Brevet FR2951501A1 — publié le 20110422

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de vérification de l'aptitude au fonctionnement d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique comportant un catalyseur d'oxydation, procédé selon lequel on génère une atmosphère de gaz d'échappement permettant une réaction exothermique dans le catalyseur d'oxydation en dosant des hydrocarbures dans les gaz d'échappement en amont du catalyseur d'oxydation, on forme une valeur mesurée pour la valeur réelle d'une quantité de chaleur libérée par la réaction, on la compare à une valeur prévisible, et on juge l'aptitude au fonctionnement sur le fondement de la comparaison. L'invention concerne également une installation de commande et/ou de régulation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Etat de la technique La législation relative aux diagnostics embarqués dans les véhicules automobiles exige la surveillance de tous les composants concernés par les gaz d'échappement dans le véhicule. Dans le cas de véhicules à moteur Diesel, il faut actuellement également surveiller le catalyseur d'oxydation et le filtre à particules installé en aval du catalyseur d'oxydation selon le sens de passage des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement enrichis par du carburant imbrûlé (hydrocarbures) et contenant suffisamment d'oxygène, génèrent au passage du catalyseur d'oxydation, de la chaleur par la réaction exothermique du carburant avec l'oxygène. Cela permet de déclencher la combustion des particules (noir de fumée) accumulées dans le filtre à particules de manière à régénérer ainsi le filtre à particules. En particulier, dans le cas des véhicules utilitaires, on utilise de préférence une injection externe de carburant dans la conduite des gaz d'échappement en amont du catalyseur d'oxydation. Dans ce contexte, l'expression « injection externe de carburant » désigne une injection qui ne se fait pas dans les chambres de combustion du moteur thermique. 2 Selon l'état de la technique, pour surveiller le catalyseur d'oxydation, on connaît des procédés permettant de calculer une valeur prévisible de la chaleur de réaction à partir de la quantité connue de carburant qui réagit dans le catalyseur d'oxydation ; puis on compare la chaleur effectivement dégagée que l'on détermine à l'aide des températures mesurées en amont et/ou en aval du catalyseur d'oxydation. Ainsi le document DE 10 2005 015 998 Al décrit un procédé de diagnostic de catalyseur selon lequel, on mesure la température réelle en aval d'un volume de catalyseur et on la compare à une première température modélisée. La première température modélisée est calculée à l'aide d'un premier modèle de température. Un second modèle de température calcule une seconde température de modèle. Les deux températures de modèle diffèrent par rapport aux hypothèses de capacité de conversion du catalyseur qui se traduisent par sa capacité à déclencher des réactions exothermiques et à les maintenir. On effectue une évaluation définitive de la capacité de conversion du catalyseur en fonction de la température mesurée et des deux températures modélisées. Mais surveiller l'injection externe de carburant dans la conduite des gaz d'échappement, ne permet toutefois pas actuellement de reconnaître les écarts non voulus des doses de carburant par rapport aux doses de consigne. Ainsi, le procédé de surveillance du catalyseur d'oxydation, ne permet pas de constater de manière non équivoque, si le catalyseur d'oxydation n'est pas en mesure d'oxyder la dose correcte de carburant ou si la quantité de carburant injectée de manière externe est elle-même erronée. Une quantité ou dose de carburant trop petite par erreur, dégage par exemple une chaleur de réaction relativement faible. Mais il est nécessaire de faire cette distinction pour minimiser le nombre d'erreurs de diagnostic et de composants remplacés par erreur. En outre, la législation prescrit d'associer un code d'erreur enregistré pour tout composant reconnu défectueux de manière non équivoque. Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu' 3 on génère l'atmosphère de gaz d'échappement tout d'abord par un dosage de carburant dans les gaz d'échappement par un dispositif de dosage installé entre le moteur thermique et le catalyseur d'oxydation, et - si la valeur réelle résultante n'atteint pas la valeur prévisible, on génère l'atmosphère des gaz d'échappement par des post-injections effectuées dans au moins une chambre de combustion du moteur thermique, et - si la valeur réelle résultante atteint la valeur prévisible, on considère que le dispositif de dosage est défectueux et si la valeur réelle n'atteint pas la valeur prévisible, on considère que le catalyseur d'oxydation est défectueux. Ainsi, selon l'invention, on génère tout d'abord l'atmosphère des gaz d'échappement en dosant du carburant dans les gaz d'échappement par un dispositif de dosage installé entre le moteur thermique (moteur à combustion interne) et le catalyseur d'oxydation. Si la valeur réelle résultante n'atteint pas la valeur prévisible, on génère l'atmosphère de gaz d'échappement par des post-injections dans au moins une chambre de combustion du moteur thermique. Si ensuite, la valeur réelle résultante atteint la valeur prévisible, on considère que le dispositif de dosage est défectueux. En revanche, si la valeur réelle n'atteint pas la valeur prévisible, on considère que le catalyseur d'oxydation est défectueux. Une quantité ou dose injectée ainsi que l'instant de l'invention dans le cas d'une injection externe de carburant entre le moteur thermique et le catalyseur d'oxydation dans la conduite des gaz d'échappement, se détermine par une installation de commande et/ ou de régulation qui assure la commande et la régulation du moteur thermique. Pour les véhicules équipés d'un tel dispositif d'injection, selon l'idée de base de l'invention on surveille le catalyseur d'oxydation tout d'abord par la comparaison de la valeur réelle des quantités de chaleur et de leur valeur prévisible en tenant compte d'une certaine tolérance pour diagnostiquer un comportement fondamentalement défectueux en cas d'écart. 4 Pour le contrôle de plausibilité, lorsqu'un comportement défectueux est décelé, on effectue une nouvelle dose de carburant connue, à partir d'une autre source que le dispositif de dosage installé entre le moteur thermique et le catalyseur d'oxydation, et on compare la valeur réelle des quantités de chaleur et de la valeur prévisible de ces quantités de chaleur. L'autre source est par exemple une injection de carburant à l'intérieur du moteur thermique. Selon ce procédé, le carburant est injecté suffisamment en retard dans la chambre de combustion pour que du fait de la position angulaire du vilebrequin, le carburant ne peut plus brûler dans la chambre de combustion, mais est expulsé à l'état imbrûlé dans la conduite des gaz d'échappement. Le mélange gaz d'échappement/carburant ainsi généré, présente en amont du catalyseur d'oxydation, la même composition que le mélange fourni par le dispositif de dosage externe. Cette dose de carburant ainsi injectée est connue de manière précise de l'installation de commande et/ ou de régulation de sorte que si lors de la nouvelle comparaison entre la valeur réelle de la quantité de chaleur et la valeur prévisible de la quantité de chaleur, on constate de nouveau un écart en tenant compte d'une tolérance préfinie, on considèrera que le catalyseur d'oxydation est défectueux. Si lors de la comparaison répétée, on ne constate pas d'écart entre la valeur réelle et la valeur prévisible de la quantité de chaleur, on considère comme défectueux le dispositif de dosage installé entre le moteur thermique et le catalyseur d'oxydation, le dispositif de dosage étant considéré comme défectueux en ce qu'il dose des quantités de carburant trop petites. Le procédé selon l'invention permet de minimiser le nombre de diagnostics erronés et de composants remplacés à tord. L'attribution d'un code d'erreur à enregistrer pour un composant reconnu comme défectueux comme l'exige le législateur, peut alors se faire d'une manière non équivoque. Un autre avantage est que le diagnostic d'erreur non équivoque peut se faire sans nécessiter de composants supplémentaires ou autres pièces. Il suffit d'adapter la commande ou la régulation dans l'installation de commande et/ou de régulation. Il est en outre avantageux que la valeur mesurée pour la valeur réelle de la quantité de chaleur, soit formée en fonction d'un 5 signal d'un premier capteur de température installé en aval du catalyseur d'oxydation selon le sens de passage des gaz d'échappement. Cela signifie que tout d'abord à partir de la température