Brevet FR3082236A1 — publié le 20191213

Procédé de détection d'un catalyseur d'oxydation dans la ligne d'échappement d'un moteur diesel et utilisation dudit procédé pour des véhicules automobiles équipés de moteurs diesel [0001] L'invention concerne un procédé pour la détection d'un catalyseur d'oxydation dans la ligne d'échappement d'un moteur diesel. [0002] Plus particulièrement, l'invention s'intéresse à un procédé permettant de diagnostiquer la présence éventuelle d'un catalyseur d'oxydation actif dans la ligne d'échappement d'un véhicule à motorisation diesel ainsi qu'une loi de commande pour la mise en oeuvre dudit procédé. [0003] L'invention concerne, en outre, une utilisation de ce procédé de détection pour une intégration dans les lois de commande des moteurs diesel conformes à la norme Euro 6.3. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE [0004] De manière générale, les modes de détection de la présence d'un catalyseur d'oxydation actif dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion utilisent les propriétés d'absorption énergétique du catalyseur. [0005] La présence d'un catalyseur entraîne un écart de température entre l'amont et l'aval de la zone catalytique qui est plus élevé qu'en l'absence du catalyseur dans des conditions identiques de diagnostic. [0006] La capacité d'absorption du catalyseur peut donc être évaluée en mesurant les températures en amont et en aval de la zone catalytique de la ligne d'échappement, après un premier démarrage du moteur suivant une période préliminaire de repos à l'issue de laquelle les températures, en amont et en aval de cette zone, sont uniformes et sensiblement égales à la température extérieure. [0007] Les procédés connus consistent ainsi à mesurer l'écart entre la température T4 en amont du catalyseur et la température T5 en aval, respectivement, dans la phase initiale de repos (T4i, T5i) et en régime permanent de fonctionnement du moteur (T4, T5). 2 [0008] Lorsque des conditions prédéfinies de diagnostic sont réunies (mentionnées ci-après), on lance alors le calcul d'un paramètre appelé « enthalpie » en utilisant la formule suivante : valeur absolue de (OET4-T4i)-(T5-T5i)))/(273,15+T4- 0.54T4i-T5i)) que l'on intègre en fonction du temps. 5 [0009] Lorsque la valeur de cette intégrale dépasse une valeur de seuil calibrée et fixée, il est conclu qu'un catalyseur est présent dans la zone catalytique. En revanche, si ce seuil n'est pas dépassé au bout d'un certain temps, dans les conditions d'activation du diagnostic (ces conditions étant modifiables), il est conclu que le catalyseur n'est pas présent. 10 [0010] Des conditions de température, de durée de la phase de repos avec arrêt du moteur et de quantité minimum et maximum de diesel injecté, permettent de décider quand le calcul de l'intégrale d'enthalpie doit être effectué. Ces conditions constituent en général les conditions préalables d'activation de la phase de diagnostic. [0011] Les procédés traditionnels, comme celui décrit dans le US 2011/0143449, 15 consistent ainsi à fixer le temps après le démarrage du moteur auquel on effectue les mesures des températures. Ces températures sont ensuite comparées avec des valeurs de référence pour déterminer la présence éventuelle d'un catalyseur. [0012] Les procédés décrits dans le US 2016/0363032 et dans le DE 10 2014 203327 prévoient des valeurs de seuil de températures permettant de statuer sur la 20 présence d'un catalyseur mais sans imposer de délai d'attente avant d'effectuer les mesures. [0013] Cependant, il a été mis en évidence que la valeur de l'enthalpie (et donc celle de son intégrale) dépend de plusieurs paramètres et principalement de la quantité de carburant injectée qui conditionne l'élévation de la température en amont. 25 [0014] En outre, selon les conditions du fonctionnement du moteur après son démarrage : ralenti avec ou sans climatisation, déplacement du véhicule, etc..., l'enthalpie se trouve aussi fortement impactée ce qui entraîne une dispersion importante des résultats du diagnostic. 3 [0015] En effet, l'influence de la charge du moteur se traduit par une certaine quantité de chaleur en entrée de la zone catalytique. Il en résulte qu'un essai avec une forte charge moteur mais sans catalyseur aboutisse au même résultat, quant au calcul du critère du diagnostic, qu'un essai avec une faible charge moteur et un catalyseur. 