Brevet FR2972222A1 — publié le 20120907

PROCEDE DE DIAGNOSTIC D'UN CATALYSEUR D'OXYDATION PAR MESURE DU TAUX D'OXYDES D'AZOTE EN AVAL D'UN ORGANE DE REDUCTION CATALYTIQUE SELECTIVE ET VEHICULE CORRESPONDANT [0001 La présente invention concerne un procédé de diagnostic d'un catalyseur d'oxydation dans une ligne d'échappement de gaz issus d'un moteur à combustion interne. L'invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant une ligne d'échappement et un calculateur mettant en oeuvre le procédé précédent. [0002] Dans le domaine de l'industrie automobile, la réduction de la consommation de carburant et la diminution de l'émission de polluants émis à l'échappement sont 10 des problèmes majeurs. [0003] Ainsi, les monoxydes de carbone (abrégé en CO) et les hydrocarbures (abrégé en HC) constituent des polluants dont on cherche à réduire l'émission dans l'atmosphère. Pour la réduction de ces polluants, il est connu d'utiliser un catalyseur d'oxydation. Un tel catalyseur d'oxydation est également connu sous le terme 15 abrégé CatOx ou sous l'expression anglaise Diesel Oxydation Catalyst abrégée en DOC. Dans la suite du document l'abréviation "DOC" et le terme "catalyseur d'oxydation" sont indifféremment utilisés. [0004 En outre, le monoxyde d'azote (NO), le dioxyde d'azote (NO2) et le protoxyde d'azote (N2O) sont d'autres gaz polluants généralement connus sous le 20 nom de NON. Il est remarquable que le DOC ne contribue pas à la diminution globale de l'émission des NON car le DOC, de par ses caractéristiques d'oxydant, catalyse la réaction de formation de dioxydes d'azote à partir de monoxyde d'azote. Ainsi le DOC contribue à l'augmentation du ratio de dioxydes d'azote par oxydes d'azote, noté ratio NO2/NON dans la suite du document. 25 [0005] Il est alors d'autant plus utile de prévoir un organe spécifique de dépollution du dioxyde d'azote et de tous les oxydes d'azote en particulier. Les moyens typiquement utilisés pour l'élimination de ces gaz sont des organes de réduction catalytique sélective (de l'anglais Selective Catalytic Reduction abrégé en SCR) associés à une injection d'urée ou de NH3. Dans la suite de ce document, 30 l'abréviation "SCR" et le terme "réduction catalytique sélective " sont indifféremment utilisés. [0006] Ainsi le DOC et l'organe de SCR sont classiquement intégrés dans une ligne d'échappement de gaz issus d'un moteur à combustion interne. Les figures 1 et 2 montrent des exemples de lignes d'échappement 20 associées au moteur à combustion interne 80. Ces lignes d'échappement 20 peuvent comprendre le DOC 40 et l'organe de SCR 60 dans cet ordre selon le sens de l'échappement des gaz 90. [0007] Pour s'assurer de l'efficacité dans le temps des organes de dépollution présents dans la ligne d'échappement 20, différents procédés de diagnostic de défaillance de ces organes ont été proposés. Il est, par exemple, connu d'utiliser des sondes de température pour déterminer un exotherme du DOC. Il est encore connu d'utiliser des capteurs du taux de dioxygène pour déterminer la modification de la consommation de dioxygène par le DOC. La détermination d'un exotherme ou la détermination d'une modification de la consommation de dioxygène permet de diagnostiquer une défaillance du DOC. Alternativement, les documents WO2008/093616 A, WO2009/101728 A et DE 10328856 A décrivent des procédés de diagnostic de la défaillance du DOC par la mesure du taux de NOX à la sortie du DOC, et éventuellement en amont du DOC. Ainsi chaque procédé de diagnostic connu propose l'utilisation de capteur spécifique à la détection de la défaillance du DOC. L'utilisation de capteur spécifique entraîne l'obtention de ligne d'échappement plus complexe et donc notamment plus coûteuse. [000si Il existe donc un besoin pour un procédé de diagnostic d'un catalyseur d'oxydation