FR2914693A1 - Procede et dispositif de diagnostic du fonctionnement d'un organe de traitement d'effluents gazeux - Google Patents
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Abstract
Selon ce procédé de diagnostic du fonctionnement d'un organe (25) de traitement d'effluents gazeux pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, on excite l'organe de traitement par injection de carburant et on surveille l'élévation de température de sortie de l'organe (25) de traitement résultant de ladite excitation. En outre, on calcule la température de sortie d'un modèle d'organe de traitement dépourvu d'activité catalytique et l'on compare la température de sortie calculée avec une valeur mesurée de la température de sortie de l'organe de traitement, on élabore un critère de test à partir du résultat de ladite comparaison et l'on compare le critère de test avec une valeur de seuil traduisant une baisse de performance de l'organe de traitement.
Description
B06-5395FR - ODE/EVH Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s.
Procédé et dispositif de diagnostic du fonctionnement d'un organe de traitement d'effluents gazeux Invention de : Laurent LEPRIEUR Nicolas THOUVENEL Nicolas FABRE Nicolas BERTHELOT
Procédé et dispositif de diagnostic du fonctionnement d'un organe de traitement d'effluents gazeux La présente invention concerne le contrôle de l'état de fonctionnement d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile et, en particulier, la détection du vieillissement de l'organe de traitement d'effluents gazeux dont est pourvue la ligne d'échappement. Plus particulièrement, l'invention concerne la détection du vieillissement (thermique) d'un convertisseur catalytique disposé dans la ligne d'échappement du moteur afin d'oxyder les molécules réductrices que sont le monoxyde de carbone CO et les hydrocarbures imbrûlés HC avant de les évacuer vers l'atmosphère. En effet, le vieillissement (thermique) progressif d'un tel convertisseur conduit à l'augmentation des émissions polluantes. En outre, lorsque le convertisseur catalytique est disposé en aval d'un filtre à particules, il apporte une aide à la régénération du filtre de sorte qu'un convertisseur fortement dégradé peut conduire à l'impossibilité de régénérer le filtre à particules.
Dans l'état de la technique, le contrôle du vieillissement ou, de manière générale, le contrôle du bon fonctionnement de la phase catalytique d'une ligne d'échappement est basé sur l'augmentation de la température générée par l'activité catalytique de l'organe à diagnostiquer suite à une excitation forcée de la phase catalytique par une augmentation maîtrisée de la concentration de réducteurs en amont de la phase catalytique engendrée par une injection de carburant en amont du catalyseur. On pourra à cet égard se référer aux documents EP-A-1 174 601 et FR-A-2 833 994.
Le but de l'invention est de fournir une amélioration aux procédés et aux dispositifs de diagnostic connus permettant, en particulier, de s'affranchir des différences de comportements thermiques d'un organe de traitement à l'autre et des divers capteurs de température utilisés pour mesurer la température en entrée et en sortie de l'organe de traitement, et, en particulier, de tenir compte de dérives de comportements des organes de traitement susceptibles d'influer sur le niveau thermique en sortie du moteur.
L'invention a donc pour objet, selon un premier aspect, un procédé de diagnostic du fonctionnement d'un organe de traitement d'effluents gazeux pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, dans lequel on excite l'organe de traitement par injection de carburant et l'on surveille l'élévation de température de sortie de l'organe de traitement résultant de ladite excitation. En outre, on calcule la température de sortie d'un modèle d'organe de traitement dépourvu d'activité catalytique et l'on compare la température de sortie calculée avec une valeur mesurée de la température de l'organe de traitement, on élabore un critère de test à partir du résultat de ladite comparaison, et l'on compare le critère de test avec une valeur de seuil traduisant une baisse de performance de l'organe de traitement. Selon une autre caractéristique du procédé selon l'invention, la quantité de carburant injecté est maintenue constante lors de l'excitation. Dans un mode de mise en oeuvre, la quantité de carburant injectée est calculée en fonction du régime du moteur. Cette quantité peut en outre être calculée en fonction d'une quantité de gaz d'échappement recirculés.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la température de sortie dudit modèle est estimée à partir de la température d'entrée de l'organe de traitement et du débit massique de gaz d'échappement. Par exemple, le calcul de la température de sortie dudit modèle, la mesure de la température de sortie de l'organe de traitement et la comparaison des valeurs calculée et mesurée sont mis en oeuvre, d'une part, lors d'une première phase, réalisée avant une phase de test et, d'autre part, au cours d'une deuxième phase effectuée lors d'une phase d'injection de carburant.
