Brevet FR2908455A1 — publié le 20080516

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé d'évaluation de l'aptitude au fonctionnement d'un système de catalyseurs d'un moteur à combustion interne faisant passer une veine de gaz d'échappement à travers un premier catalyseur et un second catalyseur installé en aval du premier catalyseur dans le sens de passage de la veine de gaz d'échappement, et en fonctionnement du moteur à combustion interne, on détermine une première capacité d'accumulation d'oxygène comme capacité d'accumulation d'oxygène du premier catalyseur et une seconde capacité d'accumulation d'oxygène comme capacité d'accumulation d'oxygène du second catalyseur et on évalue le système de catalyseurs comme insuffisamment apte à fonctionner si la seconde capacité d'accumulation de l'oxygène est inférieure à un seuil prédéfini. L'invention concerne également un appareil de corn- 15 mande pour évaluer l'aptitude au fonctionnement d'un système de catalyseurs d'un moteur à combustion interne dont la veine des gaz d'échappement traverse un premier catalyseur et un second catalyseur installé en aval du premier catalyseur dans le sens de passage de la veine des gaz d'échappement, l'appareil de commande étant conçu pour 20 que pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne il dé-termine une première capacité d'accumulation d'oxygène comme capa-cité d'accumulation d'oxygène du premier catalyseur et une seconde capacité d'accumulation d'oxygène comme capacité d'accumulation d'oxygène du second catalyseur et le système de catalyseurs est jugé 25 comme insuffisamment apte à fonctionner si la seconde capacité d'accumulation d'oxygène est inférieur à un seuil prédéfini. Etat de la technique On connaît déjà un tel procédé et un tel appareil de commande. 30 Le premier catalyseur sera appelé ci-après catalyseur frontal ou avant et le second catalyseur, catalyseur principal. Le catalyseur principal a en général un volume plus grand que le catalyseur frontal et pour des raisons d'encombrement il est installé sous le plan-cher du véhicule. Le catalyseur frontal, en général plus petit, est installé 35 plus près du moteur à combustion interne pour être chauffé rapidement 2908455 2 après un démarrage à froid et atteindre aussi rapidement que possible sa température d'allumage à laquelle il commence la conversion des matières polluantes. Des législateurs en Europe et aux Etats-Unis, demandent 5 la surveillance des composants concernés par le fonctionnement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, pour les gaz d'échappement par un diagnostic embarqué. Les composants concernant les gaz d'échappement sont notamment les catalyseurs qui convertissent autres les hydrocarbures (HC), le monoxyde de carbone (CO) et les oxydes d'azote (NO) contenus dans les gaz d'échappement en eau, en dioxyde de carbone et en azote moléculaire. On utilise une corrélation entre la capacité de conversion des composants HC, CO et NO et la capacité d'accumulation d'oxygène du catalyseur. La capacité d'accumulation d'oxygène se détermine en exploitant les signaux de capteurs de gaz d'échappement sensibles à l'oxygène ainsi que les signaux d'autres capteurs permettant de déterminer le débit massique des gaz d'échappement pendant le fonctionnement d'un véhicule auto-mobile. Actuellement on effectue le diagnostic des différents cata- lyseurs de manière indépendante en déterminant la capacité d'accumulation d'oxygène de chacun d'eux et en comparant cette capa-cité à un seuil prédéfini. Pour cela, on associe à la fois au premier catalyseur et au second catalyseur, un seuil propre de capacité d'accumulation d'oxygène. Si la capacité d'accumulation d'oxygène dé- terminée est inférieure au seuil, on fournit un signal de défaut correspondant à l'appareil de commande. Après vérification statistique du message de défaut, en répétant l'exécution du procédé on active une lampe témoin de défaut (indicateur lumineux de mauvais fonctionne-ment MIL) qui demande au conducteur de passer dans un atelier de ré- paration pour remplacer le catalyseur jugé comme défectueux. La fixation du seuil individuel dépend de la capacité d'accumuler l'oxygène d'un catalyseur dit catalyseur limite. Il s'agit d'un catalyseur vieilli dont la capacité d'accumulation d'oxygène a atteint la limite entre la capacité d'accumulation d'oxygène d'un catalyseur qui est tout juste encore bon pour fonctionner et celle d'un catalyseur qui 2908455 3 est juste mauvais. La vérification et l'évaluation d'un certain catalyseur installé dans la conduite des gaz d'échappement se fait selon le procédé connu, en particulier indépendamment de la qualité bonne ou mauvaise d'un autre