susceptible d'être mis en oeuvre sur une ligne d'échappement plus simple. [0009] Pour cela l'invention propose un procédé de diagnostic d'un catalyseur d'oxydation dans une ligne d'échappement de gaz issus d'un moteur à combustion interne, la ligne d'échappement comprenant un organe de réduction catalytique sélective en aval du catalyseur d'oxydation selon le sens d'échappement des gaz, le procédé comprenant : - la mesure du taux d'oxydes d'azote en aval de l'organe de réduction 30 catalytique sélective selon le sens d'échappement des gaz ; et - la détermination d'une défaillance du catalyseur d'oxydation en fonction du taux d'oxydes d'azote mesuré. [0010] Selon une variante, la défaillance du catalyseur d'oxydation est déterminée lorsque le taux d'oxydes d'azote mesuré passe sous un seuil d'oxydes d'azote prédéterminé de défaillance du catalyseur d'oxydation. [0011] Selon une variante, le procédé comprend, à partir du taux mesuré d'oxydes d'azote, le calcul du taux de conversion des oxydes d'azote par l'organe de réduction catalytique sélective ; la défaillance du catalyseur d'oxydation étant déterminée lorsque le taux de conversion de l'organe de réduction catalytique sélective passe sous un seuil de taux de conversion prédéterminé de défaillance du catalyseur d'oxydation. [0o12] Selon une variante, le procédé comprend : - la mesure du taux de monoxyde de carbone ou du taux d'hydrocarbures en amont de l'organe de réduction catalytique sélective et en aval du catalyseur d'oxydation selon le sens d'échappement des gaz ; et - la détermination d'une défaillance du catalyseur d'oxydation lorsque le taux mesuré de monoxyde de carbone ou d'hydrocarbures dépasse un seuil de monoxyde de carbone ou d'hydrocarbures prédéterminé de défaillance du catalyseur d'oxydation. [0013] Selon une variante, le procédé comprend : - la mesure du ratio de dioxydes d'azote par oxydes d'azote, en amont de 20 l'organe de réduction catalytique sélective et en aval du catalyseur d'oxydation selon le sens d'échappement des gaz ; et - la détermination d'une défaillance du catalyseur d'oxydation lorsque le ratio mesuré de dioxydes d'azote par oxydes d'azote passe sous un seuil de dioxydes d'azote par oxydes d'azote prédéterminé de défaillance du catalyseur d'oxydation. 25 [0014] Selon une variante, le procédé comprend : - la mesure de la consommation de dioxygène par le catalyseur d'oxydation ; et - la détermination d'une défaillance du catalyseur d'oxydation lorsque la consommation mesurée passe sous un seuil de consommation de dioxygène prédéterminé de défaillance du catalyseur d'oxydation. 30 [0015] Selon une variante, le procédé comprend : - la mesure ou l'estimation de l'exotherme généré par le catalyseur d'oxydation ; et - la détermination d'une défaillance du catalyseur d'oxydation en fonction de l'exotherme mesuré ou estimé. [0016] Selon une variante, le procédé comprend en outre l'injection d'urée en amont de l'organe de réduction catalytique sélective selon le sens d'échappement des gaz. [0017] Selon une variante, le moteur à combustion interne dont provient les gaz à échapper par la ligne d'échappement est un moteur diesel. [ools] L'invention propose encore un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne, une ligne d'échappement des gaz du moteur à combustion interne et un calculateur de diagnostic de la ligne d'échappement, la ligne d'échappement comprenant, dans le sens d'échappement des gaz, un catalyseur d'oxydation, un organe de réduction catalytique sélective, un capteur du taux d'oxydes d'azote ; et le calculateur mettant en oeuvre le procédé de diagnostic précédent. