Brevet FR2929988A1 — publié le 20091016

DEMANDE DE BREVET B08-0059FR AXC/EHE Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Procédé de détermination de la capacité de stockage d'un piège à oxydes d'azote Invention de : Alexandra DUBRAY-DEMOL Procédé de détermination de la capacité de stockage d'un piège à oxydes d'azote La présente invention concerne les systèmes de diagnostics embarqués, et plus particulièrement la détermination de la capacité de stockage d'un dispositif de piégeage à oxydes d'azote. Un piège à oxydes d'azote est un convertisseur catalytique utilisé dans un système de post traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour traiter les oxydes d'azote émis par ce moteur. Il comprend deux modes de fonctionnement distincts. Dans un premier mode, lors du fonctionnement standard du moteur à combustion interne, c'est-à-dire avec un mélange air/carburant pauvre en carburant, le piège stocke les oxydes d'azote émis et oxyde les hydrocarbures et le monoxyde de carbone par catalyse directe sans qu'il n'y ait de stockage préalable de ces deux réducteurs. Régulièrement, le piège sort du fonctionnement du premier mode pour fonctionner de manière ponctuelle dans un deuxième mode dans lequel le piège subit une opération de purge. L'opération de purge est réalisée en passant cette fois à un mélange air/carburant riche en carburant. Durant ce mode, les réducteurs cités précédemment, à savoir les hydrocarbures et le monoxyde de carbone et d'autres réducteurs éventuellement présents, passent dans le piège et réduisent les oxydes d'azote afin de libérer ces derniers dans l'atmosphère sous la forme de diazote et de dioxyde de carbone. Le piège à oxydes d'azote dispose, dans les deux modes de fonctionnement, d'une certaine capacité de stockage des oxydes d'azote et de l'oxygène chacune de ces capacités variant en fonction de la température du piège à oxydes d'azote et diminuant fortement avec le vieillissement du piège. Lors de la phase de purge d'un piège à oxydes d'azote, les réducteurs purgent les oxydes d'azote présents dans le piège ainsi que l'oxygène stocké. La durée de l'opération de purge dépend donc à la fois de la quantité d'oxygène et d'oxydes d'azote présents dans le dispositif de piège à oxydes d'azote. La phase de stockage ayant lieu alors que le moteur à combustion interne fonctionne avec un mélange air/carburant pauvre en carburant, c'est-à-dire avec de l'oxygène en excès, le piège est rapidement saturé en oxygène. La quantité de réducteurs consommés pendant la purge correspond donc à l'association de ceux utilisés pour traiter l'oxygène et de ceux utilisés pour traiter les oxydes d'azotes. On a donc une quantité de réducteurs consommés correspondant à la somme de la quantité de réducteurs traitant l'oxygène avec la quantité de réducteurs traitant les oxydes d'azote. On peut également interpréter ces quantités de réducteurs en terme de durées de purges comme dans le brevet US 6 497 092, dans lequel la durée de l'opération de purge d'un piège à oxydes d'azote est décomposée en deux parties correspondant d'une part à la durée de purge de l'oxygène et d'autre part à la durée de purge des oxydes d'azote. La détermination de la capacité de stockage d'un piège à oxydes d'azote est généralement réalisée pendant une opération de purge du piège. I1 s'agit alors d'évaluer la quantité de réducteurs consommés durant l'opération de purge. Cette quantité est adimensionnée par la quantité d'oxydes d'azote stockée dans le piège au moment de la purge dont la masse est issue d'un modèle utilisé dans le brevet Renault FR0755009 par exemple. Dans la plupart des brevets, l'accent est mis sur la dépendance de la masse de réducteurs consommés pendant l'opération de purge avec la masse d'oxydes d'azote présents dans le piège au moment de l'opération de purge. Les mesures servant à déterminer la capacité de stockage des pièges à oxydes d'azotes sont réalisées sur un banc de test pour un certain profil de vitesse et de rapport de vitesse que doit