EP2480766A2 - Systeme de moteur a combustion avec catalyseur - Google Patents

Systeme de moteur a combustion avec catalyseur

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Publication number
EP2480766A2
EP2480766A2 EP10752877A EP10752877A EP2480766A2 EP 2480766 A2 EP2480766 A2 EP 2480766A2 EP 10752877 A EP10752877 A EP 10752877A EP 10752877 A EP10752877 A EP 10752877A EP 2480766 A2 EP2480766 A2 EP 2480766A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
catalyst
cat
oxygen
diagnostic module
dia
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10752877A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nils Matthess
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
Publication of EP2480766A2 publication Critical patent/EP2480766A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/06—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by varying fuel-air ratio, e.g. by enriching fuel-air mixture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/02—Catalytic activity of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/024—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting hydrogen H2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • One aspect of the invention relates to a combustion engine system equipped with a catalyst and a diagnostic module for determining a catalyst depollution capacity.
  • the system may be part of, for example, a motor vehicle.
  • Other aspects of the invention relate to a method for determining a catalyst depollution capability, a data structure characterizing a catalyst in terms of depollution capability, a method for establishing such a data structure, and a program for determining the catalyst capacity. 'computer.
  • a combustion engine typically produces an exhaust gas which comprises polluting elements.
  • a catalyst makes it possible to eliminate a substantial part of the polluting elements.
  • the catalyst typically comprises an active phase (in English: washcoat) with at least one element having a catalytic effect such as, for example, a metal of the platinoid family.
  • the catalytic effect of this metal such as platinum (Pt), palladium (Pd) or rhodium (Rh), promotes the chemical conversion of polluting elements into non-polluting elements such as water vapor or water. nitrogen.
  • the active phase further comprises oxides of at least one element capable of relatively rapidly changing degree of oxidation, such as, for example, rare earth oxides.
  • Such oxides such as the cerium (Ce) and zirconium (Zr) oxides, thus provide an oxygen buffer function making it possible to maintain stoichiometry the ratio between the oxidizing species such as oxygen and the reducing species such as the hydrocarbons (HC).
  • This stoichiometric ratio is a key parameter since it provides the transformation of the pollutant element with the best possible conditions for the chemical reaction to be complete.
  • the catalyst has a depollution capacity which is related to the catalytic effect and the oxygen buffer function of its washcoat.
  • the decontamination capacity of a catalyst decreases in use. It is said that the catalyst "ages”. Thus, the abatement capacity can decrease to a degree where a current standard on gaseous emissions at the exit of automobile exhausts is no longer respected.
  • the diagnostic function may be based on the oxygen buffer function: in the case where this function has deteriorated, it is assumed that the clearance capacity is insufficient. However, such a diagnostic principle is relatively unclear and unreliable.
  • the catalytic effect of the metals of the platinoid family may still be sufficiently important to ensure compliance with the standard in force, while the oxygen buffer function has substantially or completely degraded.
  • the degradation of the "oxygen buffer” function and the degradation of the nitrogen oxide reduction function, it is much more difficult to obtain one with oxidation of carbon monoxide (CO) and HC.
  • the US patent application published under number US 2007/0234708 A1 discloses a method of diagnosing a catalyst on board a vehicle. According to the process the production of hydrogen or nitrogen dioxide by the catalyst is measured. Changes in the production of hydrogen or nitrogen dioxide are correlated with changes in the efficiency of the catalytic conversion. The process uses the generation of hydrogen or nitrogen dioxide as the measuring means for the "OBD" monitoring of the catalyst.
  • the invention thus relates to a system comprising an engine capable of producing exhaust gases resulting from a combustion involving hydrocarbons and oxygen, a catalyst for cleaning up the gases of exhaust system for emitting exhaust gases, and a probe for measuring more or less directly a concentration of hydrogen in the exhaust gas exhausted leaving the catalyst, characterized in that this system comprises a diagnostic module arranged to :
  • a) find a rich condition in which the oxygen is in fault in the exhaust gas in terms of the stoichiometric ratio between it and the hydrocarbons and b) determine a capacity of depollution of the catalyst from the measured hydrogen concentration when "the condition of wealth applies”.
  • a measurement of the concentration of hydrogen in the exhaust emissions is not in itself a reliable indicator of the pollution abatement capability.
  • the hydrogen concentration varies according to different parameters. Among these parameters is the stoichiometry ratio which represents the quantitative ratio between the reducing species (and in particular hydrocarbons) and the oxidizing species (and in particular oxygen) in the exhaust gas applied to the catalyst. In the case where this quantitative ratio is equal to the stoichiometric ratio, the hydrogen concentration will be relatively low. In addition, there will be only a relatively narrow range in which the concentration of hydrogen varies depending on the pollution control capacity. This implies a low precision.
  • the hydrogen concentration is measured when the wealth condition applies.
  • the concentration of hydrogen is relatively large, and relatively insensitive to a change in the quantitative ratio between hydrocarbon and oxygen, when "the condition of wealth applies”.
  • the invention therefore constitutes a solution making it possible to determine the depollution capacity of a catalyst in a relatively reliable and precise manner.
  • the system is designed to estimate an internal temperature of the catalyst, the diagnostic module being arranged to determine the catalyst's depollution capacity from the measured hydrogen concentration when the internal temperature of the catalyst is found in a main beach, and when the wealth condition applies.
  • the diagnostic module is arranged to determine the catalyst depollution capacity (CAT) from the measured hydrogen concentration when (1) the internal temperature of the catalyst is in the main range, and when (2) the wealth condition applies, and the hydrogen concentration measured when (1) the internal temperature of the catalyst is in a secondary range, and (2) the wealth condition applies.
  • CAT catalyst depollution capacity
  • the main range for the internal temperature of the catalyst is preferably between 300 and 450 ' ⁇ .
  • the secondary range for the internal temperature of the catalyst is preferably between 550 and 700%.
  • the diagnostic module (DIA) is arranged to detect the richness condition when there exists in the exhaust gas (EG) a quantitative ratio between the reducing and oxidizing species falling within a range of between 1, 1 and 1, 3; 1 corresponding to the stoichiometric ratio.
  • the system comprising a motor control unit arranged to control the engine so as to cause the wealth condition following a diagnostic request for the catalyst's depollution capacity.
  • the system comprises a probe for measuring an oxygen concentration in the exhaust gas exhausted from the catalyst, said probe being used as a probe for measuring the concentration of hydrogen.
  • the present invention also relates to a vehicle comprising a system as defined above.
  • Another aspect of the invention relates to a method for establishing a data structure characterizing a catalyst in terms of depollution capacity, wherein the following steps are carried out for several catalysts of a single type, the catalysts each having a clean depollution capacity:
  • a method for determining a catalyst depollution capability comprises a step in which the depollution capacity is determined from the measured hydrogen concentration when the wealth condition applies.
  • a computer program includes computer code instructions for executing the last-mentioned step when this program is executed on a computer.
  • An embodiment of the invention advantageously comprises one or more of the following additional features, which are described in the following paragraphs. These additional features contribute to a relatively reliable and accurate indication of a catalyst's decontamination capability.
  • an internal temperature of the catalyst is estimated and the diagnostic module determines the catalyst's depollution capacity from the hydrogen concentration measured when the internal temperature of the catalyst is in a main range, and when the wealth condition applies.
  • the diagnostic module is arranged to determine the catalyst's depollution capacity from:
  • the main range for the internal temperature of the catalyst is between 300 and 450 ° C.
  • the secondary range for the internal temperature of the catalyst is between 550 and 700 ° C.
  • the richness condition is detected when there exists in the exhaust gas a quantitative ratio between the oxidizing species (oxygen and nitrogen oxides) and the reducing species (hydrogen, hydrocarbons and carbon monoxide) that is to say a richness value lying in a range between 1, 1 and 1, 3 (ie in oxygen deficiency).
  • oxidizing species oxygen and nitrogen oxides
  • reducing species hydrogen, hydrocarbons and carbon monoxide
  • a probe for measuring the concentration of oxygen in the exhaust gas exhausted from the catalyst can be used as a probe for measuring the hydrogen concentration. This reduces costs since this probe is in any case essential for controlling the oxygen content of the exhaust gas.
  • the probe for measuring the oxygen concentration in the exhaust gas is a proportional type probe.
  • a dedicated hydrogen measuring probe can be used to measure even more accurately the hydrogen concentration.
  • An embodiment of the invention may comprise a hydrogen measuring probe for measuring a concentration of hydrogen in the exhaust gas entering the catalyst. This allows a relatively high accuracy.
  • a temperature probe can be used to estimate the internal temperature of the catalyst.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a combustion engine system equipped with a catalyst.
  • Figure 2 is a schematic diagram illustrating a first alternative system.
  • Figure 3 is a schematic diagram illustrating a second alternative system.
  • Figure 4 is a conceptual diagram illustrating a data structure characterizing a catalyst in terms of pollution abatement capacity.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for determining a catalyst depollution capability in the system illustrated in FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for establishing a data structure characterizing a catalyst in terms of depollution capability.
  • the present invention uses the concepts of wealth and stoichiometric ratio. It is recalled that in engines such as those fitted to motor vehicles, for example, the combustion conditions are very often far removed from those corresponding to the stoichiometry of the reactions and are characterized either by an excess or by a fuel deficiency with respect to 'oxygen.
  • the composition of the reaction medium can then be expressed by the notion of wealth (here we speak of "engine wealth"), defined as:
  • M gasoline the mass of gasoline actually introduced
  • M a i r the air mass actually introduced
  • M gasoline the mass of gasoline necessary for stoichiometric combustion
  • M air the mass of air necessary for combustion stoichiometric. Richness therefore refers to the most noble reagent and the mixture is said to be “rich” or “poor” depending on whether the fuel is in excess or in default. But there are a lot of different formulas of wealth.
  • FIG 1 illustrates a combustion engine system EST which will be called “system” in what follows.
  • the EST system can be part of a vehicle.
  • the EST system comprises a MOT motor, a CAT catalyst, a temperature probe TS arranged upstream of the catalyst CAT, and two oxygen measurement probes: an oxygen measurement probe OS1 upstream of the catalyst CAT and another probe Oxygen measurement system OS2 downstream of the catalyst CAT.
  • the CAT catalyst may be, for example, a conventional gasoline catalyst, also referred to as a "three-way catalyst”.
  • the CAT catalyst comprises an active phase (in English: washcoat).
  • the active phase typically comprises at least one metal belonging to the platinoid family such as, for example, platinum (Pt), palladium (Pd) or rhodium (Rh). These metals will be called “precious metals” in what follows.
  • the active phase further comprises rare earth oxides, such as for example, cerium (Ce) and zirconium (Zr). In what follows, it is assumed that the CAT catalyst comprises cerium oxides.
  • the EST system further comprises an MCT motor control unit, a DIA diagnostic module, and a DPL display device.
  • the motor control unit MCT can be implemented, for example, using a programmable processor by loading an appropriate set of instructions therein. The same goes for the DIA diagnostic module.
  • the set of instructions defines operations performed by the MCT engine control unit or, as the case may be, the DIA diagnostic module. These operations are described in the following.
  • the display device DPL can be integrated in a dashboard of the vehicle.
  • the EST system operates globally as follows.
  • MOT engine receives FU fuel including hydrocarbons among others and Al air comprising oxygen.
  • the fuel FU can be in the form, for example, of gasoline.
  • Combustion involving hydrocarbons and oxygen occurs within the MOT engine.
  • the MOT engine produces EG exhaust gases resulting from this combustion.
  • the EG exhaust gases include some of the hydrocarbons that did not participate in combustion, as well as other pollutants, and some of the oxygen that did not participate in the combustion.
  • the exhaust gas EG arrives in the CAT catalyst which depollutes these gases in order to emit EF-cleaned exhaust gases.
