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FR3107926A1 - Procede de test d'efficacite de sondes a oxygene d'un catalyseur de ligne d'echappement pour un moteur thermique - Google Patents

Procede de test d'efficacite de sondes a oxygene d'un catalyseur de ligne d'echappement pour un moteur thermique Download PDF

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FR3107926A1
FR3107926A1 FR2002210A FR2002210A FR3107926A1 FR 3107926 A1 FR3107926 A1 FR 3107926A1 FR 2002210 A FR2002210 A FR 2002210A FR 2002210 A FR2002210 A FR 2002210A FR 3107926 A1 FR3107926 A1 FR 3107926A1
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FR
France
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oxygen sensor
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downstream
output signal
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Withdrawn
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FR2002210A
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English (en)
Inventor
Gerard Tardy
Jean Marc Dewaele
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
PSA Automobiles SA
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Publication date
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Abstract

L'invention porte sur un procédé de test d'efficacité d'une sonde à oxygène amont (6) et d'une sonde à oxygène aval (7) d'un catalyseur (3) de ligne d'échappement (1) comportant: - une étape de commande d'une phase d'enrichissement d'un mélange air-carburant du moteur thermique (2), - une étape de comparaison d'un signal de sortie (S_am) de la sonde amont (6) et d'un signal de sortie (S_av) de la sonde aval (7) avec un premier seuil, - une étape de commande d'une phase d'appauvrissement d'un mélange air-carburant, - une étape de comparaison du signal de sortie (S_am) de la sonde amont (6) et du signal de sortie (S_av) de la sonde aval (7) avec un deuxième seuil, et - une étape de détermination d'un état de fonctionnement de la sonde amont (6) et de la sonde aval (7) en fonction des comparaisons précédemment effectuées. Figure 1

Description

PROCEDE DE TEST D'EFFICACITE DE SONDES A OXYGENE D'UN CATALYSEUR DE LIGNE D'ECHAPPEMENT POUR UN MOTEUR THERMIQUE
La présente invention porte sur un procédé de test d'efficacité de sondes à oxygène d'un catalyseur de ligne d'échappement pour un moteur thermique. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec des tests d'efficacité de sondes effectués lors d'opérations de service après-vente.
Les émissions polluantes des moteurs thermiques équipant les véhicules automobiles sont réglementées par des normes. Les polluants réglementés sont, selon la technologie de moteur thermique considérée, le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures imbrûlés (HC), les oxydes d'azote (NOx), et les particules qui sont formées lors de la combustion du carburant dans la chambre de combustion puis émises à l'échappement.
II est connu d'employer un certain nombre de moyens de dépollution dans la ligne d'échappement des moteurs thermiques pour en limiter les émissions de polluants. Ainsi, il est possible d'implanter un catalyseur disposé en amont d'un filtre à particules. Le catalyseur est réalisé à base d'un matériau aux propriétés de stockage réversible d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement. Le catalyseur présente une capacité de stockage en oxygène, dite "OSC" pour "Oxygen Storage Capacity" en anglais. Il permet de stocker l'oxygène lorsque le moteur fonctionne en régime pauvre (rapport air/carburant supérieur à 1) pour le restituer en régime riche (rapport air/carburant inférieur ou égal à 1). Le catalyseur contribue à assurer l'oxydation du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (HC) et la réduction des oxydes d'azote (NOx). La capacité de stockage en oxygène du catalyseur est un indicateur de son vieillissement car plus le catalyseur vieillit, moins il est capable de stocker de l'oxygène.
Il a été constaté au travers de l’analyse des catalyseurs retournés en service après-vente qu’il se produit de nombreuses déposes à tort du catalyseur qui sont coûteuses pour le constructeur de véhicule lorsque le véhicule est encore sous garantie. En effet, dans plus de 30% des cas, il s'avère que le problème vient d'un défaut de sonde à oxygène qui ne délivre pas un signal plausible.
L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de test d'efficacité d'une sonde à oxygène amont et d'une sonde à oxygène aval disposées respectivement en amont et en aval d'un catalyseur d'une ligne d'échappement de moteur thermique notamment de véhicule automobile, ledit procédé comportant:
- une étape de mise en fonctionnement du moteur thermique à un régime élevé,
- une étape de commande d'une phase d'enrichissement d'un mélange air-carburant du moteur thermique,
- une étape de comparaison d'un signal de sortie de la sonde à oxygène amont avec un premier seuil,
- une étape de comparaison d'un signal de sortie de la sonde à oxygène aval avec le premier seuil,
- une étape de commande d'une phase d'appauvrissement d'un mélange air-carburant,
- une étape de comparaison du signal de sortie de la sonde à oxygène amont avec un deuxième seuil,
- une étape de comparaison du signal de sortie de la sonde à oxygène aval avec le deuxième seuil, et
- une étape de détermination d'un état de fonctionnement de la sonde à oxygène amont et de la sonde à oxygène aval en fonction des comparaisons précédemment effectuées.
