Brevet FR3090736A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : Procédé de DIAGNOSTIC D'UN CA- TALYSEUR DE REDUCTION SELECTIVE DES OXYDES D'AZOTE D'UN MOTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE Domaine technique de l'invention 100011 La présente invention concerne un procédé de diagnostic d'un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote (catalyseur SCR) monté dans le circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment un moteur de type diesel équipant un véhicule automobile. Etat de la technique [0002] Les moteurs à combustion interne des véhicules automobiles, plus particulièrement les moteurs diesel qui fonctionnent en mélange pauvre, émettent dans leurs gaz de combustion de grandes quantités d'oxydes d'azote (NOx). Il est nécessaire de traiter ces substances polluantes avant de les évacuer dans l'atmosphère extérieure. [0003] La figure 1 représente un exemple non limitatif de dispositif de motorisation comprenant un moteur à combustion interne 1 ayant un dispositif de post-traitement des gaz monté à l'échappement duquel est monté un dispositif de post-traitement apte à réduire les oxydes d'azote en molécules inoffensives d'azote et d'eau, plus précisément un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote (dit aussi : catalyseur SCR, de l'acronyme anglais pour : Selective Catalytic Reduction). [0004] Le moteur 1 à combustion interne, par exemple un moteur diesel de véhicule au- tomobile, se présente ici sous la forme d'un moteur à quatre cylindres en ligne suralimenté. Il est alimenté en air par un circuit d'admission d'air 2, et en carburant, par exemple du gazole, par une pluralité d'injecteurs 3 montés sur une rampe commune 4 d'alimentation en carburant. [0005] Le circuit d'admission d'air 2 comporte d'amont en aval, c'est-à-dire dans le sens de circulation de l'air, une conduite d'admission d'air 5, un compresseur 6 d'un turbocompresseur 7 du moteur 1, une conduite de liaison compresseur - collecteur d'admission 8 et un collecteur d'admission 9, ou répartiteur 9. Bien entendu, le circuit d'admission d'air 2 peut comporter d'autres composants non représentés ici, par exemple un filtre à air, un refroidisseur d'air suralimenté, etc. [0006] Lc moteur 1 est aussi équipé d'un circuit d'échappement 10 des gaz d'échappement, ou ligne d'échappement 10, comprenant d'amont en aval, c'est-à-dire dans le sens de circulation des gaz, un collecteur d'échappement II, une turbine 12 du turbocompresseur 7, un premier dispositif de dépollution 13, par exemple un catalyseur d'oxydation 13, unc conduite de liaison catalyseur d'oxydation débitmètre 14, un dé- 2 bitmètre 15 apte à mesurer le débit massique des gaz d'échappement Qech total du moteur, un deuxième dispositif de dépollution 16, et un pot d'échappement 19. [0007] Le deuxième dispositif de dépollution 16 peut comprendre, de manière non li- mitative, un filtre à particules 18 couplé à un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote 19, ou catalyseur SCR 19. On connaît un tel dispositif 16 combiné sous l'abréviation SCR-F (acronyme anglais pour : Selective Catalytic Réduction - Filter). En variante non représentée, le filtre à particules 18 peut être un composant séparé du catalyseur SCR 19. [0008] Pour la réduction des oxydes d'azote (NOx) émis dans les gaz de combustion du moteur 1 dans le catalyseur SCR 19, le deuxième dispositif de dépollution 16 est alimenté en agent réducteur à hase d'urée (Adblue(9) par l'intermédiaire d'un dispositif d'injection, par exemple comprenant un mélangeur 20 monté dans le circuit d'échappement 10 en amont du deuxième dispositif de dépollution 16, à partir d'un réservoir 21. Bien entendu, si le catalyseur SCR 19 est un composant séparé du filtre à particules 18, le dispositif d'injection est situé en amont du catalyseur SCR 19 mais pas nécessairement en amont du filtre à particules 18. Une vanne de réglage 22 permet d'ajuster de manière continue le débit de réducteurs injecté en amont du deuxième dispositif de dépollution 16, et qui est aussi le débit de réducteurs injecté entrant dans le catalyseur SCR 19, le filtre à particules 18 n'ayant aucune action sur ces réducteurs. Ledit débit peut être déterminé en permanence, par exemple grâce à un capteur de degré d'ouverture de ladite vanne 22. De manière connue en soi, ce débit est consommé à la fois pour permettre les réactions de réduction des NOx proprement dites à l'intérieur du catalyseur SCR 19, et pour ajuster la quantité d'ammoniac stockée à l'intérieur du