Elle concerne également un système de mise en oeuvre de ce procédé.

Pour réduire la pollution de l'atmosphère occasionnée par les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne des véhicules automobiles notamment, il est courant d'équiper chacune des lignes du circuit des gaz d'échappement d'un pot catalytique dont la fonction est de transformer les espèces chimiques emises par la combustion, et qui sont nocives, en substances non polluantes par un procédé de catalyse en postcombustion.

Il existe un type de pot catalytique, dit à trois voies ou trifonctionnel, qui assure une triple fonction d'oxydation des hydrocarbures imbrûlés (HC), d'oxydation du monoxyde de carbone (CO) en dioxyde de carbone (C02), et de réduction des oxydes d'azote (NOx) en azote gazeux (N2).

Dans le cas d'un mélange de richesse superieure à 1, il y a un excès de molécules réductrices qu'il faut éliminer par un apport d'oxygène (02), alors que dans le cas d'un mélange pauvre, il faut en partie stocker les molécules oxydantes (02, Noix) en excès pour oxyder les molécules réductrices (HC, CO).

Le souci de réduire les émissions de gaz à effet de serre, et en particulier le dioxyde de carbone, a incité les constructeurs à réaliser des moteurs à combustion interne capables de fonctionner en mélange pauvre, c'est-à-dire avec un rapport inférieur à la stoechiometrie. Mais un pot catalytique trifonctionnel classique, utilisé pour dépolluer les gaz d'échappement d'un moteur fonctionnant en mélange pauvre, n'est pas très efficace pour réduire les NOX car il y a une forte proportion d'oxygène.

Pour pallier cet inconvénient, il est connu d'utiliser un pot catalytique trifonctionnel comprenant en plus des moyens d'absorption des NOX présents dans les gaz d'échappement, à richesse inférieure à 1. Pour éviter que cette absorption ne finisse par saturer la capacité d'absorption du catalyseur, le procédé décrit dans la demande de brevet européen, publiée sous le numéro 0 560 991 A1 au nom de TOYOTA, propose de commuter périodiquement la richesse du mélange air/carburant du moteur à une valeur supérieure ou égale à 1 pour obtenir un mélange stoechiométrique ou riche. Cette commutation provoque la désorption des NOX absorbés dans le pot catalytique, puis leur réduction par les hydrocarbures HC et le monoxyde de carbone CO présents dans le pot à cause de l'accroissement de la richesse du mélange.

Etant donné que la capacité de stockage en oxydes d'azote décroît fortement en-dessous de 200°C et au- dessus de 500°C, il faut positionner le catalyseur à absorption de NOX loin du moteur pour qu'il ne subisse pas de trop fortes températures. Mais cette position entraîne une montée en chaleur assez lente et un traitement tardif des polluants lors des démarrages du

moteur à froid. C'est pourquoi une solution consiste à ajouter un deuxième catalyseur trifonctionnel, dit d'amorçage, situé près du moteur et avant le catalyseur principal d'absorption des Noix, dit de stockage, et destiné à traiter rapidement les substances polluantes à la stoechiométrie alors que le catalyseur principal est encore froid.

Le problème que cherche à résoudre l'invention concerne la surveillance de l'efficacité du traitement des hydrocarbures émis par un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre et équipé d'au-moins un pot catalytique d'amorçage placé devant au moins un pot catalytique de stockage des NOX.

L'efficacité de traitement des hydrocarbures d'un pot catalytique trifonctionnel dépend de l'état de sa surface catalytique en contact avec les gaz d'échappement, apprécié notamment par sa capacité de stockage en oxygène. Cependant, pour un mélange pauvre, il n'est pas possible d'appliquer un procédé de mesure d'absorption en oxygène puisqu'il y a toujours un excès en oxygène qui sature le pot catalytique. De plus, dans le cas où la capacité en oxygène est réduite, un tel procédé est peu sensible à l'efficacité de traitement des hydrocarbures.

C'est pourquoi d'autres solutions ont été proposées pour un fonctionnement en mélange pauvre, notamment : -la mesure d'exothermicit lors de l'oxydation des réducteurs ; -la mesure de la composition gazeuse à l'aide d'un capteur calorimétrique ; -la mesure de la teneur en hydrocarbures des gaz d'échappement en amont et en aval du pot catalytique à

l'aide d'un ou de deux capteurs de mesure d'hydrocarbures, tel que cela est décrit dans la demande de brevet français 97 12701, au nom de RENAULT.