mesurée en aval du catalyseur d'oxydation, on calcule une quantité de chaleur réelle dans le catalyseur d'oxydation à partir de la masse déterminée de l'air d'alimentation et du carburant injecté dans les chambres de combustion ainsi que de la capacité calorifique enregistrée dans l'installation de commande et/ou de régulation. Le but est de former un bilan thermique à partir de la valeur réelle et de la valeur prévisible et d'utiliser ce bilan thermique pour contrôler ou vérifier l'aptitude au fonctionnement du dispositif de post-traitement des gaz d'échappement. L'expression « bilan thermique » représente ici la comparaison entre la valeur réelle et la valeur prévisible. Une large concordance des deux valeurs caractérise un système non défectueux. Un écart important signifie un défaut. La relation entre la valeur réelle et la valeur prévisible donne une mesure du taux de conversion du catalyseur d'oxydation des hydrocarbures, dégageant de la chaleur. Le taux de conversion ainsi obtenu est utilisé pour l'évaluation. L'expression « taux de conversion » désigne la fraction des hydrocarbures des gaz d'échappement qui réagit de manière exothermique dans le catalyseur d'oxydation. Il est avantageux que la valeur prévisible soit formée de la valeur de consigne d'une quantité de chaleur générée de manière exothermique que l'on détermine à l'aide d'un modèle de calcul comme fonction d'une valeur calculée du débit massique d'hydrocarbures arrivant dans le catalyseur d'oxydation. La quantité de carburant injecté par le dispositif de dosage est connue de l'installation de commande et/ou de régulation. En outre, la quantité de chaleur que peut générer une dose normalisée, injectée, est enregistrée dans l'installation de commande et/ou de régulation. Cela permet facilement 6 de calculer la quantité de chaleur générée de manière exothermique dans le catalyseur d'oxydation comme valeur prévisible. Pour affiner la détermination de la valeur prévisible, il est avantageux de déterminer la valeur prévisible de la quantité de chaleur générée de manière exothermique en plus en fonction de la température du catalyseur d'oxydation et de déterminer la température du catalyseur d'oxydation en fonction du signal d'un second capteur de température installé en amont du catalyseur d'oxydation. La température des gaz d'échappement en amont du catalyseur d'oxydation, constitue une valeur de base pour former la valeur prévisible qui devrait résulter de la réaction exothermique dans le catalyseur d'oxydation. Il est en outre avantageux que les post-injections soient suffisamment retardées pour que la plus grande partie du carburant ainsi injecté ne puisse plus brûler dans la chambre de combustion. L'expression « post-injection » désigne l'injection de carburant faite suffisamment tard après l'injection principale qui définit le couple pour que le carburant injecté tardivement ne soit plus brûlé dans les chambres de combustion et arrive ainsi à l'état imbrûlé dans la conduite des gaz d'échappement. Le carburant injecté tardivement ne génère pas de couple, mais augmente simplement la concentration des hydrocarbures dans les gaz d'échappement. Contrairement à cela, il existe également des post-injections dont le carburant est encore brûlé dans les chambres de combustion, mais cette combustion, se fait très largement sans apporter de couple. De telles post-injections interviennent moins sur la concentration en hydrocarbures dans les gaz d'échappement et ne sont pas envisagées ici. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur thermique équipé d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement, et 7 - la figure 2 montre un ordinogramme du procédé selon l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un moteur thermique (moteur à combustion interne) 11 équipé d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement 13 dans un véhicule automobile, de préférence un véhicule utilitaire. Le moteur thermique 11 comporte un bloc-moteur 15 équipé d'injecteurs de carburant 16 (un seul injecteur 16 est représenté à la figure 1) ; les injecteurs sont reliés à une installation de commande et/ ou de régulation en forme d'appareil de commande 17 du moteur thermique 11. L'air (flèche 21) est aspiré par la conduite d'admission 19 dans les chambres de combustion (non représentées) du moteur thermique 11. La