L'invention permet ainsi d'éviter de déposer des catalyseurs qui auraient été détectés "à tort" comme défectueux par le système de contrôle, alors que le problème provenait d'une des sondes à oxygène du catalyseur. L'invention présente également l'avantage de pouvoir être réalisée par tout réparateur suivant des critères faciles à vérifier pour déterminer l’état de fonctionnement des sondes.
Selon une mise en œuvre de l'invention, l'étape de commande de la phase d'enrichissement et l'étape de commande de la phase d'appauvrissement sont effectuées chacune pendant une durée prédéterminée de l'ordre de 60 secondes.
Selon une mise en œuvre de l'invention, l'enrichissement du mélange air-carburant est de l'ordre de 10%.
Selon une mise en œuvre de l'invention, l'appauvrissement du mélange air-carburant est de l'ordre de 10%.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le premier seuil est de l'ordre de 0.91 pour des sondes à oxygène amont et aval de type linéaire ou de l'ordre de 600mV pour des sondes à oxygène amont et aval de type binaire.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le deuxième seuil est de l'ordre de 1.11 pour des sondes à oxygène amont et aval de type linéaire ou de l'ordre de 200mV pour des sondes à oxygène amont et aval de type binaire.
Selon une mise en œuvre de l'invention, ledit procédé comporte préalablement une étape de vérification d'un état des sondes à oxygène consistant à vérifier:
- que les sondes à oxygène ne renvoient pas de signal de défaut,
- que le signal de sortie de la sonde à oxygène amont est situé dans une première plage de valeurs prédéfinie, et
- que le signal de sortie de la sonde à oxygène aval est situé dans une deuxième plage de valeurs prédéfinie.
Selon une mise en œuvre de l'invention, la première plage de valeurs prédéfinie ainsi que la deuxième plage de valeurs prédéfinie sont comprises entre 0,1V et 0,8V environ.
Selon une mise en œuvre de l'invention, le régime élevé du moteur thermique est compris entre 3000 tr/min et 4000 tr/min et vaut par exemple de l'ordre de 3500 tr/mn.
L'invention a également pour objet un outil de diagnostic configuré pour une mise en œuvre d'un procédé tel que précédemment défini de test d'efficacité d'une sonde à oxygène amont et d'une sonde à oxygène aval disposées respectivement en amont et en aval d'un catalyseur d'une ligne d'échappement de moteur thermique.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 est une représentation schématique d'une architecture d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique comportant un catalyseur muni de sondes à oxygène dont le bon fonctionnement est à vérifier via la mise en œuvre du procédé selon l'invention;
La figure 2 est un diagramme des différentes étapes du procédé selon l'invention de test d'efficacité d'une sonde à oxygène amont et d'une sonde à oxygène aval associées à un catalyseur de moteur thermique.
La figure 1 représente schématiquement une partie d'une ligne d'échappement 1 collectant les gaz d'échappement d'un moteur thermique 2 équipant un véhicule automobile. La ligne d'échappement 1 comporte un catalyseur 3 disposé en amont d'un filtre à particules 4. Le catalyseur 3 et le filtre à particules 4 sont regroupés dans une même enveloppe 5 se raccordant au reste de la ligne 1 par ses extrémités (la figure ne représente que la moitié de l'enveloppe 5 pour rendre visibles le catalyseur 3 et le filtre à particules 4).
Le catalyseur 3 est réalisé à base d'un matériau aux propriétés de stockage réversible d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement. Le catalyseur 3 présente une capacité de stockage en oxygène, dite "OSC" pour "Oxygen Storage Capacity" en anglais. Il permet de stocker l'oxygène lorsque le moteur 2 fonctionne en régime pauvre (rapport air/carburant supérieur à 1) pour le restituer en régime riche (rapport air/carburant inférieur ou égal à 1). Le catalyseur 3 contribue à assurer l'oxydation du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (HC) et la réduction des oxydes d'azote (NOx). La capacité de stockage en oxygène du catalyseur 3 est un indicateur de son vieillissement car plus le catalyseur 3 vieillit, moins il est capable de stocker de l'oxygène.