On peut alors calculer la valeur moyenne du résultat des comparaisons effectuées lors des première et deuxième phases. Le critère de test est ainsi par exemple élaboré par calcul de la différence entre les valeurs moyennes du résultat desdites comparaisons. Selon encore une autre caractéristique du procédé selon l'invention, préalablement à la comparaison du critère de test, on contrôle que la température de sortie du catalyseur est comprise entre des valeurs minimale et maximale autorisées.
L'invention a également pour objet, selon un deuxième aspect, un dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un organe de traitement d'effluents gazeux pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant des moyens pour injecter du carburant en amont de l'organe de traitement et des moyens pour surveiller l'élévation résultante de la température de sortie de l'organe de traitement, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur comprenant un modèle d'organe de traitement dépourvu d'activité catalytique, des moyens de calcul de la température de sortie dudit modèle et de comparaison de la température calculée avec une valeur mesurée de la température de sortie dudit organe de traitement, et des moyens de comparaison d'un critère élaboré à partir du résultat de ladite comparaison avec une valeur de seuil traduisant une baisse de performance. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'une ligne d'échappement pourvue d'un convertisseur catalytique associé à un dispositif de diagnostic conforme à l'invention ; - la figure 2 est un organigramme illustrant l'architecture du dispositif de diagnostic selon l'invention ; - la figure 3 est un organigramme illustrant les principales phases du procédé de diagnostic selon l'invention ; - la figure 4 montre des courbes illustrant la zone de fonctionnement du diagnostic ; et - la figure 5 illustre des résultats obtenus respectivement sur des pièces en bon état et en mauvais état de fonctionnement. Sur la figure 1, on a représenté, de manière schématique, la structure générale d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, désigné par la référence numérique générale 10.
Dans l'exemple de réalisation considéré, le moteur 10 est pourvu de quatre cylindres 12 en ligne. Les cylindres 12 sont alimentés en air par l'intermédiaire d'un répartiteur d'admission 14, lui-même alimenté par une conduite 16 pourvue d'un filtre à air (non représenté) et d'un turbocompresseur 18 de suralimentation du moteur en air. Un collecteur d'échappement 20 récupère les gaz d'échappement issus de la combustion et évacue ces derniers vers l'extérieur, en passant par le turbocompresseur 18, et par une ligne d'échappement 22.
Un circuit de recirculation des gaz d'échappement, comprenant une partie du circuit d'alimentation du moteur et une partie du circuit d'échappement, récupère une partie des gaz d'échappement et les réinjecte dans le répartiteur d'admission 14, de manière à limiter la quantité d'oxydes d'azote produits par la combustion tout en évitant la formation de fumée dans les gaz d'échappement. Comme on le voit sur cette figure 1, le circuit de recirculation comporte essentiellement une soupape de réglage de flux de gaz d'échappement recirculés, désignée par la référence numérique générale 24.
En ce qui concerne la ligne d'échappement 22, celle-ci comporte un filtre à particules (non représenté) ainsi qu'un convertisseur catalytique 25 assurant essentiellement une oxydation des molécules réductrices que sont le monoxyde de carbone CO et les hydrocarbures imbrûlés HC.
