Brevet FR2908456A1 — publié le 20080516

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé pour évaluer la capacité de fonctionnement d'un système de catalyseurs d'un moteur à combustion interne ayant au moins une branche avec un catalyseur avant et un catalyseur principal, l'appréciation de l'aptitude au fonctionnement se faisant selon une capacité d'accumulation d'oxygène du catalyseur avant. L'invention concerne également un appareil de commande pour évaluer ou juger l'aptitude au fonctionnement d'un système de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Un tel procédé et un tel appareil de commande sont déjà connus en tant que tels. Etat de la technique Le catalyseur principal présente en général un volume important et pour des raisons d'encombrement il est installé sous le plancher du véhicule. le catalyseur avant ou catalyseur frontal en général plus petit est en revanche installé plus près du moteur à combustion interne pour être chauffé très rapidement après un démarrage à froid et pour atteindre aussi rapidement que possible sa température de déclen- chement à laquelle il assure la conversion des matières polluantes. Pour des raisons de législation aux Etats-Unis et dans l'Union Européenne, il faut surveiller les composants concernés par les gaz d'échappement dans les véhicules automobiles pendant leur fonctionnement. Les composants concernés par les gaz d'échappement sont notamment les catalyseurs qui convertissent entre autres les hydrocarbures (HC) contenus dans les gaz d'échappement avec de l'oxygène pour donner de l'eau et du dioxyde de carbone. On utilise la corrélation entre la capacité de conversion des hydrocarbures HC et la capacité d'accumuler l'oxygène par le catalyseur. La capacité d'accumuler l'oxygène est déterminée par l'exploitation des signaux de capteurs de gaz d'échappement, sensibles à l'oxygène et des signaux d'autres capteurs à partir desquels on détermine un débit massique de gaz d'échappement pendant le fonctionnement du véhicule automobile. Actuellement, on effectue le diagnostic de chaque cataly- Beur pris individuellement, séparément du diagnostic de l'autre cataly- 2908456 2 seur. Pour cela, on détermine sa capacité d'accumuler l'oxygène et on compare cette capacité à un seuil prédéfini. Si la capacité d'accumuler l'oxygène est inférieure au seuil, on dépose un message de défaut correspondant dans l'appareil de commande. Après vérification statistique 5 du message de défaut par l'exécution répétée du procédé, on actionne un voyant de défaut (indicateur lumineux de mauvais fonctionnement MIL) demandant au conducteur de se rendre dans un atelier. Dans l'atelier on pourra remplacer le catalyseur jugé comme défectueux. Jusqu'à présent, on a vérifié et jugé individuellement les 10 catalyseurs des systèmes de catalyseurs comme décrits ci-dessus. Un tel contrôle individuel de tous les catalyseurs d'un système à catalyseurs multiples demande beaucoup de temps ce qui est délicat surtout dans le cadre des cycles de vérification prescrits par la réglementation (par exemple la Procédure Fédérale de Test FTP 75 aux Etats-Unis). 15 Dans de tels cycles de test on modifie fréquemment l'état de fonctionnement du moteur à combustion interne de sorte que les phases avec des états de fonctionnement qui conviennent pour un diagnostic de catalyseur ne se produisent que brièvement. En outre, chaque diagnostic de catalyseur distinct se traduit par une faible consommation supplé- 20 mentaire de carburant par comparaison avec le fonctionnement sans diagnostic et de plus cela se traduit par une augmentation des émissions brutes par le moteur à combustion interne c'est-à-dire la quantité de matières polluantes évoquée. Exposé et avantages de l'invention 25 La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients de l'état de la technique et se caractérise en ce que la branche du système de catalyseurs est jugée comme apte