  • the CAT catalyst therefore has a depollution capacity, but with a level that decreases with use.
  • the CAT catalyst depollutes the exhaust gas EG as follows. Precious metals have a catalytic effect that favors a transformation of polluting elements, such as hydrocarbons, into non-polluting elements by chemical reaction. In order for this transformation to be as complete as possible, it is important that the ratio between the quantity of reducing species and the quantity of oxidizing species be stoichiometric within the CAT catalyst. In this case, the reaction is complete, eliminating all the pollutants as well as all the oxygen.
  • the cerium oxides incorporated in the washcoat help the CAT catalyst reach the stoichiometric ratio or otherwise-said to achieve stoichiometry. Indeed, in the case where the oxygen is in default with respect to stoichiometry, the cerium oxides can release oxygen. Conversely, in the case where oxygen is in excess of stoichiometry, the cerium oxides can adsorb oxygen. This ability to release and adsorb oxygen is related to the ability of cerium to change relatively quickly degree of oxidation. Cerium oxides thus provide an oxygen buffer function (in English: Oxyde Storage Capacity, whose acronym is "OSC").
  • the engine control unit MCT performs a quantitative control of the fuel FU and Al air applied to the engine MOT.
  • the engine control unit MCT determines a ratio between the hydrocarbons and the oxygen which will be found in the exhaust gas EG.
  • the ratio of the oxidizing species and the reducing species in the exhaust gases EF is typically oscillated around stoichiometry with a frequency between 1 and 3 Hertz. The amplitude of this oscillation is relatively small. The amplitude is, for example, of the order of 0.03 normalized on the stoichiometric ratio.
  • the engine control unit MCT performs the quantitative control of the fuel FU and Al air applied to the engine MOT from measurements made by the two oxygen measurement probes OS1, OS2.
  • the OS1 oxygen measurement probe upstream of the catalyst CAT raises the oscillation of the ratio between the reducing and oxidizing species described in the foregoing.
  • the oxygen sensor OS2 downstream of the CAT catalyst should confirm that the exhausted exhaust EF are stoichiometric and therefore ideally not note any oscillation.
  • the cerium oxides of the CAT catalyst must provide the oxygen buffer function and thus compensate for the stoichiometric difference in the exhaust gas EG entering the catalyst CAT.
  • the motor control unit MCT can cause the display device DPL to display a visual indication corresponding to an alert.
  • an alert is not sufficiently precise as regards the actual capacity of depollution of the CAT catalyst.
  • the precious metals can still have a catalytic efficiency sufficient to ensure the transformation of the polluting elements, while the oxygen buffer function has substantially or completely degraded.
  • the engine control unit MCT is able to create particular rich conditions in the exhaust gas EG.
  • the oxygen is in defect, relatively relatively, with respect to the stoichiometric ratio between oxidizing and reducing species.
  • the wealth condition applies when the quantitative ratio between the oxidizing and reducing species, normalized on the stoichiometric ratio, exceeds 1, 1 (ie in oxygen deficiency). In other words, the wealth condition applies when the reducing species are in excess of at least 10% over the stoichiometric ratio.
  • steam reforming of hydrocarbons may also produce hydrogen: C.Hy + x j H O ⁇ x CO + fx + ⁇ hi (2)
  • the last reaction (3) is neither more nor less than the reaction of "gas to water” (1).
  • the reaction (2) in the "steam reforming hydrocarbon” pair achieves a maximum yield in terms of hydrogen production for higher temperatures, of the order of 600 ° C.
  • the exhaust gases EF thus contain a certain concentration of hydrogen when the wealth condition applies.
  • This hydrogen concentration is a good indicator of the decontamination capacity of the CAT catalyst.
  • precious metals as well as cerium also have a catalytic effect for the chemical reactions producing hydrogen within the CAT catalyst.
  • the more the precious metals are degraded the less their catalytic effect favors the transformation of the elements. pollutants, and the less their catalytic effect favors the production of hydrogen.
  • the chemical reactions producing hydrogen in the CAT catalyst thus each have a yield which is correlated with the pollution control capacity of the CAT catalyst.
  • the concentration of hydrogen in the exhaust gas EF is an indication of this performance.
  • the hydrogen concentration in the exhaust gas EF can be a good indicator of the pollution abatement capacity.
  • the chemical reactions producing hydrogen in the CAT catalyst are only important when the exhaust gases EG are "rich” in reducing species (especially HC), that is to say when the oxygen is substantially in default. Therefore, the hydrogen concentration varies significantly depending on the clearance capacity, only when the wealth condition applies.
  • This richness condition therefore allows a relatively large difference between the hydrogen concentration produced in the case where the catalyst CAT is new, and the concentration of hydrogen produced in the case where the CAT catalyst is considerably aged.
  • the richness condition makes it possible to have a relatively wide range of values in which the concentration of hydrogen varies according to the depollution capacity. This makes it possible to know the depollution capacity in a sufficiently reliable and precise manner.
  • the OS2 oxygen measurement probe downstream of the catalyst CAT can be used to measure the concentration of hydrogen in the EF exhausted exhaust gas.
  • the oxygen measurement probe OS2 provides an output signal which varies according to the quantitative ratio between the reducing species and the oxygen in the exhausted exhaust gases EF.
  • this quantitative ratio is constant and equal to the stoichiometric ratio, insofar as the cerium oxides act as an oxygen buffer and, as a result, compensate for the stoichiometric difference.
  • the richness condition therefore does not directly affect the output signal of the OS2 oxygen measuring probe downstream of the CAT catalyst.
  • the oxygen measurement probe OS2 downstream of the catalyst CAT is exposed to hydrogen, this introduces a bias on the output signal. This bias varies depending on the concentration of hydrogen.
  • the OS2 oxygen measurement probe downstream of the catalyst CAT thus provides an output signal that varies as a function of the hydrogen concentration present in the EF exhausted exhaust gas. However, it is necessary to establish a precise correlation between the hydrogen concentration and the output signal of the oxygen sensor OS2 concerned.
  • the OS2 oxygen measurement probe downstream of the catalyst CAT is preferably of the "proportional" or “linear” type because this type of probe responds linearly to any variation in the richness of the exhaust gases and offers a particular sensitivity to hydrogen.
  • the diagnostic module DIA operates globally as follows. The diagnostic module DIA notes the richness condition in the exhaust gas EG. Subsequently, the diagnostic module DIA determines the pollution control capacity from the hydrogen concentration present in the exhaust gas EF.
  • the diagnostic module DIA can use a data structure that constitutes a characterization of the pollution control capacity of a CAT catalyst.
  • the data structure specifies a correlation between the concentration of hydrogen in the exhausted exhaust gases EF and the depollution capacity. This correlation can be determined in advance by measuring hydrogen concentrations produced respectively by catalysts having different depollution capacities, typically because these catalysts have different degrees of degradation. It is of course necessary that these catalysts are of the same type as CAT catalyst in the EST system illustrated in FIG.
  • the diagnostic module DIA takes into account the following parameters to determine the pollution control capacity.
  • a first parameter relates to the quantitative ratio between the reducing and oxidizing species in the exhaust gas EG.
  • a second parameter relates to an internal temperature within the CAT catalyst. Indeed, the efficiency of the chemical reactions concerned, which is reflected by the concentration of hydrogen in the exhaust gas EF, varies depending on the richness and the internal temperature.
  • the OS1 oxygen measurement probe upstream of the CAT catalyst provides an indication of the quantitative ratio between the oxidizing and reducing species.
  • the temperature probe TS gives an indication that makes it possible to estimate the internal temperature within the CAT catalyst.
  • the diagnostic module DIA determines the pollution control capacity from two measurements of the hydrogen concentration performed when two different internal temperatures apply.
  • One of these two internal temperatures is preferably in a range between 300 and 450 ° C.
  • the reaction (1) described above is the main contributor to the production of hydrogen in the CAT catalyst.
  • the other internal temperature is preferably in a range between 550 and 700 ° C. In this range, it is then reactions (2) and (3) described above that contribute mainly to the production of hydrogen in the CAT catalyst.
  • the diagnostic module DIA can thus de-correlate the reactions (1) and (2) taking into account temperature conditions.
  • the DIA diagnostic module can determine the clearance capacity reliably and accurately.
  • the diagnostic module DIA provides the display device DPL an indication of the pollution control capacity of the CAT catalyst.
  • This indication is relatively reliable and precise. This indication can therefore go beyond a simple two-level indication (binary) corresponding to two states: acceptable and unacceptable.
  • the indication may comprise a relatively large number of levels such as, for example, 1 1 different levels, "10" being the maximum level indicating an excellent depollution capacity, "0" being the minimum level indicating a very low depollution capacity, nonexistent.
  • the display device DPL may display, for example, a bar of variable height, the height of the bar representing the pollution control capacity. A user of the system is illustrated in Figure 1 could therefore know if the clearance capacity is relatively close to or relatively far from a critical threshold, or below the critical threshold and, in this case, to what extent.
  • FIG. 2 illustrates a first alternative system EST A i which substantially corresponds to the system EST illustrated in FIG. 1. Similar entities carry the same reference signs and operate in substantially the same manner, unless otherwise indicated in the following. Indeed, there is only one main difference between the first alternative system EST A i illustrated in FIG. 2 and the system EST illustrated in FIG.
  • the first alternative system EST A1 comprises a dedicated hydrogen measuring probe HS1 downstream of the CAT catalyst. This dedicated hydrogen measurement probe HS1 provides an output signal which varies according to the hydrogen concentration present in the exhaust gas EF.
  • the diagnostic module DIA determines the clearance capacity from this output signal.
  • the output signal of the dedicated hydrogen measuring probe HS1 indicates the hydrogen concentration with typically greater accuracy than the output signal of the OS2 oxygen measuring probe.
  • FIG. 3 illustrates a second alternative system EST A2 which substantially corresponds to the first alternative system EST A i illustrated in FIG. 2. Similar entities carry the same reference signs and operate in substantially the same manner, unless otherwise indicated in FIG. what follows. Indeed, there is only one main difference between the second alternative system EST A2 illustrated in FIG. 3 and the first alternative system EST A i illustrated in FIG. 2.
  • the second alternative system EST A2 comprises a measurement probe dedicated hydrogen HS2 upstream of the CAT catalyst. This dedicated hydrogen measurement probe HS2 provides an output signal indicating a concentration of hydrogen present in the exhaust gas EG entering the catalyst CAT.
  • the DIA diagnostic module takes this signal into account to determine the clearance capability. Indeed, the diagnostic module DIA subtracts the hydrogen concentration upstream of the CAT catalyst from the hydrogen concentration downstream of the CAT catalyst. Thus, the diagnostic module DIA can know, even more precisely, the hydrogen concentration resulting from the chemical reactions in the catalyst CAT described above. This at the cost of an additional probe.
  • FIG. 4 illustrates an example of a DST data structure characterizing a catalyst in terms of depollution capacity.
  • the DIA diagnostic module can use this DST data structure to determine the clearance capability from the measured hydrogen concentration in the exhausted exhaust gases EF.
  • the data structure DST is in the form of a matrix comprising a plurality of C1-C8 columns, a plurality of R1-R8 lines and a plurality of X1-X88 cells on a diagonal. Each cell on the diagonal is associated with a particular column and a particular line.
  • a particular column corresponds to a particular hydrogen concentration Q_H 2 @T m in the exhaust gas exhausted EF when the internal temperature is in a first reference range.
  • This first reference range can be, for example, between 300 and 450 ⁇ , and is therefore associated with the reaction (1) described above.
  • a particular line corresponds to a particular hydrogen concentration Q_H 2 @T R2 in the exhausted exhaust EF when the internal temperature is in a second reference range.
  • This first reference range can be, for example, between 550 and 700 ⁇ , and is therefore associated with the reactions (2) and (3) described in the foregoing.
