Brevet FR3093133A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : PROCÉDÉ D'ESTIMATION DU VIEILLISSEMENT D'UN CATALYSEUR D'OXYDATION [0001] La présente invention concerne de manière générale le domaine de la dépollution des gaz d'échappement émis par un moteur thermique, notamment un moteur thermique de type Diesel dans un véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé d'estimation du vieillissement d'un catalyseur d'oxydation inclus dans un système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique. [0002] Les normes et les réglementations environnementales de pollution imposent la réa- lisation du diagnostic de la défaillance des pièces susceptibles de conduire à un dépassement des seuils dc pollution admis, dans la motorisation thermique d'un véhicule automobile. Dans un moteur thermique Diesel, il est donc nécessaire de vérifier que le catalyseur d'oxydation, dit « DOC » (pour « Diesel Oxidation Catalyst » en anglais), inclus dans le système de post-traitement des gaz d'échappement est bien en mesure de traiter les polluants émis. Le niveau de vieillissement du catalyseur DOC doit être déterminé afin de détecter la fin de vie du catalyseur et informer le système de diagnostic embarqué dit « OBD » (pour « On-Board Diagnostic » en anglais) du véhicule. Par ailleurs, la disponibilité de l'information de vieillissement du catalyseur est utile pour la mise en oeuvre des stratégies de commande du calculateur de commande moteur du véhicule, dit également « unité de contrôle moteur ». En effet, l'unité de contrôle moteur doit effectuer différents réglages et cal ibrations pour la dépollution du moteur thermique, par exemple, ceux relatifs aux consignes de richesse de mélange air/carburant, et requiert pour cela de connaître le vieillissement du catalyseur. [0003] Le catalyseur DOC est placé au plus près du moteur thermique, typiquement di- rectement à la sortie du turbocompresseur, pour bénéficier de températures de gaz élevées. Le catalyseur est fabriqué généralement à partir de cordiérite et assure une oxydation des hydrocarbures imbrûlés (HC) et du monoxyde de carbone (CO) contenus dans les gaz d'échappement. Il assure également une réduction des émissions de particules (fraction organique) et une oxydation du monoxyde d'azote (NO) pour former du dioxyde d'azote (NO2). Le catalyseur est imprégné de métaux précieux, tels que le platine (Pt) et le palladium (Pd), pour faciliter les réactions intervenant normalement à des très hautes températures inatteignables par les gaz d'échappement. [0004] Dans certaines architectures, un piège à NOx est intégré dans le catalyseur DOC pour stocker une petite quantité d'oxydes d'azote (N0x) lorsque le moteur thermique démarre à froid alors que le catalyseur à réduction catalytique sélective, dit « SCR », 2 présent en aval dans la ligne d'échappement de gaz, n'est pas encore à température pour traiter les NOx. [0005] Dans un catalyseur DOC, la température d'amorçage, dite aussi température de « light off », est un bon indicateur du vieillissement du catalyseur et de son aptitude à traiter efficacement les polluants. En effet, la température d'amorçage augmente avec le vieillissement du catalyseur. Ainsi, les documents CN103967569A et EP1559894A1 proposent des procédés faisant appel à la température d'amorçage du catalyseur DOC pour évaluer le vieillissement de celui-ci. [0006] Tl est souhaitable de disposer d'un procédé non intrusif, exploitant des capteurs et sondes déjà disponibles dans un véhicule, qui permette une surveillance continue du vieillissement d'un catalyseur d'oxydation et la fourniture d'un indicateur de vieillissement offrant une bonne précision. [0007] Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé d'estimation du vieillissement d'un catalyseur d'oxydation monté dans une ligne d'échappement de gaz de moteur thermique, le procédé faisant appel à une estimation d'une température d'amorçage