suivre le véhicule, c'est-à-dire que le modèle d'émission d'oxydes d'azote et de stockage dans le piège à oxydes d'azote est calibré et validé sur cycle type caractéristique d'un unique profil. Le diagnostic, c'est-à-dire la détermination de la capacité de stockage du piège à oxyde d'azote, est également limité à des zones correspondant au cycle type. Les cycles des conducteurs peuvent être très différents des cycles types réalisés sur les bancs tests, et le diagnostic doit pouvoir se réaliser de manière répétée sur des zones différentes d'un cycle type. D'autant plus, qu'un taux de passage du diagnostic doit être réalisé quelque soit le profil de roulage du conducteur. La masse d'oxydes d'azote stockée dans un piège à oxydes d'azote est une donnée difficile à avoir de façon fiable étant donné qu'elle nécessite de prendre en compte l'historique complet entre deux opérations de purge du piège à la fois en terme d'émissions d'oxydes d'azote par le moteur, et en terme de stockage d'oxydes d'azote par le piège. La demande de brevet US 2004/0055278 décrit un dispositif réalisant un diagnostic de la dégradation de la capacité de réduction en oxydes d'azote du catalyseur à l'aide d'un capteur à oxydes d'azote. La demande de brevet JP2000/0352309 décrit un diagnostic prenant en compte à la fois la quantité d'oxydes d'azote stocké dans le catalyseur et la quantité d'oxygène stocké. Le brevet US 6 497 092 décrit un diagnostic du piège à oxydes d'azote basé sur le calcul de la durée de purge en déduisant de cette durée, le temps nécessaire à purger l'oxygène stocké dans le catalyseur. L'invention propose de résoudre ces problèmes en s'affranchissant de l'utilisation de la masse d'oxydes d'azote stockée dans le piège à oxydes d'azote juste avant de débuter l'opération de purge, ceci en mesurant la capacité de stockage en oxygène du piège à oxydes d'azote. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de détermination de la capacité de stockage d'un dispositif de piège à oxydes d'azote. Selon ce procédé, on mesure la quantité de réducteurs consommés lors d'une purge du piège à oxydes d'azote lorsque la quantité d'oxyde d'azote modélisée contenue dans le piège à oxydes d'azote est inférieure à une valeur seuil de quantité d'oxydes d'azote, et l'on calcule un facteur de dégradation du dispositif de piège à oxydes d'azotes en comparant la quantité de réducteurs consommés de 5 Fdégrad _ Mref (T) 2929988 ladite purge du piège à oxydes d'azote à une quantité de réducteurs de référence. En réalisant une mesure de la quantité de réducteurs consommés lors d'une purge d'un piège à oxydes d'azote alors que la 5 masse d'oxydes d'azote modélisée est inférieure à un seuil, le système est placé dans des conditions de mesures où le piège est vide ou tout du moins quasi vide. On s'affranchit ainsi de l'information sur la masse d'oxydes d'azote lors de la mesure. La quantité de réducteurs consommés correspond donc à la quantité de réducteurs nécessaire 10 pour traiter l'oxygène. Pour évaluer la quantité de réducteurs utilisés, on peut utiliser des sondes à oxygènes proportionnelles ou binaires, ou des capteurs à oxydes d'azote. De préférence, la quantité de réducteurs de référence est une 15 quantité standard de réducteurs nécessaire pour traiter l'oxygène stocké dans un dispositif de piège à oxydes d'azote pour un vieillissement donné d'un dispositif de piège à oxydes d'azote nominal. Cette quantité de réducteur de référence correspond à un 20 vieillissement identifié pour un piège à oxydes d'azote nominal. A partir de la mesure de la quantité de réducteurs consommés pendant l'opération de purge, cette quantité de référence permet de calculer le facteur de dégradation du piège à oxydes d'azote qui est de la forme suivante : 25 MRédCOflS (Tl ) Avec MRédaonS la quantité de réducteurs consommés pendant l'opération de purge, Mréf la quantité de réducteurs de référence, et Fdégrad le facteur de dégradation. A noter que les quantités de réducteurs consommés pendant la purge, et de