Brevet FR2871849A1 — publié le 20051223

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR GERER LE FONCTIONNEMENT D'UN PIEGE A OXYDES D'AZOTE, ET DIAGNOSTIQUER SON ETAT DE VIEILLISSEMENT L'invention concerne un procédé et un dispositif pour gérer le fonctionnement d'un piège à oxydes d'azote, et pour diagnostiquer son état de vieillissement pour un moteur fonctionnant en mélange pauvre, c'est-à-dire dans des conditions d'excès d'oxygène par rapport au carburant. Il est déjà connu de la demande de brevet FR 2,843,044 un procédé et un dispositif de gestion du fonctionnement d'un piège à oxydes d'azote pour de tels moteurs. Le procédé selon ce document utilise une sonde à oxygène de type tout ou rien pour détecter la fin de l'activité de réduction des oxydes d'azote adsorbés sur un catalyseur de type piège à oxydes d'azote. Selon ce procédé, la détection de la fin de purge est effectuée à une température normale de fonctionnement du capteur de gaz, soit entre environ 650 et 800 C. La détection de fin de purge dans ce document est effectuée grâce à la présence d'un second saut du signal électrique donné par la sonde à oxygène, disposée en aval du piège. Ce second saut est utilisé comme indicateur de la fin de purge. La détection aisée du second saut selon le procédé de ce document présente l'inconvénient de pouvoir être 25 malheureusement perturbée par différents paramètres. Le premier d'entre eux est lié au contrôle, plus ou moins bien effectué, de la composition des gaz d'échappement en sortie du moteur, entraînant ainsi des fluctuations sur le signal de la sonde, et par conséquent 5 de fausses détections de fin de purge. Le second paramètre est lié à la durée de détection du premier plateau qui s'avère trop courte pour être toujours fiable. Le dernier paramètre est lié à la nécessité d'avoir 10 une amplitude du signal de la sonde suffisante pour permettre une détection correcte du second saut sur la courbe. Enfin ce procédé antérieur présente l'inconvénient de ne pas permettre d'effectuer le diagnostic de l'état 15 de vieillissement d'un piège à oxydes d'azote au cours de son utilisation. Aussi il subsiste le besoin de pouvoir disposer d'un procédé pour gérer le fonctionnement d'un piège à oxydes d'azote, tout en pouvant diagnostiquer son état de vieillissement, et donc de fonctionnement pour un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre. L'invention a donc pour objet un procédé pour gérer le fonctionnement d'un piège à oxydes d'azote, et pour diagnostiquer son état de vieillissement pour un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre, selon lequel on commande périodiquement une purge dudit piège à oxydes d'azote, consistant à disposer une première sonde à oxygène sur le conduit d'échappement en aval du piège à oxydes d'azote, et à observer l'évolution d'un signal significatif représentatif du signal fourni par cette sonde. Ce procédé se caractérise en ce qu'une unique augmentation sensible de ce signal représentatif vers une valeur seuil S1 à compter du début de la purge du piège à oxydes d'azote, obtenue suite à une variation consécutive à un passage du moteur à un fonctionnement en mélange pauvre à un fonctionnement en mélange riche, est utilisée comme indicateur pour commander la fin de la purge, et en ce que l'intégration du signal significatif entre l'instant de début de purge et l'instant de fin de purge, puis, la comparaison de la valeur d'intégration à une valeur seuil S2, ou bien, la mesure du temps écoulé pour atteindre le seuil S1 par rapport à l'instant dd début de purge sont utilisées pour diagnostiquer son état de vieillissement. Le procédé de l'invention présente l'avantage, lorsque le capteur de gaz (sonde lambda) fonctionne à basse température (400 à 500 C), de fiabiliser, à la fois, la détection de fin de purge et le diagnostic de l'état de vieillissement du piège à oxydes d'azote. Lorsque le capteur de gaz (sonde lambda) fonctionne à basse température, le procédé de l'invention présente l'avantage de permettre une détection simple et robuste de la fin de purge du piège à oxydes d'azote. Le procédé de l'invention dans lequel le diagnostic est réalisé à la température normale de fonctionnement du capteur de gaz, soit entre environ 650 et 800 C, présente l'avantage d'être plus rapide qu'à basse température. En effet, il n'y a pas de modification de l'équilibre thermique de la sonde. Ceci permet donc de faire le diagnostic dès la prise de décision. L'invention a encore pour objet un dispositif de gestion du fonctionnement d'un piège à oxydes d'azote et de diagnostic de son état de vieillissement pour un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre, pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini précédemment, le moteur étant équipé d'une ligne d'échappement pourvus d'un piège à oxydes d'azote. Ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte une sonde à oxygène placée sur la ligne d'échappement en aval du piège à oxydes d'azote, et des moyens de calcul pour déterminer l'unique augmentation sensible d'un signal significatif représentatif du signal fourni par ladite sonde à partir du début de la purge, ledit signal étant obtenu suite au déclenchement d'une opération de purge, pour s'en servir comme indicateur de fin de purge, et pour déterminer l'état de vieillissement du piège à oxydes d'azote. De préférence, la gestion du fonctionnement du piège à oxydes d'azote peut être effectuée lorsque la sonde à oxygène lambda fonctionne à une température comprise entre 400 et 500 C. De préférence, le diagnostic peut être effectué lorsque la sonde à oxygène lambda fonctionne à une température allant d'environ 400 à 500 C, ou bien d'environ 650 à 800 C. De préférence, avant ou après l'observation de l'unique signal obtenu à une température d'environ 400 -500 C, un nouveau signal complémentaire peut être observé indépendamment du signal précédent. Ce nouveau signal peut comprendre une nouvelle augmentation sensible formant un second plateau à partir d'un premier plateau de niveau sensiblement constant, obtenu suite à une variation consécutive à un passage du moteur d'un fonctionnement en mélange pauvre à un fonctionnement en mélange riche. Ce nouveau signal peut être utilisé comme indicateur complémentaire pour commander la fin de purge lorsque la sonde à oxygène lambda fonctionne à une température comprise entre environ 650 et 800 C. Le diagnostic peut aussi être obtenu par la mesure du temps écoulé entre les premier et second plateaux pour préciser son état de vieillissement lorsque la sonde à oxygène lambda fonctionne à une température comprise entre environ 650 et 800 C. De préférence, on peut utiliser en complément une seconde sonde à oxygène placée en amont du piège à oxydes d'azote, pour fournir un signal de référence par rapport auquel l'évolution du signal fourni par la première sonde est comparée pour fournir ledit signal significatif. La ou les sondes à oxygènes peuvent être choisies parmi les sondes de type suivant: sonde à oxygène de type tout ou rien, sonde proportionnelle, capteur d'oxyde d'azote dont on utilise la fonction de mesure de la concentration en oxygène. Les première et seconde sondes peuvent être de type différent ou identique. Le dispositif peut comprendre une seconde sonde à oxygène placée en amont du piège à oxydes d'azote et reliée auxdits moyens de calculs pour leur fournir un signal de référence. L'invention va maintenant être illustrée à l'aide 25 des exemples de réalisation qui suivent, qui sont donnés à titre d'illustration et qui ne limitent en aucune manière l'objet de l'invention. On se rapportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique et partielle du circuit des gaz dudit moteur. Les figures 2 et 3 montrent les résultats de mesures d'essais en fonction du temps à partir du déclenchement d'une purge. Ces courbes représentent la tension aux bornes de la sonde en fonction du temps. - la figure 2 est un graphique montrant une courbe représentative du signal de la sonde à oxygène placée en aval du piège à oxydes d'azote, pour une sonde lambda fonctionnant à une température entre environ 650 et800 C, obtenu par le procédé de la demande FR 2,843,044, la figure 3 est un graphique montrant une courbe représentative du signal de la sonde à oxygène placée en aval du piège à oxydes d'azote, pour une sonde lambda fonctionnant à une température entre environ 400 -500 C selon l'invention, - les figures 4A et 4B représentent le comportement de la sonde à oxygène en fonction de la température du capteur et de la composition chimique des gaz d'échappement, elle-même fonction du vieillissement du piège à oxydes d'azote, ladite sonde étant disposée en aval d'un piège à oxydes d'azote, cette étude de comportement permettant de faire le diagnostic de son état de vieillissement, à haute température (figure 4A) et à basse température (figure 4B). Sur la figure 