5 [0016] Par conséquent, il s'avère très difficile voire impossible avec les procédés de détection actuels, de diagnostiquer de façon fiable la présence ou l'absence du catalyseur. [0017] Dans ce contexte, il est apparu nécessaire de perfectionner les procédés connus en simplifiant leur mise en oeuvre tout en cherchant à obtenir un niveau de 10 confiance plus élevé dans les résultats du diagnostic. EXPOSÉ DE L'INVENTION [0018] Pour résoudre les problèmes techniques posés par l'art antérieur, l'invention a consisté à ne plus seulement tenir compte des écarts de températures entre l'amont et l'aval de la zone catalytique mais de considérer le temps écoulé entre 15 un instant correspondant à l'atteinte d'un seuil de température en amont après le démarrage du moteur et un instant correspondant à l'atteinte d'un seuil de température en aval. [0019] Ce but est atteint, selon l'invention, au moyen d'un procédé de détection du catalyseur d'oxydation dans la ligne d'échappement d'un moteur diesel par mesure des 20 températures en amont et en aval de la zone catalytique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : - arrêt du moteur et stabilisation thermique de la ligne d'échappement pour atteindre un équilibre entre la température amont et la température aval de la zone catalytique, 25 - démarrage du moteur et enregistrement conjoint, d'une part, du temps de charge au terme duquel la température amont atteint un seuil prédéterminé correspondant à un apport thermique minimum dans la zone catalytique et, d'autre part, du temps de transfert au terme duquel la température aval atteint 4 un seuil prédéterminé de température correspondant au passage dudit apport thermique au travers de la zone catalytique, - calcul de l'intervalle entre le temps de charge et le temps de transfert et, - comparaison dudit intervalle avec une durée de référence pour déterminer si 5 ledit intervalle est supérieur ou égal à ladite durée. [0020] Selon une caractéristique avantageuse, le seuil de la température aval est inférieur au seuil de la température amont. [0021] Selon une première variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention, si 10 l'intervalle entre le temps de charge et le temps de transfert est supérieur ou égal à la durée de référence, on conclut à la présence du catalyseur dans la zone catalytique ou sinon à son absence. [0022] Selon une seconde variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention, si l'intervalle entre le temps de charge et le temps de transfert est supérieur ou égal à la 15 durée de référence, on effectue le calcul de l'intégrale de l'enthalpie définie par la formule : valeur absolue de (((T4-T4i)-(T5-T5i)))/(273,15+T4-0.5x(T4i-T5i)) où T4i et T5i sont les valeurs initiales, respectivement, de la température amont (T4) et de la température aval (T5) à l'issue de l'opération de stabilisation. [0023] Selon une caractéristique de cette seconde variante, si la valeur de 20 l'enthalpie est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé, on conclut à la présence du catalyseur dans la zone catalytique ou sinon à son absence. [0024] Cette variante permet d'augmenter l'écart numérique entre les essais avec et sans catalyseur du fait que le calcul de l'intégrale d'enthalpie est dépendant de la présence du catalyseur et que sa valeur augmente plus vite lorsqu'un catalyseur est 25 présent. [0025] Encore une autre variante de mise en oeuvre du procédé tel que défini ci- dessus est caractérisée en ce que lorsqu'au temps (t2) la température d'aval a atteint la valeur de seuil, alors l'indicateur booléen de fin de diagnostic (END) passe à 1 signifiant que le résultat du diagnostic est alors fiable, et que simultanément le compteur de temps (t3), initié lorsque la température amont a atteint la valeur de seuil, 5 n'a pas dépassé une valeur de seuil correspondant à la durée de référence (t3s), alors le résultat booléen du diagnostic (RES) est à 1 indiquant l'absence d'un catalyseur. [0026] Encore un autre objet de l'invention est une utilisation du procédé de détection présentant les caractéristiques définies ci-dessus pour des véhicules diesel 5 et, en particulier, pour une intégration dans les lois de commande des moteurs diesel conformes à la norme Euro 6.3. [0027] Le procédé de l'invention prend en compte l'énergie fournie au catalyseur pour distinguer de façon fiable la présence ou l'absence du catalyseur [0028] Tout en simplifiant les opérations de calibration, le procédé de l'invention 10 permet un réglage unique pour tous les moteurs diesel et les différentes silhouettes de véhicules automobiles, à la différence des procédés antérieurs. Ce réglage peut ainsi être pré-calibré avec un niveau de confiance élevé. [0029] En outre, le procédé de l'invention est robuste aux variations des conditions de charge moteur ce qui permet d'éviter les résultats douteux et les erreurs de 15 détection quant à la présence ou l'absence du catalyseur qui sont sources de recours en garantie. [0030] Le procédé de l'invention offre ainsi, à la fois, un gain économique du fait que la fréquence des opérations d'essais et de contrôle et les risques de remplacement de pièces sont notablement réduits et une amélioration de la qualité et de l'image de 20 marque. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES [0031] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui va suivre, en référence aux figures annexées et détaillées ci-après. 25 Les figures 1A et 1B sont des graphes illustrant un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, respectivement, en présence d'un catalyseur dans la ligne d'échappement et en l'absence d'un tel catalyseur. 6 La figure 2 est un schéma synoptique illustrant un mode de mise en oeuvre de la loi de commande du procédé de l'invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE REALISATION [0032] Naturellement, les modes de réalisation décrits ci-après ne sont donnés 5 qu'à titre d'exemples non limitatif. Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux ces différents modes pour en proposer d'autres. [0033] Le procédé de détection de la présente invention se fonde sur le phénomène d'absorption d'énergie par le catalyseur. [0034] La capacité d'absorption du catalyseur peut être évaluée en observant les 10 températures, respectivement, en amont T4 et en aval T5 de la zone catalytique de la ligne d'échappement, c'est-à-dire, la zone dans laquelle est normalement disposé le catalyseur prévu. [0035] Ces températures sont observées lors du premier démarrage du moteur après une période de stabilisation thermique, dite de « macération », de la ligne 15 d'échappement, correspondant à l'établissement d'un équilibre entre la température amont T4 et la température aval T5 de la zone catalytique. Cette phase de stabilisation garantit la convergence des températures de tous les composants du moteur et de sa ligne d'échappement. A l'issue de cette phase, les températures amont T4, aval T5 et celle de l'air extérieur sont identiques et stables. 20 [0036] L'étape suivante consiste à démarrer le moteur puis à observer l'évolution des températures en amont et en aval de la zone catalytique. [0037] Il s'agit, dans une première phase, d'observer les augmentations progressives de la température amont T4 et de la température aval T5, à la suite du démarrage et après macération. Ces augmentations correspondent à l'apport d'énergie 25 thermique résultant de la combustion et de l'échappement des gaz, à l'entrée puis à la sortie de la zone catalytique. [0038] Toutefois, l'observation de l'augmentation de la température aval T5 sera pertinente, pour déterminer la présence éventuelle du catalyseur, seulement s'il y a eu 7 un apport d'énergie thermique suffisant en amont de la zone catalytique. On considère que cet apport d'énergie est suffisant lorsque la température amont T4 atteint ou dépasse, au terme d'un temps de charge t1, un seuil T4s correspondant à un apport thermique minimum et prédéterminé, comme illustré par les figures 1A et 1B. 5 [0039] L'augmentation de la température T5 en aval de la zone catalytique est aussi progressive mais différée par rapport à l'augmentation de la température amont T4. Ce retard s'explique par le transfert de l'apport thermique de l'amont vers l'aval au travers de la zone catalytique. Le temps de transfert t2 dépend de la longueur de cette zone et de la présence ou non d'un catalyseur susceptible d'absorber, de façon intermédiaire, 10 au moins une partie de l'apport thermique initial. [0040] Pour ces mêmes raisons, la température aval T5 sera généralement inférieure, (ou occasionnellement égale) à la température amont T4, quelque que soit le temps d'observation. [0041] Parallèlement, le procédé de l'invention prévoit de fixer un seuil de la 15 température aval T5s correspondant au passage de l'apport thermique au travers de la zone catalytique et à son arrivée au point d'observation de la température T5 dans un temps de transfert t2. [0042] Le procédé de l'invention consiste à enregistrer corrélativement le temps de charge t1 et le temps de transfert t2 aux termes desquels la température amont T4 20 et la température aval T5 atteignent leurs seuils prédéterminés T4s et T5s. [0043] Selon une première variante du procédé, ce sont les résultats de ces mesures de temps qui permettent de conclure sur la présence ou l'absence d'un catalyseur dans la zone catalytique de la ligne d'échappement. [0044] En effet, l'intervalle (t2-t1), référencé t3, entre le temps de charge t1 et le 25 temps de transfert t2 représente le retard de l'élévation de la température T5 jusqu'au seuil T5s, en sortie de la zone catalytique. [0045] L'invention prévoit de fixer une valeur de seuil de temps ou durée de référence t3s correspondant à l'intervalle de valeur positive t2-t1 et calculée en 8 considérant la présence d'un catalyseur ayant une capacité d'absorption de l'énergie thermique donnée qui est à l'origine du retard. [0046] Dans ces conditions, si l'intervalle entre le temps de charge t1 et le temps de transfert t2 est supérieur ou égal à cette durée de référence t3s, on peut conclure à 5 la présence du catalyseur dans la zone catalytique, comme illustré par la figure 1A. [0047] En revanche, si cet intervalle est inférieur à la durée de référence voir négatif (t2 étant alors inférieur à t1), on peut conclure à une élévation rapide voir anticipée de la température aval T5 jusqu'à T5s qui traduit l'absence d'un catalyseur dans la zone catalytique, comme illustré par la figure 113. 