FR2910052A1 - Procede de diagnostic d'un catalyseur. - Google Patents
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Abstract
Procédé de diagnostic du catalyseur d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (1) comprenant en aval d'un catalyseur (70), une sonde à gaz d'échappement (80) reliée à une installation de commande (90). Pour déterminer les propriétés de conversion du catalyseur (70) on prédéfinit de manière ciblée une valeur du coefficient lambda en amont du catalyseur (70) à l'aide d'une variation de coefficient lambda, et à l'aide de la sonde de gaz d'échappement (80) on détermine la valeur du coefficient lambda en aval du catalyseur (70). Après compensation avec un coefficient lambda prédéfini, on commande préalablement un mélange plus riche avec un coefficient lambda tel que lambda < 1, et en fonction des propriétés de conversion du catalyseur (70), on exploite une variation globale du signal de la sonde de gaz d'échappement (80) dans une installation de diagnostic (100).
Description
1 Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de
diagnostic du catalyseur d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant une sonde à gaz d'échappement dans l'installation de nettoyage des gaz d'échappement en aval d'un catalyseur, cette sonde étant reliée à une installation de commande, selon lequel pour déterminer les propriétés de conversion du catalyseur on prédéfinit de manière ciblée une valeur du coefficient lambda en amont du catalyseur à l'aide d'une variation de coefficient lambda, et à l'aide de la sonde de gaz d'échappement on détermine la valeur du coefficient lambda en aval du catalyseur. Etat de la technique La capacité d'accumulation de l'oxygène dans une installation de nettoyage des gaz d'échappement est utilisée pour prendre de l'oxygène dans les phases de mélange pauvre et de le restituer dans les phases de mélange riche. Pour cela, on peut convertir les composants de gaz nocifs à oxyder contenus dans les gaz d'échappement. A mesure du vieillissement de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement, la capacité d'accumulation d'oxygène (OSC) selon la terminologie an- glaise) diminue. Ainsi, au cours des phases de mélange riche on ne dis-pose plus de suffisamment d'oxygène pour nettoyer les gaz d'échappement de leurs composants nocifs et la sonde lambda détecte ces composants à oxyder en aval de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. En outre, cette sonde lambda détecte, lors de phases maigres prolongées, l'oxygène qui ne peut plus être accumulé par l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. Pour évaluer la qualité d'un catalyseur à trois voies (catalyseur TWC selon la terminologie anglaise) par un diagnostic embarqué (OBD) ou par exemple pour déterminer des paramètres de régulation, on utilise actuellement la capacité d'accumulation d'oxygène d'un catalyseur. Dans de nombreux pays, la réglementation prescrit un tel contrôle de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement pendant le déplacement, à l'aide de la commande du moteur. Un diagnostic actif du catalyseur a ainsi pour but de déceler un abaissement inaccep- table de la conversion entraînant une augmentation inacceptable des 2910052 2 gaz d'échappement et par exemple d'indiquer cette situation par un voyant de contrôle MIL (voyant indicateur de mauvais fonctionnement). Un procédé de diagnostic connu consiste à déterminer la capacité d'accumulation d'oxygène de l'installation de nettoyage des gaz 5 d'échappement en déterminant et en intégrant le flux d'oxygène à l'entrée d'un catalyseur, connaissant le coefficient lambda, en partant d'un catalyseur vide. On intègre jusqu'à ce que la sonde lambda installée en aval du catalyseur, par exemple une sonde à variation rapide, change brusquement son signal. La valeur obtenue par intégration cor- 10 respond à la capacité d'accumulation d'oxygène. Le document DE 41 12 478 C2 décrit un procédé pour évaluer l'état de vieillissement d'un catalyseur selon lequel on mesure les coefficients lambda en amont et en aval du catalyseur. On examine si pour une oscillation de régulation en amont du catalyseur passant 15 d'un mélange riche à un mélange pauvre ou inversement, le coefficient lambda présente une transition correspondante en aval du catalyseur et alors si cela est le cas, on détermine le débit massique de gaz traversant le catalyseur ; on calcule l'intégrale en fonction du temps du produit du débit massique des gaz et du coefficient lambda en amont du catalyseur 20 et aussi l'intégrale en fonction du temps du produit du débit massique des gaz et du coefficient lambda en aval du catalyseur, pour utiliser comme mesure de l'état du vieillissement du catalyseur soit la différence entre les deux intégrales ou le quotient des deux intégrales, soit le quotient de la différence divisé par l'une des deux intégrales.
