Brevet FR3065487A1 — publié le 20181026

PROCEDE DE DETERMINATION DU VIEILLISSEMENT D'UN CATALYSEUR DE LIGNE D'ECHAPPEMENT DE VEHICULE AUTOMOBILE [0001] La présente invention porte sur un procédé de détermination du vieillissement d'un catalyseur de ligne d'échappement de véhicule automobile. [0002] On connaît des lignes d'échappement de moteur à combustion interne à essence munies d'un catalyseur disposé en amont d'un filtre à particules. Ce catalyseur est réalisé à base d'un matériau aux propriétés de stockage réversible d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement. Le catalyseur présente une capacité de stockage en oxygène, dite "OSC" pour "Oxygen Storage Capacity" en anglais. Il permet de stocker l'oxygène lorsque le moteur fonctionne en régime pauvre (rapport air/carburant supérieur à 1) pour le restituer en régime riche (rapport air/carburant inférieur ou égal à 1). Le catalyseur contribue à assurer l'oxydation du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (HO) et la réduction des oxydes d'azote (N0x). La capacité de stockage en oxygène du catalyseur est un indicateur de son vieillissement car plus le catalyseur vieillit, moins il est capable de stocker de l'oxygène. [0003] Ainsi, afin de connaître l'état de vieillissement du catalyseur, une stratégie consiste à mesurer la capacité de stockage en oxygène du catalyseur (image de la quantité de composés actifs). Pour déterminer cette capacité de stockage en oxygène, la stratégie vide d'abord le catalyseur de son oxygène grâce à une combustion riche, puis le remplit avec une combustion pauvre. Lorsqu'une sonde à oxygène située en aval du catalyseur détecte de l'oxygène, cela signifie que le catalyseur a atteint sa capacité de stockage. [0004] La capacité de stockage en oxygène du catalyseur OSC Bru peut être différente pour un même vieillissement en fonction respectivement de la température du catalyseur, comme cela est illustré par la figure 1 a, et du débit Deb des gaz d'échappement exprimé en kilogramme par seconde, comme cela est illustré par la figure 1 b. Pour cette raison, un facteur correctif dépendant de ces deux paramètres est appliqué pour rendre cette capacité brute de stockage OSC Bru constante, tel que cela est illustré sur les figures 2a et 2b qui représentent une capacité de stockage corrigée OSC Corr. 3065487 2 [0005] Le problème de cette stratégie est que la variation de la capacité de stockage en oxygène est non linéaire en fonction du vieillissement. Ainsi, un facteur correctif n'est valable qu'a un instant donné pour le catalyseur. Un même facteur correctif amène donc de la dispersion pour d'autres vieillissements, ce qui rend difficile l'adaptation des réglages 5 du moteur à combustion interne pour tenir compte de la dégradation des performances du système de post-traitement. [0006] La figure 3a illustre ainsi l'évolution de capacités brutes de stockage en oxygène en fonction de la température respectivement pour un catalyseur neuf (cf. OSC Bru N), vieilli (cf. OSC Bru V), et défaillant (cf. OSC Bru OBD). La figure 3b montre qu'un facteur 10 correctif donné est adapté pour corriger la capacité de stockage d'un catalyseur défaillant (cf. courbe OSC Corr OBD sensiblement constante) mais n'est pas adapté pour corriger les capacités de stockage en oxygène d'un catalyseur neuf (cf. OSC Corr N) et vieilli (cf. OSC Corr V) qui présentent une grande dispersion. [0007] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un 15 procédé de détermination du vieillissement d'un catalyseur équipant une ligne d'échappement, notamment de véhicule automobile, la ligne d'échappement étant équipée de sondes à oxygène en amont et en aval du catalyseur, caractérisé en ce que le procédé comporte: - une étape de mesure d'une capacité brute de stockage en oxygène du catalyseur à un 20 instant donné, - une étape de détermination d'un état du catalyseur en fonction de la mesure de la capacité brute de stockage en oxygène, - une étape de détermination d'une capacité de stockage en oxygène corrigée à partir d'un facteur correctif qui dépend d'une température du catalyseur, d'un débit des gaz 25 d'échappement, et de l'état du catalyseur, et - une étape de détermination du vieillissement du catalyseur en fonction de la capacité de stockage en oxygène corrigée. [0008] L'invention permet ainsi d'obtenir un gain en précision du calcul de vieillissement du catalyseur, ce qui permet de réduire les émissions polluantes en fonction du profil de 30 conduite. Par ailleurs, le fait de ne pas basculer trop tôt sur un réglage moteur "vieilli" pour compenser la perte d'efficacité du catalyseur permet de gagner en consommation. En outre, le fait de ne pas basculer trop tard sur un réglage moteur "vieilli" permet de garantir le respect des normes anti-pollution. 