La ligne d'échappement 1 est également munie de deux sondes à oxygène 6, 7. Une sonde à oxygène amont 6 et une sonde à oxygène aval 7 sont disposées respectivement en amont et en aval du catalyseur 3. Ces sondes 6, 7 de type connu pourront prendre la forme de sondes de type linéaire ou binaire.
On décrit ci-après, en référence avec la figure 2, le procédé selon l'invention de test d'efficacité des sondes 6, 7 de la ligne d'échappement 1. Les différentes mesures détaillées ci-après pourront être effectuées en statique à vide en atelier en mettant en place un tuyau d'extraction des gaz d'échappement ou en extérieur. Ce procédé pourra être mis en œuvre par un outil de diagnostic 9 destiné à se connecter sur un calculateur moteur 10, notamment pour les étapes de commande du moteur thermique 2 et de son niveau d'enrichissement.
Ce procédé comporte une étape 100 de mise en fonctionnement du moteur thermique 2 jusqu'à ce que sa température T_mth atteigne un seuil de température minimal S_temp, par exemple de l'ordre de 80 degrés Celsius. Par de "l'ordre de", on entend une variation de plus ou moins 20% autour de la valeur cible. Il est à noter que la température du moteur thermique T_mth est la température du liquide de refroidissement, notamment à base d'eau et d'anti-gel, circulant dans un circuit correspondant du moteur.
L'opérateur vérifie ensuite, dans une étape 101, un état des sondes 6, 7 en s'assurant que les trois conditions suivantes C1-C3 sont respectées:
- Condition C1: les sondes 6, 7 ne renvoient pas de signal de défaut.
- Condition C2: pour une sonde de type binaire, le signal de sortie S_am de la sonde à oxygène amont 6 est situé dans une première plage P1 de valeurs prédéfinie comprise entre 0,1V et 0,8V environ. La valeur du signal de sortie S_am de la sonde à oxygène amont 6 n'est pas stable. Pour une sonde linéaire, on s'assure que le signal de sortie est compris entre 0.9 et 1.11.
- Condition C3: le signal de sortie S_av de la sonde à oxygène aval 7 est situé dans une deuxième plage P2 de valeurs prédéfinie comprise entre 0,1V et 0,8V environ. Le signal de sortie S_av de la sonde à oxygène aval pourra être à un niveau stable ou osciller.
La première plage P1 et la deuxième plage P2 sont ici identiques mais pourraient en variante être différentes en fonction du modèle de sonde utilisé.
Si une des trois conditions C1-C3 n'est pas vérifiée, il est alors nécessaire d'arrêter le test (cf. étape 102) et de rechercher l'origine du problème sur les sondes 6, 7 elles-mêmes, la connectique, ou le faisceau électrique, etc... Il ne faut donc en aucun cas remplacer le catalyseur 3.
Dans le cas où les sondes 6, 7 remplissent les trois conditions C1-C3, on continue la mise en œuvre du procédé (cf. étape 103) mais en aucun cas il ne faut changer le catalyseur 3 ou les sondes 6, 7 à l'issue de ce test.
Le moteur thermique 2 est mis en fonctionnement dans une étape 104 à un régime R_mth élevé à vide compris entre 3000 tr/min et 4000 tr/min et valant par exemple de l'ordre de 3500 tr/mn. Le régime choisi est maintenu notamment avec un positionnement stable de la pédale d'accélération. De préférence, le régime élevé du moteur thermique 2 est maintenu pendant une durée minimum de 2 minutes.
L'outil de diagnostic commande, au cours d'une étape 105, une phase d'enrichissement du mélange air-carburant du moteur thermique 2. L'enrichissement est par exemple de l'ordre de 10%, soit un rapport 1/1.10. Le niveau d’enrichissement pourra bien entendu être modifié en fonction de l'architecture moteur et/ou du type de sonde utilisé. La phase d'enrichissement a de préférence une durée prédéterminée de l'ordre de 60 secondes.
Au cours de cette phase d'enrichissement, on compare dans une étape 106, le signal de sortie S_am de la sonde à oxygène amont 6 avec un premier seuil K1. Ainsi, dans le cas d'un fonctionnement normal d'une sonde à oxygène amont 6 proportionnelle, le signal de sortie S_am va cesser d’osciller puis atteindre une valeur seuil de lambda supérieure à 0.91. Le temps de basculement du signal de sortie S_am est court et inférieur à 1 seconde. Dans le cas où la sonde à oxygène amont 6 est une sonde binaire, la tension du signal de sortie doit basculer dans ce même délai à une tension seuil supérieure à 600mV. Si le signal de sortie S_am de la sonde à oxygène amont 6 vérifie ces conditions alors on continue le test (cf. étape 107).