25 L'inconvénient du procédé décrit est d'avoir à mesurer le coefficient lambda en amont de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement avec une sonde lambda à bande large, coûteuse, pour déterminer par l'intégration du produit du coefficient lambda actuel et du débit massique des gaz, la quantité d'oxygène introduite ou prélevée.
30 Un autre procédé de détermination de la capacité d'accumulation d'oxygène d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement est décrit dans le document EP 0546 318 B1. Le système reçoit une courbe du coefficient lambda dont le manque d'oxygène au début est supérieur à la capacité d'accumulation d'oxygène du cata- 35 lyseur. L'apport d'oxygène est choisi pour que dans les phases maigres, 2910052 3 le catalyseur soit chaque fois rempli jusqu'à sa limite de capacité. Pour déterminer la capacité d'accumulation de l'oxygène par le catalyseur, on décale le coefficient lambda moyen en amont du catalyseur au cours des oscillations du coefficient lambda du système, de manière ciblée en 5 direction du mélange pauvre, ce qui diminue le prélèvement d'oxygène d'une phase à l'autre. En déterminant le nombre de passages riche/pauvre indiqué par la sonde lambda installée derrière le catalyseur, on peut déterminer la capacité d'accumulation d'oxygène ; un grand nombre de phases est synonyme de capacités d'accumulation réduites.
10 L'inconvénient de ce procédé est qu'au cours des phases pauvres, les gaz d'échappement non nettoyés sont évacués. Un autre procédé prévoit de prédéfinir une variation brusque entre ? < 1 et ? > 1. Dans cette commande préalable on peut rencontrer des défauts provenant par exemple de la dispersion des in- 15 jecteurs ou de défauts dans la saisie de la dose. Ces défauts du coefficient lambda conduisent également à des défauts dans la détermination de la capacité d'accumulation d'oxygène. Selon le document DE 102004063080 Al, on connaît un diagnostic de catalyseur comprenant les étapes suivantes : 20 - formation de la valeur prévisible d'un signal d'une sonde de gaz d'échappement en aval du catalyseur à partir de grandeurs mesurées en amont du catalyseur, - saisie d'une valeur réelle du signal, - comparaison de la valeur prévisible à la valeur réelle et évaluation de 25 l'aptitude au fonctionnement du catalyseur en se fondant sur cette comparaison selon laquelle on vérifie si les amplitudes de la valeur réelle se situent à l'extérieur ou dans les zones marginales intérieures d'une plage prédéfinie. Si les amplitudes du signal se situent à l'extérieur de la plage prédéfinie, on forme la valeur prévisible d'après 30 une première prescription. Si alors les amplitudes du signal se si-tuent dans les plages marginales de la plage prédéfinie, on forme la valeur prévisible selon la première prescription et on effectue une intervention complémentaire diminuant les écarts entre la valeur pré-visible et une valeur moyenne. En plus, ce document décrit un 35 appareil de commande de diagnostic d'un catalyseur.