Lorsque la ligne d'échappement comprend un pot catalytique d'amorçage, proche du moteur et ayant une faible capacité de stockage en oxygène, suivi d'un autre pot catalytique ayant par contre une forte capacité de stockage en oxygène, les procédés actuels ne surveillent que le premier pot catalytique. Aussi, une insuffisance d'efficacité du traitement des hydrocarbures peut tre diagnostiquée pour le pot d'amorçage et aboutir à une conclusion de défaillance de l'ensemble du système de traitement des gaz d'échappement, alors que le pot catalytique de stockage présente une bonne efficacité. Un diagnostic de défaut sur le traitement des hydrocarbures peut tre fait alors que la ligne d'échappement globale fonctionne de façon suffisante et satisfaisante.

Le but de l'invention est de pallier cet inconvénient en proposant d'établir un diagnostic simultané de fonctionnement pour chacun des pots catalytiques de la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, afin d'en déduire l'efficacité de traitement des hydrocarbures de l'ensemble des pots catalytiques.

Pour cela, un premier objet de l'invention est un procédé de surveillance du fonctionnement d'au moins deux pots catalytiques équipant le circuit des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, piloté par un calculateur de contrôle et fonctionnant en mélange air-carburant pauvre, au moins un pot catalytique étant de type pot d'amorçage à faible capacité d'absorption en oxygène et proche du moteur,

suivi d'un pot catalytique de type stockage des oxydes d'azote, caractérisé en ce qu'il réalise deux diagnostics distincts et simultanés : -une évaluation de l'efficacité de traitement des hydrocarbures par le pot catalytique d'amorçage ; -une évaluation de la capacité d'absorption en oxygène par le pot catalytique de stockage, pendant chaque phase de commutation de la richesse passant d'une valeur Rp correspondant à un mélange pauvre à une valeur Rr correspondant à un mélange riche ou stoechiomtrique, cette commutation servant à purger le pot catalytique des oxydes d'azote stockés ; -une comparaison du résultat de ces deux évaluations simultanées avec une courbe de référence CHC représentant la limite de l'ensemble des combinaisons possibles de pots catalytiques d'amorçage d'une part et de stockage d'autre part jugé satisfaisant pour le traitement des hydrocarbures.

Un second objet de l'invention est un système de surveillance mettant en oeuvre le procédé ci-dessus, pour un moteur à combustion interne piloté par un calculateur de contrôle et dont le circuit des gaz d'échappement comprend au moins un pot catalytique d'amorçage suivi d'au moins un pot catalytique de stockage, caractérisé en ce qu'il comprend, selon différents modes de réalisation : -un capteur de mesure de la concentration [02] in en oxygène dans le circuit d'échappement en amont du catalyseur de stockage ; -un capteur de mesure de la concentration [°2] out en oxygène placé en aval du pot catalytique de stockage ; -un capteur de mesure du regime (N) du moteur ;

-un capteur de pression (Pcol1) dans le collecteur d'admission, -un capteur de mesure de la concentration [HC] out en hydrocarbures placé en aval du pot catalytique, délivrant chacun des informations au calculateur électronique destiné à évaluer l'efficacité de fonctionnement de l'ensemble des pots catalytiques.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de plusieurs modes de réalisation, illustrée par les figures suivantes qui sont : -la figure 1 : un schéma fonctionnel d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne ; -la figure 2 : un exemple de courbe de référence de l'efficacité de traitement des hydrocarbures d'un système catalytique ; -les figures 3 à 5 : trois variantes de procédé de surveillance selon l'invention.

Le procédé de surveillance du fonctionnement d'un système de pots catalytiques selon l'invention s'applique à une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne 1, alimenté en air par le collecteur d'admission 2 et en carburant par différents injecteurs 3 comme le montre la figure 1. Les gaz d'échappement résultant de la combustion du mélange air/carburant dans les cylindres sont évacués par au-moins une ligne d'échappement constituée par un conduit 4 d'échappement relié au moteur par un flexible, un système de catalyse et différents capteurs. Le système de catalyse des gaz comprend au-moins un pot catalytique d'amorçage 5, proche du moteur 1 et ayant une faible capacité de stockage en oxygène, suivi d'au-moins un pot

catalytique 6 de stockage des NOX, ayant une plus grande capacité de stockage de l'oxygène que le précédent.