à fonctionner indépendamment d'une capacité de stockage d'oxygène du catalyseur principal, si la capacité d'accumuler l'oxygène du catalyseur avant est 30 supérieure à un premier seuil. L'invention concerne également un appareil de commande du type défini ci-dessus caractérisé en ce que l'appareil de commande est conçu pour qu'une branche du système de catalyseurs soit jugée comme apte à fonctionner indépendamment d'une capacité 35 d'accumuler l'oxygène du catalyseur principal si la capacité 2908456 3 d'accumuler l'oxygène du catalyseur avant est supérieures à un premier seuil. Comme le système de catalyseurs est jugé apte à fonctionner indépendamment de la capacité d'accumuler l'oxygène par le 5 catalyseur principal, si une capacité d'accumuler l'oxygène de son catalyseur avant est supérieure à un premier seuil, en cas de catalyseur avant de qualité insuffisamment bonne, on renoncera au diagnostic du catalyseur principal correspondant. Ainsi, on économise le temps qui serait nécessaire à la vérification du catalyseur principal ainsi que 10 l'augmentation de la consommation de carburant entraîné par le contrôle du catalyseur principal ainsi que les émissions brutes du moteur à combustion interne. L'avantage de l'économie de temps est particulièrement important dans les systèmes de gaz d'échappement à plusieurs bran- 15 ches dont chacune a un catalyseur frontal et un catalyseur principal. De tels systèmes de gaz d'échappement possèdent en général deux branches et ainsi globalement au moins quatre catalyseurs ce qui représente pour un contrôle individuel de chaque catalyseur pris séparé-ment, un temps d'importance considérable et une augmentation 20 correspondante de la consommation de carburant et des émissions no-cives. Ainsi, la présente invention diminue à la fois le temps à mettre en oeuvre et l'augmentation non souhaitée de la consommation de carburant et des émissions. Dessins 25 La présente invention sera décrite ci-après 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 appareil de commande et d'un système de catalyseurs dans une bran- 30 che, - la figure 2 montre un ordinogramme comme exemple de réalisation du procédé, - la figure 3 montre l'association entre les paires de valeurs et les capacités d'accumuler l'oxygène par un catalyseur avant et un cataly- 35 Beur principal aboutissant à des résultats de diagnostic différents, 2908456 4 - la figure 4 montre un moteur à combustion interne ayant un appa- reil de commande et un système de catalyseurs à deux branches, - la figure 5 montre l'association des paires de valeurs correspondant aux capacités d'accumuler l'oxygène d'un catalyseur avant et d'un 5 catalyseur principal donnant différents résultats de diagnostic, - la figure 6 montre un ordinogramme d'un autre exemple de réalisa- tion du procédé, - la figure 7 montre une matrice de jugement pour le système de catalyseurs à deux branches. 10 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 différents capteurs et actionneurs. L'appareil de commande 16 est conçu et 15 notamment programmé pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention ou réaliser son développement et notamment commander les opérations du procédé. Si l'appareil de commande constate une capacité de fonctionnement insuffisante du système de catalyseurs, selon une réalisation, il commande une lampe témoin de défaut MIL et/ou mémo- 20 rise un message de défaut correspondant. Selon une réalisation de la figure 1, l'appareil de commande 16 traite notamment le signal d'un débitmètre massique d'air 18 mesurant le débit massique d'air mL traversant le moteur à combustion interne 10, le signal d'un capteur de vitesse de rotation 20 qui mesure 25 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 émise par le conducteur du véhicule ainsi que les signaux L1, L2, L3 des capteurs de gaz d'échappement S1, S2, S3 installés en différents endroits de la branche 14. En