Le convertisseur catalytique 25 est constitué par un élément de type classique, à la portée d'un homme du métier. I1 ne sera donc pas décrit en détail par la suite. On notera néanmoins qu'il possède une structure monolithique et est pourvu de canaux imprégnés d'une phase catalytique, telle qu'un métal précieux, et présentant une grande surface de contact avec les gaz d'échappement. On notera également que le monolithe entrant dans la constitution du convertisseur catalytique 25 peut être intégré au filtre à particules ou à un piège à NOx, afin de réaliser un couplage entre le post-traitement des gaz d'échappement par oxydation du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés au post-traitement des particules et des NOx. Enfin, le moteur 10 est associé à un calculateur embarqué 26, assurant essentiellement le contrôle du fonctionnement du moteur 10, notamment le réglage de ses paramètres de fonctionnement, ainsi que le contrôle du fonctionnement du convertisseur catalytique 24. I1 est pour cela raccordé à un ensemble de capteurs, tels que 26a capable de mesurer divers paramètres de fonctionnement, tels que le débit d'air frais, la température de l'air admis dans le répartiteur 14, ... Plus particulièrement, le calculateur 26 effectue, conformément à une caractéristique de l'invention, un diagnostic de l'état de fonctionnement du convertisseur 25 afin de détecter un vieillissement trop important de ce dernier qui pourrait se traduire par une augmentation des émissions polluantes, voire une impossibilité de régénérer le filtre à particules. Pour permettre la mise en oeuvre de ce diagnostic, la ligne d'échappement 22 est pourvue de capteurs de température 27 et 28 assurant la mesure de la température en amont et en aval du convertisseur 25, respectivement. En outre, la ligne d'échappement est pourvue d'un injecteur de carburant 29 ou, en variante, un vaporisateur, permettant d'injecter du carburant en amont du convertisseur 25, lors d'une phase de test.
On notera cependant qu'il serait également possible, en variante, d'exciter le convertisseur 25 en procédant à des post-injections de carburant, c'est-à-dire à des phases d'injection ne créant pas de couple supplémentaire.
Toutefois, l'utilisation d'un injecteur intégré à la ligne d'échappement est avantageuse dans la mesure où elle permet d'éviter toute dilution due au diagnostic étant donné que l'injection supplémentaire se fait en dehors des cylindres. En outre, on constate un gain en consommation puisque l'intégralité des hydrocarbures vaporisés par l'injecteur passent dans l'organe à diagnostiquer, contrairement à la solution selon laquelle on procède à des post-injections de carburant, dans laquelle seule une partie des hydrocarbures post-injectés est utilisée pour exciter la phase catalytique, l'autre partie des hydrocarbures étant recirculée et brûlée au cours d'une combustion suivante. Le contrôle du vieillissement du convertisseur catalytique 25 est donc basé sur l'excitation du convertisseur par injection de carburant et sur une mesure des températures en amont et en aval du convertisseur pour contrôler l'activité catalytique du convertisseur suite à cette excitation, se traduisant par une augmentation de la température. Les capteurs de température utilisés pour mesurer la température en amont et en aval du convertisseur sont par exemple des capteurs de type thermistance. Le capteur de température amont 27 est de préférence disposé dans le flux gazeux. En ce qui concerne le capteur aval 28, celui-ci est de préférence disposé dans le flux gazeux le plus proche possible de la sortie du convertisseur 25, afin de réduire au maximum l'inertie thermique de l'ensemble et réduire ainsi le temps de réponse et augmenter la valeur de la température mesurée. Le contrôle du vieillissement du convertisseur catalytique 25 met en oeuvre deux phases de mesure effectuée l'une avant le test et l'autre au cours du test proprement dit, c'est-à-dire lors de l'injection de carburant.
Toutefois, au préalable, il est procédé à un contrôle de conditions préalables avant de lancer la séquence de post-injection de carburant. On contrôle tout d'abord le point de fonctionnement du moteur afin de garantir une certaine stabilité de l'information liée aux températures et une répétabilité du diagnostic. Pour ce faire, on contrôle par exemple le régime du moteur et la demande de couple du conducteur ainsi que la quantité de carburant injecté. On contrôle, de même, comme cela sera décrit en détail par la suite, que les températures aux bornes du convertisseur catalytique se situent à l'intérieur d'une plage de températures prédéterminée. On contrôle, par exemple, que la température du convertisseur est supérieure à la température d'amorçage d'un convertisseur dégradé. En outre, la température du convertisseur doit être inférieure à une température maximale correspondant à une température à laquelle un convertisseur vieilli se comporte comme un convertisseur neuf amorcé. Ainsi, en référence à la figure 4 sur laquelle on a représenté des courbes de conversion pour un convertisseur de bonne qualité (courbe A) et pour un convertisseur défectueux (courbe B), la zone de diagnostic se situe entre les courbes A et B. Par ailleurs, la quantité de carburant injecté tardivement doit être suffisante pour permettre de bien distinguer un convertisseur qui convertit efficacement les effluents gazeux d'un convertisseur dégradé.