  • a cell on the diagonal indicates a particular DPC depollution capability.
  • This depollution capacity is therefore associated with two concentrations of hydrogen: a concentration Q_H 2 @T R1 when the internal temperature is in the first reference range, the reaction (1), and a concentration Q_H 2 @T R2 when the internal temperature is in the second reference range, reactions (2) and (3).
  • the first of these two concentrations of hydrogen corresponds to the column to which the cell concerned is associated.
  • the last of these two concentrations of hydrogen corresponds to the line to which the cell concerned is associated.
  • the diagnostic module DIA may comprise a memory containing a data structure DST, such as that illustrated in FIG. 4. However, the data structure DST may be stored in a memory belonging to another functional entity. The only thing that matters is that the DIA diagnostic module can access and use the DST data structure.
  • FIG. 5 illustrates a method for determining a depollution capacity of the CAT catalyst in the EST system illustrated in FIG. 1. This method also applies to the alternative systems EST A1 , EST A2 respectively illustrated in FIGS. 2 and 3. The method comprises a series of diagnostic steps SD1-SD8 performed by the diagnostic module DIA illustrated in FIGS. a series of control steps SC1, SC2 performed by the motor control unit MCT illustrated in these figures.
  • FIG. 5 can therefore be considered as a representation, in the form of a flowchart, of two sets of instructions. These two sets of instructions respectively allow the diagnostic module DIA and the motor control unit MCT to perform various operations described in the following with reference to FIG.
  • a first diagnostic step SD1 the diagnostic module DIA checks whether the following condition is true (Y) or false (N): a CAT catalyst diagnosis is necessary (DIAG?). The condition may be true, for example, in the case where a predetermined time interval has elapsed since the most recent diagnosis. In this case, the diagnostic module DIA sends a diagnostic request to the motor controller MCT (RQ ⁇ MCT) in a second diagnostic step SD2.
  • the motor control unit MCT can treat this request as an interruption: the motor control unit MOT can interrupt a sequence of operations in progress to perform the series of control steps SC1, SC2 described in the following. If the above condition is false, the first diagnostic step SD1 is performed again.
  • the DIA diagnostic module can perform other operations in the meantime.
  • a first control step SC1 following the diagnostic request (RQ), the motor control unit MCT controls the motor MOT so as to cause the wealth condition described in the foregoing (C [MOT] ).
  • the engine control unit MCT controls the MOT engine so that the following two conditions apply.
  • the reference ratio, normalized on the stoichiometric ratio may be, for example, equal to 1, 2, which corresponds to an excess of 20% of reducing agents relative to the stoichiometric ratio.
  • the margin of tolerance can be, for example, equal to +/- 0.1, which implies a range for the ratio between 1, 1 and 1, 3.
  • the first temperature may be, for example, equal to 350 ° C.
  • the margin of tolerance may be, for example, equal to -50 ° C / 100 q C, which implies a range for the internal temperature between 300 and 450 ° C.
  • the motor control unit MCT sends a first confirmation message (DC1) to the diagnostic module DIA.
  • the diagnostic module DIA records the output signal of the dedicated hydrogen measurement probe HS1 downstream of the CAT catalyst. The same goes for the second alternative system EST A2 . Each of these output signals represents the concentration of hydrogen in the exhaust gas EF.
  • the second reference temperature may be, for example, equal to 650 ⁇ .
  • the margin of tolerance may be, for example, equal to -100 ° C./ + 50 ° C., which implies a range for the internal temperature between 550 and 700 ° C.
  • the engine control unit MCT maintains the quantitative ratio between the reducing and oxidizing species in the exhaust gas EG described above and corresponding to the wealth condition. The ratio therefore remains in a range between, for example, 1, 1 and 1, 3.
  • the motor control unit MCT sends a second confirmation message (DC2) to the diagnostic module DIA.
  • DC2 second confirmation message
  • the motor control unit MCT can resume the sequence of operations that was interrupted following the appearance of the diagnostic request (RT). A delay may be provided for this purpose.
  • a fifth diagnostic step SD5 the diagnostic module DIA checks whether the following condition is true (Y) or false (N): the second confirmation message from the engine control unit MCT has appeared (DC2 ?). As long as the second confirmation message has not appeared, the DIA diagnostic module remains in a waiting loop by performing the above check again.
  • the diagnostic module DIA records the output signal of the dedicated hydrogen measurement probe HS1 downstream of the catalyst CAT. The same goes for the second alternative system EST A2 .
  • the diagnostic module DIA determines the decontamination capacity of the catalyst CAT from the output signal of the concerned probe recorded for the first reference temperature and the one recorded for the second temperature.
  • the diagnostic module DIA can use a data structure DST as shown in Figure 4.
  • the aforementioned output signals respectively constitute a column index and a row index.
  • the diagnostic module DIA can select the column whose corresponding hydrogen concentration is closest to the hydrogen concentration represented by the output signal for the first reference temperature.
  • the diagnostic module DIA can select the line whose corresponding hydrogen concentration is closest to the hydrogen concentration represented by the output signal for the second reference temperature.
  • the DIA diagnostic module selects a cell: the cell associated with the selected column and the selected line. The cell on the diagonal that is closest to this selected cell indicates the decontamination capability of the CAT catalyst. In a more advanced embodiment, the DIA diagnostic module can interpolate for greater accuracy and, for this purpose, select multiple columns and rows.
  • the diagnostic module DIA transmits the clearance capacity thus determined to the display device DPL (DPC ⁇ DPL). In response, the display device DPL visualizes the depollution capacity.
  • the display device DPL can, for example, adapt a depollution indicator on a dashboard so that this indicator correctly reflects the depollution capacity. In the case where the depollution capacity is below a critical threshold, a warning may be presented in the form of, for example, a change of color or sound signal, or a combination of these two forms.
  • FIG. 6 illustrates a method for establishing a data structure characterizing a catalyst in terms of depollution capacity.
  • the data structure DST can take the form of that illustrated in FIG. 4.
  • the method comprises a series of steps of characterization ST1 -ST6. This series of steps is performed for several catalysts of a single type.
  • a catalyst of the type in question and having a known abatement capacity is evaluated using a test bench (CAT: DPC; CAT ⁇ TST).
  • the test bench can be, for example, a synthetic gas bench or engine bench. It is easier to implement the process using a synthetic gas bench. In addition, such a bench typically allows greater accuracy in terms of the number of measurement points. On the other hand, an engine bench is more representative of the actual conditions of use of the catalyst of the type concerned.
  • the test bench applies a gas mixture comprising catalyst including hydrocarbons and oxygen to the catalyst by simulating the wealth condition described in the foregoing (EG ⁇ CAT).
  • the reference ratio normalized to the stoichiometric ratio, may be, for example, equal to 1, 2, which corresponds to a 20% excess of reducing species with respect to the stoichiometric ratio.
  • the catalyst emits a gaseous mixture that is depolluted in response to the gaseous mixture.
  • the gaseous depolluted mixture comprises a hydrogen concentration due to the chemical reactions described above.
  • the first reference temperature may be, for example, 350 ° C.
  • the second reference temperature may be, for example, 650 ° C.
  • the quantitative ratio between the oxidizing and reducing species remains equal to the reference ratio, with a relatively narrow margin of tolerance.
  • a sixth characterization step ST6 the hydrogen concentration measured at the first reference temperature and the measured hydrogen concentration at the second reference temperature are added to the data structure (Q_H 2 @T R i & Q_H 2 @TR 2 ⁇ DST).
  • the data structure associates them with the catalyst depollution capacity (DPC) which has been the subject of the characterization steps described above.
  • DPC catalyst depollution capacity
  • the sixth characterization step ST6 corresponds to adding a cell on the diagonal, and thus to adding a column and a line to the matrix.
  • the series of steps ST1-ST6 can be performed again for a catalyst of the type concerned, but having a different depollution capacity of the catalysts for which the series of steps has already been carried out.
  • the series of steps should be carried out for a group of catalysts in sufficiently large numbers and sufficiently heterogeneous in terms of depollution capacity.
  • the group preferably includes a new catalyst and a considerably degraded catalyst.
  • the other catalysts of the group are preferably regularly spaced in terms of depollution capacity.
  • the invention can be advantageously applied in many types of products and processes involving a catalyst to clean up an exhaust gas.
  • a motor vehicle is just one example.
  • the invention can also be applied, for example, in a fixed gear such as a pump or an emergency electricity generator.
  • a system according to the invention may comprise a motor that can operate in a "stratified" lean mixture.
  • an air / fuel mixture is concentrated in a combustion chamber in the immediate vicinity of a candle. The rest of the combustion chamber is filled with air.
  • catalyst that can be applied in a system according to the invention.
  • a system according to the invention may comprise a "nitrogen oxide trap" type catalyst adapted to a motor that can operate in a "stratified” lean mixture.
  • Such a catalyst is indeed an assembly which typically comprises a pre-catalyst and a main catalyst.
  • the precatalyst is typically located near an exhaust manifold and starts relatively quickly to treat carbon monoxide and hydrocarbons.
  • the main catalyst provides both a storage / retrieval function of nitrogen oxides, and a conventional "three-way" function.
  • the function of storage / retrieval of nitrogen oxides can be provided by a salt derived from barium which is an alkaline earth metal and which has a particular chemical affinity for nitrogen oxides.
  • An engine control unit drives storage and retrieval sequences that are performed alternately. This control may involve one or more oxygen measurement probes, arranged in a manner comparable to those illustrated in FIG. 1.
  • the piloting may also involve one or more temperature probes. There are different ways to cause a wealth condition in an exhaust gas leaving an engine.
  • the wealth condition may be caused by a vehicle driver giving an acceleration blow and thereby causing an inadvertent increase in fuel input.
  • a diagnostic module can observe this manually generated wealth condition in order to then determine a depollution capacity. Such a mode of operation may be referred to as "passive diagnosis”.
  • a diagnostic module can see a wealth condition. For example, in contrast to the method illustrated in FIG. 4, the diagnostic module can measure whether the wealth condition applies, and thus independently ascertain it. To do this, and with reference to FIGS. 1 -3, the diagnostic module DIA can use the output signal of the oxygen measurement probe OS1 upstream of the CAT catalyst. It should also be noted that the diagnostic module DIA can independently determine whether a temperature condition is met by using, for example, the output signal of the temperature sensor TS. There are different ways to determine a pollution control capacity from a measured hydrogen concentration. For example, a diagnostic module may use an equation characterizing a correlation between the measured hydrogen concentration and the depollution capacity. The diagnostic module can be programmed to apply such an equation.
  • an engine control unit may include a module for estimating the internal temperature from the operating parameters of the engine, without using a temperature sensor.
  • the aforementioned module can be in the form of a set of instructions loaded into this programmable processor.
  • engine should be interpreted broadly. This term embraces any device capable of producing exhaust gas treatable by a catalyst.
  • catalyst should be interpreted broadly. This term embraces any device capable of cleaning up an exhaust gas.
  • the diagnostic module DIA illustrated in FIGS. 1 -3 can be implemented by means of a dedicated circuit having a particular topology which defines the operations described with reference to these figures and FIG. 4.
  • Hybrid implementations are also possible in the sense that a system, or a functional entity included in the system, comprises one or more dedicated circuits as well as one or more suitably programmed processors.