catalyseur SCR 19, dont dépend l'efficacité de ces réactions de conversion des NOx en azote et en eau. [0009] Le circuit d'échappement 10 comprend par ailleurs ici un circuit de recirculation partielle à haute pression des gaz d'échappement à l'admission. Il se présente sous la forme d'une conduite 23 qui prend naissance en un point du circuit d'échappement situé en amont de la turbine 12, ici entre le collecteur d'échappement 11 et la turbine 12. Son autre extrémité débouche en aval du compresseur 6, dans la conduite de liaison ]]]compresseur- collecteur d'admission 8. Il est équipé d'une vanne de recirculation partielle des gaz d'échappement à haute pression 24, dont le réglage permet d'ajuster la proportion de gaz à haute pression recyclés à l'admission. [0010] Le circuit d'échappement 10 comprend ici aussi un circuit de recirculation partielle à basse pression des gaz d'échappement à l'admission. Il se présente sous la forme d'une conduite 25 qui prend naissance en un point du circuit d'échappement situé en aval de la turbine 12, ici de manière non limitative à la sortie du catalyseur d'oxydation 13 en un point de la conduite de liaison catalyseur d'oxydation - débitmètre 14. Son autre 3 extrémité débouche en amont du compresseur 6, dans la conduite d'admission d'air 5. Il est équipé d'une vanne de recirculation partielle des gaz d'échappement à basse pression 26, dont le réglage permet d'ajuster la proportion de gaz à basse pression recyclés à l'admission. [0011] L'intérêt de tels circuits de recirculation pour la limitation des émissions d'oxydes d'azote des moteurs diesel à la source est bien connu et ne sera pas détaillé ici. [0012] Le deuxième dispositif de dépollution 16, ou le catalyseur SCR 19 s'il s'agit d'un composant monté seul, est associé à des moyens de détermination 27 de la concentration d'oxydes d'azote [NOx]in dans les gaz entrant dans ledit catalyseur, et à des moyens de détermination 28 de la concentration d'oxydes d'azote [NOx]out dans les gaz sortant dudit catalyseur. [0013] La concentration d'oxydes d'azote amont, ou entrante [NOx]in peut par exemple être mesurée par un capteur d'oxydes d'azote 27 amont, qui est monté en amont du deuxième dispositif de dépollution 16, et de préférence en amont du mélangeur 20 de manière que la mesure ne soit pas polluée par le débit de réducteurs injecté. En variante, elle peut être estimée à partir d'un modèle, à partir du point de fonctionnement du moteur. La concentration d'oxydes d'azote aval, ou sortante [NOx]in est généralement mesurée par un capteur d'oxydes d'azote aval 28, qui est monté à l'aval du deuxième dispositif de dépollution. [0014] Le dispositif de motorisation comprend aussi des moyens de contrôle (non re- présentés), par exemple un calculateur électronique, apte à régler les paramètres de fonctionnement du dispositif de motorisation, notamment du moteur 1 et du catalyseur SCR 19, en fonction notamment d'une consigne de couple correspondant à un enfoncement d'une pédale d'accélérateur du véhicule par un conducteur du véhicule et à un régime moteur donné. De manière connue en soi, le calculateur règle l'admission d'air et la proportion de gaz d'échappement à haute pression et/ou à basse pression recyclés à l'admission, l'injection de carburant dans le moteur, et le débit de réducteurs (Adblue0) injectés en amont du deuxième dispositif de dépollution 16 pour la réduction dans le catalyseur SCR 19 des oxydes d'azote produits dans les gaz de combustion émis par le moteur. [0015] En cas de dysfonctionnement du catalyseur SCR 19, son efficacité de traitement, c'est-à-dire la proportion des quantités entrantes d'oxydes d'azote qu'il peut effectivement réduire en molécules inoffensives, diminue, de sorte que les rejets d'oxydes d'azote (non traités) dans l'atmosphère extérieure augmentent. Une telle augmentation des émissions de NOx peut entraîner le dépassement d'un seuil d'émissions réglementaire, tel qu'un seuil de diagnostic embarqué à bord du véhicule, dit aussi seuil OBD (acronyme anglais pour : On Board Diagnosis). Dans ce cas, la norme européenne en vigueur impose que le défaut de fonctionnement du catalyseur SCR 19 soit détecté par l'intermédiaire d'un contrôle de son état de fonctionnement.] [0016] On connaît de l'état de la technique plusieurs procédés de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un catalyseur SCR 19. Par exemple, il est connu de déterminer une valeur de l'efficacité moyenne de conversion d'une masse prédéterminée de NOx entrant dans le catalyseur, et