conduite d'alimentation 19 est équipée d'un débitmètre massique d'air 20 fournissant des signaux à l'appareil de commande 17. La conduite d'admission 19 peut également comporter en plus ou en variante d'autres capteurs pour saisir différentes grandeurs d'état de l'air 21 telles que la température de l'air et/ou la pression de l'air. La conduite d'admission 19 peut également comporter un dispositif d'étranglement comme organe de réglage de débit d'air pour influencer le débit massique d'air. En variante ou en complément, on peut utiliser une soupape de recyclage des gaz d'échappement, une soupape de régulation de la pression d'alimentation ou un organe d'actionnement pour modifier la géométrie du turbocompresseur de gaz d'échappement comme organe de réglage de débit d'air. La conduite d'admission 19 peut également comporter un compresseur pour le système d'air servant à comprimer l'air 21 alimentant le bloc-moteur 15 ; le compresseur fait lui-même partie d'un turbocompresseur de gaz d'échappement. Le moteur thermique 11 comporte une conduite de gaz d'échappement 23 qui reçoit les gaz d'échappement 30 du moteur thermique 11. Un premier segment 25 de la conduite des gaz d'échappement 23 comporte un dispositif de dosage externe 26 pour injecter du carburant dans ce premier segment 25 de la conduite 23. Le dispositif de dosage 26 est commandé par l'appareil de commande 17. Un catalyseur d'oxydation 29 est prévu entre le premier segment 25 et un second segment 27 de la conduite de gaz d'échappement 23. La 8 sortie du catalyseur d'oxydation 29 est reliée par le second segment 27 de la conduite des gaz d'échappement 23 à l'entrée d'un filtre à particules 33. Les gaz d'échappement sortant du filtre d'oxydation 29, portent la référence 34. En aval du catalyseur d'oxydation 29 selon le sens d'écoulement des gaz, il y a un premier capteur de température 32 et en amont du catalyseur d'oxydation 29, il y a un second capteur de température 31. Les deux capteurs de température 31 et 32, envoient des signaux vers l'appareil de commande 17. Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif de post-traitement des gaz d'échappement 13, comporte un catalyseur SCR 35 (catalyseur SCR, c'est-à-dire un catalyseur à réduction catalytique sélective). Le catalyseur SCR favorise la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement. Le catalyseur SCR 35 est relié en sortie par un troisième segment 37 de la conduite des gaz d'échappement 23 à la sortie du filtre à particules 33. La sortie du catalyseur SCR 35 débouche dans un quatrième segment 39 de la conduite des gaz d'échappement 23. Un injecteur de dosage 41 commandé par l'appareil de commande 17, pénètre dans le troisième segment 37 de la conduite des gaz d'échappement 23 pour injecter une solution aqueuse d'urée provenant d'un réservoir distinct (non représenté). L'actionneur de l'injecteur de dosage 41, est relié à la sortie de l'appareil de commande 17. L'invention n'est toutefois pas limitée à des dispositifs de post-traitement des gaz d'échappement équipés de catalyseurs SCR, car il s'agit en premier lieu de déceler les défauts de fonctionnement du catalyseur d'oxydation 29 et ceux du dispositif de dosage 26. La figure 2 montre le déroulement d'un exemple de réalisation du procédé selon l'invention commandé par l'appareil de commande 17. L'appareil de commande 17 est du reste conçu, notamment programmé, pour commander ou réguler le déroulement du procédé de l'invention ou ses développements. Lorsque le moteur thermique 11 est en mode de fonctionnement normal 90, on arrive à l'étape 100. Le mode de fonctionnement normal 90 correspond au fonctionnement principal de commande (ou de gestion) du moteur thermique 11. Dans l'étape 100, on détermine les taux de conversion 9 par lesquels le catalyseur d'oxydation 29 transforme les hydrocarbures des gaz d'échappement par réaction exothermique. La teneur en hydrocarbures des gaz d'échappement est obtenue de préférence principalement par l'injection de carburant par le dispositif de dosage 26. A partir de la dose de carburant (hydrocarbures) injectée de manière externe, on détermine une valeur prévisionnelle de la quantité de chaleur résultante en tenant plus compte du signal fourni par le capteur de température 31. Ensuite, dans l'étape 100, on calcule la quantité de chaleur réelle. Pour cela, on détermine la