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui montrent : - figures 1 et 2, des représentations schématiques de lignes d'échappement associées à un moteur à combustion interne ; - figure 3, un graphique comparant l'évolution du ratio de dioxydes d'azote par oxydes d'azote pour des catalyseurs d'oxydation neuf et ancien ; - figure 4, un graphique de l'efficacité du traitement des oxydes d'azote par la ligne d'échappement de la figure 1 ou 2 en fonction de la température et du ratio de dioxydes d'azote par oxydes d'azote ; - figure 5, un graphique représentant les émissions totales de polluants provenant de différents catalyseurs d'oxydation en fonction des différents seuils prédéterminés de défaillance de catalyseur d'oxydation. [0020] Il est proposé un procédé de diagnostic d'un catalyseur d'oxydation. Le diagnostic est prévu pour être mis en oeuvre dans une ligne d'échappement pour les gaz issus d'un moteur à combustion interne. Le moteur à combustion interne est de préférence un moteur diesel. Il est fait référence aux figures 1 et 2 précédemment décrites pour illustrer la présence du DOC 40 dans la ligne d'échappement 20. [0021] Conformément à ces figures 1 et 2, la ligne d'échappement 20, pour laquelle le procédé proposé est mis en oeuvre, comprend un organe de réduction catalytique sélective 60 en aval du DOC 20 selon le sens d'échappement des gaz. Dans la suite de ce document, les utilisations des termes "aval" et "amont" qualifient, dans la ligne d'échappement 20, le positionnement d'un dispositif par rapport à un autre dispositif selon le sens de l'échappement des gaz dans la ligne d'échappement 20. [0022] Le procédé comprend la mesure du taux d'oxydes d'azote en aval de l'organe de SCR 60. Le procédé comprend en outre la détermination d'une défaillance du DOC 40. [0023] En effet, parmi les défaillances connues du DOC 40, le vieillissement du DOC 40 a notamment pour conséquence une diminution d'efficacité de l'oxydation des HC et des CO et une diminution du ratio NO2/NOX en aval du DOC 40. La figure 3 montre un graphique comparant l'évolution du ratio NO2/NOX pour un DOC 40 à l'état neuf (courbe 70) et pour un DOC 40 à l'état ancien (courbe 72). L'évolution du ratio NO2/NOX pour chaque DOC 40 est liée à un même profil de fonctionnement standard subit par le moteur à combustion interne 80. La figure 3 montre ainsi l'évolution de la vitesse du moteur 80, lorsque le moteur 80 subit le profil de fonctionnement standard (courbe 78). [0024] Or la diminution du ratio NO2/NOX en aval du DOC 40 entraîne une augmentation des émissions de NOX en aval de l'organe de SCR 60, du fait d'une moins bonne efficacité de la SCR. Cette diminution de l'efficacité de la SCR est visible sur la nappe 76 la figure 4 qui représente un graphique de l'efficacité du traitement des NOX par la ligne d'échappement 80 en fonction du ratio NO2/NOX. [0025] Ainsi, de par la diminution de l'efficacité de la SCR par la baisse du ratio NO2/NOX, il est possible de déterminer une diminution de l'activité du DOC 40 par la mesure du taux de NOX en aval de l'organe de SCR 60. On peut déterminer une défaillance du DOC 40 en fonction taux de NOx en aval de l'organe de SCR 60 selon au moins l'un des deux modes de détermination suivants. [0026] La défaillance du DOC 40 peut par exemple être déterminée lorsque le taux de d'oxydes d'azote mesuré dépasse un seuil d'oxydes d'azote prédéterminé de 5 défaillance du DOC 40. [0027] La défaillance du DOC 40 peut encore être déterminée par l'intermédiaire d'un calcul du taux de conversion des NOx par l'organe de SCR 60. Le calcul du taux de conversion des NOx par l'organe de SCR 60 est effectué à partir du taux mesuré de NOx et d'un taux de NOx en amont de l'organe de SCR 60. Le taux de 10 NOx en amont de l'organe de SCR 60 peut être obtenu à l'aide d'un capteur dédié ou à l'aide d'un modèle de taux de NOx en amont de l'organe de SCR 60. Le taux de NOx en amont de l'organe de SCR 60 est ainsi mesuré ou estimé, et permet, avec le taux de NOx mesuré en aval, le calcul du taux de conversion des NOx par l'organe de SCR 60. Lorsque le calcul du taux de conversion des NOx par l'organe 15 de SCR 60 est effectué, la défaillance du DOC 40 est déterminée lorsque le taux de conversion calculé passe sous un seuil de taux de conversion prédéterminé de défaillance du DOC 40. [0028] Les deux modes précédents de détermination d'une défaillance du DOC 40 peuvent être mis en oeuvre simultanément sur la ligne d'échappement 20. 