catalyseur installé dans la même conduite des gaz 5 d'échappement. La conséquence est que des systèmes de catalyseurs ont été jugés comme défectueux alors que seulement un catalyseur de la conduite des gaz d'échappement n'atteignait plus le seuil de capacité d'accumulation d'oxygène. Exposé et avantages de l'invention 10 Partant de cet état de la technique, la présente invention est caractérisée en ce qu'on définit le seuil comme fonction de la première capacité d'accumulation d'oxygène. Comme on détermine le seuil de la seconde capacité d'accumulation d'oxygène en fonction de la première capacité 15 d'accumulation d'oxygène, on exploite le premier catalyseur avec le second catalyseur. L'évaluation de la capacité de conversion sur le fonde-ment des capacités saisies d'accumulation d'oxygène constitue un jugement indirect de la qualité de la conversion. Des mesures faites sur des bancs d'essai de gaz d'échappement au cours desquelles on a 20 contrôlé directement les quantités d'hydrocarbures d'oxydes d'azote et de monoxyde de carbone émis, ont montré qu'un mauvais point de la capacité d'accumulation d'oxygène d'un premier catalyseur ne se traduisait pas nécessairement par un dépassement de la valeur limite si le second catalyseur associé avait un bon point au niveau de la capacité 25 d'accumulation d'oxygène. Les expressions bon point et mauvais point résultent de la formation de la différence entre la capacité saisie d'oxygène et le seuil qui s'oriente sur la capacité d'accumulation d'oxygène du catalyseur limite. Une différence positive correspond à un bonus et une dif- 30 férence négative correspond à un malus. Dans une telle situation dans laquelle un bonus d'un catalyseur fait plus que compenser un malus d'un autre catalyseur et des émissions qui se situent encore dans les valeurs limites autorisées, générerait selon l'état de la technique un signal de défaut. Le catalyseur 2908455 4 concerné serait ainsi remplacé, entraînant un inconvénient de coût et de temps. Comme le seuil de la seconde capacité d'accumulation d'oxygène se détermine selon l'invention en fonction de la première ca- s pacité d'accumulation d'oxygène, on peut le déterminer notamment en tenant compte du malus constaté sur le premier catalyseur. Cela per-met d'utiliser le bonus nécessaire à la compensation du malus dans le second seuil. Ainsi, le malus du premier catalyseur est compensé par l'évaluation commune du premier et du second catalyseur, de sorte qu'il 10 n'y aura pas de message de défaut. Cet avantage se répercute notamment dans le cas d'un vieillissement différent des catalyseurs. Ce vieillissement différent peut être par exemple provoqué par des ratés de combustion. De tels ratés de combustion se traduisent par un apport commun d'oxygène et 15 d'hydrocarbures imbrûlés dans le premier catalyseur. La réaction exothermique qui en résulte se traduit par une augmentation de la température qui fait vieillir plus rapidement le premier catalyseur. Comme le premier catalyseur est vieilli trop rapidement à cause des ratés de combustion, l'autre second catalyseur peut néanmoins avoir une bonne ca- 20 pacité de conversion qui compense globalement, voire compense de manière plus qu'excédentaire, la capacité de conversion insuffisante du premier catalyseur. Les matières polluantes émises globalement par le système de catalyseurs ne dépassent pas une valeur limite prédéfinie aussi longtemps que le bonus du meilleur des catalyseurs compense le 25 malus du plus mauvais des catalyseurs. L'évaluation commune des émissions des deux catalyseurs conduit selon l'invention à compenser le diagnostic embarqué sur des cycles de test de gaz d'échappement prescrits pour lesquels les émissions globales du moteur à combustion interne se collectent dans 30 un sachet d'échantillon de gaz d'échappement pour être exploitées. La conséquence souhaitée est qu'un catalyseur à capacité de conversion détériorée ne sera affiché comme défectueux selon l'invention que si le système de catalyseurs pris globalement ne convertit plus suffisamment les matières polluantes. Cela permet de repousser un échange coûteux 2908455 5 et long du premier catalyseur au moment où effectivement on aura un dépassement de la valeur limite de composants polluants. Inversement, si le premier catalyseur a un bonus de capacité d'accumulation d'oxygène, on réduit le seuil concernant la se- 5 conde capacité d'accumulation d'oxygène. Cela est avantageux car chaque fois que l'on détermine la capacité d'accumulation d'oxygène on augmente la consommation de carburant et les émissions polluantes. Dans le cas extrême, si un catalyseur frontal est suffisamment bon, on pourra renoncer à diagnostiquer le catalyseur principal correspondant. 