Brevet FR2937084A1 — publié le 20100416

i La présente invention se situe dans le domaine de la dépollution des moteurs diesel. Afin de répondre à la baisse des seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles, des systèmes de post-traitement des gaz de plus en plus complexes sont disposés dans la ligne d'échappement des moteurs à mélange pauvre (c'est-à-dire fonctionnant avec une grande quantité d'air pour une faible quantité de carburant). Ceux-ci permettent de réduire notamment les émissions de particules et d'oxydes d'azote, en plus des émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés. Contrairement à un catalyseur d'oxydation traditionnel, ces systèmes fonctionnent de manière discontinue ou alternative, c'est-à-dire qu'en fonctionnement normal, ils piègent les polluants mais ne les traitent que lors des phases de régénération. Ainsi, pour être régénérés, ces pièges nécessitent des modes de combustion spécifiques afin de garantir les niveaux de température et/ou de richesse nécessaires. Quand il faut envisager une phase de régénération d'un filtre à particules, la désulfuration d'un piège à oxydes d'azote NOx (éliminer le soufre stocké pour un regain d'efficacité), ou plus généralement le traitement de polluants à température élevée, on choisit un point de fonctionnement du moteur qui est favorable au processus de régénération. Ce processus commence par une phase de chauffe du système car la purge commence seulement à partir du moment où la température du système est suffisante. Malheureusement, on ne peut pas déterminer le comportement d'un conducteur quand un processus de régénération est amorcé. La probabilité de maintenir les conditions favorables de purge est inversement proportionnelle à la durée de chauffe du système de post- traitement. Alors, quelle que soit la stratégie de chauffe utilisée, l'objectif est d'atteindre le plus rapidement possible la température à partir de laquelle le système de post traitement est efficace et de la maintenir. Lors des phases de régénération de ces moyens de post- traitement, un catalyseur d'oxydation (ou DOC) peut être utilisé pour élever la température des gaz d'échappement en aval de celui-ci. Pour ce faire, des réducteurs sont injectés dans la ligne d'échappement au moyen de post-injections ou d'injections à l'échappement. La réaction catalytique entre ces réducteurs et le catalyseur va provoquer une réaction exothermique et générer ainsi la chaleur nécessaire à la régénération. Cependant, pour que cette réaction exothermique se produise, il est nécessaire que la température du catalyseur soit supérieure à une certaine température, appelée température d'activation du catalyseur et que le catalyseur soit en bon état. Quand ces conditions ne sont pas réunies, les réducteurs ne sont pas oxydés (ou pas assez) et n'apportent alors pas suffisamment de chaleur aux gaz d'échappement, ce qui entraîne des purges inefficaces des systèmes de post-traitement. Il est donc important de pouvoir s'assurer que le catalyseur d'oxydation n'est pas détérioré et qu'il répond bien aux attentes exothermiques pour les phases de régénération des systèmes de post- traitement. Actuellement, la réaction exothermique permettant de fournir la température nécessaire à la régénération des systèmes de post-traitement est réalisée par une � post-injection � de carburant dans un cylindre du moteur et/ou une injection de carburant à l'échappement. Ainsi, on a représenté à la figure 1 annexée un moteur diesel M pourvu de quatre cylindres C. Sa ligne d'échappement 2 comprend un système de post-traitement 1 avec un catalyseur d'oxydation DOC et un filtre à particules FAP. Les références I et J désignent respectivement le système 25 d'injection intégré au moteur, et un injecteur additionnel, placé sur la ligne d'échappement Z, juste en amont du DOC. L'introduction de la quantité de carburant nécessaire au respect de ces conditions peut être réalisée en mettant en oeuvre deux post injections, à savoir : 30 - une post-injection proche : on injecte le carburant entre 20 et 70° après le point mort haut (après l'injection principale). Cette injection est destinée à brûler complètement dans