Dans le cas où la sonde à oxygène amont 6 ne vérifie pas ces conditions, il est alors nécessaire de vérifier l’absence de fuite entre la sortie du moteur thermique 2 et la sonde à oxygène amont 6. S'il existe une fuite, il faut la colmater et refaire le test. S'il n'existe pas de fuite, la sonde à oxygène amont 6 présente un défaut de fonctionnement (cf. étape 108). Il faut donc changer la sonde à oxygène amont 6 avant d’envisager le test du catalyseur 3 et/ou son changement.
En outre, au cours de cette phase d’enrichissement, on compare dans une étape 109, le signal de sortie S_av de la sonde à oxygène aval 7 avec le premier seuil K1. Ainsi, dans le cas d'un fonctionnement normal de la sonde à oxygène aval 7 proportionnelle, le signal de sortie S_av va cesser d’osciller puis atteindre la valeur seuil de lambda de l'ordre de 0.91. Dans le cas où la sonde à oxygène aval 7 est une sonde binaire, la tension du signal de sortie S_av doit basculer à une tension seuil supérieure à 600mV. Toutefois, le délai de basculement peut être plus long que le premier délai observé pour la sonde à oxygène amont 6. Il faut donc vérifier cette valeur de tension plus de 30 secondes après le début de la phase d'enrichissement. Si le signal de sortie S_av de la sonde à oxygène aval 7 vérifie ces conditions alors on continue le test (cf. étape 110).
Dans le cas où la sonde à oxygène aval 7 ne vérifie pas ces conditions, il est alors nécessaire de vérifier l’absence de fuite au niveau de l'enveloppe du catalyseur 3 et entre l'enveloppe du catalyseur 3 et la sonde à oxygène aval 7. S'il existe une fuite, il faut la colmater et refaire le test. S'il n'existe pas de fuite, la sonde à oxygène aval 7 présente un défaut de fonctionnement (cf. étape 111). Il faut donc changer la sonde à oxygène aval 7 avant d’envisager le test du catalyseur 3 et/ou son changement.
L'outil de diagnostic commande, au cours d'une étape 112, une phase d'appauvrissement du mélange air-carburant du moteur thermique 2. L'appauvrissement est par exemple de l'ordre de 10%, soit un rapport 1/0.9. Le niveau d’appauvrissement du mélange air-carburant pourra bien entendu être modifié en fonction de l'architecture moteur et/ou du type de sonde utilisé. La phase d'appauvrissement a de préférence une durée prédéterminée de l'ordre de 60 secondes.
Au cours de cette phase d'appauvrissement, on compare dans une étape 113, le signal de sortie S_am de la sonde à oxygène amont 6 avec un deuxième seuil K2. Ainsi, dans le cas d'un fonctionnement normal d'une sonde à oxygène amont 6 proportionnelle, le signal de sortie S_am va cesser d’osciller puis atteindre une valeur seuil de lambda proche de 1.11. Le temps de basculement du signal de sortie S_am est court et inférieur à 1 seconde. Dans le cas où la sonde à oxygène amont 6 est une sonde binaire, la tension du signal de sortie S_am doit basculer dans ce même délai à une tension seuil inférieure à 200mV. Si le signal de sortie S_am de la sonde à oxygène amont 6 vérifie ces conditions alors on considère que la sonde amont 6 est fonctionnelle (cf. étape 114).
Dans le cas où la sonde à oxygène amont 6 ne vérifie pas ces conditions, il est alors nécessaire de vérifier l’absence de fuite entre la sortie du moteur thermique 2 et la sonde à oxygène amont 6. S'il existe une fuite, il faut la colmater et refaire le test. S'il n'existe pas de fuite, la sonde à oxygène amont 6 présente un défaut de fonctionnement (cf. étape 115). Il faut donc changer la sonde à oxygène amont 6 avant d’envisager le test du catalyseur 3 et/ou son changement.