référence dépendent de 30 la température à laquelle l'opération de purge est réalisée. De préférence, on réalise une première opération de purge du dispositif de piège à oxydes d'azote avant de réaliser une seconde opération de purge successive à la première lors de laquelle on mesure la quantité de réducteurs consommés. Ces deux purges successives permettent de se placer dans des conditions où le piège est vide ou quasi vide lors de la deuxième purge durant laquelle on effectue les mesures. On peut également mesurer la quantité de réducteurs consommés lors d'une opération de purge du piège à oxydes d'azote lorsque les conditions de roulage rencontrées correspondent à des zones d'émissions par le moteur pour lesquelles la masse d'oxydes d'azote est inférieure à une valeur seuil de masse d'oxydes d'azote modélisée. On déclenche une alerte lorsque le facteur de dégradation du dispositif de piège à oxydes d'azote dépasse une valeur seuil. Le facteur de dégradation Fdégrad peut également être lié à la durée de l'opération de purge du piège à oxydes d'azote réalisée correspondant à l'opération de purge durant laquelle on mesure la quantité de réducteurs consommés. On peut également calculer un facteur de dégradation Fdégrad du piège à oxydes d'azote pondéré suivant l'utilisation du piège à oxydes d'azote. P(T ) MRédcons t Mréf 1 i Avec P un facteur de pondération de la mesure faite à l'itération i dépendant de l'utilisation du piège a oxydes d'azote, c'est-à-dire de la plage de température sur laquelle le piège effectue ses opérations de purge, et d'autres facteurs liés à l'utilisation d'un piège à oxydes d'azote. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels : Fdégrad li - la figure 1 illustre une architecture d'un système de post-traitement des gaz d'échappement mettant en oeuvre le procédé de détermination de la capacité de stockage d'un piège à oxydes d'azotes ; - la figure 2 présente un exemple de mode de mise en oeuvre du procédé de détermination de la capacité de stockage du piège à oxydes d'azote. Sur la figure 1, on a représenté, de manière très schématique, la structure générale d'un moteur à combustion interne 1 et d'un système de post-traitement des gaz d'échappement 2. Le moteur à combustion interne 1 comprend, par exemple, au moins un cylindre 3, un collecteur d'admission 4, un collecteur d'échappement 5, et un circuit de re-circulation des gaz d'échappement 6 muni d'une vanne de recirculation des gaz d'échappement 7. Le système de post-traitement des gaz d'échappement 2 comprenant, par exemple, un piège à oxydes d'azote 8 et un filtre à particules 9. Afin de contrôler la température du système de post-traitement des gaz d'échappement 2, deux capteurs de température 10 et 11 sont disposés en sortie du piège à oxydes d'azote 8 et en entrée du système de post-traitement 2. Une sonde à oxygène 12 disposée en sortie du piège à oxydes d'azote 8 permet de déterminer la quantité de réducteurs utilisés pour traiter l'oxygène, et ainsi en déduire le facteur de dégradation du piège à oxydes d'azote 8. Une unité de commande électronique 13 reçoit les informations issues des capteurs de température 10 et 11, et de la sonde à oxygène 12, et peut ainsi commander le moteur à combustion interne 1 et le piège à oxydes d'azote 8 pour le faire fonctionner dans le mode standard, ou le mode de purge. La figure 2 présente un mode de mise en oeuvre du procédé de détermination de la capacité de stockage du piège à oxydes d'azote. Dans une première étape 20, on réalise une première opération de purge du piège à oxydes d'azote 8 afin de se placer dans des conditions où le piège 8 est vide ou quasi vide, ceci dans le but de réaliser une mesure de la quantité de réducteurs consommés lors d'une opération de purge à vide. Le piège à oxydes d'azote 8 ainsi purgé va très vite stocker à nouveau de l'oxygène jusqu'à saturation, lors d'une étape 21. On effectue alors, dans une étape 22, une seconde opération de purge du piège à oxydes d'azote 8 durant laquelle on