du catalyseur d'oxydation pour estimer le vieillissement du catalyseur d'oxydation. Conformément à l'invention, le procédé comprend une première étape d'injecter du carburant dans la ligne d'échappement de gaz par une commande impulsionnelle de post-injection de carburant dans le moteur thermique lorsque la température du catalyseur d'oxydation est inférieure à un seuil de température prédéterminé défini en dessous d'une valeur précédente connue de la température d'amorçage, une deuxième étape d'enregistrer la température du catalyseur d'oxydation lorsqu'un premier écart de richesse supérieur à un seuil d'écart de richesse prédéterminé est détecté consécutivement à l'injection de carburant réalisée à la première étape, le premier écart de richesse étant mesuré en amont du catalyseur d'oxydation, et une troisième étape de comparer le premier écart de richesse à un deuxième écart de richesse mesuré en aval du catalyseur et de définir la température d'amorçage du catalyseur d'oxydation comme étant la température du catalyseur d'oxydation enregistrée à la deuxième étape lorsque le premier écart de richesse est inférieur au deuxième écart de richesse. [0008] Selon une caractéristique particulière, la température du catalyseur d'oxydation considérée à la première étape est celle fournie par une première sonde de température située en amont du catalyseur d'oxydation et la température du catalyseur d'oxydation considérée à la deuxième étape est celle fournie par une deuxième sonde de température située en aval du catalyseur d'oxydation. [0009] Selon une autre caractéristique particulière, le premier écart de richesse est calculé sur des mesures de richesse obtenues à partir d'une première sonde de mesure située en amont du catalyseur d'oxydation et le deuxième écart de richesse est calculé sur des 3 mesures de richesse obtenues à partir d'une deuxième sonde de mesure située en aval du catalyseur d'oxydation. [0010] Selon encore une autre caractéristique particulière, les première et deuxième sondes de mesure sont des sondes NOx. [0011] Selon encore une autre caractéristique particulière, lorsqu'il est mis en oeuvre dans un véhicule, le procédé comprend également une étape de vérification de conditions préalables de roulage du véhicule qui doivent être satisfaites avant l'exécution de la première étape. [0012] Selon encore une autre caractéristique particulière, le procédé comprend également une étape de calcul statistique sur une pluralité d'estimations successives de la température d'amorçage du catalyseur d'oxydation réalisées pendant une ou plusieurs périodes de roulage du véhicule, ledit calcul statistique autorisant l'obtention d'un indicateur de vieillissement du catalyseur d'oxydation. [0013] Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions de programme pour la mise en oeuvre du procédé décrit brièvement ci-dessus. Selon une forme de réalisation particulière, le calculateur est le calculateur de commande moteur d'un véhicule. [0014] L'invention concerne également un ensemble comprenant un moteur thermique, le moteur ayant une ligne d'échappement de gaz équipée d'un catalyseur d'oxydation, et un calculateur tel que décrit ci-dessus. L'invention concerne aussi un véhicule comprenant l'ensemble ci-dessus. [0015] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réa- lisation particulières de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : [0016] [fig.1] La Fig.1 est un schéma de principe montrant un catalyseur d'oxydation Diesel dans une ligne d'échappement de gaz et un calculateur comprenant un module logiciel embarqué pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. [0017] [fig.2] La Fig.2 montre des courbes illustrant le comportement d'un catalyseur d'oxydation Diesel, en fonction de sa température, lorsqu'il est sollicité par des impulsions de post-injection de carburant. [0018] [fig.3] La Fig.3 est un algorithme fonctionnel d'une forme de