température des gaz d'échappement 34 par les signaux du capteur de température 32 en aval du catalyseur d'oxydation 29. Pour calculer la quantité de chaleur réelle, il faut en plus de la température, connaître également la masse de l'air entrant et du carburant injecté dans les chambres de combustion, ainsi que la capacité calorifique enregistrée dans l'appareil de commande 17. L'air d'alimentation est saisi par le débitmètre massique d'air 20 installé dans la conduite d'admission 19. La quantité de carburant injectée est déjà connue de l'appareil de commande 17. On calcule ainsi la quantité de chaleur réelle en fonction des valeurs obtenues. Lorsqu'on dispose de la valeur prévisible et de la valeur réelle de la quantité de chaleur, on effectue un bilan thermique dans l'étape 110. Si la valeur réelle atteint la valeur prévisible, on considère que le catalyseur d'oxydation 29 et le dispositif de dosage 26 fonctionnent correctement et le procédé revient en mode normal 90. Mais si en tenant compte d'une tolérance prédéfinie, on constate un écart entre la valeur réelle et la valeur prévisionnelle, on considère qu'il y a un défaut. Le catalyseur d'oxydation 29 peut être défectueux, mais il peut également s'agir d'un défaut de dose de carburant injectée par le dispositif de dosage 26. Pour identifier la cause du défaut et enregistrer le défaut du composant concerné, on passe dans l'étape 120 à l'injection de carburant provisoirement du dispositif de dosage externe 26 sur l'injection interne au moteur. Cela signifie que l'on développe des post- injections dans les chambres de combustion du moteur thermique 11 ; 10 ces post-injections sont relativement tardives par rapport à la position angulaire du vilebrequin de sorte que la plus grande partie du carburant ainsi injecté ne sera plus brûlée dans la chambre de combustion. Dans ce contexte, une post-injection est une injection de carburant qui est suffisamment retardée par rapport à l'injection principale qui donne le couple pour que le carburant ainsi injecté tardivement ne sera plus brûlé dans les chambres de combustion et sera expulsé imbrûlé dans la conduite des gaz d'échappement 23. Le mélange gaz d'échappement/carburant ainsi généré, présente en amont du catalyseur d'oxydation 29, la même composition que le mélange réalisé par le dispositif de dosage externe 26. Ensuite, dans l'étape 130, on effectue de nouveau un bilan thermique. L'étape de procédé est tout d'abord identique à l'étape 110 décrite ci-dessus. Seule l'exploitation du résultat dans l'étape 130 est différente. Si la valeur réelle atteint la valeur prévisionnelle (résultat 140), on peut en conclure que l'installation de dosage 26 est défectueuse en ce qu'elle ne dose pas correctement le carburant injecté. Si en revanche on a de nouveau un écart entre la valeur réelle et la valeur prévisible (résultat 150), cela signifie que le catalyseur d'oxydation 29 est défectueux. Le résultat respectif est fourni à une installation de diagnostic embarquée. Cette installation exploite le résultat et affiche le défaut diagnostiqué pour le conducteur, par exemple, par un voyant de contrôle. En outre, le défaut diagnostiqué est enregistré de manière permanente dans l'appareil de commande 17 suivant le code de défaut prédéfini par la réglementation. Le message de défaut peut ultérieurement être demandé à l'aide d'une interface normalisée dans un atelier. Les codes de défaut sont par exemple ceux définis par la norme ISO 15031-6. NOMENCLATURE 11 moteur thermique 13 dispositif de post-traitement des gaz d'échappement 15 bloc-moteur 16 injecteur 17 appareil de commande 19 conduite d'admission 20 débitmètre massique d'air 21 flèche 23 conduite des gaz d'échappement 25 premier segment de la conduite des gaz d'échappement 23 26 dispositif de dosage externe 27 second segment de la conduite des gaz d'échappement 23 29 catalyseur d'oxydation 30 gaz d'échappement 31 second capteur de température 32 premier capteur de température 34 gaz d'échappement sortant du catalyseur d'oxydation 35 catalyseur SCR 37 troisième segment de la conduite des gaz d'échappement 23 39 quatrième segment de la conduite des gaz d'échappement 23 41 injecteur de dosage commandé25 REVENDICATIONS1 °) Procédé de vérification de l'aptitude au fonctionnement d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement (13) d'un moteur