Brevet FR2909127A1 — publié le 20080530

L'invention concerne un procédé de diagnostic d'un élément d'épuration de gaz d'échappement d'un véhicule automobile comportant un moteur à combustion. L'invention concerne en outre un véhicule automobile avec un dispositif de diagnostic embarqué. Des procédés pour le diagnostic d'un élément d'épuration de gaz d'échappement d'un véhicule automobile sont connus. Ils peuvent servir à surveiller le fonctionnement de l'élément d'épuration de gaz d'échappement pendant le fonctionnement du véhicule automobile. L'invention vise à offrir un meilleur diagnostic d'un élément d'épuration de gaz d'échappement d'un véhicule automobile. Ce problème est résolu selon l'invention par les 15 caractéristiques décrites ci-après. Ce problème est donc résolu par un procédé qui est destiné au diagnostic d'un élément d'épuration de gaz d'échappement d'un véhicule automobile comportant un moteur à combustion et qui comprend les étapes suivantes : 20 Mesure d'une première valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement pour un intervalle t, intervalle de fonctionnement ou intervalle de parcours dans un mode de fonctionnement quelconque du moteur à combustion du véhicule automobile, détermination d'une valeur escomptée 25 d'une émission de tuyau d'échappement pour un fonctionnement supposé du moteur à combustion dans un procédé de test normalisé par calcul de la première valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement mesurée avec des données caractéristiques du moteur à combustion du véhicule 30 automobile. L'émission de tuyau d'échappement peut donc avantageusement être déterminée simplement à partir de données caractéristiques, qui peuvent être enregistrées par exemple dans un appareil de commande approprié du véhicule automobile, et de la valeur mesurée. La valeur escomptée de 35 l'émission de tuyau d'échappement peut avantageusement fournir une valeur prévisionnelle pour une émission de 2909127 2 tuyau d'échappement à attendre dans un procédé de test normalisé réellement effectué. L'émission de tuyau d'échappement peut être une grandeur caractéristique de l'émission apparaissant après l'élément d'épuration de gaz 5 d'échappement. En fonction de sa future utilisation, par exemple à des fins de diagnostic embarqué, cette grandeur peut se présenter sous une forme absolue, dérivée et/ou normée, par exemple en référence à un parcours. Les émissions peuvent correspondre par exemple au rejet de 10 particules de fumée après un filtre à particules Diesel. Mais on peut aussi envisager d'utiliser le présent procédé pour d'autres éléments d'épuration de gaz d'échappement et/ou d'autres émissions, par exemple HC, CO, NOX, etc. après un traitement de gaz d'échappement par un catalyseur. Par ailleurs, l'élément d'épuration de gaz d'échappement peut comporter plusieurs dispositifs individuels d'épuration de gaz d'échappement par exemple montés en série et/ou en parallèle. Un exemple de réalisation préféré du procédé est caractérisé par le fait que les données caractéristiques comportent une émission brute normée, rapportée au parcours et/ou cumulée du procédé de test normalisé, un ensemble de caractéristiques couple moteur, quantité injectée, vitesse de rotation du moteur à combustion et/ou un ensemble de caractéristiques d'émission brute du moteur à combustion. Le procédé de test normalisé peut être par exemple un cycle de conduite normalisé pour la détermination de valeurs de consommation et/ou d'émission, connu par exemple sous les désignations "NEFZ" (Neuer Europàischer Fahrzyklus), "US75", "Unified" ou "US06". On peut envisager d'enregistrer des émissions brutes pour plusieurs procédés de test. L'émission brute peut être enregistrée sous forme de valeur d'émission brute cumulée, correspondant par exemple à une partie ou à la totalité du cycle du procédé de test, ou sous forme de grandeur normée par rapport au parcours, par exemple en g/km. 2909127 3 Un autre exemple de réalisation du procédé est caractérisé par l'étape suivante : calcul d'un premier indice comme quotient de la première valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement par une première dépense 5 d'énergie cumulée. La dépense d'énergie peut être l'énergie dépensée pour la propulsion du véhicule automobile. Il en résulte un indice normé sur la dépense d'énergie. Comme il s'agit d'un quotient de valeurs cumulées, l'indice est très largement indépendant d'un état de fonctionnement momentané 10 effectif du moteur à combustion et de la durée du cumul. Un autre exemple de réalisation du procédé est caractérisé par l'étape suivante : calcul de la première dépense d'énergie cumulée à partir de l'ensemble de caractéristiques couple moteur, quantité injectée, vitesse 15 de rotation du moteur à