réalisation particulière du procédé d'estimation de vieillissement d'un catalyseur d'oxydation Diesel selon l'invention. [0019] En référence à la Fig.1, un système de post-traitement de gaz d'échappement 1 d'un moteur thermique Diesel MT comprend un catalyseur d'oxydation DOC, un catalyseur SCR de réduction catalytique sélective et un filtre à particules FAP insérés dans une ligne d'échappement de gaz LE. [0020] Le catalyseur d'oxydation DOC est monté au plus près du moteur thermique MT et traite les gaz d'échappement EU émis par celui-ci. La ligne d'échappement LE comprend des sondes d'oxydes d'azote 10 et]], dites sondes NOx, qui sont montées respectivement en amont et en aval du catalyseur DOC. Typiquement, comme visible à la Fig.1, la sonde 11 est placé en aval du catalyseur SCR dans la ligne d'échappement LE. La ligne d'échappement LE comprend également des sondes de température 12 et 13 qui sont montées respectivement en amont et en aval du catalyseur DOC. Les sondes 10, 11 et 12, 13, sont présentes habituellement dans les systèmes de post-traitement de gaz d'échappement des moteurs thermiques Diesel et sont utilisées pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [0021] Les sondes NOx 11 et 12 permettent d'obtenir des mesures de richesse de mélange air/carburant Ri, et Ris en amont et en aval du catalyseur DOC. Les sondes de température 12 et 13 mesurent les températures TE et Ts des gaz d'échappement en amont et en aval du catalyseur DOC. Les mesures de richesse RiE, Ris, et les températures mesurées TE. Ts, sont utilisées par le procédé selon l'invention pour calculer un indicateur de vieillissement IV. [0022] Le procédé de l'invention fait appel à un module logiciel dédié 2 implanté dans une mémoire MEM d'un calculateur ECU. Le module logiciel 2 autorise la mise en oeuvre du procédé selon l'invention par l'exécution d'instructions de code de programme par un processeur (non représenté) du calculateur ECU. Dans cette forme de réalisation, on considère que le calculateur ECU est le calculateur de contrôle moteur du véhicule. Le module logiciel 2 estime le vieillissement du catalyseur DOC et, comme visible à la Fig.1, délivre en sortie l'indicateur de vieillissement IV. [0023] Comme également visible à la Fig.1, une commande impulsionnelle de post-injection de carburant CPI est fournie par le module logiciel 2 et permet à celui-ci d'introduire des polluants de carburant (HC) dans la ligne d'échappement LE afin de solliciter le catalyseur DOC. [0024] Les graphiques de la Fig.2 illustrent le comportement du catalyseur DOC, en fonction de sa température, lorsqu'interviennent des impulsions de post-injection de carburant pendant un refroidissement du catalyseur DOC. Des essais réalisés par l'entité inventive ont révélé ce comportement du catalyseur DOC qui est mis à profit dans le procédé selon l'invention. [0025] Les courbes CRIE et CRis montrent des écarts de richesse impulsionnels ARi, et ARis observés sur les mesures de richesse RIE et Ris obtenues avec les sondes NOx 10 et 11 en réponse à des impulsions de post-injection de carburant, respectivement. [0026] Comme cela apparait dans les graphiques de la Fig.2, lorsque la température TDoc du catalyseur DOC, mesurée en sortie de celui-ci, TD0c = Ts, est supérieure à la température d'amorçage TA du catalyseur, les écarts de richesse impulsionnels ARis observés en sortie du catalyseur DOC sont supérieurs à ceux ARiE observés en entrée du catalyseur DOC (cf. la zone Z1 : ARis > ARO. Lorsque la température T'oc du catalyseur DOC est inférieure à la température d'amorçage TA, les écarts impulsionnels ARis observés en sortie du catalyseur DOC sont inférieurs à ceux ARI, observés en entrée du catalyseur DOC (cf la zone Z2 : ARis TH2 indique au processus que les polluants HC ont été introduits en quantité suffisante dans la ligne échappement LE et, dans ce cas, la sortie Y = « 1 » de l'étape S4 commande la poursuite