Brevet FR2924163A1 — publié le 20090529

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DE L'ETAT DE FONCTIONNEMENT D'UN CONVERTISSEUR CATALYTIQUE D'UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE. La présente invention concerne le domaine du traitement des ga; d'échappement d'un moteur à combustion interne, par exemplh de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne le domaine du contrôle de l'état de fonctionnement d'un convertisseur catalytique dont est pourvue la lign( d'échappement du moteur. Les moteurs à combustion interne produisent des ga; d'échappement qui contiennent des substances polluantes, telle que les oxydes d'azote, les hydrocarbures imbrûlés, et h monoxyde de carbone, qu'il est nécessaire de traiter avant de le relâcher dans l'atmosphère. Les véhicules automobiles sont souvent équipés d'un convertisseur catalytique disposé dans la ligne d'échappemen du moteur, permettant d'oxyder le monoxyde de carbone et le hydrocarbures imbrûlés. Les véhicules automobiles sont en outre généralement pourvu: d'un dispositif de contrôle de l'état de fonctionnement di convertisseur catalytique, permettant de contrôler le bol fonctionnement du convertisseur catalytique et de signaler ur dysfonctionnement au conducteur. 2924163 -2 Une augmentation trop importante de la température des ga; d'échappement provoquée par des dérives ou des défaillances dr système d'injection, peut conduire à une destruction dr convertisseur catalytique par fonte de celui-ci. L'obturation dr 5 convertisseur catalytique provoque une surchauffe dr turbocompresseur pouvant entraîner sa destruction, et pouvan également entraîner l'augmentation de la température de la lign( d'échappement. 10 En outre, une fuite à l'admission après le compresseur conduisant à une perte de puissance du moteur peut survenir Cette fuite conduit à une mesure erronée du débit d'air admis. I peut donc en résulter une élévation forte du niveau de particule émises par le moteur. Ces particules peuvent venir colmater h 15 convertisseur catalytique avec les mêmes effets néfastes sur h fonctionnement du moteur. Il est donc de première importance de savoir diagnostiquer avec fiabilité ces modes de défaillance pour enclencher les mode 20 dégradés nécessaires à une protection des utilisateurs, di l'environnement et du véhicule. Le document EP-1 323 905 (RENAULT) propose un dispositif dE contrôle de l'état de fonctionnement d'un convertisseu 25 catalytique d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne avec excitation du convertisseur par injection dE carburant, et contrôle de la valeur d'une variable représentativ( de la quantité de chaleur dégagée par une réaction d'oxydation au sein du convertisseur catalytique, en surveillant h température de fonctionnement du convertisseur catalytique et el - 3 procédant à l'injection de carburant à une températur( correspondant à une température d'amorçage thermique d'ut convertisseur catalytique ayant un fonctionnement correct. Pour mettre en oeuvre ce procédé, il est nécessaire d'installe des capteurs de températures supplémentaires dédié uniquement à la surveillance du convertisseur catalytique. Un des buts de l'invention est donc de palier cet inconvénient e de permettre le contrôle du fonctionnement d'un convertisseu catalytique, en utilisant des informations en provenance dE capteurs équipant le moteur à combustion interne déjà présents d'autres fins. Ainsi selon un premier aspect de l'invention, il est proposé ur procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'ut convertisseur catalytique d'une ligne d'échappement d'un moteu à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination de la différence de pression (APcata) au: bornes du convertisseur catalytique pour en déduire ur diagnostic de l'état de fonctionnement du convertisseu catalytique. Selon d'autres caractéristiques du procédé prises séparément or en combinaison: - le procédé comporte une étape de mesure ou d'estimation dE la pression en amont du convertisseur catalytique, - le procédé comporte une étape de mesure de la pression el aval du convertisseur catalytique, -4 - le procédé comporte une étape au cours de laquelle or compare la valeur de la différence de pression aux bornes dr convertisseur catalytique à une valeur de seuil, - le seuil est fonction du débit volumique des gaz d'échappemen traversant la ligne d'échappement, - le procédé comporte une étape au cours de laquelle on déclan le convertisseur catalytique comme défaillant si la différence dE pression aux bornes du convertisseur catalytique est supérieur au seuil, - le procédé comporte une étape au cours de laquelle on déclan le convertisseur catalytique comme défaillant si la différence dE pression aux bornes du convertisseur catalytique est supérieur au seuil durant une durée supérieure à une durée