1, on a représenté schématiquement les éléments du moteur traversés par les gaz, et on y voit, successivement selon le sens de circulation des gaz: - l'entrée d'air 11, en provenance du filtre à air, la partie aspiration 12 d'un turbocompresseur, - le collecteur d'admission 13, le haut de cylindre 14 équipé d'un injecteur 15, - les tubulures d'échappement 16 et la partie échappement 17 du turbocompresseur, - le piège à oxydes d'azote 18, la ligne d'échappement, équipée d'un filtre à particules 19. Une première sonde à oxygène 21 est montée en aval du piège à oxydes d'azote, et une seconde sonde à oxygène 22 est montée en amont du piège à oxydes d'azote, les deux 10 sondes étant reliées à une unité de calcul 23, elle-même reliée à une unité de pilotage du moteur 24. Les sondes sont par exemple des sondes à oxygène tout ou rien. Sur la figure 2, la courbe est obtenue avec un piège à oxydes d'azote neuf, stabilisé. Le procédé antérieur, fonctionnant à une température normale d'utilisation (haute température), permet à l'ensemble des réducteurs de réagir avec l'oxygène présent sur l'électrode de la sonde (platine). Ceci induit une réduction de la pression partielle en oxygène, et donc une augmentation de la force électromotrice de la sonde. Le signal du capteur tend alors à augmenter pour atteindre un pallie de saturation 1, dès lors que la richesse (rapport réducteurs/oxydants) est suffisante (premier plateau 1). Ce premier plateau 1 correspond à l'augmentation de la richesse (rapport réducteurs/oxydants) nécessaire à la réduction des oxydes d'azote dans le piège à oxydes d'azote. En aval du piège à oxydes d'azote, on trouve principalement du méthane. Le second saut 2 intervient dès lors que les réducteurs en amont du piège à oxydes d'azote sont moins utilisés pour la réduction des oxydes d'azote adsorbés dans le piège à oxydes d'azote, et du fait de la formation d'hydrogène au sein du piège en fin de purge. Cette seconde augmentation de la concentration de réducteurs, dont l'hydrogène, en aval du piège correspond à la fin de la purge, et se traduit par une variation du signal électrique du capteur. Sur la figure 3, les tracés 4 à 8 sont respectivement 10 obtenus pour des températures de la sonde lambda de 400 , 500 , 600 , 700 et 800 C. On peut voir que pour un même état de vieillissement du piège à oxydes d'azote, mais avec une température basse de fonctionnement du moteur (tracés 4 et 5), les réactions catalytiques sur l'électrode de la sonde sont limitées. Pour les basses températures (tracés 4 et 5), le premier plateau 20 observé à haute température (tracés 6, 7, 8) , n'existe plus. Les réducteurs, tels que le méthane, présents ne réagissent pas avec les oxydants. Ceci induit alors un signal faible. Au fur et à mesure du traitement des oxydes d'azote stockés dans le piège à oxydes d'azote, le signal électrique de la sonde augmente 30 pour atteindre des niveaux 31 de tensions équivalents au second basculement 2, lorsque la température de la sonde lambda est élevée. Ce simple basculement 30 du signal sonde observé à basse température est en fait équivalent au second basculement 2 obtenu à haute température. Il coïncide à la fin de la purge et, donc à une augmentation de la quantité des réducteurs (hydrogène, CO et hydrocarbures) en aval du pièges à oxydes d'azote 2871849 9 Pour optimiser la détection de la fin de purge, le seuil S1 peut être défini en fonction de la température du capteur, puisque la décroissance de la tension maximale de la sonde est fonction de l'augmentation de la température du capteur. Un tel procédé de détection de fin de purge peut être utilisé seul ou en combinaison avec le procédé de gestion selon, le document FR 2,843,044. Lorsque la température du capteur, lors de la purge, est basse, il est préférable de la réaugmenter dès la fin de la purge, afin d'obtenir une température de fonctionnement normale du capteur et d'éviter son encrassement par des suies, et/ou son empoisonnement par des résidus. Sur les figures 4A et 4B, en ordonnée, l'échelle de gauche représente la tension aux bornes de la sonde lambda, et l'échelle de droite la valeur du signal 20 richesse fourni une sonde proportionnelle. Les figures 4A et 4B ont été obtenues respectivement pour des températures de sonde lambda aval de 700 C et 400 C. Sur les figures 4A et 4B, les tracés 9a et9b représentent respectivement le signal fourni par une sonde à oxygène placée en aval du piège à oxydes