3065487 3 [0009] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte une étape de comparaison de la capacité brute de stockage en oxygène mesurée avec des seuils de décision correspondants à différents états du catalyseur, le facteur correctif étant sélectionné en fonction de la comparaison précédente. 5 [0010] Selon une mise en oeuvre, on définit un premier seuil de décision correspondant à un catalyseur neuf et un deuxième seuil de décision correspondant à un catalyseur vieilli. [0011] Selon une mise en oeuvre, dans le cas où la capacité brute de stockage en oxygène est supérieure au premier seuil de décision correspondant à un catalyseur neuf alors la capacité brute de stockage en oxygène est corrigée avec un facteur correctif 10 correspondant à un catalyseur neuf. [0012] Selon une mise en oeuvre, dans le cas où la capacité brute de stockage en oxygène est inférieure au premier seuil de décision correspondant à un catalyseur neuf et supérieure au deuxième seuil de décision correspondant à un catalyseur vieilli alors la capacité brute de stockage en oxygène est corrigée avec un facteur correctif 15 correspondant à un catalyseur vieilli. [0013] Selon une mise en oeuvre, dans le cas où la capacité brute de stockage en oxygène est inférieure au deuxième seuil de décision correspondant à un catalyseur vieilli alors la capacité brute de stockage en oxygène est corrigée avec un facteur correctif correspondant à un catalyseur défaillant. 20 [0014] Selon une mise en oeuvre, les seuils de décision sont obtenus à partir d'une cartographie qui est fonction du débit des gaz d'échappement et de la température du catalyseur. [0015] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte: - une étape de calcul préalable de différentes capacités de stockage en oxygène corrigées 25 avec un ensemble de facteurs correctifs correspondant à différents états du catalyseur, et - une étape de sélection de la capacité de stockage en oxygène corrigée en fonction de la comparaison entre la capacité brute de stockage en oxygène mesurée et les seuils de décision correspondants à différents états du catalyseur. [0016] Selon une mise en oeuvre, la mesure de la capacité brute de stockage en 30 oxygène ainsi que la capacité de stockage en oxygène corrigée et les seuils de décision sont obtenus suivant les étapes suivantes: 3065487 4 - une étape de vidage du catalyseur en oxygène par déclenchement d'une combustion riche, - une étape de commencement de la mesure, - une étape de remplissage du catalyseur en oxygène par déclenchement d'une 5 combustion pauvre, et - une étape d'arrêt de la mesure lorsque la sonde à oxygène en aval du catalyseur détecte de l'oxygène. [0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'a titre illustratif 10 mais nullement limitatif de l'invention. [0018] Les figures la et 1 b, déjà décrites, sont des représentations graphiques illustrant l'évolution d'une capacité brute de stockage en oxygène d'un catalyseur en fonction respectivement d'une température du catalyseur et d'un débit des gaz d'échappement; [0019] Les figures 2a et 2b, déjà décrites, sont des représentations graphiques illustrant 15 l'évolution de la capacité de stockage en oxygène des figures la et lb corrigée par un facteur correctif; [0020] La figure 3a, déjà décrite, est une représentation graphique illustrant l'évolution d'une capacité brute de stockage en oxygène du catalyseur en fonction de la température du catalyseur et pour différents états du catalyseur, à savoir un catalyseur neuf, un 20 catalyseur vieilli, et un catalyseur défaillant; [0021] La figure 3b, déjà décrite, est une représentation graphique illustrant la dispersion entre les capacités de stockage en oxygène corrigées par un même facteur correctif pour différents états du catalyseur, à savoir un catalyseur neuf, un catalyseur vieilli, et un catalyseur défaillant; 25 [0022] La figure 4 est une représentation schématique d'une architecture d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne mettant en oeuvre le procédé