combustion. La dépense d'énergie cumulée peut donc être calculée directement au moyen d'un appareil de commande qui est associé au moteur à combustion et dans lequel l'ensemble de caractéristiques est enregistré. Le calcul peut s'effectuer par exemple selon la 20 formule E = P x t, l'énergie fournie par le moteur à combustion pouvant être cumulée ou intégrée temporellement et discrètement sur le profil de conduite. Ceci étant, P est la puissance effective du moteur à combustion et t est le temps. Pour la détermination de la puissance de moteur 25 effective, on peut exploiter la formule P = 2 x n x M, n étant la vitesse de rotation moyenne actuelle du moteur et M le couple moyen actuel du moteur (chacun en fonction du temps t). Le couple moteur moyen M peut avantageusement être déterminé à partir de l'ensemble de caractéristiques 30 couple moteur, quantités injectées, vitesse de rotation qui peut être enregistré dans l'appareil de commande. Un autre exemple de réalisation préféré du procédé est caractérisé par l'étape suivante : calcul d'un deuxième indice comme quotient d'une valeur cumulée d'émission brute 35 de gaz d'échappement par une deuxième dépense d'énergie cumulée. La valeur d'émission brute de gaz d'échappement 2909127 4 peut être une valeur d'émission telle qu'on peut la rencontrer avant l'élément d'épuration de gaz d'échappement, donc avant l'épuration des gaz d'échappement. L'intervalle de temps pendant le cumul de la 5 valeur d'émission brute de gaz d'échappement et de la première valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement peuvent avantageusement être choisis égaux de telle sorte que la deuxième dépense d'énergie cumulée correspond à la première dépense d'énergie cumulée. Il est donc possible de 10 normer le premier indice et le deuxième indice sur le même intervalle de temps et/ou sur la même dépense d'énergie cumulée. Mais ceci n'est avantageusement pas obligatoirement nécessaire car, en normant sur la dépense d'énergie cumulée, le premier indice et le deuxième indice sont 15 indépendants de l'état de fonctionnement proprement dit du moteur à combustion. Il peut toutefois être avantageux, par exemple pour exclure des effets secondaires lors du calcul de norme, de déterminer le premier et le deuxième indice pour un intervalle commun, par exemple l'intervalle de temps t. 20 Un autre exemple de réalisation préféré du procédé est caractérisé par l'étape suivante : calcul de la valeur cumulée d'émission brute de gaz d'échappement à partir de l'ensemble de caractéristiques d'émission brute. Des émissions brutes escomptées peuvent avantageusement être 25 enregistrées dans l'ensemble de caractéristiques d'émission brute pour certains états de conduite ou états de fonctionnement du moteur à combustion, donc pour des couples moteurs, quantités injectées, vitesses de rotation, températures de fonctionnement et/ou autres paramètres 30 connus. La valeur cumulée d'émission brute de gaz d'échappement peut être déterminée à partir de ces éléments. Les émissions peuvent être par exemple des particules de fumée, la valeur cumulée d'émission correspondant alors à la masse cumulée des particules de 35 fumée produites. L'unité du premier et du deuxième indice peut donc être par exemple le mg/kWs. 2909127 5 Un autre exemple de réalisation préféré du procédé est caractérisé par l'étape suivante : calcul d'un rendement de l'élément d'épuration de gaz d'échappement à partir du premier et du deuxième indice. Le premier indice 5 caractérise la qualité de l'épuration de gaz d'échappement par l'élément d'épuration de gaz d'échappement du véhicule automobile. En comparaison, le deuxième indice caractérise le gaz d'échappement non épuré. Le rendement peut donc être défini comme 10 ETA = 1 - premier indice / deuxième indice On a donc par exemple un rendement de 90 % lorsque le premier indice correspond à 1/10 du deuxième indice. Un autre exemple de réalisation préféré du procédé est caractérisé par l'étape suivante : calcul de la valeur 15 escomptée de l'émission de tuyau d'échappement à partir du rendement. Comme le premier et le deuxième indice sont indépendants de l'état de conduite, le rendement déterminé est aussi indépendant de l'état de conduite. Le rendement déterminé peut avantageusement être appliqué à l'émission 20 brute, rapportée au parcours, du procédé de test normalisé. Comme le rendement est en pourcentage, une simple multiplication du rendement déterminé par l'émission brute enregistrée, rapportée au parcours, du procédé de test normalisé permet donc de prévoir l'émission de tuyau 25 d'échappement telle celle qui serait obtenue lors de la mise en œuvre du procédé de test. L'émission de tuyau d'échappement prévue peut être calculée et indiquée par exemple par rapport au parcours en