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Abstract

Un système (EST) comprend un moteur (MOT) qui produit des gaz d'échappement (EG) résultant d'une combustion impliquant des hydrocarbures et de l'oxygène. Un catalyseur (CAT) dépollue les gaz d'échappement (EG) afin d'émettre des gaz d'échappement dépollués (EF). Une sonde (OS2) mesure une concentration d'hydrogène dans les gaz d'échappement dépollués (EF) sortant du catalyseur (CAT). Un module de diagnostic (DIA) constate une condition de richesse dans laquelle l'oxygène est en défaut dans le gaz d'échappement (EG) en termes de rapport stœchiométrique. Le module de diagnostic (DIA) détermine une capacité de dépollution du catalyseur (CAT) à partir de la concentration d'hydrogène mesurée lorsque la condition de richesse s'applique. Un tel système permet de déterminer la capacité de dépollution du catalyseur de façon relativement fiable et précise et d'avertir si nécessaire l'utilisateur que le système est, par exemple, trop dégradé.

Description

SYSTEME DE MOTEUR A COMBUSTION AVEC CATALYSEUR.
[0001 ] La présente invention revendique la priorité de la demande française 0956501 déposée le 22 septembre 2009 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
DOMAINE TECHNIQUE [0002] Un aspect de l'invention concerne un système de moteur à combustion muni d'un catalyseur et d'un module de diagnostic pour déterminer une capacité de dépollution du catalyseur. Le système peut faire partie, par exemple, d'un véhicule automobile. D'autres aspects de l'invention concernent un procédé pour déterminer une capacité de dépollution d'un catalyseur, une structure de données caractérisant un catalyseur en termes de capacité de dépollution, un procédé pour établir une telle structure de données, et un programme d'ordinateur.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0003] Un moteur à combustion produit typiquement un gaz d'échappement qui comprend des éléments polluants. Un catalyseur permet d'éliminer une partie substantielle des éléments polluants. Pour ce faire, le catalyseur comprend typiquement une phase active (en anglais : washcoat) avec au moins un élément ayant un effet catalytique comme, par exemple, un métal de la famille des platinoïdes. L'effet catalytique de ce métal, comme le platine (Pt), le palladium (Pd) ou le rhodium (Rh), favorise la transformation chimique des éléments polluants en éléments non polluants comme de la vapeur d'eau ou bien de l'azote. La phase active comprend, en outre, des oxydes d'au moins un élément apte à changer relativement rapidement de degré d'oxydation comme, par exemple, des oxydes de terres rares. De tels oxydes, comme les oxydes de cérium (Ce) et de zirconium (Zr), assurent ainsi une fonction de tampon d'oxygène permettant de maintenir à la stœchiométrie le rapport entre les espèces oxydantes comme l'oxygène et les espèces réductrices comme les hydrocarbures (HC). Ce rapport stœchiométrique est un paramètre clé puisqu'il fournit à la transformation de l'élément polluant les meilleures conditions possibles pour que la réaction chimique soit complète. Ainsi, le catalyseur possède une capacité de dépollution qui est liée à l'effet catalytique et à la fonction de tampon d'oxygène de son washcoat.
[0004] La capacité de dépollution d'un catalyseur diminue à l'usage. On dit que le catalyseur « vieillit ». Ainsi, la capacité de dépollution peut diminuer jusqu'à un degré où une norme en vigueur sur les émissions gazeuses en sortie des échappements automobiles n'est plus respectée. Les normes connues sous l'appellation «€uro4 » et «€uro5 », qui s'appliquent à des véhicules automobiles, exigent qu'un conducteur soit averti dans le cas où le catalyseur n'est plus capable de dépolluer suffisamment les gaz d'échappement. Ceci implique qu'un véhicule doit comprendre une fonction de diagnostic de catalyseur (en anglais : on-board diagnosis, OBD). [0005] La fonction de diagnostic peut être basée sur la fonction de tampon d'oxygène : dans le cas où cette fonction s'est dégradée, il est supposé que la capacité de dépollution est insuffisante. Toutefois, un tel principe de diagnostic est relativement peu précis et peu fiable. Par exemple, l'effet catalytique des métaux de la famille des platinoïdes peut être encore suffisamment important pour assurer le respect de la norme en vigueur, tandis que la fonction de tampon d'oxygène s'est sensiblement voire totalement dégradée. De même, si tant est qu'il existe une corrélation entre la dégradation de la fonction « tampon d'oxygène » et la dégradation de la fonction de réduction des oxydes d'azote, il est beaucoup plus difficile d'en obtenir une avec l'oxydation du monoxyde de carbone (CO) et des HC.
[0006] La demande de brevet américain publiée sous le numéro US 2007/0234708 A1 décrit un procédé de diagnostic d'un catalyseur à bord d'un véhicule. Selon le procédé la production d'hydrogène ou de dioxyde d'azote par le catalyseur est mesurée. Des changements dans la production d'hydrogène ou de dioxyde d'azote sont corrélés avec des changements de l'efficacité de la conversion catalytique. Le procédé utilise la génération d'hydrogène ou de dioxyde d'azote comme moyen de mesure pour la surveillance « OBD » du catalyseur.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0007] Il existe un besoin pour une solution permettant de déterminer la capacité de dépollution d'un catalyseur de façon relativement fiable et précise.
[0008] Selon un premier aspect, l'invention a ainsi pour objet un système comprenant un moteur susceptible de produire des gaz d'échappement résultant d'une combustion impliquant des hydrocarbures et de l'oxygène, un catalyseur pour dépolluer les gaz d'échappement afin d'émettre des gaz d'échappement dépollués, et une sonde pour mesurer plus ou moins directement une concentration d'hydrogène dans les gaz d'échappement dépollués sortant du catalyseur, caractérisé en ce que ce système comprend un module de diagnostic agencé pour :
a) constater une condition de richesse dans laquelle l'oxygène est en défaut dans les gaz d'échappement en termes de rapport stœchiométrique entre lui et les hydrocarbures et b) déterminer une capacité de dépollution du catalyseur à partir de la concentration d'hydrogène mesurée lorsque « la condition de richesse s'applique ». [0009] A cet égard, les points suivants ont été pris en considération. Une mesure de la concentration d'hydrogène dans les gaz d'échappement dépollués n'est pas en soi un indicateur fiable de la capacité de dépollution. La concentration d'hydrogène varie en fonction de différents paramètres. Parmi ces paramètres figure le rapport stœchiométrie qui représente le rapport quantitatif entre les espèces réductrices (et notamment les hydrocarbures) et les espèces oxydantes (et notamment l'oxygène) dans les gaz d'échappement appliqués au catalyseur. Dans le cas où ce rapport quantitatif est égal au rapport stœchiométrique, la concentration d'hydrogène sera relativement faible. En outre, il n'y aura qu'une plage relativement étroite dans laquelle la concentration d'hydrogène varie en fonction de la capacité de dépollution. Ceci implique une faible précision.
[ooi o] Selon l'invention, la concentration d'hydrogène est mesurée lorsque la condition de richesse s'applique. La concentration d'hydrogène est relativement importante, et relativement peu sensible à une variation du rapport quantitatif entre le l'hydrocarbure et l'oxygène, lorsque « la condition de richesse s'applique ». De plus, il y a une plage relativement large dans laquelle la concentration d'hydrogène varie en fonction de la capacité de dépollution. En d'autres termes, il existe une différence considérable entre la concentration d'hydrogène produite par un catalyseur neuf et celle produite par un catalyseur considérablement altéré, lorsque la condition de richesse s'applique. L'invention constitue donc une solution permettant de déterminer la capacité de dépollution d'un catalyseur de façon relativement fiable et précise.
[ooi i] Dans une variante, le système est agencé pour estimer une température interne du catalyseur, le module de diagnostic étant agencé pour déterminer la capacité de dépollution du catalyseur à partir de la concentration d'hydrogène mesurée lorsque la température interne du catalyseur se trouve dans une plage principale, et lorsque la condition de richesse s'applique.
[0012] De préférence, le module de diagnostic est agencé pour déterminer la capacité de dépollution du catalyseur (CAT) à partir de la concentration d'hydrogène mesurée lorsque (1 ) la température interne du catalyseur se trouve dans la plage principale, et lorsque (2) la condition de richesse s'applique, et la concentration d'hydrogène mesurée lorsque (1 ) la température interne du catalyseur se trouve dans une plage secondaire, et lorsque (2) la condition de richesse s'applique.
[0013] La plage principale pour la température interne du catalyseur est de préférence comprise entre 300 et 450 'Ό. La plage secondaire pour la température interne du catalyseur est de préférence comprise entre 550 et 700 'Ό. [0014] Dans une variante, le module de diagnostic (DIA) est agencé pour détecter la condition de richesse lorsqu'il existe dans les gaz d'échappement (EG) un rapport quantitatif entre les espèces réductrices et oxydantes se situant dans une plage comprise entre le 1 ,1 et 1 ,3 ; 1 correspondant au rapport stœchiométrique. [0015] Dans une variante, le système comprenant une unité de contrôle moteur agencée pour contrôler le moteur de façon à provoquer la condition de richesse suite à une requête de diagnostic de la capacité de dépollution du catalyseur.
[0016] Dans une variante, le système comprenant une sonde pour mesurer une concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement dépollués sortant du catalyseur, ladite sonde étant utilisée en tant que sonde pour mesurer la concentration d'hydrogène.
[0017] La présente invention a également pour objet un véhicule comprenant un système tel que défini ci-dessus.
[0018] Un autre aspect de l'invention concerne un procédé pour établir une structure de données caractérisant un catalyseur en termes de capacité de dépollution, dans lequel procédé les étapes suivantes sont effectuées pour plusieurs catalyseurs d'un seul type, les catalyseurs possédant chacun une capacité de dépollution qui leur est propre :
- une étape d'application dans laquelle un mélange gazeux comprenant entre autres (car il existe dans les gaz d'échappement bien d'autres espèces chimiques comme les oxydes d'azote ou le monoxyde de carbone) des hydrocarbures et de l'oxygène est appliqué à un catalyseur qui émet ainsi un mélange gazeux dépollué, l'oxygène étant en défaut par rapport à la stœchiométrie dans le mélange gazeux appliqué au catalyseur, et
- une étape de mesure dans laquelle la concentration d'hydrogène dans le mélange gazeux dépollué sortant du catalyseur est mesurée, cette concentration d'hydrogène étant enregistrée dans la structure de données en association avec la capacité de dépollution spécifique du catalyseur.
[0019] Un autre aspect de l'invention concerne une structure de données caractérisant un catalyseur en termes de capacité de dépollution et résultant du procédé décrit dans ce qui précède. Selon encore un autre aspect de l'invention, un procédé pour déterminer une capacité de dépollution d'un catalyseur comprend une étape dans laquelle la capacité de dépollution est déterminée à partir de la concentration d'hydrogène mesurée lorsque la condition de richesse s'applique. Selon encore un autre aspect de l'invention, un programme informatique comprend des instructions de code informatique pour l'exécution de l'étape mentionnée en dernier lorsque ce programme est exécuté sur un ordinateur. [0020] Un mode de réalisation de l'invention comprend avantageusement une ou plusieurs des caractéristiques supplémentaires suivantes, lesquelles sont décrites dans les paragraphes suivants. Ces caractéristiques supplémentaires contribuent à obtenir une indication relativement fiable et précise concernant la capacité de dépollution d'un catalyseur. [0021 ] De préférence, une température interne du catalyseur est estimée et le module de diagnostic détermine la capacité de dépollution du catalyseur à partir de la concentration d'hydrogène mesurée lorsque la température interne du catalyseur se trouve dans une plage principale, et lorsque la condition de richesse s'applique.
[0022] De préférence, le module de diagnostic est agencé pour déterminer la capacité de dépollution du catalyseur à partir de :
i. la concentration d'hydrogène mesurée lorsque (1 ) la température interne du catalyseur se trouve dans la plage principale, et lorsque (2) la condition de richesse s'applique, et ii. la concentration d'hydrogène mesurée lorsque (1 ) la température interne du catalyseur se trouve dans une plage secondaire, et lorsque (2) la condition de richesse s'applique. [0023] De préférence, la plage principale pour la température interne du catalyseur est comprise entre 300 et 450 °C. De préférence, la plage secondaire pour la température interne du catalyseur est comprise entre 550 et 700 'C.