de seuil, - si le convertisseur catalytique est déclaré défaillant, on: -enregistre un code de défaut permettant une identificatior de la défaillance, - informe le conducteur de la défaillance par un messag( et/ou témoin d'alerte approprié et/ou un signal sonore, - active un mode dégradé de limitation de couple et/ou dE régime permettant de limiter les conséquences de la défaillance. L'invention concerne également un dispositif de contrôle de l'éta de fonctionnement d'un convertisseur catalytique d'une lign( d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant un( unité électronique de commande, caractérisé en ce qu'i comporte des moyens de détermination de la différence dE pression aux bornes du convertisseur catalytique pour en déduirE un diagnostic de l'état de fonctionnement du convertisseu catalytique.30 - 5 Selon un mode de réalisation, l'unité de commande électroniqu( comporte des moyens pour comparer la valeur de la différence d( pression aux bornes du convertisseur catalytique à une valeur d( seuil. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de h description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titn d'exemple nullement limitatif, et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur combustion interne équipé d'une ligne d'échappemen pourvue d'un convertisseur catalytique, - la figure 2 montre des courbes illustrant l'évolution de h différence de pression, respectivement aux bornes d'un convertisseur défaillant et aux bornes d'un convertisseu fonctionnel, en fonction du débit des gaz d'échappement - la figure 3 est un organigramme des différentes étape du procédé selon l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, un moteur à combustion interne 10 est pourvu de quatre cylindres 12 disposés en ligne Les cylindres 12 sont alimentés en air par l'intermédiaire d'un répartiteur d'admission 14, lui-même alimenté par une conduit( 16 pourvue d'un filtre à air 11 et d'un turbocompresseur 18 d( suralimentation du moteur en air. En outre, la conduit( d'amission 16 peut comporter un volet d'amission 33. Un collecteur d'échappement 20 récupère les gaz d'échappemen 30 issus de la combustion et les évacue vers l'extérieur en passan -6 par la turbine du turbocompresseur 18 et par une lign( d'échappement 22. Un circuit de recirculation 23 des gaz d'échappement comprenant une partie du circuit d'alimentation du moteur en ai et une partie du circuit d'échappement est configuré pou récupérer une partie des gaz d'échappement et les réinjecte dans le répartiteur d'admission 14 pour limiter la quantit( d'oxydes d'azote produits par la combustion, tout en évitant h formation de fumée dans les gaz d'échappement. Le circuit dE recirculation 23 peut comporter une soupape de réglage 24 dr flux de gaz d'échappement recirculés, ainsi qu'un refroidisseu des gaz de recirculation 33 et un by-pass (non représenté) de cE refroidisseur. La ligne d'échappement 22 comprend un filtre à particules 21, ur convertisseur catalytique 25 assurant une oxydation de molécules réductrices, notamment le monoxyde de carbone CO e les hydrocarbures imbrûlés HC et un piège à oxydes d'azote 15. Le convertisseur catalytique 25 peut être de type classique et nE sera donc pas décrit en détail par la suite. Le convertisseu catalytique 25 peut posséder une structure monolithique. LE convertisseur catalytique 25 peut être pourvu de canau: imprégnés d'une phase catalytique, par exemple un méta précieux, et présentant une grande surface de contact avec le gaz d'échappement. Le moteur 10 comprend un calculateur embarqué 26 ou unité dE commande électronique (U.C.E) capable d'assurer le contrôle dr -7 fonctionnement dudit moteur 10, notamment le réglage de se: paramètres de fonctionnement ainsi que le contrôle dr fonctionnement du convertisseur catalytique 25. Le moteur 10 peut être pourvu d'un capteur 28 de pression d( suralimentation, d'un capteur 27 de pression d'air atmosphériqu( intégré à l'U.C.E, d'un capteur 30 de température d'admission d'air, d'un capteur de débit 32 d'air admis, les deux dernier: capteur étant disposés dans la conduite 16 d'alimentation. L( moteur peut en outre être pourvu d'un capteur 29 de pression e d'un capteur de température 31 disposés en amont de la turbin( du turbocompresseur 18, et d'un capteur de pression 35 en ava du convertisseur catalytique 25. Ces capteurs et les principaux organes fonctionnels du moteur et du circuit d'alimentation en ai sont reliés au calculateur 26 (ces connexions ne sont pax représentées sur la figure 1 par soucis de clarté). Le calculateur 26 comprend des moyens de mémorisation, dan: lesquels sont stockés un ensemble de données obtenues pa apprentissage préalable correspondant notamment à des valeur: de seuil de détection de disfonctionnements. A la figure 2a on a représenté les évolutions de la différence