2910052 4 L'inconvénient du procédé utilisé jusqu'à présent est d'évaluer les propriétés de conversion du catalyseur à partir de la valeur d'accumulation d'oxygène. Une évaluation des propriétés de conversion du catalyseur n'est pas possible à partir de la composition de l'émission 5 en aval du catalyseur, associée directement au catalyseur. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro-cédé permettant de juger les propriétés de conversion du catalyseur à l'aide de la composition de l'émission en aval du catalyseur pour io l'associer directement au catalyseur. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'après compensation avec un coefficient lambda prédéfini on commande préalablement un mélange plus riche 15 avec un coefficient lambda tel que 2 < 1 et, en fonction des propriétés de conversion du catalyseur, on exploite une variation globale du signal de la sonde de gaz d'échappement en aval du catalyseur dans une installation de diagnostic. Ce procédé permet de juger directement le degré de 20 conversion du catalyseur à partir de la composition associée de l'émission en aval du catalyseur. Le diagnostic ne se fonde plus sur une corrélation mais sur une causalité. Selon une variante préférentielle du procédé, pour l'exploitation de la variation globale on analyse une variation statique 25 et/ ou dynamique du signal de la sonde de gaz d'échappement. De manière avantageuse, on utilise le fait qu'à cause de la composition dynamique et aussi statique de l'émission, qui est influencée principalement par la réaction de conversion catalytique du gaz à l'eau, le rapport H2/CO qui dépend de la qualité du catalyseur, varie.
30 Comme la sonde de gaz d'échappement réagit avec une sensibilité différente vis-à-vis de H2 et de CO, on peut, à l'aide de la courbe du signal de sonde, déterminer la qualité du catalyseur. Selon une variante préférentielle du procédé, en cas de variation dynamique du signal de sonde, on exploite un comportement 2910052 5 en sur-oscillation dépendant des propriétés de conversion du catalyseur. Selon une autre variante, en cas d'une variation dynamique du signal de sonde, on exploite une temporisation dépendant des 5 propriétés de conversion du catalyseur. Une variante particulièrement avantageuse du procédé est caractérisée en ce que comme sonde de gaz d'échappement on utilise une sonde à variation brusque qui présente une tension de sonde de l'ordre de 550 mV < US < 650 mV pour la valeur de X = 1. A ce point, lo derrière les catalyseurs concernés on aura une composition de l'émission qui n'influence pas de manière significative la sensibilité de la sonde de gaz d'échappement, de sorte qu'à ce point on peut supposer une compensation stable du coefficient lambda. Si après la compensation, on effectue une commande 15 préalable avec un coefficient lambda prédéfini pour avoir un mélange plus riche dont le coefficient lambda se situe dans la plage de 0,900 < X < 0,998, on aura, en aval du catalyseur, la composition dynamique et aussi statique déjà décrites ci-dessus pour les émissions suivant la qualité du comportement de conversion du catalyseur on au- 20 ra une évolution différente du signal de sonde. Cela permet d'utiliser le décalage défini du coefficient lambda en amont du catalyseur par la sonde de gaz d'échappement en aval du catalyseur pour déterminer la qualité du catalyseur. Une autre variante préférentielle du procédé est caracté- 25 risée en ce que la variation totale du signal de la sonde s'exploite égale-ment à des fins d'adaptation, par exemple pour adapter le paramètre de régulation et optimiser la régulation en aval du catalyseur. Dans les variantes de procédé décrites ci-dessus, la variation totale du signal de sonde peut se comparer à un modèle de cataly- 30 seur ou à une valeur de banc d'essai. Cela permet de tenir compte par exemple également d'effets dépendant de la charge et/ou de la température pour l'exploitation, effets qui influenceraient par ailleurs de manière négative l'évaluation des propriétés de conversion.