20 [0029] En d'autres termes et dans tous les cas, le procédé proposé permet de diagnostiquer une défaillance du DOC 40 non pas directement via la diminution d'efficacité de traitement des HC et CO mais indirectement via les émissions de NOx en aval de l'organe de SCR 60. [0030] Or, en référence aux figures 1 et 2, le capteur NOx 64 en aval du SCR est 25 imposé par un calculateur embarqué de diagnostic de la diminution des NOx (non représenté). Le calculateur embarqué de diagnostic de la diminution des NOx est un calculateur de diagnostic embarqué, plus connu sous le nom de calculateur OBD (abréviation provenant de l'expression anglaise on board diagnostics). [0031] La mise en oeuvre du procédé proposé par ce même calculateur embarqué 30 ne génère pas de besoin d'un capteur supplémentaire, contrairement aux autres solutions connues comme le diagnostic du DOC 40 par exotherme du DOC 40 ou par la modification de la consommation d'oxygène du DOC 40. Sans besoin d'un capteur supplémentaire, la ligne d'échappement 20, pour laquelle le procédé de diagnostic proposé est appliqué, est alors plus simple. [0032] En définitive, le procédé proposé de diagnostic de catalyseur d'oxydation 5 est susceptible d'être mis en oeuvre sur une ligne d'échappement plus simple. [0033] Le seuil de NOx prédéterminé de défaillance du DOC 40 peut correspondre à un seuil stocké dans le calculateur OBD. Ce seuil prédéterminé fait parti de seuils réglementaires des différents polluants HC, CO ou NOx. [0034] La figure 5 montre un graphique représentant les émissions totales de 10 polluants HC, CO ou NOx en fonction des différents seuils prédéterminés de défaillance du DOC 40. Le seuil 94 correspond au seuil de CO prédéterminé de défaillance du DOC 40. Le seuil 96 correspond au seuil de NOx et de HC non méthaniques (abrégé en NMHC) prédéterminé de défaillance du DOC 40. La figure 5 montre les émissions totales de polluants HC, CO ou NOx qui proviennent de 15 catalyseurs d'oxydation de différentes technologies : DOC 1, DOC 2, DOC 3, DOC 4 et DOC 5, et auxquels le profil standard de fonctionnement a été appliqué. Pour chacun de ces DOC, le seuil 96 de NOx prédéterminé est dépassé avant le seuil 94 prédéterminé des CO et des HC non méthaniques. Le procédé de diagnostic proposé permet donc de détecter une défaillance du DOC 40 et de couvrir les 20 surémissions des autres polluants réglementés tel que CO, pour différentes technologies de DOC. [0035] Toujours pour des questions de fiabilité du procédé de détection, le procédé peut comprendre en outre la mesure du taux de CO ou du taux de HC en amont de l'organe de SCR 60 et en aval du DOC 40. Cette mesure lorsqu'elle dépasse le 25 seuil de CO ou de HC prédéterminé de défaillance du DOC 40 permet avantageusement une détermination supplémentaire d'une défaillance du DOC 40. Selon ce mode de réalisation, la ligne d'échappement 20 peut alors être pourvue d'un capteur supplémentaire. [0036] Dans un même but de fiabilité du procédé de diagnostic proposé, le 30 procédé peut comprendre en outre la mesure du ratio NO2/NOx en amont de l'organe de SCR 60 et en aval du DOC 40. Cette mesure lorsqu'elle passe sous le seuil de NO2/NO, prédéterminé de défaillance du DOC 40 permet avantageusement une meilleure détermination d'une défaillance du DOC 40. Selon ce mode de