g/km. On peut éventuellement aussi envisager des émissions de tuyau 30 d'échappement prévues dans d'autres dimensions et/ou avec d'autres calculs de norme. Un autre exemple de réalisation du procédé est caractérisé par l'étape suivante : comparaison de l'émission de tuyau d'échappement à une valeur de seuil. On 35 peut donc avantageusement tirer des conclusions sur la qualité de l'épuration de gaz d'échappement actuel de 2909127 6 l'élément d'épuration de gaz d'échappement. Il est aussi possible de spécifier un facteur de la valeur duquel la valeur escomptée de l'émission de tuyau d'échappement peut dépasser les émissions de tuyau d'échappement enregistrées 5 du procédé de test normalisé. En cas de dépassement d'une valeur limite de ce type, un message d'erreur peut avantageusement être enregistré dans l'appareil de commande du véhicule automobile. Le facteur peut être choisi inférieur ou supérieur à 1 selon le seuil de déclenchement 10 souhaité. Un autre exemple de réalisation du procédé est caractérisé par l'étape suivante : mesure de la première valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement avec un capteur monté en aval de l'élément d'épuration de gaz 15 d'échappement. Le présent procédé n'a avantageusement besoin que d'un seul capteur monté en aval car toutes les données ou états du gaz d'échappement avant l'élément d'épuration de gaz d'échappement qui sont nécessaires au calcul de la valeur escomptée peuvent être déterminés à 20 partir de l'état de fonctionnement du moteur à combustion ainsi que des ensembles de caractéristiques correspondants. Un autre exemple de réalisation avantageux du procédé est caractérisé par l'étape suivante : mesure de la première valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement 25 lors de la conduite du véhicule automobile. Le fonctionnement de l'élément d'épuration de gaz d'échappement peut donc avantageusement être surveillé en temps réel pendant la conduite tout à fait normale c'est-à-dire la conduite du client du véhicule automobile. Il est 30 donc possible, si la valeur escomptée dépasse une certaine valeur limite ou suivant une surveillance de rendement glissante dans le temps, de fournir un avertissement approprié au conducteur du véhicule automobile ou au moins d'enregistrer un code d'erreur approprié dans l'appareil de 35 commande du véhicule automobile. 2909127 7 Le problème est en outre résolu par un véhicule automobile avec un dispositif de diagnostic embarqué conçu et/ou programmé pour l'exécution du procédé décrit ci-dessus. 5 D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, dans laquelle un exemple de réalisation est décrit en détail en faisant référence aux figures annexées. Des parties identiques, semblables et/ou 10 ayant la même fonction sont munies de références identiques. Lesdites figures annexées montrent : Figure 1 : un organigramme schématique d'un procédé pour le diagnostic d'un élément d'épuration de gaz 15 d'échappement d'un véhicule automobile ; et Figure 2 : un diagramme de différentes séries de mesure de différents procédés de test normalisés, le rendement de l'élément d'épuration de gaz d'échappement déterminé à partir d'une 20 mesure directe de la fumée étant confronté au rendement déterminé au moyen du procédé selon l'invention. La figure 1 montre un organigramme schématique d'un procédé pour le diagnostic d'un élément d'épuration de gaz 25 d'échappement d'un véhicule automobile à moteur à combustion. Dans l'étape 1 du procédé, on mesure une première valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement 3. Il peut alors s'agir par exemple d'une mesure cumulée de particules 30 de fumée sortant d'une installation de gaz d'échappement du véhicule automobile. Il s'agit donc là de particules de fumée qui ont pu passer sans obstacle l'élément d'épuration de gaz d'échappement. Cette mesure cumulée selon l'étape 1 peut être effectuée pour un certain intervalle de temps t, 35 pour un intervalle de temps quelconque et/ou pour un intervalle de parcours dans un mode de fonctionnement quelconque du moteur à combustion du véhicule automobile. 