2910052 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : 5 - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion in- terne, et la figure 2 montre le chronogramme du signal de la sonde ainsi que la variation du coefficient lambda. Description de modes de réalisation de l'invention 10 La figure 1 montre à titre d'exemple l'environnement technique dans lequel s'inscrit le procédé de l'invention. A la figure 1, on a représente un moteur à combustion interne 1 composé d'un bloc moteur 40 et d'une tubulure d'admission d'air 10 alimentant le bloc moteur 40 avec de l'air comburant. La quantité d'air dans la tubulure 15 d'admission 10 est définie par une installation de dosage d'air 20. Les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 2 sont évacués à travers une installation de nettoyage des gaz d'échappement dont le composant principal est le canal des gaz d'échappement 50. Dans ce canal, et selon le sens de circulation des gaz d'échappement, on a une 20 première sonde de gaz d'échappement 60 en amont d'un catalyseur 70 et une seconde sonde de gaz d'échappement 80 en aval du catalyseur 70. Les sondes de gaz d'échappement 60, 80 sont reliées à une installation de commande 90 ; celle-ci, partant des données des 25 sondes de gaz d'échappement 60, 80 et des données d'installation de dosage d'air 20, calcule le mélange et commande une installation de do-sage de carburant 30 pour doser le carburant. Une installation de diagnostic 100 est couplée à l'installation de commande 90 ou est intégrée dans celle-ci ; cette installation de diagnostic permet d'exploiter les si- 30 gnaux des sondes de gaz d'échappement 60, 80. Le diagnostic peut en outre être relié à une unité d'affichage et de mémoire non représentée ici. La sonde de gaz d'échappement 60, installée le cas échéant en plus dans le canal des gaz d'échappement 50, en aval du 35 bloc moteur 40, permet de régler un coefficient lambda à l'aide de 6 2910052 7 l'installation de commande 90 ; ce coefficient lambda est celui qui convient à l'installation de nettoyage des gaz d'échappement pour arriver à l'effet de nettoyage optimum. La seconde sonde de gaz d'échappement 80 installée dans le canal des gaz d'échappement 50 en 5 aval du catalyseur 70 peut également être exploitée dans l'installation de commande 90 et elle sert dans un procédé selon l'état de la technique, à déterminer la capacité d'accumulation d'oxygène de l'installation de nettoyage des gaz d'échappement. La figure 2 décrit le procédé de l'invention. On a représenté la courbe d'une variation du coefficient lambda 120 en fonction du temps 130 (partie inférieure de la figure 2) ainsi que le chrono-gramme de la tension de sonde 111 (Us) comme signal 110 de la sonde de gaz d'échappement 80 en aval du catalyseur 70 (partie supérieure de la figure 2).
15 Le procédé prévoit pour le diagnostic du catalyseur avec l'installation de commande 90, de déterminer les propriétés de conversion du catalyseur 70 de manière ciblée à l'aide de la variation de lamb- da 120 d'un coefficient lambda 121 en amont du catalyseur 70 et en définissant à l'aide de la sonde de gaz d'échappement 80 le coefficient 20 lambda en aval du catalyseur 70 ; le catalyseur 70 après équilibrage avec la valeur du coefficient lambda prédéfinie 121 tel que X = 1, on aura un mélange riche à commande préalable pour le coefficient lamb- da 121 tel que < 1 ; en fonction des propriétés de conversion du catalyseur 70, on exploite la variation totale 140 du signal 110 de la 25 sonde de gaz d'échappement 80 dans l'installation de diagnostic 100. Le chronogramme de la variation totale 140 du signal de sonde 110 peut se composer dans l'exemple représenté, d'une variation statique et d'une variation dynamique 141, 142 que l'on exploite de façon correspondante.