le cylindre de façon à produire une élévation de la température avant turbine et, par conséquent, en entrée du catalyseur. Malgré tout, sur certains points de fonctionnement, la 35 combustion n'est que partielle et générera une quantité de réducteurs, provoquant une réaction exothermique dans le catalyseur ; - une post-injection éloignée : on injecte le carburant entre 80 et 150° après le point mort haut. Cette injection est destinée à produire la quantité de réducteurs nécessaires qui, lors de leur traitement dans le DOC, permettront d'atteindre le niveau de température en entrée du système de post-traitement placé en aval. Une autre configuration est celle de l'injection de carburant dans la ligne d'échappement : L'injecteur à l'échappement J, souvent appelé � 5ème injecteur �, est utilisé pour remplacer la post-injection, celui-ci ne produisant pas de dilution de l'huile par le carburant. Cependant, ce dernier est limité dans sa plage d'utilisation. Le principe de cette stratégie est d'injecter le carburant directement dans les gaz d'échappement pour qu'il réagisse dans le DOC, créant ainsi la réaction exothermique permettant la régénération des systèmes de post-traitement placés en aval. Au cours du vieillissement du véhicule, les caractéristiques du catalyseur à oxydation peuvent se dégrader : ceci conduit à une réduction du pouvoir d'oxydation. Ce phénomène peut alors se traduire par une température en sortie du DOC inférieure à celle qui était attendue, si le contrôle des quantités de réducteurs à injecter par post-injection ou 5ème injecteur ne se fait pas par le biais d'une régulation en boucle fermée de la température en aval du DOC. Ceci a alors pour conséquences : - une diminution de l'efficacité de purge/régénération (voire pas de régénération) et donc une dégradation de l'efficacité future de 25 l'élément de post-traitement. - s'il n'y a pas de dispositif de post-traitement après ce DOC (ce qui implique qu'il n'est pas utilisé dans un but d'augmentation de thermique), une partie de la quantité de réducteurs non oxydés sera émise par le véhicule. 30 Avec une régulation de la température en aval du DOC en boucle fermée, la température en entrée du système de post-traitement est au bon niveau, mais l'excès de réducteurs est oxydé par ces systèmes, ce qui implique un risque d'emballement. Une alternative est qu'il n'est pas oxydé, et il y a un risque de pollution. 35 Des stratégies existantes consistent à injecter ponctuellement en mode normal, comme en mode régénération, après s'être assuré que le catalyseur était amorcé (température DOC supérieure à 300°C par exemple) une quantité prédéfinie de carburant dans la ligne d'échappement, en utilisant soit la post-injection éloignée, soit l'injecteur à l'échappement. En utilisant la mesure de la température en aval du catalyseur et une mesure (ou estimation) de la température d'entrée catalyseur, un exotherme en est alors déduit. Cet exotherme sera ensuite comparé à l'exotherme associé à la quantité de carburant prédéfinie. Un trop grand écart entre les exothermes laisse deviner un problème qui peut avoir deux origines différentes : - le catalyseur a perdu du pouvoir d'oxydation, - l'injecteur est défaillant. A l'heure actuelle, on ne sait pas discriminer ces deux sources possibles de défaillance. Cela aboutit au remplacement inutile de pièces, la certitude de leur mauvais fonctionnement n'étant pas démontrée Cette stratégie peut être illustrée par le document US-A-2005/0279156, qui propose une méthode de diagnostic de l'efficacité de la conversion des HC/CO par un catalyseur d'oxydation, en injectant un débit de post-injection tardive. L'exotherme mesuré est comparé à un exotherme prédit. La présente invention vise à perfectionner cette technique en proposant un procédé qui permet de diagnostiquer l'état d'un élément catalytique. Ainsi, l'invention se rapporte, en premier lieu, à un procédé pour diagnostiquer l'état d'un élément catalytique comprenant un catalyseur d'oxydation et un dispositif de post-traitement tel qu'un filtre à particules, placé sur la ligne d'échappement d'un moteur diesel de véhicule automobile, en vue de la régénération de cet élément