10 [0048] Selon une autre variante du procédé de l'invention, si l'intervalle entre le temps de charge t1 et le temps de transfert t2 est supérieur ou égal à la durée de référence t3s, on effectue alors le calcul de l'intégrale de l'enthalpie définie par la formule suivante en valeur absolue ; ((T4-T4i)-(T5-T5i))/(273,15+T4-0.5x(T4i-T5i)) 15 où T4i et T5i sont les températures initiales, respectivement, amont et aval à l'issue de la phase de stabilisation ou de macération. [0049] Si la valeur de l'enthalpie est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé, le diagnostic conclut à la présence du catalyseur dans la zone catalytique ou sinon à son absence. 20 [0050] Le procédé de détection de l'invention est associé à la loi de commande décrite ci-après et illustrée par la figure 2. [0051] Lorsqu'au temps t2la température d'aval T5a atteint la valeur de seuil T5s, alors l'indicateur booléen de fin de diagnostic (END) passe à 1 signifiant que le résultat du diagnostic est alors fiable, et que simultanément le compteur de temps t3, initié 25 lorsque la température amont T4a atteint la valeur de seuil T4s, n'a pas dépassé la valeur de seuil correspondant à la durée de référence t3s, alors le résultat booléen du diagnostic (RES) est à 1 indiquant l'absence d'un catalyseur. 9 [0052] Le procédé de l'invention s'applique à la détection du catalyseur d'oxydation dans les lignes d'échappement REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'un catalyseur d'oxydation dans la ligne d'échappement d'un moteur diesel par mesure des températures en amont (T4) et en aval (T5) de la zone catalytique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes : - arrêt du moteur et stabilisation thermique de la ligne d'échappement pour atteindre un équilibre entre la température amont (T4) et la température aval (T5) de la zone catalytique, - démarrage du moteur et enregistrement conjoint, d'une part, du temps de charge (t1) au terme duquel la température amont (T4) atteint un seuil prédéterminé (T4s) correspondant à un apport thermique minimum dans la zone catalytique et, d'autre part, du temps de transfert (t2) au terme duquel la température aval (T5) atteint un seuil prédéterminé (T5s) de température correspondant au passage dudit apport thermique au travers de la zone catalytique, - calcul de l'intervalle (t3) entre le temps de charge (t1) et le temps de transfert (t2) et, - comparaison dudit intervalle avec une durée de référence (t3s) pour déterminer si ledit intervalle est supérieur ou égal à ladite durée. 2. Procédé de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le seuil de la température aval (T5s) est inférieur au seuil de la température amont (T4s). 3. Procédé de détection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que si l'intervalle (t3) entre le temps de charge (t1) et le temps de transfert (t2) est supérieur ou égal à la durée de référence (t3s), on conclut à la présence du catalyseur dans la zone catalytique ou sinon à son absence. 4. Procédé de détection selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que si l'intervalle entre le temps de charge (t1) et le temps de transfert (t2) est supérieur ou égal à la durée de référence (t3s), on effectue le calcul de l'intégrale de l'enthalpie définie par la formule : valeur absolue de (((T4-T4i)-(T5-T5i)))/(273,15+T4-0.5x(T4i-T5i)) , 11 où T4i et T5i sont les valeurs initiales, respectivement, de la température amont (T4) et de la température aval (T5) à l'issue de l'opération de stabilisation. 5. Procédé de détection selon la revendication précédente, caractérisé en ce que si la valeur de l'enthalpie est supérieure ou égale à un seuil prédéterminé, on 5 conclut à la présence du catalyseur dans la zone catalytique ou sinon à son absence. 6. Procédé de détection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsqu'au temps (t2) la température d'aval (T5) a atteint la valeur de seuil (T5s), alors l'indicateur booléen de fin de diagnostic (END) passe à 1 signifiant 10 que le résultat du diagnostic est alors fiable, et que simultanément le compteur de temps (t3), initié lorsque la température amont (T4) a atteint la valeur de seuil (T4s), n'a pas dépassé la valeur de seuil correspondant à la durée de référence (t3s), alors le résultat booléen du diagnostic (RES) est à 1 indiquant l'absence d'un catalyseur 15 7. Utilisation du procédé de détection selon l'une des revendications 1 à 6, pour des véhicules automobiles équipés de moteurs diesel.