de comparer cette efficacité calculée avec un seuil d'efficacité moyenne. [0017] Plus précisément, dans un tel procédé, à partir d'un instant correspondant au début du diagnostic, on calcule de manière continue une première niasse et une deuxième masse de NOx. La première masse, qui correspond à la masse cumulée de NOx entrant MN0x,in dans le catalyseur SCR 19 depuis le début du diagnostic, est calculée comme l'intégrale temporelle du produit du débit des gaz d'échappement Qech (mesuré par le débitmètre 15) et de la concentration d'oxydes d'azote entrant [NOx]in (mesurée par le capteur d'oxydes d'azote amont 27). [0018] La deuxième masse, qui correspond à la niasse cumulée de NOx sortant MNOx,out du catalyseur SCR 19 depuis le début du diagnostic, est calculée en parallèle du calcul de la première masse, comme l'intégrale temporelle du produit du débit des gaz d'échappement Qcch et de la concentration d'oxydes d'azote sortante [NOx]out (mesurée par le capteur d'oxydes d'azote aval 28). [0019] Lorsque la masse cumulée de NOx entrante MNOx,in atteint un seuil de masse pré- déterminé, par exemple deux grammes de NOx, on arrête le calcul des deux intégrales et on relève à cet instant la valeur de la masse cumulée de NOx sortante MNOx,out. On calcule ensuite l'efficacité moyenne du catalyseur sur la période comme égal à un quotient, dont le numérateur est égal à la masse de NOx qui a été effectivement réduite dans le catalyseur SCR 19, c'est-à-dire égal qui est égal à la différence entre la masse entrante MNOx, in et la masse sortante MNOX,out et dont le dénominateur est égal à la masse de NOx totale vue par le catalyseur SCR 19, c'est-à-dire égal à la masse de NOx entrante MNOX,in. [0020] On compare ensuite la valeur calculée de l'efficacité moyenne avec un seuil de référence correspondant à l'efficacité d'un catalyseur dit « limite OBD », c'est-à-dire d'un catalyseur dont l'efficacité de traitement assure des rejets de NOx dans l'atmosphère extérieure tout juste conformes à la norme. Le catalyseur SCR 19 est déclaré en bon état de fonctionnement lorsque la valeur calculée est supérieure audit seuil. Dans le cas contraire, le catalyseur SCR 19 est déclaré défaillant. [0021] Un tel procédé de diagnostic manque néanmoins de précision. [0022] On connaît aussi de l'état de la technique d'autres procédés de contrôle qui prévoient la vérification du bon fonctionnement d'un dispositif catalytique de dépollution de gaz d'échappement d'un moteur. Notamment les publications FR-Al-2833994, FRAl-2993315 et FR-A1-3005104 prévoient une vérification du bon fonctionnement d'un catalyseur d'une ligne d'échappement qui est basée sur l'augmentation de la température générée par l'activité catalytique d'un catalyseur diagnostiqué suite à une excitation forcée du catalyseur, par une augmentation maîtrisée de la concentration de réducteurs en amont du catalyseur engendrée par une injection de carburant en amont du catalyseur. [0023] En provoquant une injection tardive de carburant dans les cylindres du moteur, la température en sortie du catalyseur en fonctionnement normal augmente, tandis que si le catalyseur est défaillant, la température de sortie n'augmente pas. Toutefois, ces procédés de contrôle sont intrusifs par rapport au mode de fonctionnement normal du moteur et entraînent une consommation accrue de réducteurs. Présentation de l'invention [0024] La présente invention vise à résoudre les défauts des procédés connus de diagnostic d'un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote. [0025] Elle propose plus particulièrement un procédé précis qui ne nécessite pas de modi- fication du réglage normal du moteur, mais seulement des observations de paramètres de fonctionnement. [0026] Elle propose pour cela un procédé de diagnostic d'un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote monté à l'échappement d'un moteur à combustion interne, dans lequel on calcule une valeur d'efficacité de traitement dudit catalyseur et on compare ladite valeur d'efficacité avec un seuil d'efficacité. [0027] La principale caractéristique du procédé selon l'invention est qu'il comprend des étapes au cours desquelles : [0028] -on calcule une pluralité de valeurs moyennes de l'efficacité instantanée du ca- talyseur ; [0029] -on réalise des comparaisons de chacune desdites valeurs moyennes d'efficacité ins- tantanée avec ledit seuil d'efficacité ; [0030] -on calcule un critère de diagnostic qui est égal au nombre de fois, parmi la pluralité desdites comparaisons, où ladite valeur moyenne est inférieure audit seuil ; et, [0031] -on diagnostique que le catalyseur est défaillant lorsque ledit critère est supérieur à un seuil de défaillance prédéterminé. Brève description des figures 100321 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les dessins annexés, dans lesquels : 100331 Ifig.11 est un schéma d'un dispositif de motorisation apte à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. 