d'azote, neuf, stabilisé, obtenu pour une haute et une basse température du capteur(sonde lambda). Les tracés l0a et 10b représentent respectivement le 30 signal fourni par une sonde à oxygène placée en aval du piège à oxydes d'azote, vieilli, obtenu pour une haute et une basse température de la sonde lambda. Les tracés lia et llb représentent respectivement le signal fourni par une sonde à oxygène placée en aval du piège à oxydes d'azote, dégradé, obtenu à haute et à basse température de la sonde lambda. Les tracés 12a et 12b représentent respectivement le signal fourni par une sonde à oxygène placée en amont du piège à oxydes d'azote, obtenu pour une température normale de fonctionnement de la sonde. Les tracés 13a et 13b représentent respectivement le signal fourni par une sonde proportionnelle placée en amont du piège à oxydes d'azote, sans courant de pompage, obtenu pour une température normale de fonctionnement de la sonde. Les tracés 14a et 14b représentent respectivement le signal richesse fourni par une sonde proportionnelle placée en amont du piège à oxydes d'azote, obtenu pour une température normale de fonctionnement. De ces tracés, on peut noter que l'évolution du comportement de la sonde à basse et à haute température peut permettre un diagnostic du piège à oxydes d'azote qui consiste à mettre en évidence son état de vieillissement. Afin d'optimiser ce diagnostic, il est possible d'intégrer le signal électrique mesuré, entre l'instant où la purge est déclenchée, jusqu'à l'instant correspondant à la fin de la purge, c'est-à-dire jusqu'au niveau du second basculement pour des températures élevées, ou bien d'un niveau de tension prédéfini pour des basses températures. A basse comme à haute température, l'intégration mathématique du signal est de préférence supérieure à une valeur prédéterminée (encore appelé seuil S2) pour constater le bon fonctionnement du piège à oxyde d'azote. Cette comparaison de la valeur d'intégration est effectuée sur un point de fonctionnement du moteur connu, tel que par exemple lors d'une phase de purge avec une richesse du moteur d'environ 1,05. Selon une autre variante pour réaliser le diagnostic du piège à oxydes d'azote, il est possible de mesurer le temps nécessaire pour atteindre le second saut à haute température, ou le seuil prédéterminé à basse température, en prenant comme référence l'instant qui correspond à l'enrichissement des gaz d'échappement indiquant le début de la purge. Ce temps mesuré correspond en fait au temps nécessaire pour purger les oxydes d'azote du piège. De ces mesures, il apparaît clairement que ce temps de purge diminue d'autant plus que le piège à oxyde d'azote a vieilli. Le diagnostic de l'état de vieillissement du piège à oxydes d'azote est donc effectué en comparant ce temps 20 mesuré à une valeur prédéfinie. Si ce temps mesuré, dans des conditions de fonctionnement de moteur définies, telles celles de la richesse du moteur, devient inférieur au seuil prédéfini, alors il est possible de diagnostiquer le piège à oxydes d'azote comme défaillant. Selon une dernière variante, ce diagnostic peut être effectué par rapport à une seconde sonde de même nature que celle qui effectue les mesures {sonde à oxygène) ou de nature différente (sonde de richesse ampérométrique ou capteur d'oxydes d'azote ampérométrique). Pour des capteurs ampérométriques, il est possible d'utiliser, soit le signal richesse délivré, soit le signal de la cellule de référence en imposant un courant de pompage nul pour disposer d'une sonde à oxygène de type tout ou rien. Cette seconde sonde, alors placée en amont du piège à oxydes d'azote, est utilisée comme référence. Si la différence de comportement entre ces sondes amont et aval devient trop faible, alors il est possible de diagnostiquer un mauvais fonctionnement du piège à oxydes d'azote. Le piège sera diagnostiqué comme défaillant lorsque la différence de comportement est inférieure à un seuil prédéfini. Le dispositif destiné à mettre en uvre le procédé de l'invention fonctionne de la manière suivante. On règle, ou bien, on pilote la température de la sonde à oxygène avec la tension de chauffage pour obtenir une basse température (environ 400 500 C) afin d'éviter les réactions catalytiques du méthane principalement lors de la phase utile de la purge des oxydes d'azote. Le diagnostic du piège à oxydes d'azote et la détection de la fin de purge sont ainsi facilités. Ils sont moins sensibles