FR2917123A1 - Procede de surveillance de l'efficacite catalytique d'un convertisseur catalytique - Google Patents

Procede de surveillance de l'efficacite catalytique d'un convertisseur catalytique Download PDF

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Abstract

Procédé de surveillance de l'efficacité catalytique d'un convertisseur catalytique des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Selon le procédé on injecte, en amont du convertisseur catalytique (38) une quantité d'hydrocarbures imbrûlés dont on sait qu'elle sature un convertisseur catalytique vieilli ;- on compare les valeurs exothermiques du convertisseur catalytique (38) examiné à la réponse d'un convertisseur catalytique intègre, mauvais ou inerte ;- on déclare le convertisseur catalytique examiné en bon état de fonctionnement si sa réponse exothermique est identique à la réponse d'un convertisseur catalytique en bon état de fonctionnement.

Description

PROCEDE DE SURVEILLANCE DE L'EFFICACITE CATALITYQUE D'UN CONVERTISSEUR
CATALITYQUE
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé de surveillance de l'efficacité catalytique d'un convertisseur catalytique. Elle concerne également un système de surveillance de l'efficacité catalytique d'un convertisseur catalytique des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Les moteurs à combustion interne produisent des gaz d'échappement qui contiennent des substances, telles que les oxydes d'azote (NOx), les hydrocarbures imbrûlés (HC), le monoxyde de carbone (CO). Il est nécessaire de traiter ces substances polluantes avant d'évacuer les gaz d'échappement vers l'atmosphère. C'est la raison pour laquelle les véhicules automobiles sont souvent pourvus d'un convertisseur catalytique disposé dans ligne d'échappement du moteur, permettant d'oxyder les molécules réductrices que sont le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures imbrûlés (HC). Dans le but de contrôler le bon fonctionnement du convertisseur, les véhicules automobiles sont en outre pourvus d'un dispositif de contrôle de l'état de fonctionnement du convertisseur apte d'une part à contrôler le bon fonctionnement du convertisseur et d'autre part à signaler tout dysfonctionnement au conducteur.
Le document EP 1 323 905 concerne un procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'un convertisseur catalytique d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de ce type. Ce procédé comprend l'excitation du convertisseur par injection de carburant dans la ligne d'échappement et contrôle de la valeur d'une variable représentative de la quantité de chaleur dégagée par une réaction d'oxydation au sein du convertisseur catalytique.
Cependant, ce procédé présente les inconvénients suivants . - finesse nécessaire de calibration de la quantité d'HC rejetée - impact dispersion non absorbé forte dépendance d'un point de fonctionnement. La présente invention a pour objet un procédé qui remédie à ces inconvénients. Ce procédé est caractérisé par les étapes suivantes : - on injecte en amont du convertisseur catalytique une quantité d'hydrocarbures imbrûlés dont on sait qu'elle sature un convertisseur catalytique vieilli ; - on compare les valeurs de la réponse exothermique du convertisseur catalytique examiné à la réponse d'un convertisseur catalytique intègre, mauvais ou inerte ; - on déclare le convertisseur catalytique examiné en bon état de fonctionnement si sa réponse exothermique est identique à la réponse d'un convertisseur catalytique en bon état de fonctionnement. Dans une variante du procédé on déclare le convertisseur catalytique examiné en bon état de fonctionnement si sa réponse exothermique est supérieure à la réponse d'un convertisseur catalytique mauvais (vieilli). Selon une autre variante du fonctionnement du procédé, on déclare le convertisseur catalytique examiné en bon état de fonctionnement si sa réponse exothermique est supérieure à une quantité spécifique elle-même supérieure à la réponse du convertisseur catalytique inerte. De préférence on choisit une valeur de consigne de la quantité d'hydrocarbures imbrûlés à injecter en amont du convertisseur catalytique à examiner et on déclare le convertisseur catalytique examiné en bon état de fonctionnement si sa réponse exothermique est identique à une réponse de consigne attendue. Le système de surveillance de l'efficacité catalytique d'un convertisseur catalytique des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comprend : - un calculateur ; - un débitmètre placé sur une ligne d'admission du moteur à combustion interne et relié au calculateur ; - une ligne d'échappement sur laquelle le convertisseur catalytique est monté ; un capteur amont placé en amont du convertisseur catalytique et un capteur aval placé en aval du convertisseur catalytique, le capteur amont et le capteur aval étant tous deux reliés au calculateur.