fonction de ces signaux, l'appareil 30 de commande 16 génère des signaux d'actionnement pour commander les actionneurs du moteur à combustion interne 10 par lesquels on commande le mode de fonctionnement du moteur à combustion interne 10. Le comportement est notamment caractérisé par le couple du moteur à combustion interne 10 qui dépend entre autres de la charge des 35 chambres de combustion par le mélange carburant/air, le coefficient 2908456 5 d'air L ou le coefficient Lambda du mélange carburant/air ainsi que le déroulement dans le temps de la combustion des charges des chambres de combustion. Le coefficient d'air L ou coefficient Lambda représente comme cela est connu, le rapport de deux masses d'air, le dénomina- 5 teur correspondant à la masse d'air de la combustion stoechiométrique d'une certaine masse de carburant lorsque la masse d'air au dénominateur indique la masse d'air ayant effectivement participée à la combustion. Les coefficients Lambda L > 1 correspondent ainsi un excédent d'air et les coefficients d'air Lambda L OSCHKDMX, une plage H2 de bonnes valeurs répondant à la 2908456 11 relation OSCHKD REVENDICATIONS 1 ) Procédé pour évaluer la capacité de fonctionnement d'un système de catalyseurs (12, 13) d'un moteur à combustion interne (10) ayant au moins une branche (14, 15, 17) avec un catalyseur avant (FK, FK1, FK2) et un catalyseur principal (HK, HK1, HK2), l'appréciation de l'aptitude au fonctionnement se faisant selon une capacité d'accumulation d'oxygène (OSC_FK, OSC_FK1, OSC_FK2) du catalyseur avant (FK, FK1, FK2), caractérisé en ce que la branche (14, 15, 17) du système de catalyseurs (12, 13) est jugée comme apte à fonctionner indépendamment d'une capacité de stockage d'oxygène (OSC_HK, OSC_HK1, OSC_HK2) du catalyseur principal (HK, HK1, HK2), si la capacité d'accumuler l'oxygène (OSC_FK, OSC_FK1, OSC_FK2) du catalyseur avant (FK, FK1, FK2) est supérieure à un pre- mier seuil (OSCFKDMX). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la capacité d'accumulation d'oxygène (OSC_FK, OSC_FK1, OSC_FK2) du catalyseur avant (FK, FK1, FK2) et à une plage (F1) on attribue une très bonne valeur, à une plage (F2) une bonne valeur, à une plage (F3) une valeur critique et à une plage (F4) une mauvaise va-leur, la plage (F1) correspondant à la très bonne valeur étant délimitée par le premier seuil (OSCFKDMX). 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine la capacité d'accumuler l'oxygène (OSC_HK, OSC_HK1, OSC_HK2) du catalyseur principal (HK, HK1, HK2) si la capacité d'accumuler l'oxygène OSC_FK, OSC_FK1, OSC_FK2) du catalyseur avant (FK, FK1, FK2) correspond à la plage (F2) des bonnes valeurs ou à la plage (F3) des valeurs critiques. 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que 2908456 19 la capacité d'accumuler l'oxygène (OSC_HK, OSC_HK1, OSC_HK2) du catalyseur principal (HK, HK1, HK2) est associée à une plage (Hl) avec de très bonnes valeurs, une plage (H2) avec de bonnes valeurs ou à une première plage (H3) avec de mauvaises valeurs. 5 5 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la branche est jugée comme apte à fonctionner si la capacité d'accumuler l'oxygène du catalyseur avant se situe dans une plage de 10 bonnes valeurs et si la capacité d'accumuler l'oxygène du catalyseur principal se situe au moins dans une plage de bonnes valeurs. 6 ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que 15 la branche (14, 15, 17) est jugée comme apte à fonctionner si la capacité d'accumuler l'oxygène (OSC_FK, OSC_FK1, OSC_FK2) du catalyseur avant (FK, FK1, FK2) se situe dans une plage (F3) de valeur critiques et si la capacité d'accumuler l'oxygène (OSC_HK, OSC_HK1, OSC_HK2) du catalyseur principal (HK, HK1, HK2) se situe dans une plage (H1) avec 20 de très bonnes valeurs. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour un système de catalyseurs (13) d'un moteur à combustion interne 25 (10) ayant une première branche (15) traversée par les gaz d'échappement d'au moins une chambre de combustion (19, 21) du moteur à combustion interne (10) et un premier catalyseur avant (FK 1) et un premier catalyseur principal (HK1) et ayant une seconde branche (17) traversée par les gaz. d'échappement d'au moins une seconde 30 chambre de combustion (23, 25) du moteur à combustion interne (10) avec un second catalyseur avant (FK2) et un second catalyseur principal (HK2) et selon lequel l'évaluation de l'aptitude au fonctionnement du systèmes de catalyseurs (13) se fait en fonction des capacités d'accumuler l'oxygène (OSC_FK1, OSC_FK2) des deux catalyseurs avant 35 (FK1, FK2), 2908456 20 le système de catalyseurs (13) est jugé comme apte à fonctionner si chacune des deux branches (15, 17) est jugée apte à fonctionner de manière indépendante l'une de l'autre. 5 8 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la capacité à accumuler l'oxygène (OSC_HK1, OSC_HK2) du catalyseur principal (HK1, HK2) a une première plage (H1) correspondant à de très bonnes valeurs, une plage (H2) avec de bonnes valeurs et une plage (H4) 10 avec des valeurs critiques et une seconde plage (H5) avec des mauvaises valeurs. 9 ) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que 15 l'aptitude au fonctionnement de la branche (15, 17) est jugée comme critique si la capacité d'accumuler l'oxygène du catalyseur principal (HK1, HK2) se situe dans la plage (H4) des valeurs critiques et la capacité d'accumuler l'oxygène (OSC_FK1, OSC_FK2) du catalyseur avant (FK1, FK2) se situe dans une plage (F2) de bonnes valeurs ou si la ca- 20 pacité d'accumuler l'oxygène (OSC_FK1, OSC_FK2) du catalyseur avant FK1, FK2) se situe dans une plage (F3) de valeurs critiques et si la capacité d'accumuler l'oxygène (OSC_HK1, OSC_HK2) du catalyseur principal (HK1, HK2) se situe dans une plage (H2) de bonnes valeurs. 25 10 ) Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'évaluation de l'aptitude au fonctionnement de la branche (15, 17) se fait en plus en fonction de l'évaluation de l'aptitude au fonctionnement de l'autre branche (17, 15), l'évaluation de l'aptitude au fonctionnement 30 d'une branche (15, 17) comme critique étant transformée en une évaluation considérée comme bonne si l'évaluation de l'autre branche (17, 15) est jugée comme bonne. 11 ) Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, 35 caractérisé en ce que 2908456 21 la détermination de la capacité en oxygène (OSC_HK1, OSC_HK2) du catalyseur principal (HK1, HK2) d'une branche (15, 17) n'est faite que si la capacité d'accumuler l'oxygène (OSC_FK1, OSC_FK2) du catalyseur avant (FK1, FK2) de cette branche (15, 17) ne se situe pas dans la plage 5 (F1) des très bonnes valeurs ou si l'aptitude au fonctionnement de l'autre branche (17, 15) est jugée comme critique. 12 ) Appareil de commande (16) pour évaluer l'aptitude au fonctionne-ment d'un système de catalyseurs (12, 13) d'un moteur à combustion 10 interne ayant au moins une branche (14, 15, 17) avec un catalyseur avant (FK, FK1, FK2) et un catalyseur principal (HK, HK1, HK2), l'appareil de commande (16) étant conçu pour juger de l'aptitude au fonctionnement en fonction de la capacité d'accumulation d'oxygène (OSC_FK, OSC_FK1, OSC_FK2) du catalyseur avant (FK, FK1, FK2), 15 caractérisé en ce que l'appareil de commande est conçu pour qu'une branche (14, 15, 17) du système de catalyseurs (12, 13) soit jugée comme apte à fonctionner indépendamment d'une capacité d'accumuler l'oxygène (OSC_HK, OSC_HK1, OSC_HK2) du catalyseur principal (HK, HK1, HK2) si la ca- 20 pacité d'accumuler l'oxygène (OSC_FK, OSC_FK1, OSC_FK2) du catalyseur avant (FK, FK1, FK2) est supérieures à un premier seuil (OSCFKDMX). 13 ) Appareil de commande selon la revendication 12, 25 caractérisé en ce qu' il est conçu pour commander l'exécution d'un procédé selon au moins l'une quelconque des revendications 2 à 11. 30