d( pression APcata aux bornes d'un convertisseurs catalytiques el fonction du débit volumique des gaz d'échappement Qecl traversant la ligne d'échappement 22. La coure Cl donn( l'évolution de APcata lorsque le convertisseur catalytique es détruit et la courbe C3 donne l'évolution de APcata lorsque h convertisseur catalytique est fonctionnel. La courbe C2 est un( courbe de seuil de détection de disfonctionnement dr -8 convertisseur catalytique. Ces différentes courbes sont obtenue en réalisant des test, par exemple pour la courbe Cl en installan un convertisseur catalytique défaillant dans la lign( d'échappement d'un véhicule. Ces figures permettent de constater qu'il existe un grand écar entre la différence de pression APcata aux bornes d'ut convertisseur catalytique fonctionnel et d'un convertisseu catalytique défaillant. Cette différence peut par exemple étrE comprise entre 50 et 150 millibars en fonction du débit volumique des gaz d'échappement. La figure 2b est un chronogramme de l'évolution de la différenc( de pression APcata aux bornes d'un convertisseur catalytique et 15 fonction du temps . Entre les temps tO et t1 , le convertisseur catalytique es fonctionnel, la différence de pression APcata à ses bornes es située sur la courbe C3 et donc sa perte de charge est inférieur 20 à la courbe de seuil C2. Au temps t1 un évènement destructeur se produit. Cet évènemen peut durer dans le temps, c'est pourquoi le convertisseu catalytique se dégrade de plus en plus entre t1 et t2 jusqu' 25 atteindre un niveau de dégradation donnée. Entre les temps t2 et t3, on est dans les conditions de diagnostic adéquates, et pendant cet intervalle de détection (t3-t2) h différence de pression aux bornes du convertisseur catalytiquw - 9 APcata est située sur la courbe Cl et est donc supérieure à h courbe seuil, un défaut est donc détecté. L'invention propose un de détecter avec fiabilité une tell( défaillance. On se reporte à présent à la figure 3 qui est un organigramm( des étapes du procédé selon l'invention. A l'étape 40, l'U.C.E vérifie que les conditions de fonctionnemen du moteur sont favorables à la réalisation du test. Par exemph l'U.C.E vérifie que: - la température de l'air d'admis est comprise entre un( limite haute, par exemple 50°C et une limite basse, par exempt( 10°, - la pression atmosphérique est comprise entre une limit( haute, par exemple 1050 mbar, et une limite basse, par exemph 950 mbar, - le débit des gaz d'échappement Qech est stable, - le débit des gaz d'échappement Qech est compris entn une limite haute et une limite basse par exemple entre 0 et 701 m3/h, - les capteurs utilisés pour le contrôle du fonctionnement d( convertisseur catalytique sont fonctionnels. A l'étape 42 l'U.C.E détermine la valeur de la pression en amon du convertisseur catalytique. Cette pression peut être mesuré( grâce à un capteur présent dans la ligne d'échappement d( moteur en amont du convertisseur catalytique 25. Selon un autn -10- mode de réalisation avantageux, l'U.C.E 26 peut estimer cett( pression en utilisant une ou plusieurs des informations suivantes - la pression en amont de la turbine mesurée par le capteu 29, - la température en amont de la turbine mesurée par h capteur 31, - la pression atmosphérique mesurée par le capteur 27, -la température d'air d'admission mesurée par le capteu 30, -le régime moteur mesuré à l'aide d'un capteur dE déplacement du vilebrequin ou par tout autre moyen, - le débit de carburant injecté, - le débit d'air frais mesuré à l'admission par le capteur 32, - la pression de suralimentation mesurée par le capteur 28. 15 A l'étape 44 l'U.C.E calcule la différence de pression APcat A l'étape 46 l'U.C.E compare la valeur de cette différence APcat Ce calcul permet d'obtenir une valeur de débit volumique des ga; d'échappement Qech correcte même lorsqu'une fuite survien dans la partie du circuit d'admission située en aval dt compresseur dans le sens d'écoulement des gaz admis, car dan: ce cas de figure, l'information débit admis donnée par h débitmètre 32 n'est plus correcte. Les valeur de S1 sont lues par l'U.C.E dans une cartographi( reprenant les valeurs de la courbe C2 de la figure 2. Si la valeu de ÈPcata est inférieure à si, alors l'étape 42 est de nouveat effectuée. Si tel n'est pas le cas, à l'étape 48 l'U.C.E vérifi( qu'une durée At s'est écoulée. En d'autres termes, cette étape permet de vérifier que ÈPcata est restée supérieure à Si duran une durée prédéterminée At assez longue. Si la durée At ne s'es pas écoulée alors l'étape 46 est de nouveau effectuée. Si ÈPcatt est restée supérieure à Si durant une durée supérieure à At, l'étape 50 l'U.C.E déclare le convertisseur catalytique défaillant Cette étape permet de ne pas lever un défaut si la défaillance nE s'est déclarée que temporairement et évite donc les fausse détections. Toujours