Brevet FR2939841A1 — publié le 20100618

PROCEDE DE DETECTION DE LA PERTE D'EFFICACITE D'UN CONVERTISSEUR CATALYTIQUE ET DISPOSITIF CORRESPONDANT. La présente invention concerne le domaine de la 5 dépollution diesel. L'évolution des normes et règlements en matière de respect de l'environnement notamment est telle que les seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles sont de plus en plus faibles. 10 Pour respecter ces contraintes, des systèmes de post-traitement des gaz de plus en plus complexes sont disposés le long de la ligne d'échappement des moteurs diesel (mélange pauvre). Ces systèmes permettent de réduire notamment les émissions de particules et d'oxydes 15 d'azote (NOx) en plus du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (HC). Contrairement à un catalyseur d'oxydation traditionnel, ces systèmes appelés aussi � pièges � fonctionnent de manière discontinue ou alternative, 20 c'est-à-dire qu'en fonctionnement normal ils piègent les polluants mais ne les traitent que lors de phases de régénération. Ainsi, pour être régénérés, c'est-à-dire pour traiter les polluants, ces pièges nécessitent des modes de combustion du moteur spécifiques afin de 25 garantir des conditions thermiques et/ou de richesse nécessaires dans la ligne d'échappement. En particulier, les pièges à oxydes d'azote (NOx) comprennent par exemple des dispositifs dits � Nox Trap � ou des moyens assurant la fonction de piège à NOx dans un 30 catalyseur d'oxydation. Ils ont pour rôle de stocker les oxydes d'azote produits par le moteur dans une première phase puis de les réduire (conversion en di-azote et dioxyde de carbone) dans une deuxième phase dite � phase de régénération � ou � purge �. La deuxième phase est déclenchée lorsqu'un seuil prédéterminé est atteint. Ce piège a donc un fonctionnement périodique. Aussi plus particulièrement la présente invention concerne les véhicules automobiles équipés de convertisseurs catalytiques, c'est-à-dire de systèmes de post traitement qui oxydent les réducteurs (notamment les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone) en gaz non polluants. Cette fonction � conversion catalytique � peut être intégrée dans un piège à oxydes d'azote. En effet, à l'heure actuelle, l'efficacité de conversion des hydrocarbures imbrûlés et du monoxyde de carbone diminue de façon très importante (variable selon l'utilisation) au cours du vieillissement d'un convertisseur catalytique, ce qui conduit ainsi à une augmentation des polluants émis à l'échappement. Pour palier ces inconvénients, l'invention a pour but de connaître l'état de vieillissement d'un convertisseur catalytique en effectuant un diagnostic de son efficacité. Avec cet objectif en vue, l'invention, selon un premier de ses objets, concerne un procédé de détection de la perte d'efficacité d'un convertisseur catalytique, ou de la fonction de conversion catalytique des polluants (HC, CO) d'un piège à NOx, de véhicule automobile, comprenant des étapes consistant à : - déterminer si le fonctionnement du moteur est dans une situation stabilisée, - dans l'affirmative, modifier automatiquement le mode de combustion du moteur pour produire temporairement une richesse de mélange supérieure à 1, mesurer ensuite la teneur d'un polluant au moins en aval du dit convertisseur catalytique, comparer une fonction mathématique du résultat de l'étape de mesure à un seuil, et - émettre signal d'alarme en fonction de l'écart entre la valeur de la fonction mathématique et la valeur d'un seuil. De préférence, l'étape de mesure comprend en outre une mesure de la teneur du dit polluant en amont du dit 10 convertisseur catalytique. Dans un mode de réalisation, la fonction mathématique est la différence de la teneur en polluant entre l'amont et l'aval du dit convertisseur catalytique. Dans un autre mode de réalisation, la fonction 15 mathématique est l'intégrale sur un temps déterminé de la différence de la teneur en polluant entre l'amont et l'aval du dit convertisseur catalytique. Dans un autre mode de réalisation, la fonction mathématique est une différence pondérée de la teneur en 20 polluant entre l'amont et l'aval du dit convertisseur catalytique. Selon un autre