En outre, au cours de cette phase d’appauvrissement, on compare dans une étape 116, le signal de sortie S_av de la sonde à oxygène aval 7 avec le deuxième seuil K2. Ainsi, dans le cas d'un fonctionnement normal de la sonde à oxygène aval 7 proportionnelle, le signal de sortie S_av va cesser d’osciller puis atteindre la valeur seuil de lambda de l'ordre de 1.11. Dans le cas où la sonde à oxygène aval 7 est une sonde binaire, la tension du signal de sortie S_av doit basculer à une tension seuil inférieure à 200mV. Toutefois, le délai de basculement peut être plus long que le premier délai observé pour la sonde à oxygène amont 6. Il faut donc vérifier cette valeur de tension plus de 30 secondes après le début de la phase d'appauvrissement. Si le signal de sortie de la sonde à oxygène aval 7 vérifie ces conditions alors on considère que la sonde aval est fonctionnelle (cf. étape 117).
Dans le cas où la sonde aval 7 ne vérifie pas ces conditions, il est alors nécessaire de vérifier l’absence de fuite au niveau de l'enveloppe du catalyseur 3 et entre l'enveloppe du catalyseur 3 et la sonde aval 7. S'il existe une fuite, il faut la colmater et refaire le test. S'il n'existe pas de fuite, la sonde aval 7 présente un défaut de fonctionnement (cf. étape 118). Il faut donc changer la sonde à oxygène aval 7 avant d’envisager le test du catalyseur 3 et/ou son changement.
Il est ensuite possible de lancer la procédure de diagnostic du catalyseur 3 dans une étape 119 si le code de défaut concerné est remonté.

Claims (10)

  1. Procédé de test d'efficacité d'une sonde à oxygène amont (6) et d'une sonde à oxygène aval (7) disposées respectivement en amont et en aval d'un catalyseur (3) d'une ligne d'échappement (1) de moteur thermique (2) notamment de véhicule automobile, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
    - une étape (104) de mise en fonctionnement du moteur thermique (2) à un régime élevé,
    - une étape (105) de commande d'une phase d'enrichissement d'un mélange air-carburant du moteur thermique (2),
    - une étape (106) de comparaison d'un signal de sortie (S_am) de la sonde à oxygène amont (6) avec un premier seuil (K1),
    - une étape (109) de comparaison d'un signal de sortie (S_av) de la sonde à oxygène aval (7) avec le premier seuil (K1),
    - une étape (112) de commande d'une phase d'appauvrissement d'un mélange air-carburant,
    - une étape (113) de comparaison du signal de sortie (S_am) de la sonde à oxygène amont (6) avec un deuxième seuil (K2),
    - une étape (116) de comparaison du signal de sortie (S_av) de la sonde à oxygène aval (7) avec le deuxième seuil (K2), et
    - une étape de détermination d'un état de fonctionnement de la sonde à oxygène amont (6) et de la sonde à oxygène aval (7) en fonction des comparaisons précédemment effectuées.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (105) de commande de la phase d'enrichissement et l'étape (112) de commande de la phase d'appauvrissement sont effectuées chacune pendant une durée prédéterminée de l'ordre de 60 secondes.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enrichissement du mélange air-carburant est de l'ordre de 10%.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'appauvrissement du mélange air-carburant est de l'ordre de 10%.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier seuil (K1) est de l'ordre de 0.91 pour des sondes à oxygène amont (6) et aval (7) de type linéaire ou de l'ordre de 600mV pour des sondes à oxygène amont (6) et aval (7) de type binaire.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le deuxième seuil (K2) est de l'ordre de 1.11 pour des sondes à oxygène amont (6) et aval (7) de type linéaire ou de l'ordre de 200mV pour des sondes à oxygène amont (6) et aval (7) de type binaire.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte préalablement une étape de vérification d'un état des sondes à oxygène (6, 7) consistant à vérifier:
    - que les sondes à oxygène (6, 7) ne renvoient pas de signal de défaut,
    - que le signal de sortie (S_am) de la sonde à oxygène amont (6) est situé dans une première plage de valeurs prédéfinie (P1), et
    - que le signal de sortie (S_av) de la sonde à oxygène aval (7) est situé dans une deuxième plage de valeurs prédéfinie (P2).
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la première plage de valeurs prédéfinie (P1) ainsi que la deuxième plage de valeurs prédéfinie (P2) sont comprises entre 0,1V et 0,8V environ.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le régime (R_mth) élevé du moteur thermique (2) est compris entre 3000 tr/min et 4000 tr/min et vaut par exemple de l'ordre de 3500 tr/mn.
  10. Outil de diagnostic caractérisé en ce qu'il est configuré pour une mise en œuvre d'un procédé de test d'efficacité d'une sonde à oxygène amont (6) et d'une sonde à oxygène aval (7) disposées respectivement en amont et en aval d'un catalyseur (3) d'une ligne d'échappement (1) de moteur thermique (2) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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