Brevet FR2891584A1 — publié le 20070406

L'invention concerne la commande des moteurs de véhicule en particulier au sujet de la ligne d'échappement. Compte tenu des normes de dépollution en cours et à venir, il devient avantageux voire nécessaire de pouvoir estimer l'efficacité de la ligne d'échappement d'un véhicule, et en particulier l'efficacité d'un élément de post-traitement ayant pour vocation l'oxydation de composés à caractère réducteur, et ce au sein d'un moteur à combustion interne fonctionnant en mélange pauvre. En d'autres termes, on souhaite pouvoir définir précisément l'évolution de l'efficacité de cette fonction d'oxydation en fonction du kilométrage du véhicule en rendant compte des diverses sollicitations qui ont été imposées au système durant cette période. Le corollaire direct en est le diagnostic de l'état de la ligne d'échappement dans un souci législatif et environnemental. On connaît par exemple du document EP-1 323 905 au nom de la demanderesse un dispositif de détection d'un dysfonctionnement du catalyseur d'oxydation. Ce système de diagnostic à bord du véhicule repose sur la mesure de l'impact thermique d'une injection tardive de carburant réalisée sur un point stabilisé du cycle de fonctionnement du moteur. Toutefois, ce dispositif nécessite d'injecter de grandes quantités de carburant. De plus, les signaux thermiques mesurés sont relativement faibles et donc assez peu fiables. Un but de l'invention est d'améliorer le diagnostic de la ligne d'échappement. A cet effet, on prévoit selon l'invention un procédé de commande d'un moteur de véhicule fonctionnant en mélange pauvre, dans lequel on introduit du carburant dans au moins un organe d'oxydation d'une ligne d'échappement du moteur et dans lequel on recueille une mesure d'une sonde proportionnelle en aval du ou des organes. Le procédé selon l'invention pourra présenter en outre au moins l'une quelconque des caractéristiques suivantes: - on ajoute du carburant dans au moins un cylindre du moteur de sorte qu'une fraction au moins du carburant injecté n'est pas brûlée dans le cylindre; - on injecte du carburant en aval des cylindres du moteur; - on recueille une mesure d'une autre sonde proportionnelle en amont du ou des organes; - on consulte une cartographie; - on compare la mesure avec une valeur prédéterminée; et -on compare une différence entre la mesure et la valeur, avec un seuil prédéterminé. On prévoit également selon l'invention un moteur de véhicule apte à fonctionner en mélange pauvre, comprenant: - une ligne d'échappement comportant au moins un organe d'oxydation; et - des moyens pour introduire du carburant dans le ou chaque organe, le moteur comprenant une sonde proportionnelle disposée en aval du ou de chaque organe. Avantageusement, le moteur comprend une deuxième sonde proportionnelle disposée en amont du ou de chaque organe. Enfin, on prévoit selon l'invention un véhicule comprenant un moteur conforme à l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante d'un mode préféré de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de la ligne d'échappement d'un moteur d'un véhicule selon l'invention; et - les figures 2 à 5 sont des graphiques relatifs aux performances de l'invention dans le moteur de la figure 1. Sur la figure 1, le moteur diesel de véhicule correspondant au mode préféré de réalisation présenté ici est apte à fonctionner en mélange pauvre. II comprend une culasse 4 comprenant les cylindres où s'effectue la combustion du carburant. En aval de cette culasse s'étend une ligne d'échappement 6. Celle-ci comprend par exemple un catalyseur d'oxydation 8 et en aval de ce dernier un filtre à particules 10. La ligne d'échappement comprend également une sonde proportionnelle 12 disposée en aval des organes 8 et 10. Elle comprend en l'espèce en outre une deuxième sonde proportionnelle 14 disposée cette fois en aval de la culasse et en amont des organes 8 et 10. Par conséquent, les éléments 4, 14, 8, 10 et 12 se succèdent dans cet ordre en série d'amont en aval dans la ligne d'échappement. Les organes 8 et 10 constituent ici les éléments du système à diagnostiquer quant à leur efficacité. Pour cela, on étudie la composition des gaz parcourant la ligne d'échappement 6 au moyen des sondes 12 et 14. A cette fin, on introduit du carburant et en particulier des réducteurs, tels que des hydrocarbures lourds par exemple, dans la ligne d'échappement 6 jusqu'aux organes 8 et 10. Cette introduction peut être effectuée de différentes façons: - Elle peut avoir lieu au moyen d'un injecteur de carburant spécifique injectant du carburant directement dans la ligne d'échappement en aval de la culasse 4; - Elle peut sinon être effectuée en modifiant le débit et /ou le phasage de l'injection ayant lieu dans le cylindre par rapport au cycle de combustion pour faire en sorte qu'une partie des réducteurs injectés ne soient