de ses objets, l'invention concerne un dispositif de détection de la perte d'efficacité d'un convertisseur catalytique de véhicule automobile, 25 susceptible de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, et comprenant : - des moyens pour déterminer si le fonctionnement du moteur est dans une situation stabilisée, - des moyens pour modifier automatiquement le mode 30 de combustion du moteur pour produire temporairement une richesse de mélange supérieure à 1, - des moyens pour mesurer la teneur en polluant positionnés en aval du dit convertisseur catalytique, - des moyens pour comparer une fonction mathématique de la mesure à un seuil, et - des moyens pour émettre un signal d'alarme en fonction de l'écart entre la valeur de la fonction mathématique et la valeur d'un seuil. De préférence, le dispositif comprend en outre des moyens pour mesurer la teneur en polluant positionnés en 10 amont du dit convertisseur catalytique. Avantageusement, le dispositif comprend en outre des moyens d'analyse de la richesse du mélange en amont du dit convertisseur catalytique. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend 15 en outre des moyens pour mesurer la température interne du convertisseur catalytique. Enfin, l'invention concerne également un véhicule automobile équipé du dispositif selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la 20 présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 illustre un mode de réalisation du 25 procédé selon l'invention, - la figure 2 illustre un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 3 illustre l'évolution temporelle de l'efficacité de deux convertisseurs catalytiques pour le 30 traitement du monoxyde de carbone, synchrone aux émissions instantanées de monoxyde de carbone en aval des dits convertisseurs catalytiques, et - la figure 4 illustre l'évolution temporelle de l'efficacité de deux convertisseurs catalytiques pour le traitement des hydrocarbures imbrûlés, synchrone aux émissions instantanées d'hydrocarbures imbrûlés en aval des dits convertisseurs catalytiques. Le principe de l'invention consiste à détecter automatiquement la perte d'efficacité d'un convertisseur catalytique de véhicule automobile, ce qui peut advenir au bout d'un certain temps d'utilisation du convertisseur. En référence à la figure 1, on peut attendre le franchissement d'un seuil pour déclencher 90 la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Par exemple le déclencheur peut être un nombre de kilomètres donnés. Le procédé peut être mis en oeuvre dès que le moteur enregistre un nombre de kilomètres qui dépasse la valeur d'un seuil Km seuil 1, puis mis en oeuvre de façon récurrente, de manière cyclique ou non. Par exemple on peut prévoir que le procédé soit à nouveau mis en oeuvre dès que le moteur enregistre un nombre de kilomètres qui dépasse la valeur d'un seuil Km seuil 2, avec Km seuil 2 inférieur ou égal à 2*Km seuill, par exemple tous les 1000km. On peut également prévoir que le procédé soit mis en oeuvre une première fois dès que le moteur enregistre un nombre de kilomètres qui dépasse la valeur du seuil Km seuil 1 ; une deuxième fois, dès que le moteur enregistre à partir de Km seuil 1 un nombre de kilomètres qui dépasse la valeur d'un deuxième seuil Km seuil 2 (avec Km seuil 2 inférieur ou égal à Km seuil 1) ; etc. ; une nième fois, dès que le moteur enregistre à partir d'un seuil précédent Km seuil (n-1) un nombre de kilomètres qui dépasse la valeur d'un seuil Km seuil n (avec Km seuil n inférieur ou égal à Km seuil (n-1). Tant que le seuil n'est pas franchit NOK, le procédé est rebouclé. Lorsque le seuil est franchit, le procédé passe à l'étape suivante. Cette étape consiste à déterminer 100 si le fonctionnement du moteur est dans une situation stabilisée. Par situation stabilisée, on entend qu'au moins le point de fonctionnement du moteur soit stabilisé, c'est-à-dire que la variation du régime moteur et/ou de la charge du moteur autour d'une valeur constante déterminée ne dépasse pas la valeur d'un seuil, en l'espèce +/- 10%. En outre, on peut prévoir que la variation de la position de la pédale d'accélérateur ne dépasse pas +/-20% par rapport à une position de