Dans une variante le capteur amont et le capteur aval sont des capteurs de température. Dans une autre variante le capteur amont et la capteur aval sont des sondes proportionnelles à oxygène qui permettent de mesurer directement la concentration en hydrocarbures du mélange gazeux circulant dans la ligne d'échappement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Sur ces figures : - la figure 1 est une représentation de l'exotherme maximum en fonction de la quantité d'hydrocarbures imbrûlés traitée respectivement par un convertisseur catalytique bon (neuf) et par un convertisseur catalytique mauvais (vieilli) ; - la figure 2 est une représentation de l'exotherme maximal dégagé respectivement par un convertisseur catalytique bon (neuf) et par un convertisseur mauvais (vieilli) en fonction de la quantité d'HC en amont ; - la figure 3 explique le principe de fonctionnement d'un système de surveillance de l'efficacité catalytique d'un convertisseur catalytique conforme à la présente invention ; - la figure 4 est un schéma d'un premier mode de réalisation du système de surveillance de l'invention ; - la figure 5 est un schéma d'un second 5 mode de réalisation du système de surveillance de l'invention. La présente invention propose un moyen de diagnostiquer un état de vieillissement significatif de la fonction d'oxydation des hydrocarbures imbrûlés et 10 du monoxyde de carbone d'un organe de dépollution sur un moteur à combustion interne. L'état de vieillissement que l'on juge opportun de diagnostiquer est caractérisé par une efficacité résiduelle de la fonction oxydation des hydrocarbures imbrûlés et du 15 monoxyde de carbone telle qu'elle ne permette plus d'atteindre une certaine cible d'émissions à l'échappement. Le procédé décrit repose sur l'observation exothermique du système diagnostiqué à une injection 20 massive de HC en amont du convertisseur catalytique. L'exotherme ainsi généré est l'image du vieillissement de la fonction oxydante. Lorsque l'on observe l'évolution de la réponse exothermique du convertisseur catalytique à une 25 quantité d'hydrocarbures imbrûlés identique en amont de la fonction oxydante, on peut observer l'existence d'une concentration en réducteurs au-delà de laquelle la piece mauvaise ne génère plus d'exotherme supplémentaire. 30 La figure 1 met en évidence ce phénomène de saturation en se basant sur l'exotherme généré en fonction des hydrocarbures imbrûlés traités. Pour le même niveau d'hydrocarbures imbrûlés en entrée de la fonction oxydante, la pièce mauvaise, désignée par la référence 2, traite les hydrocarbures de façon moins importante que la pièce bonne, désignée par la référence 4. En d'autres termes, la pièce mauvaise dégage moins de chaleur que la pièce bonne. Ce phénomène est confirmé par l'évolution de l'exotherme généré en fonction des hydrocarbures imbrûlés injectés en amont de la fonction oxydante. Sur la figure 2, on constate que, quelle que soit la quantité de réducteurs envoyés, le système mauvais 2 ne peut pas générer un exotherme supérieur au seuil de saturation représenté par la ligne en traits pointillés 6 tandis que la pièce bonne 4 continue à générer un exotherme supérieur. Etant donné que la réponse exothermique du système est l'image du taux d'hydrocarbures imbrûlés traité par ce système, on explique le phénomène présenté sur la figure 2 par la saturation de la conversion de ces hydrocarbures occasionnée par le vieillissement du convertisseur catalytique. Cependant, il existe une quantité de réducteurs en dessous de laquelle les systèmes bons et mauvais produisent le même exotherme. Il est donc impossible de les discriminer dans une telle zone. Ce constat permet de poser les bases du principe théorique sur lequel se base l'invention. Sur la figure 3, on a désigné par la 30 référence 12 la réponse exothermique d'un convertisseur catalytique mauvais (vieilli) et par la référence 14 la réponse exothermique d'un convertisseur catalytique bon (neuf). En fonctionnement nominal, la réponse exothermique du système en bon état de fonctionnement finit par saturer. La saturation correspondante est représentée par le palier 16 sur la figure 3. Ce seuil n'est pas atteint sur les figures 1 et 2. De la même manière la réponse exothermique du système en mauvais état de fonctionnement sature. La saturation correspondante est représentée par le palier 18 sur la figure 3. Le seuil de saturation de l'exotherme que peut produire le système diminue avec le vieillissement. On atteint beaucoup plus vite le régime établi. En dessous du seuil 18 les réponses exothermiques 20 du convertisseur catalytique bon et du convertisseur catalytique mauvais sont semblables. Les quantités d'hydrocarbure imbrûlés que voit le système sont traitées de la même manière par la pièce vieillie et par la pièce neuve.