pas brûlés dans le cylindre et parviennent jusqu'aux organes 8 et 10; - Une autre façon encore, consiste à effectuer au sein des cylindres une injection supplémentaire par rapport à l'injection principale, une fraction au moins des réducteurs ainsi injectés parvenant sans être brûlés aux organes 8 et 10. Les sondes proportionnelles 12 et 14 sont d'un type classique et ne seront pas décrites ici plus en détail. Elles sont utilisées normalement en particulier concernant leurs températures de fonctionnement qui correspondent aux préconisations habituelles. Cette injection de réducteurs en excès en amont permet de créer un différentiel dans la composition des espèces gazeuses formant les gaz d'échappement, au niveau des passages de diffusion des sondes proportionnelles. En effet, le courant électrique limite qui circule dans chaque sonde proportionnelle est lié à la diffusion de chacune des espèces dans le passage de diffusion du capteur. En d'autres termes, le courant électrique sortant de la sonde sera fonction du type de gaz traversant cette dernière et de leurs quantités respectives. Des formulations physico-chimiques peuvent être données pour exprimer cette relation comme par exemple la relation ci- dessous: Pgaz Yi I K o,s T ip Pgaz Pgaz 0 a i T',zs +T',zs 1-a. hp n,,0, Dans celle-ci, le courant I de pompage du capteur est fonction: 15 - des fractions molaires Y; des espèces gazeuses traversant le capteur, - de la pression totale Pgaz des gaz, - de la température Ttip du capteur, - d'une constante K, - de la pression de référence Pgazo choisie à 1,013.105 Pa, - de la température de référence du capteur Tt;po, - de constantes Kl' spécifiques à chaque espèce gazeuse i (issue de la diffusion moléculaire), - de constantes a; spécifiques à chaque espèce gazeuse, fonction du mode de diffusion (diffusion mixte moléculaire et de Knudsen) L'apport d'hydrocarbures lourds en amont du système à diagnostiquer permet d'observer un différentiel de courant entre la sonde amont 14 qui détecte la présence d'hydrocarbures lourds et la sonde aval 12 qui détectera d'autant moins d'hydrocarbures que le système demeure efficace. Plus les organes 8 et 10 seront dégradés et moins il sera possible d'observer de différences entre les signaux électriques des sondes proportionnelles. En d'autres termes, la première sonde 14 voit des gaz d'échappement présentant une richesse donnée et constitués d'une grande quantité de réducteurs et d'oxydant. La seconde sonde 12 dans le cas d'organes 8 et 10 toujours opérationnels voit normalement des gaz de même richesse mais sans réducteur injecté spécifiquement et avec une concentration en oxygène plus faible. On effectue alors la différence entre les mesures des deux courants et on compare cette différence avec un seuil prédéterminé. Si la différence est supérieure au seuil, l'efficacité est dite satisfaisante. Si elle est inférieure au seuil, on considérera que l'efficacité n'est plus satisfaisante. Les étapes de comparaison et de calcul seront effectuées par un calculateur embarqué à bord du véhicule. On pourra par exemple introduire un excès de réducteur au moyen d'une post-injection tardive de 5 mg par coup pendant 5 secondes. On a présenté à la figure 2 deux courbes illustrant respectivement les signaux fournis par la sonde amont 14 (courbe 1) et la sonde aval 12 (courbe 2). La quantité d'hydrocarbures en amont et en aval de la ligne d'échappement est également mesurée ici en laboratoire par d'autres dispositifs adaptés au moyen de piquages pour donner les signaux 3 et 4 respectifs. Le signal des sondes est mesuré sur l'axe des ordonnées de gauche tandis que la quantité d'hydrocarbures mesurée en parties par millions en équivalent carbone est indiquée sur l'axe des ordonnées à droite. Comme on le voit sur cette figure, l'efficacité des organes d'oxydation étant satisfaisante, la différence de quantité d'hydrocarbure apparaissant sur les courbes 3 et 4 apparaît tout autant sur la différence d'intensité des signaux des sondes aux courbes 1 et 2. Des courbes similaires ont été illustrées sur la figure 3 alors que l'efficacité des organes d'oxydation est cette fois mauvaise. On observe que le décalage n'est plus significatif sur les courbes 3 et 4 et que les deux sondes fournissant les signaux 1 et 2 elles aussi ne présentent plus de différence significative dans leurs mesures. Par conséquent, la baisse d'efficacité des organes d'oxydation se traduit par une suppression des différences des signaux fournis par les sondes. (Sur les figures 2 et 3, le retard des pics des signaux 3 et 4 par rapport aux pics des signaux 1 et 2 est seulement dû à la spécificité du traitement préalable à la fourniture des signaux 3 et 4 qui induit un retard par rapport aux deux autres signaux. S'agissant fondamentalement des mêmes phénomènes, ces pics correspondent à des mesures synchrones). Ainsi, la différence