référence (pendant un temps donné), et qu'il n'y ait pas de variation de rapport de boîte de vitesses. Avantageusement, le procédé selon l'invention prend en compte également d'autres conditions de roulage (contrôlées par une unité de contrôle électronique ECU) telles que : o la température de l'eau du moteur, o les conditions environnementales, et o La température interne du convertisseur catalytique. En l'espèce, il est préférable que : o la température de l'eau du moteur soit 30 supérieure ou égale à 70°C (pour un moteur encore � froid � les mesures ne sont pas aussi pertinentes), o l'altitude soit inférieure à 2000m et que la température de l'air extérieur soit comprise entre -10°C et 45°C, et que o la température interne du convertisseur catalytique soit comprise entre 150°C et 600°C (cette information pouvant être obtenue par un capteur interne 12 ou par un modèle embarqué). Si le fonctionnement du moteur n'est pas dans une situation stabilisée NOK, le procédé peut être rebouclé 10 (ou annulé). Lorsque le fonctionnement du moteur est dans une situation stabilisée OK, c'est-à-dire que les conditions énumérées ci-dessus sont respectées, le procédé comprend une étape consistant à modifier 110 automatiquement le 15 mode de combustion du moteur pour produire temporairement une richesse de mélange supérieure à 1, pendant une phase dite de diagnostic. A cet effet, comme illustré figure 2, le calculateur (ECU) moteur commande le moteur 13 afin que 20 celui-ci soit alimenté pendant un temps prédéterminé par un mélange dont la richesse est supérieure à 1, afin de produire volontairement des polluants (HC, CO) en excès. La commande du moteur 13 par l'ECU peut se faire par exemple par le pilotage de moyens d'injection 15, 25 et/ou par le pilotage de moyens de contrôle du débit d'air en entrée du moteur. La valeur de la richesse à atteindre est de préférence constante et dépend du type de moteur. La régulation de richesse pendant cette étape est 30 avantageusement réalisée par des moyens d'analyse de la richesse du mélange en sortie moteur (en amont du dit convertisseur catalytique), en l'espèce une sonde à oxygène 11. Ensuite une étape 120 consiste à mesurer la teneur d'un polluant au moins en aval du dit convertisseur catalytique, par des moyens 10A pour mesurer la teneur en polluant polluant aval en aval du dit convertisseur catalytique 14. D'autres moyens 10B pour mesurer la teneur en polluant polluant amont en amont du dit convertisseur catalytique peuvent mettre en oeuvre une étape 121 de mesure de la teneur d'un polluant en amont du dit convertisseur catalytique 14. A partir des mesures, une étape 130 consiste à comparer une fonction mathématique du résultat à un seuil, la fonction mathématique pouvant permettre de calculer l'efficacité du convertisseur catalytique 14. Dans un mode de réalisation, la fonction mathématique f1 est la différence de la teneur en polluant entre l'amont polluant amont et l'aval polluant aval du dit convertisseur catalytique : f1 = polluant amont - polluant aval. Dans un autre mode de réalisation, la fonction mathématique f2 est l'intégrale sur un temps t déterminé de la différence de la teneur en polluant entre l'amont polluant amont et l'aval polluant aval du dit convertisseur catalytique : f2 = ((polluant amont - polluant aval)dt Dans un autre mode de réalisation, la fonction mathématique f3 est une différence pondérée de la teneur en polluant entre l'amont polluant amont et l'aval polluant aval du dit convertisseur catalytique : f3 = (polluant amont polluant aval) / polluant amont Dans un autre mode de réalisation, seuls les moyens 10A pour mesurer la teneur en polluant polluant aval en aval du dit convertisseur catalytique 14 peuvent être mis en oeuvre. Dans ce cas, la fonction mathématique peut être la mesure elle-même ou la fonction Maximum, telle que la mesure de la valeur maximum de la teneur polluant aval en polluant (CO, HC) atteinte à l'échappement en sortie du convertisseur catalytique 14 pendant la phase temporaire de diagnostic est comparée à un seuil prédéterminé, pour en déduire l'efficacité du dit convertisseur 14, comme décrit aux figures 3 et 4. Dans un autre mode de réalisation, la