par élévation de température consécutive à une injection de carburant, caractérisé par le fait qu'il consiste à : - procéder, de manière décalée dans le temps, à une post-injection et à une injection à l'échappement ; - à l'aide d'un modèle informatique qui tient compte de certaines caractéristiques de fonctionnement du moteur, établir les courbes exothermiques correspondantes, à savoir : Pli : courbe exothermique attendue provenant de la post-injection, et P21 : courbe exothermique attendue provenant de l'injection à l'échappement ; - à partir d'une mesure de la température en aval du catalyseur d'oxydation et d'une mesure ou d'une estimation de la température en entrée de ce catalyseur d'oxydation, établir les courbes exothermiques correspondantes, à savoir : P12 : courbe exothermique mesurée provenant de la post-injection, et P22 : courbe exothermique mesurée provenant de l'injection à 10 l'échappement ; - comparer deux à deux lesdites courbes exothermiques. Selon d'autres caractéristiques avantageuses mais non limitatives de ce procédé : - on procède à une post-injection puis à une injection à 15 l'échappement, ou inversement ; - on injecte la même quantité de carburant ou une quantité différente ; - ledit modèle informatique tient compte de tout ou partie des paramètres ci-après de fonctionnement du moteur : régime, demande de 20 couple ou position de la pédale d'accélérateur, débit massique des gaz d'échappement, température mesurée ou estimée en amont du catalyseur, quantité de carburant demandée. A partir desdites courbes, on calcule les deux erreurs définies ci-après : P11 / courbes exothermiques P11 et P12, attendue et mesurée, provenant de la post-injection tardive, exprimée en % ; . E2 = moyenne ( P21 P22 X100= erreur relative entre les P21 / courbes exothermiques P21 et P22, attendue et mesurée, provenant de 30 l'injection à l'échappement, exprimée en %, et selon les résultats obtenus, les diagnostics suivants sont réalisés : . si E1 a et E2 a (en %), le système injection + catalyseur est fonctionnel. 25 . E1 = moyenne P11 -P12 X100=erreur relative entre les . si E1 a et E2) a, l'injecteur échappement est défaillant. . si E1) a et E2 a , le système de post-injection est défaillant. . si E1) a et E2) a, le catalyseur est défaillant, avec a 5 consistant en la tolérance admise pour tenir compte des incertitudes de mesure et de modèle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre. La présente invention repose sur une architecture combinant 10 l'utilisation d'un injecteur à l'échappement et une post-injection, ces termes ayant les définitions données plus haut. Le but de l'invention est d'effectuer un diagnostic de ces deux actionneurs ainsi que du catalyseur d'oxydation. Selon l'invention le calculateur va ponctuellement demander une quantité prédéfinie de carburant à injecter (en mode normal comme en 15 mode régénération), après s'être assuré que le catalyseur soit amorcé. Et la particularité de l'invention est que l'on va procéder à deux injections avant de lancer le diagnostic : d'abord, par exemple, par la post-injection éloignée seule et ensuite par l'injecteur à l'échappement seul (on peut inverser l'ordre et la quantité de carburant peut différer). 20 Ensuite, un modèle prenant en compte les caractéristiques du point de fonctionnement (régime moteur, demande de couple ou position pédale d'accélérateur, débit massique des gaz d'échappement, la température amont catalyseur mesurée ou elle-même estimée, quantité de carburant demandée) va prédire les exothermes, moyennés, attendus sur 25 ces cycles de conduite. Deux exothermes sont donc prédits : - P11 l'exotherme attendu provenant de la post-injection tardive, - P21 l'exotherme attendu provenant de l'injecteur à 30 l'échappement. En utilisant une mesure de la température en aval du DOC et une mesure (ou une estimation) de la température en entrée du DOC, on déduit les exothermes � réels � pour les deux injections précédentes via un modèle connu : 35 - P12 l'exotherme mesuré provenant de la post-injection tardive, - P22 l'exotherme mesuré provenant de l'injecteur à l'échappement. Une fois ces quatre valeurs obtenues, le calculateur va comparer