6 100341 Ifig.21 est un logigramme qui illustre un mode de réalisation des différentes étapes du procédé selon l'invention. Description détaillée des figures 100351 La figure 1 a déjà été décrite plus haut. Elle illustre un dispositif de motorisation connu de l'état de la technique est qui est apte à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans un véhicule automobile, sans qu'il soit besoin de prévoir des composants additionnels spécifiquement dédiés à la mise en oeuvre du procédé. [0036] La figure 2 illustre les différentes étapes du procédé selon l'invention. Le procédé est mis en oeuvre par un calculateur du moteur, en utilisant un dispositif conforme à la figure 1. Lc procédé est itératif il consiste à calculer successivement une pluralité N de valeurs moyennes MOY(EFF) de l'efficacité instantanée EFF du catalyseur SCR, chaque valeur moyenne étant calculée à partir d'un nombre prédéterminé P de valeurs d'efficacité instantanée. Par exemple, on calcule 100 valeurs de moyennes d'efficacité MOY(EFF), chaque moyenne étant calculée à partir de 10 valeurs d'efficacité instantanée saisies chacune pendant 0,1 seconde. On arrive ainsi à une durée totale de diagnostic de moins de deux minutes. [0037] Chaque valeur moyenne MOY(EFF) de l'efficacité instantanée est comparée indivi- duellement à un seuil d'efficacité SEUIL(OBD) du catalyseur SCR qui correspond à l'efficacité d'un catalyseur qui est à la limite de la défaillance. A chaque fois qu'une telle moyenne est inférieure au seuil, on incrémente d'une unité un compteur CRITERE. Le diagnostic de défaillance du catalyseur est basé sur le nombre de fois, parmi la pluralité N de comparaisons, où la valeur moyenne de l'efficacité instantanée est inférieure au seuil. [0038] En d'autres termes, comme le nombre total N de comparaisons est prédéterminé (par exemple : 100 occurrences), il suffit de relever la valeur du compteur CRITERE lorsque le nombre total de comparaisons est atteint, et de comparer cette valeur avec un seuil SEUIL(OBD), le catalyseur étant déclaré défaillant si le seuil est atteint ou dépassé. [0039] Le logigramme de la figure 2 détaille les différentes étapes mises en oeuvre. Le procédé débute par une première étape préliminaire d'activation 100, au cours de laquelle on vérifie que des conditions de mise en oeuvre du diagnostic sont remplies. Ces conditions consistent par exemple à vérifier, de manière cumulative, que le débit des gaz d'échappement est dans une fourchette donnée, que la température du catalyseur est dans une plage donnée, qu'il est autorisé d'injecter de l'urée, et que la quantité d'ammoniac stockée dans le catalyseur (AS) est supérieure à un seuil. [0040] Le procédé comprend encore une deuxième étape primaire d'initialisation 200, au cours de laquelle les valeurs de quatre compteurs sont initialisées à zéro. Un premier 7 compteur compte le nombre n de comparaisons de la valeur moyenne MOY(EFF) d'efficacité instantanée qui ont déjà été effectuées. Un deuxième compteur compte, pendant le calcul de chaque valeur moyenne MOY(EFF) de l'efficacité instantanée, le nombre de valeurs individuelles de valeurs d'efficacité instantanée EFF déjà calculées. Un troisième compteur calcule la valeur cumulée SOMME des valeurs d'efficacité instantanée. Un quatrième compteur CRITERE compte le nombre de fois où la valeur moyenne de l'efficacité instantanée est inférieure à un seuil de diagnostic SEUIL(OBD). [0041] Le procédé proprement dit se poursuit par une étape 300 au cours de laquelle on calcule une valeur d'efficacité EFF instantanée du catalyseur SCR, c'est-à-dire une valeur d'efficacité sur une très courte durée, par exemple de l'ordre de 0,1 seconde. [0042] On peut calculer cette valeur instantanée par une méthode similaire à celle de l'état de la technique, c'est-à-dire comme le quotient de la masse de NOx traitée dans le ca- talyseur pendant cette durée très courte, divisée par la masse de NOx entrante. [0043] La masse de NOx traitée est calculée comme la différence entre la masse de NOx entrante et la masse de NOx sortante. [0044] La masse de NOx entrante est calculée