de détermination du vieillissement du catalyseur selon la présente invention; [0023] La figure 5 est un diagramme fonctionnel des différentes étapes du procédé de détermination du vieillissement du catalyseur selon la présente invention; 3065487 5 [0024] La figure 6 est une représentation graphique illustrant l'évolution d'une capacité de stockage en oxygène corrigée par un facteur correctif choisi en fonction de l'état du catalyseur. [0025] La figure 4 représente schématiquement une partie d'une ligne d'échappement 1 5 collectant les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne 2 de type essence équipant un véhicule automobile. La ligne d'échappement 1 comporte un catalyseur 3 disposé en amont d'un filtre à particules 4. Le catalyseur 3 et le filtre à particules 4 sont regroupés dans une même enveloppe 5 se raccordant au reste de la ligne 1 par ses extrémités (la figure ne représente que la moitié de l'enveloppe 5 pour rendre visibles le 10 catalyseur 3 et le filtre à particules 4). [0026] Le catalyseur 3 est réalisé à base d'un matériau aux propriétés de stockage réversible d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement. Le catalyseur 3 présente une capacité de stockage en oxygène, dite "OSC" pour "Oxygen Storage Capacity" en anglais. Il permet de stocker l'oxygène lorsque le moteur 2 fonctionne en 15 régime pauvre (rapport air/carburant supérieur à 1) pour le restituer en régime riche (rapport air/carburant inférieur ou égal à 1). Le catalyseur 3 contribue à assurer l'oxydation du monoxyde de carbone (CO) et des hydrocarbures imbrûlés (HO) et la réduction des oxydes d'azote (N0x). La capacité de stockage en oxygène du catalyseur 3 est un indicateur de son vieillissement car plus le catalyseur 3 vieillit, moins il est capable de 20 stocker de l'oxygène. [0027] La ligne d'échappement 1 est également munie de deux sondes à oxygène 6, 7 appelées couramment sondes lambda, disposées respectivement en amont et en aval de du catalyseur 3. Ces sondes 6, 7 de type connu pourront prendre la forme de sonde de type linéaire ou stoechiométrique. 25 [0028] On décrit ci-après, en référence avec les figures 5 et 6, les étapes du procédé de détermination du vieillissement du catalyseur 3 selon la présente invention. Ces étapes pourront par exemple être mises en oeuvre par le calculateur moteur du véhicule qui comporte une mémoire stockant des instructions logicielles à cet effet. [0029] Dans une étape 101, le calculateur moteur détecte des conditions favorables pour 30 réaliser la mesure de la capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru du catalyseur 3. Il existe quatre principales conditions. Tout d'abord, la température du catalyseur 3 doit être assez élevée pour que les réactions chimiques puissent se produire. Ensuite, le débit 3065487 6 des gaz traversant le catalyseur 3 ne doit pas être trop élevé pour laisser le temps aux réactifs de stocker l'oxygène. Puis, la réalisation des diagnostics des sondes à oxygène 6, 7 doit être réalisée pour ne pas rencontrer d'interférences dans les créneaux de richesse. Enfin, pour réaliser la mesure, il faut une bonne stabilité de richesse pour la précision du 5 calcul de l'oxygène dans les gaz d'échappement. D'autres conditions, comme le régime moteur, la charge, la vitesse du véhicule peuvent être prises en compte pour exclure des situations de vie particulières en contrôle technique par exemple. [0030] Dans une étape 102, le catalyseur 3 est vidé de son oxygène grâce au déclenchement d'une combustion riche, ce qui permet de commencer la mesure dans une 10 étape 103. Le catalyseur 3 est alors rempli en oxygène grâce au déclenchement d'une combustion pauvre et le calcul de la capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru du catalyseur 3 est réalisé dans une étape 104. Au cours de cette même étape 104, les capacités de stockage en oxygène corrigées OSC Corr N, OSC Corr V, OSC Corr OBD sont calculées respectivement pour des facteurs correctifs dépendant de 15 la température du catalyseur 3 et du débit des gaz d'échappement correspondants à différents états du catalyseur 3, à savoir un catalyseur 3 neuf OSC Corr N, un catalyseur 3 vieilli OSC Corr V, et un catalyseur 3 défaillant OSC Corr OBD. [0031] Une fois que la sonde 7 en aval du catalyseur 3 détecte de l'oxygène dans une étape 105, c'est-à-dire que le catalyseur 3 a atteint sa capacité de stockage, la mesure 