[0024] De préférence, la condition de richesse est détectée lorsqu'il existe dans les gaz d'échappement un rapport quantitatif entre les espèces oxydantes (oxygène et oxydes d'azote) et les espèces réductrices (hydrogène, hydrocarbures et monoxyde de carbone) c'est-à-dire une valeur de richesse se situant dans une plage comprise entre le 1 ,1 et 1 ,3 (i.e. en défaut d'oxygène).
[0025] Une sonde pour mesurer la concentration d'oxygène dans le gaz d'échappement dépollué sortant du catalyseur, peut être utilisée en tant que sonde pour mesurer la concentration d'hydrogène. Ceci permet de réduire les coûts puisque cette sonde est de toute façon indispensable au contrôle de la teneur en oxygène des gaz d'échappement.
[0026] De préférence, la sonde pour mesurer la concentration d'oxygène dans le gaz d'échappement dépollué est une sonde de type proportionnel.
[0027] Une sonde de mesure d'hydrogène dédiée peut être utilisée pour mesurer de manière encore plus précise la concentration d'hydrogène. [0028] Un mode de réalisation de l'invention peut comprendre une sonde de mesure d'hydrogène pour mesurer une concentration d'hydrogène dans les gaz d'échappement entrant dans le catalyseur. Ceci permet une précision relativement grande.
[0029] Une sonde de température peut être utilisée pour estimer la température interne du catalyseur.
[0030] Une description détaillée en référence à des dessins illustre l'invention brièvement exposée précédemment, ainsi que les caractéristiques supplémentaires identifiées précédemment.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS
· La figure 1 est un diagramme schématique illustrant un système de moteur à combustion muni d'un catalyseur.
• La figure 2 est un diagramme schématique illustrant un premier système alternatif.
• La figure 3 est un diagramme schématique illustrant un second système alternatif.
• La figure 4 est un diagramme conceptuel illustrant une structure de données caractérisant un catalyseur en termes de capacité de dépollution.
• La figure 5 est un organigramme illustrant un procédé pour déterminer une capacité de dépollution du catalyseur dans le système illustré à la figure 1 .
• La figure 6 est un organigramme illustrant un procédé pour établir une structure de données caractérisant un catalyseur en termes de capacité de dépollution.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0031 ] La présente invention fait appel aux notions de richesses et de rapport stœchiométrique. Il est rappelé que dans des moteurs tels que ceux équipant des véhicules automobiles par exemple, les conditions de combustion sont très souvent éloignées de celles correspondant à la stœchiométrie des réactions et se caractérisent soit par un excès soit par un défaut de carburant par rapport à l'oxygène. La composition du milieu réactionnel peut alors s'exprimer par la notion de richesse (on parlera ici de « richesse moteur »), définie ainsi :
R =
avec M essence , la masse d'essence réellement introduite, M air la masse d'air réellement introduite, Messence, la masse d'essence nécessaire pour une combustion stœchiométrique et Mair,la masse d'air nécessaire pour une combustion stœchiométrique. [0032] La richesse se rapporte donc au réactif le plus noble et le mélange est dit " riche " ou " pauvre " selon que le carburant se trouve en excès ou en défaut. Mais il existe un grand nombre de formules différentes de la richesse.
[0033] La formule de richesse ci-dessus qui exprime les quantités de carburant et d'air introduites dans la chambre de combustion ne peut plus s'appliquer lorsque le mélange a brûlé. Aussi pour caractériser les gaz d'échappement qui sortent du moteur peut-on parler du rapport stœchiométrique, S dont la formule de calcul est la suivante :
_ [H2] + [CO] + (2x + y / 2 - z) [CxHyOz]
2[02] + [NO]
[0034] Le mélange est dit " stœchiométrique " quand S = 1 , pauvre quand S < 1 et riche quand S > 1 . [0035] Enfin une autre formule pour caractériser la richesse des gaz est très souvent utilisée. Cette richesse est appelée « richesse complète » R1 . Cette formule plus complète que le rapport stœchiométrique tient compte de l'ensemble des espèces oxydantes et réductrices du mélange :
2[CQ2] + [H2Q] + 2[CO] + [H2] + (2x + ) [CxHy]
1 _ 2[C02] + [H20] + 2[02] + [CO] + [NO]
avec CxHy ou CxHyOz représentant les hydrocarbures imbrûlés
[0036] La figure 1 illustre un système de moteur à combustion EST qui sera appelé « système » dans ce qui suit. Le système EST peut faire partie d'un véhicule. Le système EST comprend un moteur MOT, un catalyseur CAT, une sonde de température TS disposée en amont du catalyseur CAT, et deux sondes de mesure d'oxygène : une sonde de mesure d'oxygène OS1 en amont du catalyseur CAT et une autre sonde de mesure d'oxygène OS2 en aval du catalyseur CAT. Le catalyseur CAT peut être, par exemple, un catalyseur essence classique, également appelé « catalyseur trois-voies ». Le catalyseur CAT comprend une phase active (en anglais : washcoat). La phase active comprend typiquement au moins un métal appartenant à la famille des platinoïdes comme, par exemple, le platine (Pt), le palladium (Pd) ou le rhodium (Rh). Ces métaux seront appelés « métaux précieux » dans ce qui suit. La phase active comprend, en outre, des oxydes de terres rares comme, par exemple, le cérium (Ce) et le zirconium (Zr). Dans ce qui suit, il est assumé que le catalyseur CAT comprend des oxydes de cérium.
[0037] Le système EST comprend, en outre, une unité de contrôle moteur MCT, un module de diagnostic DIA, et un dispositif d'affichage DPL. L'unité de contrôle moteur MCT peut être implémentée, par exemple, à l'aide d'un processeur programmable en chargeant un ensemble d'instructions approprié dans celui-ci. Il en va de même pour le module de diagnostic DIA. Dans une telle implémentation à base de logiciel, l'ensemble d'instructions définit des opérations effectuées par l'unité de contrôle moteur MCT ou, le cas échéant, le module de diagnostic DIA. Ces opérations sont décrites dans ce qui suit. Le dispositif d'affichage DPL peut être intégré dans un tableau de bord du véhicule.
[0038] Le système EST fonctionne globalement comme suit. Le moteur MOT reçoit du carburant FU comprenant des hydrocarbures entre autres et de l'air Al comprenant de l'oxygène. Le carburant FU peut être sous forme, par exemple, d'essence. Une combustion qui implique les hydrocarbures et l'oxygène s'effectue au sein du moteur MOT. Le moteur MOT produit des gaz d'échappement EG résultant de cette combustion. Les gaz d'échappement EG comprennent une partie des hydrocarbures qui n'a pas participée à la combustion, ainsi que d'autres éléments polluants, et une partie de l'oxygène qui n'a pas participée à la combustion. Les gaz d'échappement EG arrivent dans le catalyseur CAT qui dépollue ces gaz afin d'émettre des gaz d'échappement dépollués EF. Le catalyseur CAT possède donc une capacité de dépollution, mais avec un niveau qui diminue à l'usage.
[0039] Le catalyseur CAT dépollue les gaz d'échappement EG de la façon suivante. Les métaux précieux possèdent un effet catalytique qui favorise une transformation d'éléments polluants, comme les hydrocarbures, en éléments non polluants par réaction chimique. Pour que cette transformation soit la plus complète possible, il est important que le rapport entre la quantité d'espèces réductrices et la quantité d'espèces oxydantes soit stœchiométrique au sein du catalyseur CAT. Dans ce cas, la réaction est complète, éliminant la totalité des polluants ainsi que la totalité de l'oxygène.
[0040] Les oxydes de cérium intégrés au washcoat aident le catalyseur CAT à atteindre le rapport stœchiométrique ou autrement-dit à atteindre la stœchiométrie. En effet, dans le cas où l'oxygène est en défaut par rapport à la stœchiométrie, les oxydes de cérium peuvent libérer de l'oxygène. Inversement, dans le cas où l'oxygène est en excès par rapport à la stœchiométrie, les oxydes de cérium peuvent adsorber de l'oxygène. Cette faculté de libérer et d'adsorber de l'oxygène est liée à l'aptitude du cérium à changer relativement rapidement de degré d'oxydation. Les oxydes de cérium assurent ainsi une fonction de tampon d'oxygène (en anglais : Oxyde Storage Capacity, dont l'acronyme est « OSC »). [0041 ] L'unité de contrôle moteur MCT effectue un contrôle quantitatif du carburant FU et de l'air Al appliqué au moteur MOT. De ce fait, l'unité de contrôle moteur MCT détermine un rapport entre les hydrocarbures et l'oxygène qui se retrouvera dans les gaz d'échappement EG. Dans le cas où le moteur MOT est de type « stœchiométrique », et en absence de changement intempestif en termes d'apport de carburant FU, le rapport entre les espèces oxydantes et les espèces réductrices dans les gaz d'échappement dépollués EF oscille typiquement autour de la stœchiométrie avec une fréquence comprise entre 1 et 3 Hertz. L'amplitude de cette oscillation est relativement faible. L'amplitude est, par exemple, de l'ordre de 0,03 normalisée sur le rapport stœchiométrique. En d'autres termes, il y a en alternance des intervalles de temps où les espèces oxydantes (oxygène essentiellement) sont en excès de 3% par rapport à la stœchiométrie, et des intervalles de temps où ces espèces sont en défaut de 3 % par rapport à cette même stœchiométrie.
[0042] L'unité de contrôle moteur MCT effectue le contrôle quantitatif du carburant FU et de l'air Al appliqué au moteur MOT à partir de mesures effectuées par les deux sondes de mesure d'oxygène OS1 , OS2. En absence de changement intempestif en apport de carburant FU, la sonde de mesure d'oxygène OS1 en amont du catalyseur CAT relève l'oscillation du rapport entre les espèces réductrices et oxydantes décrite dans ce qui précède. Dans cette même condition, la sonde de mesure d'oxygène OS2 en aval du catalyseur CAT devrait confirmer que les gaz d'échappement dépollué EF sont à la stœchiométrie et donc idéalement ne relever aucune oscillation. En effet, les oxydes de cérium du catalyseur CAT doivent assurer la fonction de tampon d'oxygène et ainsi compenser l'écart à la stœchiométrie dans les gaz d'échappement EG entrant dans le catalyseur CAT.
[0043] Dans le cas où les oxydes de cérium n'assurent plus correctement la fonction de tampon d'oxygène, une oscillation apparaîtra dans le signal de sortie de la sonde de mesure d'oxygène OS2 en aval du catalyseur CAT. Dans ce cas, l'unité de contrôle moteur MCT peut amener le dispositif d'affichage DPL à afficher une indication visuelle correspondant à une alerte. Toutefois, une telle alerte n'est pas suffisamment précise en ce qui concerne la capacité réelle de dépollution du catalyseur CAT. Les métaux précieux peuvent encore posséder une efficacité catalytique suffisante pour assurer la transformation des éléments polluants, tandis que la fonction de tampon d'oxygène s'est sensiblement voire totalement dégradée.
[0044] L'unité de contrôle moteur MCT est à même de créer des conditions de richesse particulières dans les gaz d'échappement EG. Dans de telles conditions, l'oxygène est en défaut, de façon relativement importante, par rapport au rapport stœchiométrique entre les espèces oxydantes et réductrices. Par exemple, la condition de richesse s'applique quand le rapport quantitatif entre les espèces oxydantes et réductrices, normalisé sur le rapport stœchiométrique, excède 1 ,1 (i.e. en défaut d'oxygène). En d'autres termes, la condition de richesse s'applique quand les espèces réductrices sont en excès d'au moins 10 % par rapport au rapport stœchiométrique.