Toutefois, cette quantité de carburant injecté ne doit pas être trop importante afin de ne pas inhiber les réactions de conversion catalytique par empoisonnement de la phase catalytique dû à une trop forte concentration d'hydrocarbures en amont du convertisseur. Enfin, si le convertisseur a la capacité de stocker des hydrocarbures à froid, il faut avant tout s'assurer que ceux-ci ont été relargués. Dans le cas contraire, la maîtrise de la quantité d'hydrocarbures participant à la réaction serait compromise et, dès lors, il existerait un risque que le diagnostic décrète un convertisseur de bonne qualité alors qu'il s'agit d'un convertisseur dégradé. Cette dernière condition peut être contrôlée en comparant la température en entrée et/ou en sortie du convertisseur avec des valeurs de seuil prédéterminées. En se référant à la figure 2, la contrôle du vieillissement du convertisseur 25 est basé sur l'utilisation d'un modèle 30 de convertisseur inerte, c'est-à-dire dépourvu d'activité catalytique, pour déterminer la température de sortie d'un tel modèle afin de connaître ainsi l'activité catalytique du convertisseur 25 par comparaison de la température de sortie mesurée avec la température de sortie du modèle.
Cette comparaison est effectuée, d'une part, avant la phase de test et, d'autre part, au cours du test proprement dit. Le modèle 30 reçoit, en entrée, la température Tmes délivrée par le capteur 27 ainsi qu'une valeur de débit massique d'échappement Qmech.
Au sein du modèle 30, la température mesurée TmeS est filtrée par un filtre du premier ordre dont la constante de temps est proportionnelle à la capacité calorifique du catalyseur, et inversement proportionnelle au produit de la chaleur spécifique à pression constante des gaz d'échappement par le débit massique des gaz Qmech.
Comme illustré à la figure 2, la température de sortie modélisée d'un filtre dépourvu d'activité catalytique est comparée à la température de sortie mesurée par le capteur 28 TmeS. On notera qu'une erreur de modélisation est incluse dans le résultat du calcul de cette différence de même qu'une activité catalytique nominale résultant de la conversion des polluants issus de la combustion en mode de fonctionnement normal. Afin de distinguer clairement l'activité catalytique consécutive à la post-injection tardive, de celle résultante de la conversion normale des polluants, la différence entre la température de sortie modélisée et la température de sortie est moyennée sur une durée de test. De même, au cours du test, c'est-à-dire au cours de l'injection de carburant, on procède à un calcul de la différence entre la température de sortie modélisée et la température de sortie mesurée.
On procède de même à un calcul de la valeur moyenne de la différence ainsi calculée. En d'autres termes, comme visible sur la figure 2, on utilise un premier intégrateur 31 qui assure le calcul de la valeur moyenne de l'activité catalytique résiduelle avant la phase de test et un deuxième intégrateur 32 qui effectue le calcul de la valeur moyenne de l'activité catalytique résiduelle au cours de la phase de test. On élabore ensuite un critère de diagnostic C par calcul de la différence entre les valeurs issues des deux intégrateurs 31 et 32.
En d'autres termes, le calcul mis en oeuvre pour élaborer le critère de diagnostic C correspond à la relation suivante :
J(Tmodavtest ûTmesavtest) û J(Tmod ûTmes) (1) durée du test durée du test Cette méthode de calcul de l'activité catalytique permet de s'affranchir des diverses dispersions qui peuvent intervenir sur le comportement thermique en sortie de différents groupes motopropulseurs, ainsi que des dispersions qui apparaissent au sein des capteurs de température.
La valeur du critère est ensuite comparée à une valeur de seuil qui dépend des conditions de fonctionnement du convertisseur catalytique, c'est-à-dire de la température interne, du débit d'hydrocarbures, et de la vitesse volumique horaire des gaz. Le résultat de cette comparaison est stocké dans la mémoire du calculateur et peut, le cas échéant, servir à avertir le conducteur d'un dysfonctionnement de son organe de purification des gaz. On va maintenant décrire en référence à la figure 3 les principales étapes du procédé de diagnostic selon l'invention. Après émission d'une requête de diagnostic (étape 34), le calculateur vérifie que les conditions de diagnostic précédemment évoquées sont satisfaites.