thermique (11) comportant un catalyseur d'oxydation (29), procédé selon lequel on génère une atmosphère de gaz d'échappement (30) permettant une réaction exothermique dans le catalyseur d'oxydation (29) en dosant des hydrocarbures dans les gaz d'échappement en amont du catalyseur d'oxydation (29), on forme une valeur mesurée pour la valeur réelle d'une quantité de chaleur libérée par la réaction, on la compare à une valeur prévisible, et on juge l'aptitude au fonctionnement sur le fondement de cette comparaison, procédé caractérisé en ce qu' on génère l'atmosphère de gaz d'échappement (30) tout d'abord par un dosage de carburant dans les gaz d'échappement par un dispositif de dosage (26) installé entre le moteur thermique (11) et le catalyseur d'oxydation (29), et - si la valeur réelle résultante n'atteint pas la valeur prévisible, on génère l'atmosphère des gaz d'échappement (30) par des post-injections effectuées dans au moins une chambre de combustion du moteur thermique (11), et - si la valeur réelle résultante atteint la valeur prévisible, on considère que le dispositif de dosage (26) est défectueux et si la valeur réelle n'atteint pas la valeur prévisible, on considère que le catalyseur d'oxydation (29) est défectueux. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on forme la valeur mesurée de la valeur réelle de la quantité de chaleur en fonction du signal d'un premier capteur de température (32) installé en aval du catalyseur d'oxydation (29) selon le sens de passage des gaz. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 13 on forme la valeur prévisible à partir d'une valeur de consigne d'une quantité de chaleur générée de manière exothermique, et qui est déterminée avec un modèle de calcul comme fonction d'une valeur calculée du débit massique d'hydrocarbures arrivant dans le catalyseur d'oxydation (29). 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la valeur prévisible de la quantité de chaleur générée de manière exothermique en plus en fonction de la température du catalyseur d'oxydation (29). 5°) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' on détermine la température du catalyseur d'oxydation (29) en fonction du signal d'un second capteur de température (31) installé en amont du catalyseur d'oxydation selon le sens de l'écoulement. 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les post-injections sont retardées de façon que la plus grande partie du carburant ainsi injecté ne soit plus brûlée dans la chambre de combustion. 7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur thermique (11) entraîne un véhicule utilitaire. 8°) Installation de commande et/ou de régulation (17) conçue pour vérifier l'aptitude au fonctionnement d'un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement (13) comportant un catalyseur d'oxydation (29) dans un moteur thermique (11), installation (17) conçue en outre pour doser des hydrocarbures dans les gaz d'échappement (30) en amont du catalyseur d'oxydation (29) en commandant le dosage pour générer une atmosphère de gaz 14 d'échappement (30) permettant une réaction exothermique dans le catalyseur d'oxydation (29), on forme une valeur mesurée de la valeur réelle de la quantité de chaleur libérée par la réaction, on la compare à la valeur prévisible et on juge l'aptitude au fonctionnement selon cette comparaison, installation caractérisée en ce qu' elle est conçue pour commander le dosage de carburant dans les gaz d'échappement pour générer l'atmosphère des gaz d'échappement (30) tout d'abord par la commande d'un dispositif de dosage (26) installé entre le moteur thermique (11) et le catalyseur d'oxydation (29), et si la valeur résultante n'atteint pas la valeur prévisible, on commande le dosage du carburant servant à générer l'atmosphère des gaz d'échappement (30) en déclenchant des post-injections dans au moins une chambre de combustion du moteur thermique (11) en les commandant puis, si la valeur réelle atteint la valeur prévisible on considère que le dispositif de dosage (26) est défectueux et si la valeur réelle n'atteint pas la valeur prévisible, on considère le catalyseur d'oxydation (29) comme défectueux. 9°) Installation de commande et/ou de régulation (17) selon la revendication 8, caractérisée en ce qu' elle est conçue pour commander l'exécution du procédé selon l'une des revendications 2 à 7.25