10 Cela permet d'économiser le temps nécessaire au contrôle du catalyseur principal et d'éviter l'augmentation de la consommation en carburant et de l'émission de produits bruts du moteur à combustion interne, liés à la vérification du catalyseur principal. Si l'on diminue le seuil de la seconde capacité d'accumulation d'oxygène, on a la possibilité de réduire 15 les émissions brutes d'oxydes d'azote NOS, amplifiées lors de la détermination de la capacité d'accumulation d'oxygène avec des gaz d'échappement de nature oxydante car la capacité d'accumulation d'oxygène du second catalyseur selon un développement, doit être seulement mesurée jusqu'au second seuil, diminué. 20 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 : - la figure 1 montre un moteur à combustion interne équipé d'un ap- 25 pareil de commande et d'un système de catalyseurs, composé d'un premier catalyseur et d'un second catalyseur, - la figure2 montre un ordinogramme comme exemple du procédé de l'invention, - la figure 3 montre un schéma par blocs fonctionnels d'un autre déve- 30 loppement de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention De façon détaillée, la figure 1 montre un moteur à combustion interne 10 équipé d'un système de catalyseurs 12 ayant au moins une branche 14, un appareil de commande 16 ainsi que diffé- 35 rents capteurs et actionneurs. L'appareil de commande 16 est conçu et 2908455 6 notamment il est programmé pour exécuter le procédé selon l'invention ou l'un de ses développements et ainsi commander notamment les opérations du procédé. Selon un mode de réalisation, si l'appareil de commande 16 constate une capacité de fonctionnement insuffisante du 5 système de catalyseurs 12, il actionne une lampe témoin de défaut MIL et/ ou mémorise un signal de défaut. Dans le développement de la figure 1, l'appareil de commande 16 traite notamment le signal d'un débitmètre massique d'air 18 qui mesure la masse d'air mL traversant le moteur à combustion in-terne 10, le signal d'un capteur de vitesse de rotation 20, qui mesure la vitesse de rotation (n) du moteur à combustion interne 10, le signal FW d'un capteur de demande du conducteur 22 qui saisit la demande de couple du conducteur du véhicule et les signaux L1, L2, L3 des capteurs de gaz d'échappement S1, S2, S3 installés en différents endroits 15 dans la branche 14. Selon ces signaux, l'appareil de commande 16 développe des signaux d'actionnement pour commander les actionneurs du moteur à combustion interne 10 gérant le fonctionnement du moteur 10. Le comportement est notamment caractérisé par le couple du moteur 10 qui dépend entre autres de la charge des chambres de com- 20 bustion avec un mélange carburant/ air, du coefficient d'air L ou coefficient lambda du mélange carburant/air et de l'évolution chronologique de la combustion des charges des chambres de combustion. Le coefficient d'air L ou coefficient lambda donne de façon connue le rapport de deux masses d'air ; le numérateur représente la masse d'air correspon-25 dant à une combustion stoechiométrique d'une certaine masse de carburant alors que la masse d'air donnée au dénominateur représente la masse d'air ayant effectivement participé à la combustion. Des valeurs du coefficient lambda L > 1 correspondent ainsi à un excédent d'air ; des valeurs de coefficient d'air L REVENDICATIONS 1 ) Procédé d'évaluation de l'aptitude au fonctionnement d'un système de catalyseurs (12) d'un moteur à combustion interne (10) faisant passer une veine de gaz d'échappement à travers un premier catalyseur (FK) et un second catalyseur (HK) installé en aval du premier catalyseur (FK) dans le sens de passage de la veine de gaz d'échappement, et en fonctionnement du moteur à combustion interne (10), on détermine une première capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-FK) comme capacité d'accumulation d'oxygène du premier catalyseur (FK) et une seconde capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-HK) comme capacité d'accumulation d'oxygène du second catalyseur (HK) et on évalue le système de catalyseurs (12) comme insuffisamment apte à fonctionner si la seconde capacité d'accumulation de l'oxygène (OSC-HK) est inférieure à un seuil prédéfini (SW(OSC-FK)), caractérisé en ce qu' on définit le seuil (SW(OSC-FK)) comme fonction de la première capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-FK). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine un premier seuil (SW-HK) comme valeur d'une fonction de la première capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-FK) et on définit la fonction en ce qu'elle associe à des valeurs de la première capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-FK), des valeurs de la seconde capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-HK) pour lesquelles on ne dépasse pas une valeur limite d'émission autorisée d'un premier composant (HC) des gaz d'échappement. 