Si tel est le cas, un compteur de temps est initialisé (étape 36) puis est décompté (étape 37). S'il est détecté, au cours de l'étape 38 suivante, que la valeur du compteur est égale à zéro, traduisant que les conditions du diagnostic sont satisfaites pendant une durée correspondant à la durée d'initialisation du compteur, on procède à une activation de la post-injection pendant une durée calibrée (étape 39). On notera que le débit massique d'hydrocarbures injectés est maintenu constant en amont du catalyseur 25 durant toute la durée de la post-injection. Par exemple, la quantité injectée Qposc1ni est modulée en fonction du régime moteur 1avrg et, le cas échéant, du taux de recirculation des gaz d'échappement 2EGR. Ainsi, la quantité d'hydrocarbures injectés peut être déterminée par la relation suivante : cte (1 ùtiEGR )X' 1Avrg
Lors des phases suivantes, on effectue, en parallèle, le calcul du critère de diagnostic C (étape 40), on vérifie si l'on rencontre un certain nombre de critères d'arrêt du test (étape 41) et l'on vérifie que la température du catalyseur se situe à l'intérieur d'un intervalle de température prédéterminée correspondant, notamment, à la zone de diagnostic illustrée à la figure 4 (étape 42). Si tel n'est pas le cas, il est décidé que le test a échoué (étape 43).
Par contre, si la température du catalyseur se situe à l'intérieur de l'intervalle de températures, on procède à la comparaison du critère C avec une valeur de seuil prédéterminée qui, comme indiquée précédemment, dépend des conditions de fonctionnement du convertisseur (étape 44).
On considère alors que le catalyseur n'est pas dégradé si l'activité catalytique du catalyseur est supérieure au seuil (étape 45). Dans le cas contraire, on considère que le catalyseur est dégradé (étape 46). (2) En se référant enfin à la figure 5, il est alors possible d'effectuer une discrimination claire entre des catalyseurs de mauvaise qualité et des catalyseurs non dégradés.
Claims (10)
1. Procédé de diagnostic du fonctionnement d'un organe (25) de traitement d'effluents gazeux pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, dans lequel on excite l'organe de traitement par injection de carburant et on surveille l'élévation de température de sortie de l'organe (25) de traitement résultant de ladite excitation, caractérisé en ce que l'on calcule la température de sortie d'un modèle d'organe de traitement dépourvu d'activité catalytique et l'on compare la température de sortie calculée avec une valeur mesurée de la température de sortie de l'organe de traitement, on élabore un critère de test à partir du résultat de ladite comparaison et l'on compare le critère de test avec une valeur de seuil traduisant une baisse de performance de l'organe de traitement.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de carburant injectée est maintenue constante lors de l'excitation.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la quantité de carburant injectée est calculée en fonction du régime du moteur.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la quantité de carburant injectée est calculée en outre en fonction d'une quantité de gaz d'échappement recirculés.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la température de sortie dudit modèle est estimée à partir de la température d'entrée de l'organe de traitement et du débit massique de gaz d'échappement.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le calcul de la température de sortie dudit modèle, la mesure de la température de sortie de l'organe de traitement et la comparaison des valeurs calculée et mesurée sont mis en oeuvre, d'une part, lors d'une première phase réalisée avant une phase de test puis, d'autre part, au cours d'une deuxième phase effectuée lors d'une phase d'injection de carburant.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on calcule la valeur moyenne du résultat des comparaisons effectuées lors des première et deuxième phases.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le critère de test est élaboré par calcul de la différence entre la valeur moyenne des résultats desdites comparaisons.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que préalablement à la comparaison du critère de test, on contrôle que la température de sortie du catalyseur est comprise entre des valeurs minimale et maximale autorisées.
10. Dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un organe (25) de traitement d'effluents gazeux pour moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant des moyens (29) pour injecter du carburant en amont de l'organe de traitement et des moyens (26) pour surveiller l'élévation résultante de la température de sortie de l'organe de traitement, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur (26) comportant un modèle d'organe de traitement dépourvu d'activité catalytique, des moyens de calcul de la température de sortie dudit modèle et de comparaison de la température calculée avec une valeur mesurée de température de sortie et des moyens de comparaison d'un critère (C) élaboré à partir du résultat de ladite comparaison avec une valeur de seuil traduisant une baisse de performance.
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