[0045] Des réactions chimiques susceptibles de produire de l'hydrogène peuvent alors avoir lieu au sein du catalyseur CAT lorsque la condition de richesse s'applique. Une des réactions possibles est appelée « gaz à l'eau » et s'écrit comme suit :
CO + H20→C02 + H2 (1 ) Cette réaction (1 ) apparaît à partir d'approximativement 250 ^ pour atteindre un équilibre thermodynamique aux alentours de 450-550 °C en fonction de l'état de vieillissement du catalyseur et de la composition de son washcoat.
[0046] La paire de réactions chimiques suivante, appelée « vaporéformage des hydrocarbures » peut également produire de l'hydrogène : C.Hy + x HjO ^ x CO + fx + ^ Hî (2)
CO + H2O ^ C02 + H2 (3)=(1 )
La dernière réaction (3) n'est ni plus ni moins que la réaction de « gaz à l'eau » (1 ). La réaction (2) dans la paire « vaporéformage des hydrocarbures » atteint un rendement maximal en termes de production d'hydrogène pour des températures plus élevées, de l'ordre de 600°C.
[0047] Les gaz d'échappement dépollués EF contiennent donc une certaine concentration d'hydrogène lorsque la condition de richesse s'applique. Cette concentration d'hydrogène est un bon indicateur de la capacité de dépollution que possède le catalyseur CAT. Ceci est dû au fait que les métaux précieux ainsi que le cérium ont également un effet catalytique pour les réactions chimiques produisant de l'hydrogène au sein du catalyseur CAT.. Plus les métaux précieux sont dégradés, moins leur effet catalytique favorise la transformation des éléments polluants, et moins leur effet catalytique favorise la production d'hydrogène. Plus les oxydes de cérium sont dégradés, moins ils assurent la fonction de tampon d'oxygène, et moins l'effet catalytique du cérium favorise la production d'hydrogène. Les réactions chimiques produisant de l'hydrogène au sein du catalyseur CAT ont donc chacune un rendement qui est corrélé avec la capacité de dépollution du catalyseur CAT. La concentration d'hydrogène dans les gaz d'échappement dépollués EF constitue une indication de ce rendement.
[0048] Il est important que la condition de richesse s'applique pour que la concentration d'hydrogène dans les gaz d'échappement dépollués EF puisse être un bon indicateur de la capacité de dépollution. En effet, les réactions chimiques produisant de l'hydrogène au sein du catalyseur CAT n'interviennent de façon importante que quand les gaz d'échappement EG sont « riches » en espèces réductrices (HC notamment), c'est-à-dire quand l'oxygène est sensiblement en défaut. Par conséquent, la concentration d'hydrogène ne varie de façon significative en fonction de la capacité de dépollution, que lorsque la condition de richesse s'applique. Cette condition de richesse permet donc une différence relativement importante entre la concentration d'hydrogène produite dans le cas où le catalyseur CAT est neuf, et la concentration d'hydrogène produite dans le cas où le catalyseur CAT est considérablement vieilli. En d'autres termes, la condition de richesse permet de disposer d'une plage de valeurs relativement étendue dans laquelle la concentration d'hydrogène varie en fonction de la capacité de dépollution. Ceci permet de connaître la capacité de dépollution de façon suffisamment fiable et précise.
[0049] La sonde de mesure d'oxygène OS2 en aval du catalyseur CAT peut être utilisée pour mesurer la concentration d'hydrogène dans les gaz d'échappement dépollués EF. En voici les raisons. La sonde de mesure d'oxygène OS2 fournit un signal de sortie qui varie en fonction du rapport quantitatif entre les espèces réductrices et l'oxygène dans les gaz d'échappement dépollués EF. Toutefois, ce rapport quantitatif est constant et égal au rapport stœchiométrique, dans la mesure où les oxydes de cérium assurent la fonction de tampon d'oxygène et, de ce fait, compense l'écart à la stœchiométrie. La condition de richesse n'affecte donc pas directement le signal de sortie de la sonde de mesure d'oxygène OS2 en aval du catalyseur CAT. En revanche, dans le cas où la sonde de mesure d'oxygène OS2 en aval du catalyseur CAT est exposée à de l'hydrogène, ceci introduit un biais sur le signal de sortie. Ce biais varie en fonction de la concentration d'hydrogène.
[0050] La sonde de mesure d'oxygène OS2 en aval du catalyseur CAT fournit donc un signal de sortie qui varie en fonction de la concentration d'hydrogène présente dans les gaz d'échappement dépollués EF. Toutefois, il convient d'établir une corrélation précise entre la concentration d'hydrogène et le signal de sortie de la sonde de mesure d'oxygène OS2 concernée. La sonde de mesure d'oxygène OS2 en aval du catalyseur CAT est de préférence de type « proportionnel » ou « linéaire » car ce type de sonde répond de manière linéaire à toute variation de la richesse des gaz d'échappement et offre une sensibilité particulière à l'hydrogène. [0051 ] Le module de diagnostic DIA fonctionne globalement comme suit. Le module de diagnostic DIA constate la condition de richesse dans le gaz d'échappement EG. Par la suite, le module de diagnostic DIA détermine la capacité de dépollution à partir de la concentration d'hydrogène présente dans les gaz d'échappement dépollués EF. Pour ce faire, le module de diagnostic DIA peut utiliser une structure de données qui constitue une caractérisation de la capacité de dépollution d'un catalyseur CAT. La structure de données spécifie une corrélation entre la concentration d'hydrogène dans les gaz d'échappement dépollués EF et la capacité de dépollution. Cette corrélation peut être déterminée par avance en mesurant des concentrations d'hydrogène produites respectivement par des catalyseurs ayant des capacités de dépollution différentes, typiquement par ce que ces catalyseurs ont des degrés de dégradation différents. Il faut bien évidemment que ces catalyseurs soient du même type que le catalyseur CAT dans le système EST illustré à la figure 1 .
[0052] De préférence, le module de diagnostic DIA prend en compte les paramètres suivants pour déterminer la capacité de dépollution. Un premier paramètre concerne le rapport quantitatif entre les espèces réductrices et oxydantes dans les gaz d'échappement EG. Un deuxième paramètre concerne une température interne au sein du catalyseur CAT. En effet, le rendement des réactions chimiques concernées, qui est reflété par la concentration d'hydrogène dans le gaz d'échappement dépollué EF, varie en fonction de la richesse et de la température interne. La sonde de mesure d'oxygène OS1 en amont du catalyseur CAT fournit une indication sur le rapport quantitatif entre les espèces oxydantes et réductrices. La sonde de température TS donne une indication qui permet d'estimer la température interne au sein du catalyseur CAT.
[0053] De préférence, le module de diagnostic DIA détermine la capacité de dépollution à partir de deux mesures de la concentration d'hydrogène effectuées lorsque deux températures internes différentes s'appliquent. Une de ces deux températures interne se trouve de préférence dans une plage entre 300 et 450 ^. Dans cette plage, la réaction (1 ) décrite dans ce qui précède est la principale contributrice à la production d'hydrogène au sein du catalyseur CAT. L'autre température interne se trouve de préférence dans une plage entre 550 et 700 °C. Dans cette plage, ce sont alors les réactions (2) et (3) décrites dans ce qui précède qui contribuent majoritairement à la production d'hydrogène au sein du catalyseur CAT. Le module de diagnostic DIA peut ainsi dé-corréler les réactions (1 ) et (2) en prenant en compte des conditions de température. Ainsi, le module de diagnostic DIA peut déterminer la capacité de dépollution de façon relativement fiable et précise.
[0054] Le module de diagnostic DIA fournit au dispositif d'affichage DPL une indication de la capacité de dépollution du catalyseur CAT. Cette indication est relativement fiable et précise. Cette indication peut donc aller au-delà d'une simple indication à deux niveaux (binaire) correspondant à deux états : acceptable et non-acceptable. L'indication peut comprendre un nombre de niveaux relativement important comme, par exemple, 1 1 niveaux différents, « 10 » étant le niveau maximal indiquant une excellente capacité de dépollution, « 0 » étant le niveau minimal indiquant une capacité de dépollution très faible, voire inexistant. Dans ce cas, le dispositif d'affichage DPL peut afficher, par exemple, une barre d'une hauteur variable, la hauteur de la barre représentant la capacité de dépollution. Un utilisateur du système EST illustré à la figure 1 pourrait donc savoir si la capacité de dépollution est relativement proche ou relativement loin d'un seuil critique, ou en dessous du seuil critique et, dans ce cas, dans quelle mesure.
[0055] La figure 2 illustre un premier système alternatif ESTAi qui correspond sensiblement au système EST illustré à la figure 1 . Des entités similaires portent les mêmes signes de références et fonctionnent sensiblement de la même manière, sauf indication contraire dans ce qui suit. En effet, il n'y a qu'une différence principale entre le premier système alternatif ESTAi illustré à la figure 2 et le système EST illustré à la figure 1 . Le premier système alternatif ESTA1 comprend une sonde de mesure d'hydrogène dédiée HS1 en aval du catalyseur CAT. Cette sonde de mesure d'hydrogène dédiée HS1 fournit un signal de sortie qui varie en fonction de la concentration d'hydrogène présente dans les gaz d'échappement dépollués EF. Le module de diagnostic DIA détermine la capacité de dépollution à partir de ce signal de sortie. Le signal de sortie de la sonde de mesure d'hydrogène dédiée HS1 indique la concentration d'hydrogène avec une précision typiquement plus grande que le signal de sortie de la sonde de mesure d'oxygène OS2. Toutefois, la sonde de mesure d'hydrogène dédiée HS1 constitue un surcoût par rapport au système EST illustré à la figure 1 . [0056] La figure 3 illustre un second système alternatif ESTA2 qui correspond sensiblement au premier système alternatif ESTAi illustré à la figure 2. Des entités similaires portent les mêmes signes de références et fonctionnent sensiblement de la même manière, sauf indication contraire dans ce qui suit. En effet, il n'y a qu'une différence principale entre le second système alternatif ESTA2 illustré à la figure 3 et le premier système alternatif ESTAi illustré à la figure 2. Le second système alternatif ESTA2 comprend une sonde de mesure d'hydrogène dédiée HS2 en amont du catalyseur CAT. Cette sonde de mesure d'hydrogène dédiée HS2 fournit un signal de sortie indiquant une concentration d'hydrogène présente dans le gaz d'échappement EG entrant dans le catalyseur CAT. Le module de diagnostic DIA prend en compte ce signal pour déterminer la capacité de dépollution. En effet, le module de diagnostic DIA soustrait la concentration d'hydrogène en amont du catalyseur CAT de la concentration d'hydrogène en aval du catalyseur CAT. Ainsi, le module de diagnostic DIA peut connaître, de façon plus précise encore, la concentration d'hydrogène résultant des réactions chimiques au sein du catalyseur CAT décrites dans ce qui précède. Ceci au prix d'une sonde supplémentaire.
[0057] La figure 4 illustre un exemple d'une structure de données DST caractérisant un catalyseur en termes de capacité de dépollution. Comme mentionné dans ce qui précède, le module de diagnostic DIA peut utiliser cette structure de données DST pour déterminer la capacité de dépollution à partir de la concentration d'hydrogène mesuré dans les gaz d'échappement dépollués EF. La structure de données DST est sous forme d'une matrice comprenant une pluralité de colonnes C1 -C8, une pluralité de lignes R1 -R8 et une pluralité de cellules X1 1 -X88 sur une diagonale. Chaque cellule sur la diagonale est associée à une colonne particulière et une ligne particulière.