fonction mathématique peut être l'intégration du signal de la teneur en polluant polluant aval à l'échappement en sortie du convertisseur catalytique 14 pendant la phase temporaire de diagnostic. Cette intégration est ensuite comparée à un seuil prédéterminé pour en déduire l'efficacité du dit convertisseur 14. Après l'étape 130 de comparaison à un seuil d'une fonction mathématique du résultat de mesure en aval 120, éventuellement en amont 121, le procédé comprend un étape 140 consistant à émettre un signal d'alarme en fonction de l'écart entre la valeur de la fonction mathématique et la valeur du seuil. Par exemple, la figure 3 illustre l'évolution temporelle de l'efficacité d'un premier et d'un deuxième convertisseur catalytique pour le traitement du monoxyde de carbone. L'efficacité est déterminée par la fonction f3 précitée. La première courbe A CO représente l'efficacité d'un convertisseur efficace (de référence), par exemple en début de mise en service, et la courbe B CO represente l'efficacité d'un convertisseur usagé. De manière synchrone, la figure 3 illustre les émissions instantanées de monoxyde de carbone CO en aval des dits convertisseurs catalytiques, soit la courbe C CO et D CO respectivement. Lors de la phase de diagnostic, pour un convertisseur de référence, la teneur en CO en aval n'est pas augmentée significativement (courbe C CO) et il est très difficile de détecter une éventuelle augmentation de la teneur en polluant. De fait, l'efficacité du convertisseur reste aux alentours de 100% (courbe A CO). En revanche, lors de la phase de diagnostic, pour un convertisseur usagé, la teneur en CO en aval est augmentée significativement (courbe D CO), la modification du mode de combustion du moteur permettant dans une certaine mesure d'amplifier le signal, il est alors facile de détecter une augmentation de la teneur en polluant. On peut donc alors par exemple comparer directement la teneur en polluant (courbe D CO) à un seuil SEUIL2 CO, ou son intégrale à un autre seuil, et déclencher une alarme lorsque celle-ci devient supérieure au dit seuil SEUIL2 CO. De fait, l'efficacité du convertisseur usagé est illustré courbe B CO : celle-ci diminue fortement pendant la phase de diagnostic, on peut donc également la comparer à un seuil SEUIL1 CO et déclencher une alarme lorsque l'efficacité devient inférieure au dit seuil SEUIL1 CO. L'efficacité d'un bon convertisseur catalytique à CO varie donc très peu pendant la phase de diagnostic tandis que celle d'un convertisseur catalytique à CO dégradé provoque des pertes d'efficacités importantes et par conséquent des surémissions à l'échappement. De manière similaire, la figure 4 illustre l'évolution temporelle de l'efficacité d'un premier et d'un deuxième convertisseur catalytique pour le traitement des hydrocarbures imbrûlés HC. L'efficacité est déterminée par la fonction f3 précitée. La première courbe A HC représente l'efficacité d'un convertisseur efficace (de référence), par exemple en début de mise en service, et la courbe B HC represente l'efficacité d'un convertisseur usagé. De manière synchrone, la figure 3 illustre les émissions instantanées d'hydrocarbures imbrûlés HC en aval des dits convertisseurs catalytiques, soit la courbe C HC et D HC respectivement. Lors de la phase de diagnostic, pour un convertisseur de référence, la teneur en HC en aval augmente légèrement (courbe C HC) en passant par un pic Max(C HC). De fait, l'efficacité du convertisseur diminue légèrement (courbe A HC) et passe également par un pic. Pour un convertisseur usagé, lors de la phase de diagnostic, la teneur en HC en aval est augmentée significativement (courbe D HC), la modification du mode de combustion du moteur permettant dans une certaine mesure d'amplifier le signal, il est alors facile de détecter une augmentation de la teneur en polluant. On peut donc alors par exemple comparer directement la teneur en polluant (courbe D HC) à un seuil SEUIL2 HC, ou son intégrale à un autre seuil, et déclencher une alarme lorsque celle-ci devient supérieure au dit seuil SEUIL2 HC. Avantageusement le seuil SEUIL2 HC est supérieur au pic Max (C HC). De fait, l'efficacité du convertisseur usagé est