à l'évolution du comportement du capteur du fait de son vieillissement, et aussi moins sensibles aux formulations catalytiques. On peut procéder de la même manière pour des 30 températures élevées. REVENDICATIONS 1. Procédé pour gérer le fonctionnement d'un piège à oxydes d'azote, et pour diagnostiquer son état de vieillissement pour un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre, selon lequel on commande périodiquement une purge dudit piège à oxydes d'azote, consistant à disposer une première sonde à oxygène sur le conduit d'échappement en aval du piège à oxydes d'azote, et à observer l'évolution d'un signal significatif représentatif du signal fourni par cette sonde, caractérisé en ce qu'une unique augmentation sensible de ce signal représentatif vers une valeur seuil S1 à compter du début de la purge du piège à oxydes d'azote, obtenue suite à une variation consécutive à un passage du moteur à un fonctionnement en mélange pauvre à un fonctionnement en mélange riche, étant utilisée comme indicateur pour commander la fin de la purge, et en ce que l'intégration du signal significatif entre l'instant de début de purge et l'instant de fin de purge, puis, la comparaison de la valeur d'intégration à une valeur seuil S2, ou bien la mesure du temps écoulé pour atteindre le seuil Si par rapport à l'instant de début de purge sont utilisées pour diagnostiquer son état de vieillissement. 10 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gestion du fonctionnement est effectuée lorsque la sonde à oxygène lambda fonctionne à une température comprise entre 400 et 500 C. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diagnostic est effectué lorsque la sonde à oxygène lambda fonctionne à une température allant d'environ 400 à 500 C, ou bien d'environ 650 à 800 C. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant ou après l'observation de l'unique signal, un nouveau signal comprenant une nouvelle augmentation sensible formant un second plateau à partir d'un premier plateau de niveau sensiblement constant, obtenu suite à une variation consécutive à un passage du moteur d'un fonctionnement en mélange pauvre à un fonctionnement en mélange riche est utilisée comme indicateur complémentaire pour commander la fin de purge lorsque la sonde à oxygène lambda fonctionne à une température comprise entre environ 650 et 800 C. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la mesure du temps écoulé entre les premier et second plateau est utilisée pour préciser son état de vieillissement lorsque la sonde à oxygène lambda fonctionne à une température comprise entre environ 650 et 800 C. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise en complément, une seconde sonde à oxygène placée en amont du piège à oxydes d'azote, pour fournir un signal de référence par rapport auquel l'évolution du signal fourni par la première sonde est comparée pour fournir ledit signal significatif. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 6, caractérisé en ce que la ou les sondes à oxygènes sont choisies parmi les sondes de type suivant: sonde à oxygène de type tout ou rien, sonde proportionnelle, capteur d'oxyde d'azote dont on utilise la fonction de mesure de la concentration en oxygène. 8. Procédé selon la revendication 7 en combinaison avec la revendication 6, caractérisé en ce que 20 les deux sondes sont de type différent ou identique. 9. Dispositif de gestion du fonctionnement d'un piège à oxydes d'azote et de diagnostic de son état de vieillissement pour un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre, pour la mise en uvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, le moteur étant équipé d'une ligne d'échappement pourvus d'un piège à oxydes d'azote, caractérisé en ce qu'il comporte une sonde à oxygène (21) placée sur la ligne d'échappement en aval du piège à oxydes d'azote (18), et des moyens de calcul 30 (23) pour déterminer l'unique augmentation sensible d'un signal significatif représentatif du signal fourni par ladite sonde à partir du début de la purge, ledit signal étant obtenu suite au déclenchement d'une opération de purge, pour s'en servir comme indicateur de fin de purge, et pour déterminer l'état de vieillissement du piège à oxydes d'azote. lO.Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde sonde à oxygène (22) placée en amont du piège à oxydes d'azote (18) et reliée auxdits moyens de calculs (23) pour leur fournir un signal de référence.