comme l'intégrale temporelle du produit du débit des gaz d'échappement Qech par la concentration en oxydes d'azote [NOx]in en amont du catalyseur SCR, et la masse de NOx sortante comme l'intégrale temporelle du produit du débit des gaz d'échappement Qech par la concentration en oxydes d'azote [NOx]out en aval du catalyseur SCR. [0045] En variante, si la durée de calcul est suffisamment comte pour que le débit des gaz puisse être considéré comme constant, on peut calculer plus simplement la valeur de l'efficacité instantanée EFF comme un quotient dont le numérateur est égal à la différence entre la concentration de NOx en amont [NOx]in du catalyseur SCR et de la concentration de NOx en aval [NOx]out du catalyseur SCR, et dont le dénominateur est égal à la concentration de NOx en amont [NOx]in du catalyseur SCR. C'est ce calcul simplifié qui est représenté sur la figure 2. [0046] Le procédé se poursuit par une étape de calcul 400 de la somme SOMME des valeurs d'efficacité instantanées EFF déjà déterminées. Dans cette étape, on ajoute à la précédente valeur de somme SOMME la valeur d'efficacité instantanée qui vient d'être obtenue à l'étape précédente 300. [0047] A l'étape 500, on incrémente le deuxième compteur de 1. Le procédé se poursuit par une étape 600 au cours de laquelle on compare la valeur du deuxième compteur, en d'autres termes le nombre p de valeurs individuelles d'efficacité instantanée EFF déjà prises en compte, à un nombre prédéterminé P. Tant que la valeur p du compteur est inférieure au nombre P prédéterminé, le procédé reprend à l'étape 300. Au contraire, dès que la valeur p du compteur atteint le nombre P prédéterminé, le procédé oriente 8 vers une étape 700 de calcul de la valeur moyenne MOY(EFF) de l'efficacité instantanée. Cette valeur se déduit de la dernière somme SOMME calculée à l'étape 400, en divisant la somme SOMMME par le nombre P prédéterminé, c'est-à-dire par le nombre d'échantillons de valeurs d'efficacité instantanée. [0048] Le procédé se poursuit par une étape de comparaison 800 de ladite valeur moyenne MOY(EFF) avec un seuil d'efficacité S. Si ladite valeur est inférieure audit seuil, le quatrième compteur, qui compte le nombre d'occurrences CRITERE de cc résultat de comparaison, est incrémenté de 1 (voir l'étape 900 sur la figure 2). Dans le cas contraire, le quatrième compteur n'est pas modifié, en d'autres termes on ajoute 0 à la précédente valeur (voir étape 1000 sur la figure 2). [0049] Le procédé se poursuit dans les deux cas par une étape 1100 dans laquelle on in- crémente de 1 le premier compteur, qui compte le nombre n de moyennes MOY(EFF) déjà calculées (cf étape 700) et déjà comparées (cf étape 800) au seuil d'efficacité S. Tant que ce nombre de moyennes n est inférieur à la pluralité N prévue pour le diagnostic, le procédé reprend à l'étape 300. Dans le cas contraire, c'est-à-dire dès que le nombre total N prévu est atteint, le procédé se poursuit par une étape de test 1300, au cours de laquelle on compare le nombre d'occurrences CRITERE du cas où la moyenne MOY(EFF) est inférieure au seuil d'efficacité S, avec un seuil de diagnostic SEUIL(OBD). Si ce nombre d'occurrences CRITERE est supérieur au seuil de diagnostic, le procédé se poursuit par une étape 1400 dans laquelle une défaillance du catalyseur SCR est détectée. Dans le cas contraire, le procédé oriente vers une étape 1500 dans laquelle la conformité du catalyseur est confirmée. [0050] Le seuil d'efficacité S est déterminé par des essais préalables au banc moteur. On notera qu'il peut être positif, nul ou négatif. Un seuil nul ou négatif correspond au fait que dans certains cas de fonctionnement du moteur, notamment en cas d'élévation brutale de la température, la capacité de stockage ASC d'ammoniac d'un catalyseur SCR peut diminuer brutalement et se traduire par des fuites d'ammoniac à l'aval du catalyseur, celles-ci étant vues comme des oxydes d'azote par le capteur de NOx aval. [0051] Des variantes équivalentes de réalisation sont envisageables sans sortir du cadre de l'invention : notamment, le compteur CRITERE peut être remplacé par un compteur du nombre de fois où la moyenne de l'efficacité MOY(EFF) est supérieure au seuil d'efficacité S. Dans ce cas, la dernière étape de comparaison 1300 du procédé est remplacée par une étape dans laquelle on compare ce compteur avec le seuil de défaillance, et le catalyseur est déclaré défaillant si le compteur est inférieur audit seuil de défaillance. 9 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5]