des signaux des sondes placées en amont et en aval de la fonction d'oxydation en mélange pauvre est corrélée directement à l'efficacité d'oxydation des réducteurs (hydrocarbures, monoxyde de carbone). On établit ainsi une corrélation claire entre le niveau d'efficacité des réducteurs et l'efficacité globale de traitement des réducteurs en roulage. On voit à la figure 4 que les hydrocarbures injectés en excès présentent une bonne efficacité. On a en effet indiqué en abscisses la différence des signaux des sondes 12 et 14 entre l'aval et l'amont et en ordonnées l'efficacité de l'injection d'hydrocarbures assimilée au rapport (Q amont Q aval) / Q amont, où Q amont et Q aval désignent respectivement la quantité d'hydrocarbures mesurée en amont et en aval par les dispositifs de mesure aux piquages précités. Lorsqu'on détecte une baisse d'efficacité trop importante, on pourra signaler au conducteur l'existence de ce défaut par exemple par l'activation d'un signal sur le tableau de bord du véhicule. L'invention permet de mesurer la baisse d'efficacité avec une grande sensibilité. Elle permet ainsi de limiter au strict nécessaire la quantité de carburant additionnel à injecter, contrairement à la solution mettant en oeuvre une analyse de l'exothermicité avec deux mesures de température en amont et en aval du système à diagnostiquer. Cette dernière nécessite en effet une quantité globale de carburant supérieure (concentration et/ou durée d'injection). De plus, selon l'invention la durée du diagnostic est très courte. Elle prend par exemple seulement quelques secondes. Dans une variante, on peut remplacer la sonde amont 14 et la mesure qu'elle fournit par une cartographie comprise dans une mémoire de l'ordinateur de bord qui donnera une valeur équivalente, fonction de l'injection supplémentaire de carburant effectuée et des conditions de fonctionnement du moteur. Il s'agira cette fois de comparer le signal fourni par la sonde aval 12 avec la valeur fournie par cette cartographie. Dans un souci de qualité, on pourra également intégrer les signaux fournis par les sondes 12 et 14 sur tout ou partie du temps d'injection des réducteurs en amont. Un apprentissage pourra être mis en place pour étudier l'état initial à neuf du système d'oxydation et mieux appréhender la dérive de son fonctionnement. De façon générale, et ce quel que soit le procédé retenu pour le diagnostic de la fonction d'oxydation, on fera en sorte de se placer à une température catalytique suffisante pour amorcer le système et convenablement différencier les composants efficaces de ceux qui ne le sont pas. En l'espèce, on se place à une température supérieure à 250 C. Ainsi, le graphique de la figure 5 indique l'efficacité de l'injection d'hydrocarbures en excès en fonction de la température du catalyseur. On voit que cette efficacité est bien plus importante pour des températures supérieures à 250 C que pour des températures inférieures à 200 C. L'invention pourra concerner toutes les applications mettant en oeuvre un système de catalyse d'oxydation en mélange pauvre. Il s'agit en particulier des composants de type catalyseur d'oxydation, piège à oxydes d'azote, filtre à particules catalysé, etc. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un moteur de véhicule fonctionnant en mélange pauvre, caractérisé en ce que: - on introduit du carburant dans au moins un organe d'oxydation (8, 10) d'une ligne d'échappement (6) du moteur; et - on recueille une mesure d'une sonde proportionnelle (12) en aval du ou des organes. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on ajoute du carburant dans au moins un cylindre du moteur de sorte qu'une fraction au moins du carburant injecté n'est pas brûlée dans le cylindre. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on injecte du carburant en aval des cylindres du moteur. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on recueille une mesure d'une autre sonde proportionnelle (14) en amont du ou des organes. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on consulte une cartographie. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on compare la mesure avec une valeur prédéterminée. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on compare une différence entre la mesure et la valeur, avec un seuil prédéterminé. 8. Moteur de véhicule apte à fonctionner en mélange pauvre, comprenant: une ligne d'échappement (6) comportant au moins un organe d'oxydation (8, 10) ; et - des moyens pour introduire du carburant dans le ou chaque organe, caractérisé en ce qu'il comprend une sonde proportionnelle (12) disposée en aval du ou de chaque organe. 9. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième sonde proportionnelle (14) disposée en amont du ou de chaque organe. 10. Véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un moteur selon l'une quelconque des revendications 8 à 9.