2909127 8 Dans une étape 5 du procédé, on détermine un premier indice 7. Le premier indice 7 est le quotient de la première valeur cumulée d'émission 3 par une première dépense d'énergie cumulée 9. La première dépense d'énergie 5 cumulée 9 peut être calculée à partir de données caractéristiques enregistrées dans un appareil de commande, non représenté, du véhicule automobile. Plus exactement, la première dépense d'énergie cumulée 9 peut être calculée à partir d'une quantité injectée obtenue par exemple par 10 l'intermédiaire d'un appareil de commande du moteur à combustion et à partir d'un ensemble de caractéristiques couple moteur, quantités injectées, vitesse de rotation 11 du moteur à combustion ainsi qu'à partir des données d'état associées du moteur à combustion, par exemple selon la 15 formule P = 2 x n x M et d'un cumul ou d'une intégration appropriée sur le temps t. De plus, dans une étape 13, un deuxième indice 15 est calculé comme quotient d'une valeur cumulée d'émission brute de gaz d'échappement 17 par une deuxième dépense 20 d'énergie cumulée 19. La valeur cumulée d'émission brute de gaz d'échappement 17 peut être calculée à partir des données d'état connues du moteur à combustion et à partir d'un ensemble de caractéristiques d'émission brute 21 et elle peut être mise à la disposition de l'étape 13 du 25 procédé. Dans une étape 23, on calcule à partir du premier indice 7 et du deuxième indice 15 un rendement ETA 25 qui caractérise l'élément d'épuration de gaz d'échappement. Le rendement ETA 25 peut être indiqué en pourcentage, un 30 rendement 25 de ETA = 0 % correspondant à un gaz d'échappement totalement non traité et un rendement 25 de ETA = 100 % correspondant à un gaz d'échappement complètement débarrassé des polluants, donc par exemple de la fumée. Le rendement ETA 25 peut être donné par la 35 formule suivante : ETA = 1 - premier indice / deuxième indice 2909127 9 Dans une étape 27, on calcule à partir du rendement 25 indépendant de l'état de conduite une valeur escomptée d'une émission de tuyau d'échappement 29. Dans le calcul de l'étape 27, on peut aussi faire entrer un ensemble de 5 caractéristiques d'une émission brute normée 31 du procédé de test normalisé à prendre pour base. L'émission de tuyau d'échappement peut être une valeur caractéristique se rapportant au parcours et donnée en g/km. Elle peut donc être prévue à partir du rendement déterminé 25 et de 10 l'émission brute, escomptée pour le procédé de test normalisé, de la valeur d'émission de tuyau d'échappement 29, valeur à laquelle on s'attendrait lors d'un procédé de test normalisé réellement mis en œuvre. Cette prévision est basée outre sur les données caractéristiques, donc sur 15 l'ensemble de caractéristiques couple moteur, quantités injectées, vitesse de rotation 11, sur l'ensemble de caractéristiques d'émission brute 21 ainsi que sur l'émission brute normée 31, simplement sur l'étape 1 de la mesure cumulée de la première valeur d'émission de tuyau 20 d'échappement 3 ainsi que sur d'autres étapes 5, 13, 23 et 27 de calcul pur. Il est donc possible de prévoir, simplement par une mesure au moyen d'un seul capteur monté en aval de l'élément d'épuration de gaz d'échappement du véhicule automobile, une 25 valeur escomptée de l'émission de tuyau d'échappement 29 par exemple en g/km, valeur à laquelle on s'attendrait lors d'un procédé de test normalisé réellement mis en oeuvre. Le capteur peut être un capteur de fumée connu, par exemple un capteur qui travaille selon le principe d'un appareil de 30 mesure de turbidité ou d'un opacimètre, selon le principe de l'Electrical Low Pressure Impactor (ELPI) et/ou selon le principe du Photoacoustic Soot Sensor (PASS). On peut aussi envisager d'utiliser un procédé de mesure gravimétrique ou un procédé de mesure analogue à un procédé gravimétrique. 35 Lors d'une interrogation 33 du procédé, l'émission de tuyau d'échappement déterminée peut être comparée à une 2909127 10 valeur de seuil. Si cette valeur de seuil est dépassée, le procédé peut déclencher un signal d'erreur 35 et donc par exemple un message d'avertissement pour le conducteur du véhicule automobile. Si l'émission de tuyau d'échappement 5 29 se trouve dans une plage de valeurs valide, l'étape 33 peut transmettre une valeur mémorisée 37 à une mémoire interne 39 pour la documentation du comportement de l'élément d'épuration de gaz d'échappement. Le procédé représenté à la figure 1 peut être effectué 10 par un dispositif de diagnostic embarqué, qui n'est pas représenté en détail, du véhicule automobile. À cet effet, le dispositif de diagnostic embarqué comporte un appareil de commande correspondant, conçu pour la mise en œuvre du procédé, notamment un appareil de commande avec une mémoire 15 appropriée pour l'enregistrement des données caractéristiques, et le capteur. La figure 2 montre un diagramme 41 qui confronte une détermination de rendement par une mesure de fumée avant et après l'élément d'épuration de gaz d'échappement et la 20 détermination de rendement par le procédé selon l'invention. Le diagramme 41 comporte une ligne 0 % 43 et une ligne 100 % 45. On a indiqué sur l'axe des x les abréviations de différents procédés de test normalisés, deux passes étant enregistrées à chaque fois pour quatre 25 procédés de test différents. Pour chaque passe de test, une première barre 47, placée à chaque fois à gauche, représente le rendement de l'élément d'épuration de gaz d'échappement déterminé par une mesure de fumée avant et après l'élément d'épuration de gaz d'échappement. À chaque 30 fois, une deuxième barre 49, placée à droite, représente un rendement déterminé par le procédé selon l'invention. Au total, le diagramme 41 montre deux fois huit mesures et l'on peut voir que la mesure de fumée effectuée par exemple dans des conditions de laboratoire avec deux capteurs 35 fournit à chaque fois à peu près exactement le même résultat que la détermination de rendement de l'élément 2909127 11 d'épuration de gaz d'échappement au moyen du procédé selon l'invention mis en œuvre avec un dispositif embarqué et en temps réel. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée 5 et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. 2909127 12 Liste des références 1 Étape 3 Valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement 5 5 Étape 7 Premier indice 9 Première dépense d'énergie cumulée 11 Ensemble de caractéristiques couple moteur, quantités injectées, vitesse de rotation 10 13 Étape 15 Deuxième indice 17 Valeur cumulée d'émission brute de gaz d'échappement 19 Deuxième dépense d'énergie cumulée 21 Ensemble de caractéristiques d'émission brute 15 23 Étape 25 Rendement 27 Étape 29 Émission de tuyau d'échappement 31 Émission brute normée 20 33 Interrogation 35 Signal d'erreur 37 Valeur mémorisée 39 Mémoire interne 41 Diagramme 25 43 Ligne 0 % 45 Ligne 100 47 Première barre 49 Deuxième barre REVENDICATIONS 1. Procédé de diagnostic d'un élément d'épuration de gaz d'échappement d'un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un moteur, avec les étapes suivantes : - mesure d'une première valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement (3) pour un intervalle de temps t, intervalle de fonctionnement ou intervalle de parcours dans un mode de fonctionnement quelconque du moteur à combustion du véhicule automobile, - détermination d'une valeur escomptée d'une émission de tuyau d'échappement {29) pour un fonctionnement supposé du moteur à combustion dans un procédé de test normalisé par calcul de la première valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement (3) avec des données caractéristiques du moteur à combustion du véhicule automobile. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les données caractéristiques comportent : - une émission brute normée (31), rapportée au parcours 20 et/ou cumulée du procédé de test normalisé, - un ensemble de caractéristiques couple moteur, quantités injectées, vitesse de rotation (11) du moteur à combustion et/ou - un ensemble de caractéristiques d'émission brute (21) 25 du moteur à combustion. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : calcul d'un premier indice (7) comme quotient de la 30 première valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement (3) par une première dépense d'énergie cumulée (9). 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : 35 calcul de la première dépense d'énergie cumulée (9) à partir de l'ensemble de caractéristiques couple 2909127 14 moteur, quantités injectées, vitesse de rotation (11) du moteur à combustion. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape 5 suivante : - calcul d'un deuxième indice (15) comme quotient d'une valeur cumulée d'émission brute de gaz d'échappement (17) par une deuxième dépense d'énergie cumulée (19). 6. Procédé selon la revendication précédente, 10 caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : calcul de la valeur cumulée d'émission brute de gaz d'échappement (17) à partir de l'ensemble de caractéristiques d'émission brute (21). 7. Procédé selon l'une des revendications 15 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : - calcul d'un rendement (25) de l'élément d'épuration de gaz d'échappement à partir du premier indice (7) et du deuxième indice (15). 8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : - calcul de la valeur escomptée de l'émission de tuyau d'échappement (29) à partir du rendement (25) et de l'émission brute (31) du procédé de test standardisé. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : -comparaison de la valeur escomptée de l'émission de tuyau d'échappement (29) à une valeur de seuil. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : - mesure de la première valeur cumulée d'émission de tuyau d'échappement (3) avec un capteur monté en aval 35 de l'élément d'épuration de gaz d'échappement. 2909127 15 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape suivante : - mesure de la première valeur cumulée d'émission de 5 tuyau d'échappement (3) lors de la conduite du véhicule automobile. 12. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de diagnostic embarqué conçu et/ou programmé pour l'exécution d'un procédé selon l'une des 10 revendications précédentes.