20 OSC Bru est arrêtée dans une étape 106. [0032] En fonction du niveau de capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru atteint sur le point de fonctionnement moteur (déterminé par le débit Deb des gaz à l'échappement et la température du catalyseur 3), le procédé choisi donc la capacité de stockage en oxygène corrigée OSC Corr N, OSC Corr V, OSC Corr OBD à prendre en 25 compte dans le calcul du vieillissement du catalyseur 3. [0033] Pour cela, plusieurs règles de décisions sont mises en oeuvre. Suivant ces règles, la capacité brute de stockage en oxygène mesurée OSC Bru est comparée, dans une étape 107, avec des seuils de décision S Dec N, S Dec V correspondants à différents états du catalyseur 3. On définit ainsi un premier seuil de décision S Dec N 30 correspondant à un catalyseur 3 neuf et un deuxième seuil de décision S Dec V correspondant à un catalyseur 3 vieilli. 3065487 7 [0034] Les seuils de décision S Dec N, S Dec V sont obtenus à partir d'une cartographie Cart Dec qui est fonction du débit Deb des gaz d'échappement et de la température du catalyseur 3. Ces seuils de décision S Dec N, S Dec V, comme pour la capacité de stockage, peuvent être calculés pendant l'étape 104 ce qui permet d'avoir une 5 évolution de ceux-ci pendant la mesure en cas de changement de point de fonctionnement, ou être choisis à la fin de la mesure ce qui contraint de réaliser une mesure de la capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru sur un seul point de fonctionnement. [0035] Dans le cas où la capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru est 10 supérieure au premier seuil de décision S Dec N correspondant à un catalyseur 3 neuf alors la capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru est corrigée avec un facteur correctif correspondant au catalyseur 3 neuf (cf. OSC Corr N). [0036] Dans le cas où la capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru est inférieure au premier seuil de décision S Dec N et supérieure au deuxième seuil de décision 15 S Dec V correspondant à un catalyseur 3 vieilli alors la capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru est corrigée avec un facteur correctif correspondant au catalyseur 3 vieilli (cf. OSC Corr V). [0037] Dans le cas où la capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru est inférieure au deuxième seuil de décision S Dec V alors la capacité brute de stockage en oxygène 20 OSC Bru est corrigée avec un facteur correctif correspondant au catalyseur 3 défaillant (cf. OSC Corr OBD). [0038] Une capacité de stockage en oxygène corrigée OSC Corr est alors déterminée avec le facteur correctif sélectionné en fonction de la comparaison précédente dans une étape 108 qui pourra se produire au même moment que l'étape 104. La figure 6 met en 25 évidence que le procédé selon l'invention permet d'obtenir une capacité de stockage en oxygène corrigée constante quel que soit l'état du catalyseur 3 (cf. courbe OSC Corr N pour un catalyseur neuf; OSC Corr V pour un catalyseur vieilli; OSC Corr OBD pour un catalyseur défaillant). [0039] Le calculateur moteur peut ensuite déterminer le vieillissement du catalyseur 3, 30 dans une étape 109, en fonction de la capacité de stockage en oxygène corrigée ainsi déterminée. Le vieillissement d'un catalyseur 3 est exprimé en kilomètres. Ce kilométrage n'est pas celui du véhicule car le profil de conduite, entre autre, dégrade plus ou moins vite 3065487 8 le catalyseur 3. Le calcul consiste à caractériser la capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru d'un catalyseur 3 neuf, d'un catalyseur 3 vieilli suivant une gamme précise représentant le profil moyen d'un conducteur ayant parcouru 100 000 kilomètres, et d'un catalyseur 3 défaillant suivant une gamme jusqu'à ce que les émissions polluantes du 5 véhicule dépassent les seuils de défaillance établis par une réglementation donnée. Une table de correspondance entre capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru et kilométrage du catalyseur 3 est intégrée dans le calculateur moteur pour convertir la capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru en kilomètre. [0040] Alternativement, il sera possible de déterminer uniquement la capacité de 10 stockage en oxygène corrigée correspondant à l'état du catalyseur 3 déterminé après comparaison de la capacité brute de stockage en oxygène OSC Bru avec les seuils de décision S Dec N, S Dec V. Autrement dit, dans ce cas, on ne calcul pas les capacités de stockages corrigées avec les trois facteurs correctifs, mais uniquement celle corrigée avec le facteur correctif correspondant à l'état du catalyseur 3. On réalise ainsi des 15 économies de ressources de calcul au détriment de la précision de calcul. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination du vieillissement d'un catalyseur (3) équipant une ligne d'échappement (1), notamment de véhicule automobile, ladite ligne d'échappement (1) étant équipée de sondes à oxygène (6, 7) en amont et en aval du catalyseur (3), caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de mesure (103) d'une capacité brute de stockage en oxygène (OSC Bru) du catalyseur (3) à un instant donné, - une étape de détermination d'un état du catalyseur (3) en fonction de la mesure de la capacité brute de stockage en oxygène (OSC Bru), - une étape de détermination (108) d'une capacité de stockage en oxygène corrigée à partir d'un facteur correctif qui dépend d'une température du catalyseur (3), d'un débit des gaz d'échappement, et de l'état du catalyseur (3), et - une étape de détermination (109) du vieillissement du catalyseur (3) en fonction de la capacité de stockage en oxygène corrigée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de comparaison (107) de la capacité brute de stockage en oxygène (OSC Bru) mesurée avec des seuils de décision (S Dec N, S Dec V) correspondants à différents états du catalyseur (3), le facteur correctif étant sélectionné en fonction de la comparaison précédente. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on définit un premier seuil de décision (S Dec N) correspondant à un catalyseur (3) neuf et un deuxième seuil de décision (S Dec V) correspondant à un catalyseur (3) vieilli. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans le cas où la capacité brute de stockage en oxygène (OSC Bru) est supérieure au premier seuil de décision (S Dec N) correspondant à un catalyseur (3) neuf alors la capacité brute de stockage en oxygène (OSC Bru) est corrigée avec un facteur correctif correspondant à un catalyseur (3) neuf. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que, dans le cas où la capacité brute de stockage en oxygène (OSC Bru) est inférieure au premier seuil de décision (S Dec N) correspondant à un catalyseur (3) neuf et supérieure au deuxième seuil de décision (S Dec V) correspondant à un catalyseur (3) vieilli alors la capacité 3065487 10 brute de stockage en oxygène (OSC Bru) est corrigée avec un facteur correctif correspondant à un catalyseur (3) vieilli. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que, dans le cas où la capacité brute de stockage en oxygène (OSC Bru) est inférieure au 5 deuxième seuil de décision (S Dec V) correspondant à un catalyseur (3) vieilli alors la capacité brute de stockage en oxygène (OSC Bru) est corrigée avec un facteur correctif correspondant à un catalyseur (3) défaillant. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les seuils de décision (S Dec N, S Dec V) sont obtenus à partir d'une cartographie 10 (Cart Dec) qui est fonction du débit des gaz d'échappement et de la température du catalyseur (3). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape de calcul préalable de différentes capacités de stockage en oxygène 15 corrigées (OSC Corr N, OSC Corr V, OSC Corr OBD) avec un ensemble de facteurs correctifs correspondant à différents états du catalyseur (3), et - une étape de sélection de la capacité de stockage en oxygène corrigée (OSC Corr N, OSC Corr V, OSC Corr OBD) en fonction de la comparaison entre la capacité brute de stockage en oxygène mesurée (OSC Bru) et les seuils de décision 20 (S Dec N, S Dec V) correspondants à différents états du catalyseur (3). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la mesure de la capacité brute de stockage en oxygène (OSC Bru) ainsi que la capacité de stockage en oxygène corrigée et les seuils de décision (S Dec N, S Dec V) sont obtenus suivant les étapes suivantes: 25 - une étape de vidage du catalyseur (3) en oxygène par déclenchement d'une combustion riche, - une étape de commencement de la mesure (103), - une étape de remplissage du catalyseur (3) en oxygène par déclenchement d'une combustion pauvre, et 30 - une étape d'arrêt de la mesure (106) lorsque la sonde à oxygène (7) en aval du catalyseur (3) détecte de l'oxygène.