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' en complément on détermine un second seuil (SW-NO) comme valeur d'une fonction de la première capacité d'accumulation d'oxygène (OSCFK), cette fonction étant définie en ce qu'elle associe aux valeurs de la première capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-FK), des valeurs de la seconde capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-HK) pour lesquelles 2908455 17 on ne dépasse pas une valeur limite d'émissions autorisées d'un second composant des gaz d'échappement (NO). 4 ) Procédé selon la revendication 3, 5 caractérisé en ce qu' on estime que le système de catalyseurs (12) n'est pas suffisamment apte à fonctionner si la seconde capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-HK) ne dépasse pas le seuil (SW-HC) ou le second seuil (SW-NO). 10 5 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' on définit la première capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-FK) et la seconde capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-HK) en mettant le catalyseur correspondent dans un premier état par l'introduction d'une 15 première masse de gaz d'échappement ayant une première concentration en oxygène, état pour lequel donne d'une sonde lambda de gaz d'échappement installée en aval du catalyseur un signal caractéristique et ensuite en introduisant une seconde masse de gaz d'échappement ayant une seconde concentration en oxygène, on met la sonde dans un 20 second état et on détermine comme de la seconde masse pondérée de gaz d'échappement la capacité d'accumulation d'oxygène avec la différence de concentrations d'oxygène en amont du catalyseur et de la valeur stoechiométrique lambda égale à 1,0. 25 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la première concentration d'oxygène correspond à une atmosphère réductrice des gaz d'échappement et la seconde concentration d'oxygène 30 correspond à une atmosphère oxydante des gaz d'échappement. 7 ) Appareil de commande (16) pour évaluer l'aptitude au fonctionne-ment d'un système de catalyseurs (12) d'un moteur à combustion in-terne (10) dont la veine des gaz d'échappement traverse un premier 35 catalyseur (FK) et un second catalyseur (HK) installé en aval du premier 2908455 18 catalyseur (FK) dans le sens de passage de la veine des gaz d'échappement, l'appareil de commande (16) étant conçu pour que pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne (10) il détermine une première 5 capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-FK) comme capacité d'accumulation d'oxygène du premier catalyseur (FK) et une seconde capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-HK) comme capacité d'accumulation d'oxygène du second catalyseur (HK) et le système de catalyseurs (12) est jugé comme insuffisamment apte à fonctionner si la 10 seconde capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-HK) est inférieur à un seuil prédéfini (SW(OSC-FK)), caractérisé en ce que l'appareil de commande est conçu pour déterminer la valeur de seuil (SW(OSC-FK)) comme fonction de la première capacité d'accumulation 15 d'oxygène (OSC-FK). 8 ) Appareil de commande (16) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu' il est conçu pour exécuter un procédé selon l'une des revendications 2 à 20 6 et/ou pour commander le déroulement de ce procédé. 9 ) Appareil de commande (16) selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' il comporte une mémoire dans laquelle est enregistré un premier seuil 25 (SW-HC) comme valeur d'une fonction de la première capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-FK), cette fonction étant définie en ce qu'elle associe aux valeurs de la première capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-FK), les valeurs de la seconde capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-HK) pour lesquelles on ne dépasse pas une valeur limite 30 d'émissions autorisée d'un premier composant (HC) des gaz d'échappement. 10 ) Appareil de commande selon la revendication 9, caractérisé en ce qu' 2908455 19 on réalise la mémoire comme champ de caractéristiques (56) dans le-quel sont enregistrées des valeurs d'émissions normées d'un dispositif catalyseur limite et chaque valeur d'émission mémorisée est combinée à une valeur de la première capacité d'accumulation d'oxygène (OSC-FK) 5 et une valeur de la seconde capacité d'accumulation d'oxygène (OSCHK). 10