détermine la quantité de réducteurs consommés à l'aide de la sonde à oxygène. Le piège étant vide, ou tout du moins le plus vide possible après la première purge compte tenu de l'état de dégradation de sa capacité de stockage, et étant saturé en oxygène, les réducteurs consommés correspondent uniquement aux réducteurs traitant l'oxygène stocké. D'autre part, suivant le vieillissement du piège 8 et donc l'état de dégradation de sa capacité de stockage, le piège à oxydes d'azote stockera plus ou moins d'oxygène. En effet, plus le piège 8 est vieux, plus son état de dégradation risque d'être important, et donc plus sa capacité de stockage sera réduite. On détecte ainsi une réduction de la capacité de stockage, en détectant une réduction de la quantité de réducteurs traitant l'oxygène consommés. Afin de quantifier le taux de dégradation, on détermine, lors d'une étape 23, un facteur de dégradation de la capacité de stockage du piège à oxydes d'azote 8 en calculant le rapport entre la quantité de réducteurs consommés et une quantité de réducteurs de référence correspondant à la quantité de réducteurs consommés par un piège à oxydes d'azote nominal pour une température donnée de purge identique à celle utilisée lors de la deuxième opération de purge durant laquelle les mesures ont été faites. On peut ainsi suivre l'état de dégradation de la capacité de stockage du piège à l'aide du facteur de dégradation Fdégrad. On compare alors dans une étape 24 la valeur obtenue pour le facteur de dégradation Fdégrad à une valeur seuil. Si la valeur du facteur de dégradation Fdégrad est inférieure à la valeur seuil, on déclenche lors d'une étape 25, une alerte pour signaler au conducteur que le piège à oxydes d'azote ne possède plus la capacité nécessaire à un fonctionnement correcte. Sinon, on revient à l'étape 20. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la capacité de stockage d'un dispositif de piégeage à oxydes d'azote, caractérisé en ce que l'on mesure la quantité de réducteurs consommés lors d'une purge du piège à oxydes d'azote lorsque la quantité d'oxyde d'azote modélisée contenue dans le piège à oxydes d'azote est inférieure à une valeur seuil de quantité d'oxydes d'azote, et l'on calcule un facteur de dégradation du dispositif de piégeage à oxydes d'azotes en comparant la quantité de réducteurs consommés de ladite purge du piège à oxydes d'azote à une quantité de réducteurs de référence. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la quantité de réducteurs de référence est une quantité standard de réducteurs nécessaire pour traiter l'oxygène stocké dans un dispositif de piégeage à oxydes d'azote pour un vieillissement donné d'un dispositif de piégeage à oxydes d'azote nominal. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel on réalise une première opération de purge du dispositif de piégeage à oxydes d'azote avant de réaliser une seconde opération de purge successive à la première lors de laquelle on mesure la quantité de réducteurs consommés. 4. Procédé selon la revendication 1 à 3, dans lequel on mesure la quantité de réducteurs consommés lors d'une opération de purge du piège à oxydes d'azote lorsque les conditions de roulage rencontrées correspondent à des zones d'émissions par le moteur pour lesquelles la masse d'oxydes d'azote est inférieure à une valeur seuil de masse d'oxydes d'azote modélisée. 10 5. Procédé suivant la revendication 1 à 4, caractérisé en ce qu'on déclenche une alerte lorsque le facteur de dégradation du dispositif de piège à oxydes d'azote dépasse une valeur seuil. 6. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le facteur de dégradation est également lié à la durée de l'opération de purge du piège à oxydes d'azote réalisée correspondant à l'opération de purge durant laquelle on mesure la quantité de réducteurs consommés. 7. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, dans lequel on calcule un facteur de dégradation du piège à oxydes d'azote pondéré suivant l'utilisation du piège à oxydes d'azote.