes hors ralenti. Dans tous les cas, les moyens d'inhibition, constitués généralement par le calculateur de contrôle moteur, interrompra le fonctionnement lors de conditions de fonctionnement déterminées, décelées à partir de signaux représentatifs de la vitesse et de ses variations, de la richesse (supérieure à 1 à pleine charge), du ralenti, de la température, et du fonctionnement en frein moteur. L'invention propose également un procédé de détection de dégradation suivant lequel, en dehors de la pleine charge, on soumet le signal provenant d'une sonde à oxygène non proportionnelle placée en aval du catalyseur à un échantillonnage et une numérisation, on soumet les échantillons numérisés à un filtrage actif passe-bande éliminant la composante continue du signal, on détermine une moyenne glissante de la puissance du signal filtré par intégration et division, et on compare la moyenne à un seuil. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère à la figure unique qui l'accompagne et qui est un schéma synoptique du dispositif. Le dispositif montré en figure 1 utilise comme signal d'entrée la tension de sortie d'un capteur 10, qui sera généralement une sonde lambda, placé à la sortie du convertisseur catalytique 12 d'un moteur. Ce signal de sortie est généralement utilisé par le calculateur de contrôle moteur 14 pour participer à l'élaboration de la consigne de quantité de carburant à injecter. Cette consigne prend également en compte d'autres paramètres et surtout l'angle a d'ouverture du papillon d'air, la vitesse du moteur N et la température 0. La consigne de quantité injectée est fournie sur une sortie S. Le dispositif est représenté sur la figure 1 sous forme de blocs successifs i5 correspondant pour la plupart à des opérations de calcul. Mais, dans la pratique, les opérations de calcul seront effectuées non pas par des composants discrets, mais par le calculateur de contrôle moteur 14. Le signal de sortie du capteur 10 est soumis à conversion analogique numérique en 16, par échantillonnage et numérisation. En général, on utilisera une cadence d'échantillonnage constante, par exemple de 15,6 Hz. Le signal numérisé, par exemple sur 10 bits, est appliqué à des moyens de filtrage 18 permettant d'isoler la partie significative du signal. On utilisera généralement un filtre numérique actif à flancs raides. On peut notamment utiliser un filtre de Butterworth d'ordre trois au moins, permettant d'obtenir des flancs ayant une atténuation de 40dB par décade. Les moyens de filtrage 18 alimentent deux branches, dont une seule est activée à la fois par le calculateur de contrôle moteur 14. Chaque branche comprend des moyens de calcul de moyenne glissante, par intégration sur une durée déterminée et division par le nombre d'échantillons sur lequel a été effectuée la moyenne. Les moyens 20a d'une première branche sont activés pendant des périodes de fonctionnement hors pleine charge et hors ralenti. Les moyens 20b de la seconde branche sont activés lors -2808561 du fonctionnement au ralenti. Les moyens 20a effectuent par exemple une moyenne sur une durée de 2,5 à 3 secondes tandis que les moyens 20b fournissent une moyenne sur une durée de 4 secondes pour tenir compte du moindre nombre de cycles moteur. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure, les signaux de sortie des moyens 20a et 20b, représentatifs de la puissance unitaire par impulsion, sont comparés à deux seuils déterminés expérimentalement et correspondant aux limites admises pour chaque cas de fonctionnement pour un catalyseur afin de respecter les normes de pollution. Pour chaque échantillon, un signal est appliqué à l'entrée de lo comptage 22 d'un compteur 24 si le test est positif et montre que le seuil est excédé (catalyseur éventuellement dégradé). Si le test est négatif, l'impulsion est appliquée sur une entrée de décomptage du compteur 24. En règle générale, le comptage sera effectué en incrémentant le compteur à chaque fois d'un nombre de bits plus élevé qu' à chaque décomptage. Par exemple, chaque incrément en réponse à un signal appliqué sur l'entrée 22 sera de +3, tandis que chaque décrément sera de 1. Des moyens de diagnostic 28 provoqueront un avertissement visuel ou sonore lorsque le contenu du compteur atteint une valeur déterminée. L'utilisation d'un tel comptage permet d'effectuer une estimation statistique de l'état de dégradation du catalyseur. 6 2808561 REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de la dégradation d'un convertisseur catalytique trois voies placé sur un circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne dont les chambres reçoivent un mélange homogène, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur non proportionnel placé en aval du convertisseur sur le trajet des gaz d'échappement, des moyens de filtrage du signal de sortie du capteur éliminant la composante continue du signal, des moyens de fourniture d'une moyenne glissante du signal filtré par intégration et division, des moyens de comparaison de ladite moyenne avec un seuil et des moyens pour inhiber les moyens de fourniture de la moyenne et les moyens de comparaison pendant le fonctionnement du moteur à pleine charge. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de filtrage sont constitués par un filtre passe-bande ayant une bande passante à mi-hauteur comprise entre 0,9 et 4 Hertz environ et réglable. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un échantillonneur à convertisseur analogique - numérique entre le capteur et l'entrée d'un organe de calcul comprenant les dits moyens ou les constituant. 4. Dispositif suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens de filtrage (18) alimentent deux branches, dont une seule est activée à la fois par un calculateur de contrôle moteur (14), chaque branche comprenant des moyens de calcul de moyenne glissante, par intégration sur une durée déterminée et division par le nombre d'échantillons, les dites durées étant différentes pour les deux branches. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les durées sont de 2,5 à 3 secondes pour une branche activée pendant les périodes de fonctionnement hors ralenti et pleine charge et réglables environ 4 secondes. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la durée est réglable pour la branche activée au ralenti e t généralement d'environ 4 secondes. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de comparaison comprennent des moyens de test pour comparer le signal de sortie des moyens fournissant une moyenne à une valeur de référence et pour fournir un signal d'incrémentation à un compteur (24) de test positif indiquant une dégradation et pour fournir un signal de décrémentation au compteur (24) en cas de test négatif, et des moyens pour provoquer un avertissement lorsque le contenu du compteur atteint une valeur déterminée, afin d'effectuer un filtrage statistique. 8. Procédé de détection de la dégradation d'un convertisseur catalytique trois voies placé sur le circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne dont les chambres reçoivent un mélange homogène, suivant lequel, pendant des périodes de fonctionnement du moteur en dehors de la pleine charge, on soumet le signal provenant d'une sonde à oxygène non proportionnelle placée en aval du catalyseur à un échantillonnage et une numérisation, on soumet les échantillons numérisés à un filtrage actif passe-bande éliminant la composante continue du signal, on détermine une moyenne glissante de la puissance du signal filtré par intégration et division, et on compare la moyenne à un seuil.