Les différents capteurs nécessaires à la mise en oeuvre du procédé de surveillance sont par exemple, en fonction des différents modes de réalisation du système de surveillance : -un capteur 7 de mesure de la teneur en hydrocarbures [HC] out en aval du catalyseur d'amorçage 5, -un capteur 8 de mesure de la vitesse de rotation du moteur N ; -un capteur 9 de la pression dans le collecteur PCO11- Ce capteur peut tre remplacé par un dispositif de mesure du débit d'air ; -un capteur 10 de mesure de la concentration en oxygène [02] out dans le conduit d'échappement en aval du catalyseur de stockage 6 ; -un capteur 12 de mesure de la concentration en oxygène [02] in dans le conduit d'échappement en amont du catalyseur de stockage 6.

Ces différentes mesures sont envoyées à un calculateur électronique 11 destiné à évaluer l'efficacité de fonctionnement de l'ensemble des pots catalytiques disposés dans le flux des gaz d'échappement du moteur.

En cas de diagnostic d'une dégradation de cette efficacité de fonctionnement par rapport à un seuil de référence, le calculateur émet un signal d'alarme SA.

Selon une caractéristique essentielle, le procédé de surveillance selon l'invention réalise deux diagnostics distincts, simultanément :

-une evaluation de l'efficacité de traitement des hydrocarbures HC par le pot catalytique d'amorçage 5, par une des mesures connues précédemment évoquées ; -une évaluation de la capacité d'absorption en oxygène par le pot catalytique de stockage 6, pendant chaque phase de commutation de la richesse passant d'une valeur correspondant à un mélange pauvre à une valeur correspondant à un mélange stoechiometrique ou riche, cette commutation servant à purger le pot catalytique des oxydes d'azote stockés ; -une comparaison du résultat de ces deux évaluations simultanées avec une courbe de référence CHC, représentant la limite de l'ensemble des combinaisons possibles de pots catalytiques d'amorçage d'une part et de stockage d'autre part jugé satisfaisant pour le traitement des hydrocarbures.

Selon un premier mode de réalisation du système de surveillance mettant en oeuvre ledit procédé, l'évaluation de l'efficacité de traitement des hydrocarbures par le catalyseur d'amorçage est effectuée à partir de la mesure de la teneur ou concentration en HC, obtenue à partir de la sonde 7 délivrant une valeur [HC] out en aval du catalyseur 5.

Le calculateur 11 estime ensuite la concentration en HC entrant dans le pot catalytique d'amorçage 5 à partir des conditions de fonctionnement du moteur, c'est-à- dire du régime moteur N, de la pression dans le collecteur Pcoll et de la richesse. Puis le calculateur estime l'efficacité du pot catalytique 5, c'est-à-dire l'état de la surface catalytique NES a partir des concentrations en hydrocarbures en amont [HC] in et en aval [HC] out du catalyseur 5, du régime moteur N et de la pression collecteur Pcoll.

Parallèlement, le calculateur électronique 11 évalue l'efficacité de fonctionnement du catalyseur de stockage 6. Pour cela, il utilise une sonde à oxygène 10 placée en aval du catalyseur 6 qui délivre une information sur la concentration en 02. Lors d'une phase de commutation de la richesse R, passant à l'instant to d'une valeur Rp correspondant à un mélange combustible pauvre à une valeur Rr correspondant à un mélange stoechiométrique, voire riche, lorsque le catalyseur de stockage des oxydes d'azote commence à tre purge, la concentration en 02 chute d'une valeur [°2] 1 à une valeur [02] 2 très inferieure. Puis, lorsque la richesse du mélange redescend à la valeur Rp pour un fonctionnement du moteur à nouveau en mélange pauvre, la concentration en 02 va remonter.

Le procédé selon l'invention consiste alors à mesurer le temps de retard TIC que met la concentration en oxygène [02] out mesurée par la sonde 10 à repasser au- dessus d'un seuil V1 prédéfini, comme le montre la figure 2, qui montre l'évolution dans le temps de la richesse R du mélange et de la concentration [02].

Puis, le procédé estime la capacité de stockage en oxygène OSC du catalyseur 6 à partir de ce temps de retard TIC1, de la pression collecteur Pcoll et du régime moteur N. A partir de ces deux dernières variables est définie, lors de la mise au point du moteur, une table g (Pcoll, N) qui est stock6e dans la mémoire du calculateur. La capacité OSC de stockage en 02 est définie par OSC = TIC1 * g (Pcoll N).