On a représenté sur la figure 4 l'instrumentation requise pour le mode de réalisation décrit. Un moteur à combustion interne 30 comporte une ligne d'alimentation 32 et une ligne d'échappement 34,un turbocompresseur 36 entraîné par les gaz d'échappement brûlés permet de comprimer l'air admis dans le moteur. Un convertisseur catalytique 38 est intercalé sur la ligne d'échappement 34. Ce convertisseur catalytique est traversé par les gaz brûlés. Un capteur de température amont 40 est placé sur la ligne 34 en amont du convertisseur catalytique 38 et un capteur de température aval 42 est placé sur la ligne d'échappement 34 en aval du convertisseur catalytique 38. Les relevés de température fournis par les capteurs de température 40 et 42 sont introduits dans un calculateur 44 qui est par ailleurs relié à un débitmètre 46 placé sur la ligne d'alimentation 32 du moteur. Par ailleurs, le calculateur 44 a accès aux autres variables du moteur telles que le régime moteur, le couple, la vitesse du véhicule, les paramètres d'injection, etc. Le diagnostique consiste à injecter, en amont du convertisseur catalytique à diagnostiquer, une quantité d'hydrocarbures imbrûlés dont on sait qu'elle sature la pièce vieillie et à comparer les valeurs de réponse exothermique en sortie de système à la réponse attendue de la pièce intègre. Si le système restitue la réponse attendue, alors le système est dit en bon état de fonctionnement. Plus la quantité d'hydrocarbures imbrûlés injectée et importante, plus l'écart entre la réponse exothermique de saturation de la pièce vieillie et celle de la pièce intègre est important. On cherchera donc à maximiser la quantité d'hydrocarbures imbrûlés à envoyer à l'entrée du convertisseur catalytique pour faciliter la discrimination des systèmes identifiés comme bon et mauvais. Cependant, ce diagnostique fait appel à un fort apport d'hydrocarbures imbrûlés en entrée du composant. Cette caractéristique a pour effet de produire une forte augmentation des hydrocarbures imbrûlés à l'échappement, même sur un système intègre étant donné que l'efficacité de traitement n'est jamais totale. On retrouve une fraction de ces hydrocarbures imbrûlés à l'échappement. Cette caractéristique a également pour effet de produire une augmentation du taux de dilution de gazole dans l'huile moteur. Ces effets tendent à diminuer au maximum la quantité d'hydrocarbures imbrûlés injectée.