[0058] Une colonne particulière correspond à une concentration d'hydrogène particulière Q_H2@Tm dans le gaz d'échappement dépollué EF lorsque la température interne se trouve dans une première plage de référence. Cette première plage de référence peut être comprise, par exemple, entre 300 et 450^, et est donc associée à la réaction (1 ) décrite dans ce qui précède. Une ligne particulière correspond à une concentration d'hydrogène particulière Q_H2@TR2 dans les gaz d'échappement dépollués EF lorsque la température interne se trouve dans une seconde plage de référence. Cette première plage de référence peut être comprise, par exemple, entre 550 et 700 ^, et est donc associée aux réactions (2) et (3) décrites dans ce qui précède.
[0059] Une cellule sur la diagonale indique une capacité de dépollution DPC particulière. Cette capacité de dépollution est donc associée à deux concentrations d'hydrogène : une concentration Q_H2@TR1 lorsque la température interne se trouve dans la première plage de référence, la réaction (1 ), et une concentration Q_H2@TR2 lorsque la température interne se trouve dans la deuxième plage de référence, les réactions (2) et (3). La première de ces deux concentrations d'hydrogène correspond à la colonne à laquelle la cellule concernée est associée. La dernière de ces deux concentrations d'hydrogène correspond à la ligne à laquelle la cellule concernée est associée.
[0060] Le module de diagnostic DIA peut comprendre une mémoire contenant une structure de données DST, telle que celle illustrée à la figure 4. Toutefois, la structure de données DST peut être stockée dans une mémoire appartenant à une autre entité fonctionnelle. La seule chose qui importe, c'est que le module de diagnostic DIA puisse accéder et utiliser la structure de données DST. [0061 ] La figure 5 illustre un procédé pour déterminer une capacité de dépollution du catalyseur CAT dans le système EST illustré à la figure 1 . Ce procédé s'applique également aux systèmes alternatifs ESTA1 , ESTA2 respectivement illustrés aux figures 2 et 3. Le procédé comprend une série d'étapes de diagnostic SD1 -SD8 effectuée par le module de diagnostic DIA illustré aux figures 1 -3, et une série d'étapes de contrôle SC1 , SC2 effectuée par l'unité de contrôle moteur MCT illustrée dans ces mêmes figures. Il a été mentionné que le module de diagnostic DIA et l'unité de contrôle moteur MCT peuvent être implémentés à l'aide d'un processeur programmable. La figure 5 peut donc être considérée comme étant une représentation, sous forme d'un organigramme, de deux ensembles d'instructions. Ces deux ensembles d'instructions permettent respectivement au module de diagnostic DIA et à l'unité de contrôle moteur MCT, d'effectuer différentes opérations décrites dans ce qui suit en référence à la figure 5.
[0062] Dans une première étape de diagnostic SD1 , le module de diagnostic DIA vérifie si la condition suivante est vraie (Y) ou fausse (N): un diagnostic du catalyseur CAT est nécessaire (DIAG ?). La condition peut être vraie, par exemple, dans le cas où un intervalle de temps prédéterminé s'est écoulé depuis le diagnostic le plus récent. Dans ce cas, le module de diagnostic DIA envoie une requête de diagnostic au contrôleur de moteur MCT (RQ→ MCT) dans une deuxième étape de diagnostic SD2. L'unité de contrôle moteur MCT peut traiter cette requête comme une interruption : l'unité de contrôle moteur MOT peut interrompre une séquence d'opérations en cours pour effectuer la série d'étapes de contrôle SC1 , SC2 décrite dans ce qui suit. Si la condition précitée est fausse, la première étape de diagnostic SD1 est effectuée de nouveau. Le module de diagnostic DIA peut effectuer d'autres opérations entre-temps.
[0063] Dans une première étape de contrôle SC1 , suite à la requête de diagnostic (RQ), l'unité de contrôle moteur MCT contrôle le moteur MOT de façon à provoquer la condition de richesse décrite dans ce qui précède (C[MOT]). Plus précisément, l'unité de contrôle moteur MCT contrôle le moteur MOT de façon à ce que les deux conditions suivantes s'appliquent. Premièrement, le rapport quantitatif entre les espèces réductrices et les espèces oxydantes dans les gaz d'échappement EG est égal à un rapport de référence, avec une marge de tolérance donnée (R[EG] = RR). Le rapport de référence, normalisé sur le rapport stœchiométrique, peut-être, par exemple, égal à 1 ,2, ce qui correspond à un excès de 20 % de réducteurs par rapport au rapport stœchiométrique. La marge de tolérance peut être, par exemple, égale à +/- 0,1 , ce qui implique une plage pour le rapport entre 1 ,1 et 1 ,3. La deuxième condition concerne la température interne. Celle-ci doit être égale à une première température de référence, avec une marge de tolérance donnée (T[CAT] = Tm). La première température peut être, par exemple, égal à 350 °C. La marge de tolérance peut être, par exemple, égale à -50 °C / +100 qC, ce qui implique une plage pour la température interne entre 300 et 450 °C. Dans le cas où les deux conditions décrites dans ce paragraphe s'appliquent, l'unité de contrôle moteur MCT envoie un premier message de confirmation (DC1 ) au module de diagnostic DIA. [0064] Dans une troisième étape de diagnostic SD3, le module de diagnostic DIA vérifie si la condition suivante est vraie (Y) ou fausse (N) : le premier message de confirmation provenant de l'unité de contrôle moteur MCT est apparu (DC1 ?). Tant que le premier message de confirmation n'est pas apparu, le module de diagnostic DIA reste dans une boucle d'attente en effectuant la vérification précitée de nouveau. Dans le cas où le premier message de confirmation est apparu, le module de diagnostic DIA effectue une quatrième étape de diagnostic SD4 : le module de diagnostic DIA enregistre le signal de sortie de la sonde de mesure d'oxygène OS2 en aval du catalyseur CAT dans le système EST illustré à la figure 1 (M[OS2] =>□ Q_H2@TR1). Dans le premier système alternatif ESTA1 , le module de diagnostic DIA enregistre le signal de sortie de la sonde de mesure d'hydrogène dédié HS1 en aval du catalyseur CAT. Il en va de même dans le second système alternatif ESTA2. Chacun de ces signaux de sortie représente la concentration d'hydrogène dans le gaz d'échappement dépollué EF.
[0065] Dans une deuxième étape de contrôle SC2, l'unité de contrôle moteur MCT contrôle le moteur MOT de façon à ce que la température interne augmente jusqu'à atteindre une seconde température de référence, avec une marge de tolérance donnée (T[CAT] = TR2). La seconde température de référence peut être, par exemple, égale à 650 ^. La marge de tolérance peut être, par exemple, égale à -l OO'C / +50°C, ce qui implique une plage pour la température interne entre 550 et 700 °C. L'unité de contrôle moteur MCT maintient le rapport quantitatif entre les espèces réductrices et oxydantes dans les gaz d'échappement EG décrit dans ce qui précède et correspondant à la condition de richesse. Le rapport reste donc dans une plage entre, par exemple, 1 ,1 et 1 ,3. Dans le cas où la seconde température de référence est atteinte, l'unité de contrôle moteur MCT envoie un second message de confirmation (DC2) au module de diagnostic DIA. Suite à l'envoi du second message de confirmation, l'unité de contrôle moteur MCT peut reprendre la séquence d'opérations qui a été interrompue suite à l'apparition de la requête de diagnostic (RT). Un délai peut être prévu à cet effet.
[0066] Dans une cinquième étape de diagnostic SD5, le module de diagnostic DIA vérifie si la condition suivante est vraie (Y) ou fausse (N): le second message de confirmation provenant de l'unité de contrôle moteur MCT est apparu (DC2 ?). Tant que le second message de confirmation n'est pas apparu, le module de diagnostic DIA reste dans une boucle d'attente en effectuant la vérification précitée de nouveau. Dans le cas où le second message de confirmation est apparu, le module de diagnostic DIA effectue une sixième étape de diagnostic SD6: le module de diagnostic DIA enregistre le signal de sortie de la sonde de mesure d'oxygène OS2 en aval du catalyseur CAT dans le système EST illustré à la figure 1 (M(OS2) => Q_H2@TR2). Dans le premier système alternatif ESTAi , le module de diagnostic DIA enregistre le signal de sortie de la sonde de mesure d'hydrogène dédié HS1 en aval du catalyseur CAT. Il en va de même dans le second système alternatif ESTA2.
[0067] Dans une septième étape de diagnostic SD7, le module de diagnostic DIA détermine la capacité de dépollution du catalyseur CAT à partir du signal de sortie de la sonde concernée enregistré pour la première température de référence et de celui enregistré pour la seconde température de référence (Q_H2@TR1 & Q_H2@TR2 => DPC). Pour ce faire, le module de diagnostic DIA peut utiliser une structure de données DST telle qu'illustrée à la figure 4. Dans ce cas, les signaux de sortie précités constituent respectivement un index de colonnes et un index de lignes. Par exemple, le module de diagnostic DIA peut sélectionner la colonne dont la concentration d'hydrogène correspondante est la plus proche de la concentration d'hydrogène que représente le signal de sortie pour la première température de référence. Le module de diagnostic DIA peut sélectionner la ligne dont la concentration d'hydrogène correspondante est la plus proche de la concentration d'hydrogène que représente le signal de sortie pour la seconde température de référence. Ainsi le module de diagnostic DIA sélectionne une cellule : la cellule associée à la colonne sélectionnée et à la ligne sélectionnée. La cellule sur la diagonale qui est la plus proche de cette cellule sélectionnée indique la capacité de dépollution du catalyseur CAT. Dans un mode de réalisation plus avancé, le module de diagnostic DIA peut effectuer une interpolation pour une précision plus grande et, à cette fin, sélectionner plusieurs colonnes et plusieurs lignes. [0068] Dans une huitième étape de diagnostic SD8, le module de diagnostic DIA transmet la capacité de dépollution ainsi déterminée au dispositif d'affichage DPL (DPC→ DPL). En réponse, le dispositif d'affichage DPL visualise la capacité de dépollution. Le dispositif d'affichage DPL peut, par exemple, adapter un indicateur de dépollution sur un tableau de bord afin que cet indicateur reflète correctement la capacité de dépollution. Dans le cas où la capacité de dépollution est en dessous d'un seuil critique, un avertissement peut être présenté sous forme, par exemple, de changement de couleur ou de signal sonore, ou une combinaison de ces deux formes.
[0069] La figure 6 illustre un procédé pour établir une structure de données caractérisant un catalyseur en termes de capacité de dépollution. La structure de données DST peut prendre la forme de celle illustrée à la figure 4. Le procédé comprend une série d'étapes de caractérisation ST1 -ST6. Cette série d'étapes est effectuée pour plusieurs catalyseurs d'un seul type.
[0070] Dans une première étape de caractérisation ST1 , un catalyseur du type concerné et ayant une capacité de dépollution connue est évalué à l'aide d'un banc de test (CAT : DPC ; CAT→ TST). Le banc de test peut être, par exemple, un banc gaz synthétique ou un banc moteur. Il est plus facile de mettre en œuvre le procédé à l'aide d'un banc gaz synthétique. En outre, un tel banc permet typiquement une précision plus grande en termes de nombre de points de mesures. En revanche, un banc moteur est plus représentatif des conditions réelles d'utilisation du catalyseur du type concerné. [0071 ] Dans une deuxième étape de caractérisation ST2, le banc de test applique au catalyseur un mélange gazeux comprenant notamment des hydrocarbures et de l'oxygène en simulant la condition de richesse décrite dans ce qui précède (EG→ CAT). Par conséquent, l'oxygène est en défaut en termes de rapport stœchiométrique. Plus précisément, il existe un rapport quantitatif entre les espèces réductrices et oxydantes égal à un rapport de référence, avec une marge de tolérance relativement étroite (R[EG] = RR). Le rapport de référence, normalisé sur le rapport stœchiométrique, peut-être, par exemple, égal à 1 ,2, ce qui correspond à un excès de 20 % d'espèces réductrices par rapport au rapport stœchiométrique. Le catalyseur émet un mélange gazeux dépollué en réponse au mélange gazeux. Le mélange gazeux dépollué comprend une concentration d'hydrogène due aux réactions chimiques décrites dans ce qui précède.