illustré courbe B HC : celle-ci diminue fortement pendant la phase de diagnostic, on peut donc également la comparer à un seuil SEUIL1 HC et déclencher une alarme lorsque l'efficacité devient inférieure au dit seuil SEUIL1 HC. Avantageusement, le seuil SEUIL1 HC est inférieur au pic minimum min(A HC) de l'efficacité du convertisseur de référence. Selon l'invention l'alarme est avantageusement levée sous forme de diagnostic à bord OBD, par exemple par un voyant lumineux au tableau de bord. Grâce à l'invention, il est possible de détecter de faibles dégradations de l'efficacité catalytique d'un 20 convertisseur. L'invention a été illustrée avec un convertisseur catalytique configuré pour le traitement des polluants tels que les hydrocarbures imbrûlés HC et le monoxyde de carbone CO, toutefois, d'autres convertisseurs 25 catalytiques peuvent être mis en oeuvre, par exemple un filtre à particules, un piège à NOx (NOx Trap), un catalyseur d'oxydation ou autre. REVENDICATIONS1. Procédé de détection de la perte d'efficacité d'un convertisseur catalytique ou de la fonction de conversion catalytique d'un piège à NOx de véhicule automobile, comprenant des étapes consistant à : - déterminer (100) si le fonctionnement du moteur est dans une situation stabilisée, - dans l'affirmative, modifier (110) automatiquement le mode de combustion du moteur pour produ:.re temporairement une richesse de mélange supér=_eure à 1, - mesurer (120) ensuite la teneur d'un polluant au moins en aval (polluant_aval) du dit convertisseur 15 catalytique, - comparer (130) une fonction mathématique (fi, f2, f3) du résultat de l'étape de mesure à un seuil, et û émell=tre (140) un signal d'alarme en fonction de l'écart entre la valeur de la fonction mathématique et la valeur 20 d'un seuil. 2 Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de mesure (120) comprend en outre une mesure (121) de la teneur du dit polluant en amont (polluant_amont) du dit convertisseur catalytique. 25 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la fonction mathématique (f1) est la différence de la teneur en polluant entre l'amont (polluant_amont) et l'aval (polluant_aval) du dit convertisseur catalytique : fl = polluant_amont - polluant_aval 30 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la fonction mathématique (f2) est l'intégrale sur un temps (t) déterminé de la différence de la teneur en polluant entre l'amont (polluant_amont) et l'aval (polluant aval) _ du dit convertisseur catalytique :f2 = ((polluantamont - polluant aval)dt 5. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la fonction mathématique (f3) est une différence pondérée de la teneur en polluant entre l'amont (polluant_amont) et l'aval (polluant_aval) du dit convertisseur catalytique : f3 = (polluant_amont - polluant_aval) / polluant_amont 6. Dispositif de détection de la perte d'efficacité d'un convertisseur catalytique (14) de véhicule automobile, susceptible de mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, et comprenant : - des moyens pour déterminer si le fonctionnement du moteur est dans une situation stabilisée, - des moyens (ECU, 15) pour modifier automatiquement le mode de combustion du moteur (13) pour produire temporairement une richesse de mélange supérieure à 1, - des moyens (l0A) pour mesurer la teneur en 20 polluant positionnés en aval du dit convertisseur catalytique (14), - des moyens (ECU) pour comparer une fonction mathématique de la mesure à un seuil, - des moyens pour émettre signal d'alarme en 25 fonction de l'écart entre la valeur de la fonction mathématique et la valeur d'un seuil. 7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant =n outre des moyens (10B) pour mesurer la teneur en oolluant positionnés en amont du dit convertisseur 30 tata:_ytique (14). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, comprenant en outre des moyens (12) d'analyse de la richesse du mélange en amont du dit convertisseur catalytique.9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, comprenant en outre des moyens pour mesurer la température interne du convertisseur catalytique. 10. Véhicule automobile équipé du dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9.