les deux exothermes pour chaque source. On calcule ainsi deux 5 erreurs : . El = moyenne P11 - P12 X 100 =erreur relative entre ( P11 exothermes attendue et mesurée, provenant de la post-injection tardive, exprimée en % ; P21 - P22 X100= erreur relative entre P21 / 10 exothermes, attendue et mesurée, provenant de l'injection à l'échappement, exprimée en %, Selon les résultats obtenus, les diagnostics sont réalisés comme suit : . si E1 a et E2 a (en %), avec a égal à la tolérance 15 admise pour tenir compte des incertitudes de mesure et de modèle, le système injection + catalyseur est fonctionnel. . si E1 a et E2) a, l'injecteur échappement est défaillant. . si E1) a et E2 a, le système de post-injection est défaillant. 20 . si E1) a et E2) a, le catalyseur est défaillant. Pour le quatrième cas, on pourrait penser que cela puisse provenir de la post-injection et l'injecteur à l'échappement. Cependant, en effectuant ce diagnostic fréquemment, ce cas est écarté car il est très peu probable que ces deux actionneurs deviennent défectueux en même temps. 25 Au final, cette invention réalise donc un diagnostic permettant d'identifier la pièce du véhicule réellement en défaut. . E2 = moyenne REVENDICATIONS1. Procédé pour diagnostiquer l'état d'un élément catalytique (1) comprenant un catalyseur d'oxydation (DOC) et un dispositif de post-traitement tel qu'un filtre à particules (FAP), placé sur la ligne d'échappement (2) d'un moteur diesel (M) de véhicule automobile, en vue de la régénération de cet élément par élévation de température consécutive à une injection de carburant, caractérisé par le fait qu'il consiste à : - procéder, de manière décalée dans le temps, à une post-injection et à une injection à l'échappement ; - à l'aide d'un modèle informatique qui tient compte de 10 certaines caractéristiques de fonctionnement du moteur (M), établir les courbes exothermiques correspondantes, à savoir : P11 : courbe exothermique attendue provenant de la post-injection, et P21 : courbe exothermique attendue provenant de l'injection à 15 l'échappement ; - à partir d'une mesure de la température en aval du catalyseur d'oxydation (DOC) et d'une mesure ou d'une estimation de la température en entrée de ce catalyseur d'oxydation (DOC), établir les courbes exothermiques correspondantes, à savoir : P12 : courbe exothermique mesurée provenant de la post-injection, et P22 : courbe exothermique mesurée provenant de l'injection à l'échappement ; - comparer deux à deux lesdites courbes exothermiques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on procède à une post-injection puis à une injection à l'échappement, ou inversement. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que qu'on injecte la même quantité de carburant ou une quantité différente. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit modèle informatique tient compte de tout ou partie des paramètres ci-après de fonctionnement du moteur : régime, demande de couple ou position de la pédale d'accélérateur, débit massique 20 25 30des gaz d'échappement, température mesurée ou estimée en amont du catalyseur, quantité de carburant demandée. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on compare deux à deux lesdites courbes 5 exothermiques à l'aide d'un calculateur. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, à partir desdites courbes on calcule les deux erreurs définies ci-après . . E1 = moyenne / P11 P12 X100=erreur relative entre les 11 / 10 courbes exothermiques P11 et P12, attendue et mesurée, provenant de la post-injection tardive, exprimée en % ; . E2 = moyenne ( P21 P22 X100= erreur relative entre les P21 / courbes exothermiques P21 et P22, attendue et mesurée, provenant de l'injection à l'échappement, exprimée en %, et selon les résultats obtenus, les diagnostics suivants sont réalisés : . si E1 a et E2 a (en %), le système injection + catalyseur est fonctionnel. . si E1 a et E2) a, l'injecteur échappement est défaillant. 20 . si E1) a et E2 a, le système de post-injection est défaillant. . si E1) a et E2) a, le catalyseur est défaillant, avec a consistant en la tolérance admise pour tenir compte des incertitudes de mesure et de modèle. 15