[0072] En outre, dans la deuxième étape de caractérisation ST2, le banc de test donne au mélange gazeux une température égale à une première température de référence, avec une marge de tolérance relativement étroite (T(CAT) = TR1). La première température de référence peut être par exemple, 350 °C. [0073] Dans une troisième étape de caractérisation ST3, la concentration d'hydrogène dans le mélange gazeux dépollué sortant du catalyseur est mesurée lorsque le mélange gazeux appliqué au catalyseur présente une température égale à la première température de référence, avec une marge de tolérance relativement étroite (M[OS2] => Q_H2@TRi).
[0074] Dans une quatrième étape de caractérisation ST4, le banc de test donne au mélange gazeux une température égale à une seconde température de référence, avec une marge de tolérance relativement étroite (T[CAT] = TR2). La seconde température de référence peut être par exemple, 650 °C. Le rapport quantitatif entre les espèces oxydantes et réductrices reste égal au rapport de référence, avec une marge de tolérance relativement étroite. [0075] Dans une cinquième étape de caractérisation ST5, la concentration d'hydrogène dans le mélange gazeux dépollué sortant du catalyseur est mesurée lorsque le mélange gazeux appliqué au catalyseur présente une température égale à la seconde température de référence, avec une marge de tolérance relativement étroite (M[OS2] => Q_H2@TR2). [0076] Dans une sixième étape de caractérisation ST6, la concentration d'hydrogène mesurée à la première température de référence et la concentration d'hydrogène mesurée à la seconde température de référence sont ajoutées à la structure de données (Q_H2@TRi & Q_H2@TR2→ DST). La structure de données les associe à la capacité de dépollution du catalyseur ( DPC) qui a fait l'objet des étapes de caractérisation décrites dans ce qui précède. Dans le cas où la structure de données prend la forme d'une matrice telle qu'illustrée à la figure 4, la sixième étape de caractérisation ST6 correspond à ajouter une cellule sur la diagonale, et donc à ajouter une colonne et une ligne à la matrice.
[0077] Ensuite, la série d'étapes ST1 -ST6 peut être effectuée de nouveau pour un catalyseur du type concerné, mais ayant une capacité de dépollution différente des catalyseurs pour lesquelles la série d'étapes a déjà été effectuée. Il convient d'effectuer la série d'étapes pour un groupe de catalyseurs en nombre suffisamment large et suffisamment hétérogène en termes de capacité de dépollution. Le groupe inclut de préférence un catalyseur en état neuf et un catalyseur considérablement dégradé. Les autres catalyseurs du groupe sont de préférence espacés régulièrement en termes de capacité de dépollution. [0078] REMARQUES FINALES
[0079] La description détaillée en référence aux figures est simplement une illustration de l'invention. L'invention peut être réalisée de nombreuses façons différentes. Afin d'illustrer ceci, quelques alternatives sont indiquées sommairement.
[0080] L'invention peut être appliquée avantageusement dans de nombreux types de produits et procédés impliquant un catalyseur pour dépolluer un gaz d'échappement. Un véhicule automobile n'est qu'un exemple. L'invention peut également être appliquée, par exemple, dans un engin fixe tel qu'une pompe ou un générateur d'électricité de secours.
[0081 ] Il existe différents types de moteur pouvant être appliqué dans un système selon l'invention. Par exemple, un système selon l'invention peut comprendre un moteur pouvant fonctionner en mélange pauvre « stratifié ». Dans un tel moteur, un mélange air/carburant est concentré au sein d'une chambre de combustion à proximité immédiate d'une bougie. Le reste de la chambre de combustion est rempli d'air. [0082] Il existe différents types de catalyseur pouvant être appliqués dans un système selon l'invention. Par exemple, un système selon l'invention peut comprendre un catalyseur de type « piège à oxydes d'azote » adapté à un moteur pouvant fonctionner en mélange pauvre « stratifié ». Un tel catalyseur constitue en effet un ensemble qui comprend typiquement un pré-catalyseur et un catalyseur principal. Le pré- catalyseur se situe typiquement près d'un collecteur d'échappement et s'amorce relativement rapidement pour traiter le monoxyde de carbone et les hydrocarbures. Le catalyseur principal assure à la fois une fonction de stockage/ déstockage des oxydes d'azote, et une fonction « trois-voies » classique. La fonction de stockage/déstockage des oxydes d'azote peut être assurée par un sel dérivé du baryum qui est un métal alcalino-terreux et qui présente une affinité chimique particulière pour les oxydes d'azote. Une unité de contrôle moteur pilote des séquences de stockage et déstockage qui sont effectuées en alternance. Ce pilotage peut impliquer une ou plusieurs sondes de mesure d'oxygène, disposées d'une façon comparable à celles illustrées à la figure 1 . Le pilotage peut également impliquer une ou plusieurs sondes de température. [0083] Il existe différentes façons pour provoquer une condition de richesse dans un gaz d'échappement sortant d'un moteur. Par exemple, la condition de richesse peut être provoquée par un conducteur de véhicule donnant un coup d'accélération et provoquant ainsi une augmentation intempestive de l'apport en carburant. Selon l'invention, un module de diagnostic peut constater cette condition de richesse provoquée manuellement pour déterminer ensuite une capacité de dépollution. Un tel mode de fonctionnement peut être désigné comme « diagnostic passif ».
[0084] Il existe différentes façons selon lesquelles un module de diagnostic peut constater une condition de richesse. Par exemple, en contraste avec le procédé illustré à la figure 4, le module de diagnostic peut mesurer si la condition de richesse s'applique, et donc constater celle-ci de façon indépendante. Pour ce faire, et en se référant aux figures 1 -3, le module de diagnostic DIA peut utiliser le signal de sortie de la sonde de mesure d'oxygène OS1 en amont du catalyseur CAT. Il convient également de noter que le module de diagnostic DIA peut constater de façon indépendante si une condition de température est remplie en utilisant, par exemple, le signal de sortie de la sonde de température TS. [0085] Il existe différentes façons pour déterminer une capacité de dépollution à partir d'une concentration d'hydrogène mesurée. Par exemple, un module de diagnostic peut utiliser une équation caractérisant une corrélation entre la concentration d'hydrogène mesurée et la capacité de dépollution. Le module de diagnostic peut être programmé pour appliquer une telle équation. [0086] Il existe différentes façons pour estimer, voire connaître, une température interne au sein du catalyseur. Par exemple, une unité de contrôle moteur peut comprendre un module permettant d'estimer la température interne à partir des paramètres de fonctionnement du moteur, sans faire appel à une sonde de température. Dans le cas où, par exemple, l'unité de contrôle moteur est implémenté à l'aide d'un processeur programmable, le module précité peut être sous forme d'un ensemble d'instructions chargé dans ce processeur programmable.
[0087] De façon globale, le terme « moteur » doit être interprété de façon large. Ce terme embrasse tout dispositif susceptible de produire des gaz d'échappement traitables par un catalyseur. Le terme « catalyseur » doit être interprété de façon large. Ce terme embrasse tout dispositif capable de dépolluer un gaz d'échappement.
[0088] Bien que les dessins montrent différentes entités fonctionnelles sous forme de différents blocs, ceci n'exclut nullement des implémentations où une seule entité physique effectue plusieurs fonctions, ou plusieurs entités physiques effectuent collectivement une seule fonction. A cet égard, les dessins sont très schématiques. Par exemple, se référant à la figure 1 , l'unité de contrôle moteur MCT et le module de diagnostic DIA peuvent être implémentés à l'aide d'un seul processeur programmable.
[0089] Il existe de nombreuses entités fonctionnelles pouvant être implémentées au moyen de matériel (en anglais: hardware) ou de logiciel (en anglais: software) ou une combinaison de matériel et de logiciel. La description d'une implémentation sous forme de logiciel n'exclut nullement des implémentations sous forme de matériel, et vice versa. Par exemple, le module de diagnostic DIA illustré aux figures 1 -3 peut être implémenté à l'aide d'un circuit dédié ayant une topologie particulière qui définit les opérations décrites en référence à ces figures et à la figure 4. Des implémentations hybrides sont également possibles dans le sens où un système, ou une entité fonctionnelle comprise dans le système, comprend un ou plusieurs circuits dédiés ainsi qu'un ou plusieurs processeurs convenablement programmés.
[0090] Les remarques qui précèdent montrent que la description détaillée en référence aux figures, illustre l'invention plutôt qu'elle ne la limite. Les signes de références n'ont aucun caractère limitatif. Les verbes « comprendre » et « comporter » n'excluent pas la présence d'autres éléments ou d'autres étapes que ceux listés dans les revendications. Le mot « un » ou « une » précédant un élément ou une étape n'exclu pas la présence d'une pluralité de tels éléments ou de telles étapes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système (EST) comprenant un moteur (MOT) susceptible de produire des gaz d'échappement (EG) résultant d'une combustion impliquant des hydrocarbures et de l'oxygène, un catalyseur (CAT) pour dépolluer le gaz d'échappement afin d'émettre des gaz d'échappement dépollués (EF), et une sonde (OS2 ; HS1 ) pour mesurer une concentration d'hydrogène dans les gaz d'échappement dépollués sortant du catalyseur, caractérisé en ce que le système comprend un module de diagnostic (DIA) agencé pour :
a) constater une condition de richesse dans laquelle l'oxygène est en défaut dans le gaz d'échappement en termes d'un rapport stœchiométrique entre les espèces oxydantes et les espèces réductrices, et
b) déterminer une capacité de dépollution du catalyseur à partir de la concentration d'hydrogène mesurée lorsque la condition de richesse s'applique.
2. Système selon la revendication 1 , lequel est agencé pour estimer une température interne du catalyseur (CAT), le module de diagnostic (DIA) étant agencé pour déterminer la capacité de dépollution du catalyseur à partir de la concentration d'hydrogène mesurée lorsque la température interne du catalyseur se trouve dans une plage principale, et lorsque la condition de richesse s'applique.
3. Système selon la revendication 2, le module de diagnostic (DIA) étant agencé pour déterminer la capacité de dépollution du catalyseur (CAT) à partir de :
a) la concentration d'hydrogène mesurée lorsque (1 ) la température interne du catalyseur se trouve dans la plage principale, et lorsque (2) la condition de richesse s'applique, et b) la concentration d'hydrogène mesurée lorsque (1 ) la température interne du catalyseur se trouve dans une plage secondaire, et lorsque (2) la condition de richesse s'applique.
4. Système selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, dans lequel la plage principale pour la température interne du catalyseur (CAT) est comprise entre 300 et 450 °C.
5. Système selon la revendication 3, dans lequel la plage secondaire pour la température interne du catalyseur (CAT) est comprise entre 550 et 700 °C.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le module de diagnostic (DIA) est agencé pour détecter la condition de richesse lorsqu'il existe dans les gaz d'échappement (EG) un rapport quantitatif entre les espèces réductrices et oxydantes se situant dans une plage comprise entre le 1 ,1 et 1 ,3 ; 1 correspondant au rapport stœchiométrique.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, le système comprenant une unité de contrôle moteur (MCT) agencée pour contrôler le moteur (MOT) de façon à provoquer la condition de richesse suite à une requête de diagnostic (RQ) de la capacité de dépollution du catalyseur (CAT).
8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, le système comprenant une sonde (OS2) pour mesurer une concentration d'oxygène dans les gaz d'échappement dépollués (EF) sortant du catalyseur (CAT), ladite sonde (OS2) étant utilisée en tant que sonde pour mesurer la concentration d'hydrogène.
9. Véhicule comprenant un système (EST) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
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