du processus vers l'étape 55. Dans le cas contraire, la sortie N = « 1 » de l'étape S4 commande un retour à l'étape S3 pour réaliser une ou plusieurs impulsions supplémentaires dc post-injection de carburant IPI. Le processus peut ainsi boucler plusieurs fois sur l'étape 53 jusqu'à cc que la condition ARi, > TH2 soit satisfaite. [0036] A l'étape S5, la température Ts en sortie du catalyseur DOC est enregistrée TMD0c=T s, TMD0c étant alors un enregistrement figé de la température TDoc du catalyseur DOC juste après la satisfaction de la condition ARi, > TH2. [0037] L'étape 56 est destinée à vérifier que le catalyseur DOC s'est bien amorcé et est actif chimiquement à la température TDoc=n4Doc. Pour cela, les écarts de richesse AR', et ARis en amont et en aval du catalyseur DOC sont comparés. [0038] Lorsque la condition ARi, ARis, le catalyseur DOC stocke les polluants HC et reste inactif. Le processus conclut alors à un échec de l'estimation de température d'amorçage du catalyseur DOC. La sortie N = « 1 » de l'étape S6 renvoie le processus sur l'étape SI pour une tentative d'estimation ultérieure. [0040] Les étapes S8 à 512 concernent un traitement de type statistique effectué sur plusieurs estimations successives, TAD, ...TA,' TAQ, de la température d'amorçage, de façon à établir l'indicateur de vieillissement IV (Fig.1) du catalyseur DOC. [0041] L'étape S8 montre la mémorisation de la dernière estimation de température 7 d'amorçage TA' à la suite des estimations précédentes TAD à TA'_,. [0042] L'étape conditionnelle 580 permet de détecter qu'un échantillon statistique de Q es- timations successives TA,, à TAQ a été obtenu. Lorsque cela est le cas, n=Q, la sortie Y = « 1 » de l'étape 580 valide l'exécution d'une étape suivante 59. Dans le cas contraire, l'échantillon statistique n'est pas complet et la sortie N = « 1 » de l'étape 580 commande un retour à l'étape S1 pour une poursuite de l'accumulation des estimations de température d'amorçage à travers l'exécution des étapes S1 à S7. [0043] L'étape S9 calcule une estimation consolidée TAE', de la température d'amorçage du catalyseur DOC à partir de l'échantillon statistique TAD à TAQ. Selon le mode de réalisation, le traitement de consolidation effectué à l'étape 59 pourra comprendre, par exemple, un calcul de moyenne sur l'échantillon statistique complet ou partiel, en écartant des valeurs éloignées, ou une prédiction statistique. [0044] A l'étape S10, l'estimation consolidée TAE,' est mémorisée avec des valeurs de tem- pérature d'amorçage TAE', TAEI, TAE,', stockées précédemment. La valeur TAE0 est la température d'amorçage du catalyseur DOC à l'état neuf. Les valeurs TAEI à TAE,' sont les estimations consolidées stockées précédemment à l'estimation consolidée TAE,' et déterminées comme décrit plus haut. [0045] La comparaison entre les différentes valeurs stockées TAE' à TAE,'permet de suivre l'évolution du vieillissement du catalyseur DOC, en mettant en évidence une tendance à la stagnation de la température d'amorçage (pas de vieillissement) ou une tendance à l'accroissement de la température d'amorçage (vieillissement). [0046] Ainsi, à la l'étape S100, un écart entre la température d'amorçage à neuf TAE' et la dernière estimation consolidée TAE,' de la température d'amorçage est comparé à un seuil d'écart de température TH3. [0047] Lorsque la condition TAE,' - TAE' > TH3 est satisfaite, signalée par la sortie Y = 1 » de l'étape S100, le processus constate que le vieillissement du catalyseur DOC est avancé et l'indicateur de vieillissement IV est activé, IV = « 1 », à l'étape SIL Dans le cas contraire, signalé par la sortie N = « 1 » de l'étape S100, le processus ne constate pas de vieillissement du catalyseur DOC et l'indicateur de vieillissement IV est maintenu à un état inactif, IV = « 0 ». [0048] Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l'invention. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]