Le choix de la valeur de consigne sera à faire sur la base d'un compromis entre diagnosticabilité, en tenant compte des dérives et des dispersions du système d'injection du carburant et de la chaîne de mesure de température, et respect des contraintes : acceptation d'une quantité d'hydrocarbures imbrûlés à l'échappement et dilution de gazole dans le moteur. La définition de cette consigne est alors retranscrite en terme de concentration d'hydrocarbures imbrûlés en amont du système dont on garantit la tenue par une simple régulation. La prise de décision se fait donc sur un écart de température aval comparée à une température cible. Cette température cible peut être obtenue soit en garantissant, par le biais de seuils sur les conditions de passage, la stabilité thermique du moteur et en comparant alors directement le signal de température aval du système à la réponse attendue d'un système intègre, mauvais ou inerte dans des conditions de surveillance spécifiques, soit en modélisant la réponse thermique du système, hors activité d'oxydation, et en observant la différence entre la température aval mesurée et modélisée. On a représenté sur la figure 5 le détail de l'instrumentation requise pour un second mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation est identique à celui qui a été décrit en référence à la figure 4 à l'exception du fait que les capteurs de températures 40 et 42 ont été remplacés par des sondes proportionnelles à oxygène 50 et 52. Ces sondes permettent de mesurer directement la concentration en hydrocarbures imbrûlés du mélange gazeux. Par ce moyen on évite l'étape décrite dans le mode de réalisation précédent consistant à retranscrire l'exotherme en quantité d'hydrocarbures imbrûlés traitée. En effet, la mesure et la comparaison directe du taux d'hydrocarbures imbrûlés en amont et en aval du système permettent de calculer la capacité de traitement du système. Ce mode de réalisation a l'inconvénient d'être plus coûteux en terme de définition technique mais il présente l'avantage d'une plus grande vitesse de prise de décision. En effet, d'une part, le temps de réponse de ces sondes est très court. D'autre part il permet de raccourcir considérablement la durée du plateau d'injection d'hydrocarbures imbrûlés. Le phénomène de montée en température progressive en sortie du système, qui dépend directement de l'inertie thermique du matériau et du temps de réponse du capteur de température aval du système, n'existant plus, on peut réduire la quantité d'hydrocarbures imbrûlés à injecter dans sa durée pour prendre une décision. En outre, ce mode de réalisation présente l'avantage d'une robustesse aux dispersions d'injection. Etant donné qu'on mesure la concentration d'hydrocarbures imbrûlés en entrée du système, une dérive dispersion d'injection de carburant sera vue et corrigée par une régulation en boucle ouverte afin d'atteindre la consigne. Cela permet de décontraindre la consigne d'hydrocarbures imbrûlés à injecter qui tenait compte de ces dérives/dispersions.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Procédé de surveillance de l'efficacité catalytique d'un convertisseur catalytique des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (30), caractérisé en ce que : - on injecte, en amont du convertisseur catalytique (38) une quantité d'hydrocarbures imbrûlés dont on sait qu'elle sature un convertisseur catalytique vieilli ; - on compare les valeurs de la réponse exothermique du convertisseur catalytique (38) examiné à la réponse d'un convertisseur catalytique intègre, mauvais ou inerte ; - on déclare le convertisseur catalytique examiné en bon état de fonctionnement si sa réponse exothermique est identique à la réponse d'un convertisseur catalytique en bon état de fonctionnement.
2. Procédé de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on déclare le convertisseur catalytique examiné (38) en bon état de fonctionnement si sa réponse exothermique est supérieure à la réponse d'un convertisseur catalytique mauvais.
3. Procédé de surveillance selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on déclare le convertisseur catalytique (38) en bon état de fonctionnement si sa réponse exothermique est supérieure à une quantité spécifique, elle-même supérieure à la réponse d'un convertisseur catalytique inerte.
4. Procédé de surveillance selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on choisit une valeur de la consigne de la quantité d'hydrocarbures imbrûlés à injecter en amont du convertisseur catalytique à examiner (38) et en ce que l'on déclare le convertisseur catalytique examiné en bon état de fonctionnement si sa réponse exothermique est identique à une réponse de consigne attendue.
5. Système de surveillance de l'efficacité catalytique d'un convertisseur catalytique des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (30), caractérisé en ce qu'il comprend : - un calculateur (44) ; - un débit mètre (46) placé sur une ligne d'admission (32) d'un moteur à combustion interne et relié au calculateur (44) ; - une ligne d'échappement (34) sur laquelle le convertisseur catalytique (38) est monté ; - un capteur amont (40) placé en amont du convertisseur catalytique (38) et un capteur aval (42) placé en aval du convertisseur catalytique (38), le capteur amont et le capteur aval étant tous deux reliés au calculateur (44). 10. Système de surveillance selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur amont et le capteur aval sont des capteurs de température. 11. Système de surveillance selon la revendication 5, caractérisé en ce que le capteur amont et le capteur aval sont des sondes proportionnelles à oxygène (50, 52) qui permettent de mesurer directementla concentration en hydrocarbures du mélange gazeux circulant dans la ligne d'échappement.
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