réalisation, la ligne d'échappement 20 peut alors être pourvue d'un capteur supplémentaire. [0037] Toujours dans ce but de fiabilité, le procédé peut comprendre en outre la mesure ou l'estimation du taux de conversion des NOX en NO2 par le DOC 40. Cette mesure ou cette estimation, lorsqu'elle passe sous un seuil du taux de conversion caractéristique de la défaillance du DOC, permet avantageusement une meilleure détermination d'une défaillance du DOC 40. Selon ce mode de réalisation, la ligne d'échappement 20 peut alors être pourvue d'un capteur supplémentaire. [0038] Encore dans ce but de fiabilité, le procédé peut comprendre en outre la mesure de la consommation de 02 par le DOC 40. Cette mesure, lorsqu'elle passe sous un seuil de consommation de 02 prédéterminé de défaillance du DOC 40, permet avantageusement une meilleure détermination d'une défaillance du DOC 40. Selon ce mode de réalisation, la ligne d'échappement 20 peut alors être pourvue d'un capteur supplémentaire. [0039] Encore dans ce but de fiabilité, le procédé peut comprendre en outre la mesure ou l'estimation de l'exotherme du DOC 40. Cette mesure ou estimation, lorsqu'elle n'est pas conforme à un seuil prédéterminé de défaillance du DOC 40, permet avantageusement une meilleure détermination d'une défaillance du DOC 40. La non-conformité de l'exotherme par rapport à un seuil prédéterminé de défaillance peut correspondre à la diminution de l'exotherme du DOC 40 du fait de son vieillissement. Ainsi une meilleure détermination de la défaillance du DOC 40 est possible lorsque l'exotherme mesuré ou estimé du DOC 40 passe sous un seuil de température prédéterminé de défaillance du DOC 40. La non-conformité de l'exotherme par rapport à un seuil prédéterminé de défaillance peut aussi correspondre à la diminution de la montée en température du DOC 40 lors d'une mise en fonctionnement de la ligne d'échappement 20. Ainsi une meilleure détermination de la défaillance du DOC 40 est possible lorsque la vitesse de montée en température du DOC 40 passe sous un seuil de montée en température prédéterminé de défaillance du DOC 40. Selon si l'exotherme est mesuré ou estimé, la ligne d'échappement 20 peut être pourvue d'un capteur supplémentaire. [0040] En référence aux figures 1 et 2, la ligne d'échappement 20 peut comprendre un injecteur 62 d'urée en amont de l'organe de SCR 60. Ainsi le procédé proposé peut aussi comprendre l'injection d'urée en amont de l'organe de SCR 60. L'urée correspond à un réducteur de SCR également connue sous le nom d'AUS32. [0041] L'invention se rapporte aussi à un véhicule automobile. Le véhicule automobile comprend alors le moteur à combustion interne 80, la ligne d'échappement 20 des gaz du moteur à combustion interne 80 et le calculateur de diagnostic de la ligne d'échappement 20 précédemment décrits. En référence aux figures 1 et 2, la ligne d'échappement 20 comprend aussi un capteur 64 du taux de NON. Le calculateur met avantageusement en oeuvre le procédé de diagnostic précédemment décrit. La mise en oeuvre du procédé de diagnostic précédent pour la ligne d'échappement 20 est possible alors que la ligne d'échappement 20 peut ne pas comprendre de capteur entre le DOC 40 et l'organe de SCR 60. [0042] Le procédé proposé comprend avantageusement la signalisation de la défaillance du DOC 40. Cette signalisation est alors destinée à l'utilisateur du véhicule comprenant la ligne d'échappement 20 ou à l'utilisateur du moteur à combustion interne 80. REVENDICATIONS1. Un procédé de diagnostic d'un catalyseur d'oxydation (40) dans une ligne d'échappement (20) de gaz (90) issus d'un moteur à combustion interne (80), la ligne d'échappement (20) comprenant un organe de réduction catalytique sélective (60) en aval du catalyseur d'oxydation (40) selon le sens d'échappement des gaz, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend : - la mesure du taux d'oxydes d'azote en aval de l'organe de réduction catalytique sélective (60) selon le sens d'échappement des gaz (90) ; et - la détermination d'une défaillance du catalyseur d'oxydation (40) en fonction du taux d'oxydes d'azote mesuré. 