30 La variation dynamique 142 du signal de sonde 110 peut avoir un comportement de sur-oscillation dépendant des propriétés de conversion du catalyseur 70 et dont l'amplitude sera exploitée. De même, la variation dynamique 142 peut également présenter une temporisation (At) dépendant des propriétés de conversion du cataly- 35 seur 70. Les deux effets peuvent être exploités séparément ou en 2910052 8 combinaison. Dans le cas de la variation statique 141, le procédé pré- voit de déterminer la différence de niveau de la tension de sonde 111 (DUS) à l'état stabilisé après la variation lambda 120. On peut ex- ploiter séparément ou en combinaison les variations dynamiques 142 et 5 aussi la variation statique. Dans l'exemple présenté, la sonde de gaz d'échappement 80 est une sonde LSF qui présente une tension de sonde 111 dans la plage de 550 mV < US < 650 mV et de façon caractéristique égale à 600 mV pour une valeur du coefficient lambda telle que io 2,, = 1. Si l'on applique au catalyseur 70, après équilibrage du coefficient lambda 121, un mélange riche correspondant à la plage 0,900 < < 0,998 et de façon caractéristique pour la valeur X = 0,995, en aval du catalyseur 70 on aura une composition de l'émission qui sera à la fois dynamique et statique. Ce comportement est principalement 15 influencé par la réaction de décalage du gaz à l'eau, cette réaction de conversion catalytique du gaz à l'eau décrivant les réactions d'équilibre et leur décalage lors de la réaction : CO+H204--3CO2+H2 20 cette formule est bien connue de la littérature. En fonction de la qualité du catalyseur 70, le rapport entre H2 et CO varie. Comme les sondes LSF réagissent avec une dynamique et une sensibilité différentes vis-à-vis de H2 et de CO, on en déduit les variations dynamiques et/ou stati- 25 ques différentes 142, 141 pour le signal de sonde 110 ou la tension de sonde 111 (Us) comme cela apparaît à la figure 2. Selon une variante du procédé, la variation globale 140 du signal de sonde 110 est exploitée à côté de l'évaluation de la qualité de conversion du catalyseur 70, également à des fins d'adaptation. La 30 variation totale 140 du signal de sonde 110 peut être comparée d'une part à un modèle de catalyseur et, d'autre part, à une valeur applicable. Les variantes de procédé telles que décrites permettent de juger directement la propriété de conversion du catalyseur à l'aide de la composition associée des émissions après le catalyseur, pour reconnaî- 2910052 9 tre suffisamment à temps ou le cas échéant afficher un dépassement des valeurs limites d'émission par un diagnostic embarqué (OBD). 5
Claims (5)
1 ) Procédé de diagnostic du catalyseur d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (1) comprenant une sonde à gaz d'échappement (80) dans l'installation de net- toyage des gaz d'échappement en aval d'un catalyseur (70), cette sonde étant reliée à une installation de commande (90), et selon lequel pour déterminer les propriétés de conversion du catalyseur (70) on prédéfinit de manière ciblée une valeur du coefficient lambda (121) en amont du catalyseur (70) à l'aide d'une variation de coefficient lambda (120), et à l'aide de la sonde de gaz d'échappement (80) on détermine la valeur du coefficient lambda en aval du catalyseur (70), caractérisé en ce qu' après compensation avec un coefficient lambda prédéfini (121) on commande préalablement un mélange plus riche avec un coefficient lamb- da (121) tel que ? < 1 et, en fonction des propriétés de conversion du catalyseur (70) on exploite une variation globale (140), du signal (110) de la sonde de gaz d'échappement (80) en aval du catalyseur (70) dans une installation de diagnostic (100).
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour l'exploitation de la variation globale (140) on analyse une variation statique et/ou dynamique (141, 142) du signal (110) de la sonde de gaz d'échappement (80).
3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la variation statique et/ ou dynamique (141, 142) du signal (110) de la sonde des gaz d'échappement (80) est influencée par une réaction de 30 conversion catalytique du gaz à l'eau.
4 ) Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que 2910052 dans le cas d'une variation dynamique (142) du signal de sonde (110), on exploite le comportement de sur-oscillation dépendant des propriétés de conversion du catalyseur (70).
5 5 ) Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que dans le cas d'une variation dynamique (142) du signal de sonde (110), on exploite une temporisation dépendant des propriétés de conversion du catalyseur (70). 10 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme sonde de gaz d'échappement (80) on utilise une sonde à variation brusque qui présente une tension de sonde (111) dans une plage 15 de 550 mV < Us < 650 mV pour un coefficient lambda (121) tel que X= 1. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 20 après la compensation avec une valeur lambda prédéfinie lambda (121) telle que X = 1, on commande préalablement un mélange riche avec un coefficient lambda (121) compris dans la plage 0,900 < < 0,998. 8 ) Procédé selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce qu' on exploite la variation globale (140) du signal de sonde (110) à des fins d'adaptation. 9 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on compare la variation totale (140) du signal de sonde (110) à un modèle de catalyseur ou à une valeur de banc d'essai.
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