Le calculateur compare le résultat de ces deux estimations NES et OSC à une courbe de référence CHC en

deçà de laquelle il estime que l'ensemble des deux pots catalytiques d'amorçage et de stockage ne fonctionne pas bien en termes d'efficacité de traitement des hydrocarbures et au-delà de laquelle il fait l'estimation inverse.

La figure 3 représente l'ensemble des points NES des catalyseurs d'amorçage en fonction des points OSC des catalyseurs de stockage, cet ensemble étant considéré comme satisfaisant pour le traitement des hydrocarbures au-dessus de la courbe limite CHC et mauvais en- dessous.

Selon un deuxième mode de réalisation, le calculateur électronique 11 évalue l'efficacité de fonctionnement du catalyseur de stockage des NOx, en mesurant toujours à chaque phase de commutation de la richesse R d'une valeur supérieure ou égale à 1 à une valeur inférieure à 1, la concentration [O2] out en 02 en aval du catalyseur 6 par la sonde 10 mais également la concentration [02] in en 02 en amont de ce mme catalyseur par une autre sonde 12.

Puis, après chaque régénération des pièges à NOx, le catalyseur mesure le temps de retard TIC2 entre les deux concentrations [02] out en aval et [02] in en amont du pot catalytique 6 lors de leur passage aux instants t2 et t3 au-dessus du seuil V2 prédéfini, comme le montre la figure 4.

La capacité de stockage en oxygène OSC du catalyseur 6 est alors le produit de ce temps de retard TIC2 par une autre table h (PCO11 N) stockee dans la mémoire du calculateur :

OSC = TIC2 * h (Pcoll N).

Selon un troisième mode de réalisation, l'efficacité de fonctionnement du catalyseur de stockage 6 est encore évaluée a partir de la concentration [°2] out en oxygène en aval du catalyseur de stockage et en plus à partir de la capacité de la concentration [HC] out en hydrocarbures en aval du catalyseur d'amorçage 5, mais toujours lors de la commutation de la richesse d'un mélange pauvre à un mélange riche pour purger le catalyseur entre les instants to et tl. Au cours de cette régénération, de l'instant to à l'instant tl, la concentration [HC] out en hydrocarbures délivrée par la sonde 7 augmente d'une valeur [HC] 1 en mélange pauvre à une valeur [HC] 2 en mélange riche, puis elle chute à l'instant t1 quand la richesse redescend en-dessous de 1.

Le calculateur électronique mesure alors, après chaque régénération, le temps de retard TIC3 entre le passage à l'instant t4 de la concentration [HC] out en hydrocarbures en-dessous d'un seuil prédéfini V3 et le passage à l'instant t2 de la concentration [02] en oxygène au-dessus du seuil V1 La capacité de stockage en oxygène du catalyseur est donnée par le produit du temps de retard TIC3 par une autre table j, stockée dans la mémoire du calculateur : OSC = TIC3 * j (Pcoll N).

Pour ces deux modes de réalisation, le calculateur estime parallèlement l'efficacité NES du pot catalytique 5 d'amorçage et compare le résultat de ces deux estimations à la courbe de référence.

Selon un quatrième mode de réalisation, la variante porte sur l'évaluation de l'efficacité du pot catalytique d'amorçage, non plus à partir de la concentration [HC] en hydrocarbures, mais par une mesure d'exothermicité lors de l'oxydation des réducteurs ou par une mesure de la composition gazeuse à l'aide d'un capteur calorimétrique. Dans le cas d'une mesure d'exothermicité, on enlève la sonde à HC et on la remplace par deux capteurs de température en amont et en aval du catalyseur. Le calculateur mesure la différence de température entre l'entrée et la sortie des gaz de ce catalyseur d'amorçage et évalue l'efficacité de traitement des hydrocarbures à froid ou en régime moteur stabilise.

Dans les deux cas, le procédé estime ensuite l'état de la surface catalytique NES du catalyseur 5 à partir du régime moteur N et de la pression collecteur Pcoll- Grâce aux deux diagnostics distincts des catalyseurs d'amorçage d'une part et de stockage d'autre part, le procédé de surveillance selon l'invention permet une excellente appréciation de l'efficacité de traitement des hydrocarbures de tous les pots catalytiques disposés dans le flux des gaz d'échappement.