2. Le procédé de diagnostic selon la revendication 1, caractérisé en ce que la défaillance du catalyseur d'oxydation (40) est déterminée lorsque le taux d'oxydes d'azote mesuré dépasse un seuil d'oxydes d'azote prédéterminé de défaillance du catalyseur d'oxydation (40). 3. Le procédé de diagnostic selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend, à partir du taux mesuré d'oxydes d'azote, le calcul du taux de conversion des oxydes d'azote par l'organe de réduction catalytique sélective (60) ; la défaillance du catalyseur d'oxydation (40) étant déterminée lorsque le taux de conversion de l'organe de réduction catalytique sélective (60) passe sous un seuil de taux de conversion prédéterminé de défaillance du catalyseur d'oxydation (40). 4. Le procédé de diagnostic selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend : - la mesure du taux de monoxyde de carbone ou du taux d'hydrocarbures en amont de l'organe de réduction catalytique sélective (60) et en aval du catalyseur 25 d'oxydation (40) selon le sens d'échappement des gaz (90) ; et - la détermination d'une défaillance du catalyseur d'oxydation (40) lorsque le taux mesuré de monoxyde de carbone ou d'hydrocarbures dépasse un seuil de monoxyde de carbone ou d'hydrocarbures prédéterminé de défaillance du catalyseur d'oxydation (40). 30 5. Le procédé de diagnostic selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend : - la mesure du ratio de dioxydes d'azote par oxydes d'azote, en amont de l'organe de réduction catalytique sélective (60) et en aval du catalyseur d'oxydation selon le sens d'échappement des gaz (40) ; et- la détermination d'une défaillance du catalyseur d'oxydation (40) lorsque le ratio mesuré de dioxydes d'azote par oxydes d'azote passe sous un seuil de dioxydes d'azote par oxydes d'azote prédéterminé de défaillance du catalyseur d'oxydation (40). 6. Le procédé de diagnostic selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend : - la mesure de la consommation de dioxygène par le catalyseur d'oxydation (40) ; et - la détermination d'une défaillance du catalyseur d'oxydation (40) lorsque la 10 consommation mesurée passe sous un seuil de consommation de dioxygène prédéterminé de défaillance du catalyseur d'oxydation (40). 7. Le procédé de diagnostic selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comprend : - la mesure ou l'estimation de l'exotherme généré par le catalyseur d'oxydation 15 (40) ; et - la détermination d'une défaillance du catalyseur d'oxydation (40) en fonction de l'exotherme mesuré ou estimé. 8. Le procédé de diagnostic selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'injection d'urée en amont de l'organe de 20 réduction catalytique sélective (60) selon le sens d'échappement des gaz (90). 9. Le procédé de diagnostic selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne (80) dont provient les gaz (90) à échapper par la ligne d'échappement (20) est un moteur diesel. 10. Un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne (80), une 25 ligne d'échappement (20) des gaz (90) du moteur à combustion interne (80) et un calculateur de diagnostic de la ligne d'échappement (20), la ligne d'échappement (20) comprenant, dans le sens d'échappement des gaz (90), un catalyseur d'oxydation (40), un organe de réduction catalytique sélective (60), un capteur (64) du taux d'oxydes d'azote ; le véhicule automobile étant caractérisé en ce que le 30 calculateur met en oeuvre le procédé de diagnostic selon l'une des revendications 1 à 9.