durant l'étape 50 l'U.C.E: -12- - enregistre un code de défaut encore appelé Defaul Trouble Code (DTC) dans la mémoire du calculateur d'injection ce code de défaut permet une identification de la défaillance el après-vente, par interrogation de l'U.C.E à l'aide d'un outil dE diagnostic, - informe le conducteur de la défaillance par un messag( et/ou témoin d'alerte approprié et/ou un signal sonore, - active un mode dégradé de limitation de couple et/ou dE régime, permettant de limiter les conséquences de la défaillanc( sur la sécurité des utilisateurs, sur l'environnement et sur h véhicule. Le procédé selon l'invention utilise avantageusement le informations en provenance de capteurs déjà présents et nE requiert pas l'ajout de capteurs spécifiques. En effet, le capteu de pression en amont du filtre à particules 35 est en généra installé dans la ligne d'échappement du moteur pour le diagnostic du filtre à particules et le capteur de pression en amont de h turbine 31 est installé pour le contrôle de la pression dE suralimentation. Cette caractéristique permet de rendre cE diagnostic plus fiable car, il utilise moins de capteurs que le diagnostic de l'art antérieur et permet donc de diminuer le coû d'une telle stratégie. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'ut convertisseur catalytique (25) d'une ligne d'échappement (22 d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'i comporte une étape (42) de détermination de la différence dE pression (ÈPcata) aux bornes du convertisseur catalytiqu( pour en déduire un diagnostic de l'état de fonctionnement dt convertisseur catalytique (25). 2 Procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'ut convertisseur catalytique (25) selon la revendicatiot précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une étape dE mesure (42) ou d'estimation (42) de la pression en amont dt convertisseur catalytique. 3 Procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'ut convertisseur catalytique selon l'une des revendication: précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape dE mesure de la pression en aval du convertisseu catalytique(42). 4 Procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'ut convertisseur catalytique selon l'une quelconque de revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comport( une étape au cours de laquelle on compare la valeur de h différence de pression (ÈPcata) aux bornes du convertisseu catalytique à une valeur de seuil (Si).- 14-Procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'ut convertisseur catalytique selon la revendication précédente caractérisé en ce que le seuil (Si) est fonction du débi volumique des gaz d'échappement traversant la lign( 5 d'échappement (22). 6 Procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'ut convertisseur catalytique selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte une étape (50) au cours dE laquelle on déclare le convertisseur catalytique comm( défaillant si la différence de pression (ÈPcata) aux bornes dt convertisseur catalytique est supérieure au seuil (Si). 7. Procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'ut convertisseur catalytique selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte une étape (50) au cours dE laquelle on déclare le convertisseur catalytique comm( défaillant si la différence de pression (ÈPcata) aux bornes dt convertisseur catalytique est supérieure au seuil (Si) duran une durée supérieure à une durée de seuil (Ti). 8. Procédé de contrôle de l'état de fonctionnement d'ut convertisseur catalytique selon l'une des revendications 6 ot 7, caractérisé en ce que si le convertisseur catalytique es déclaré défaillant, on: - enregistre un code de défaut permettant une identificatiot de la défaillance, - informe le conducteur de la défaillance par un messag( et/ou témoin d'alerte approprié et/ou un signal sonore,-15- - active un mode dégradé de limitation de couple et/ou d( régime permettant de limiter les conséquences de la défaillance. 9. Dispositif de contrôle de l'état de fonctionnement d'un convertisseur catalytique (25) d'une ligne d'échappement (22 d'un moteur à combustion interne comportant une unit( électronique de commande (26), caractérisé en ce qu'i comporte des moyens de détermination de la différence d( pression (ÈPcata) aux bornes du convertisseur catalytiqu( pour en déduire un diagnostic de l'état de fonctionnement dr convertisseur catalytique (25). 10. Dispositif de contrôle de l'état de fonctionnement d'un convertisseur catalytique (25) d'une ligne d'échappement (22 d'un moteur à combustion interne selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'unité de command( électronique comporte des moyens pour comparer la valeur d( la différence de pression (ÈPcata) aux bornes du convertisseu catalytique à une valeur de seuil (Si).