EP2145081A2 - Procede de surveillance de l'efficacite d'un convertisseur catalytique stockant les nox implante dans une ligne d'echappement d'un moteur a combustion interne et moteur comportant un dispositif mettant en oeuvre ledit procede - Google Patents

Procede de surveillance de l'efficacite d'un convertisseur catalytique stockant les nox implante dans une ligne d'echappement d'un moteur a combustion interne et moteur comportant un dispositif mettant en oeuvre ledit procede

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EP2145081A2
EP2145081A2 EP08788185A EP08788185A EP2145081A2 EP 2145081 A2 EP2145081 A2 EP 2145081A2 EP 08788185 A EP08788185 A EP 08788185A EP 08788185 A EP08788185 A EP 08788185A EP 2145081 A2 EP2145081 A2 EP 2145081A2
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EP
European Patent Office
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catalytic converter
converter
nitrogen oxides
amount
engine
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Withdrawn
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EP08788185A
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German (de)
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Inventor
Charlotte Lynch
Stéphane Bourret
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
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    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0871—Regulation of absorbents or adsorbents, e.g. purging
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Definitions

  • a method of monitoring the efficiency of a catalytic converter storing the NOx implanted in an exhaust line of an internal combustion engine and engine comprising a device implementing said method.
  • the present invention relates to a method of monitoring the efficiency of a catalytic converter storing NOx located in an exhaust line of an internal combustion engine and more particularly of a diesel engine, and an engine comprising a device implement said method.
  • catalytic converters storing NOx in an exhaust line of a diesel engine which generates a lot of nitrogen oxides because of its operation in a lean mixture so to trap the nitrogen oxides and thus meet the standards in force.
  • lean mixture means that the combustion is carried out with an excess of oxygen relative to the stoichiometry.
  • catalytic converters also called nitrogen oxide traps or "Noxtrap” or 4-way catalyst or 3-way catalyst operates in two distinct modes, a lean storage mode and a rich mode in which the converter is purged.
  • lean mode the catalytic converter stores oxides of nitrogen in different compartments.
  • catalytic converters storing NOx have a storage capacity which decreases over time. When the catalytic converter has reached its storage capacity, it is purged.
  • the purge occurs in rich mode, i.e. when there is an oxygen deficiency with respect to the stoichiometry.
  • reducing agents usually unburned hydrocarbons and carbon monoxide, pass into the converter and reduce the nitrogen oxides to release them into the atmosphere as di-nitrogen N 2 and carbon dioxide CO 2 .
  • these converters also store a small amount of oxygen.
  • One of the problems of these catalytic converters storing NOx is that the catalytic phase loses its effectiveness as it ages. Indeed, the aging of the catalytic converter generally results in a reduction in the number of storage compartments for nitrogen oxides and therefore in a reduction in efficiency of storage and treatment of nitrogen oxides, unburnt hydrocarbons and monoxide. of carbon.
  • FR 2773 844 which describes a method and a device for the diagnosis of a nitrogen oxide storage catalyst.
  • the method comprises repeatedly increasing and decreasing the oxygen concentration in the exhaust gas upstream of the catalyst to image this variation in the signal provided by a gas probe downstream of the catalyst and to grasp a first phase shift between a reduction in the oxygen concentration and a subsequent reaction of the probe and a second phase shift between an adjacent increase in the oxygen concentration and a subsequent reaction of the probe, then determining the difference of the phase shifts and finally recording a fault signal that is emitted if the difference of the phase differences does not reach a predetermined threshold.
  • One of the aims of the invention is therefore to overcome all these drawbacks by proposing a method and a system for robust, reliable and inexpensive monitoring of the operating state of a catalytic converter.
  • a method for monitoring the operating state of a catalytic converter of an engine characterized in that it comprises at least the following steps for determining the amount of used reducers, for determining the quantity of nitrogen oxides stored in the catalytic converter, and for establishing a diagnosis of the operating state of the converter from the quantity of reducing agents used and the quantity of oxides nitrogen stored in the catalytic converter.
  • the amount of nitrogen oxides stored in the catalytic converter is determined during the lean mixture operating phase of the converter and the amount of reducing agents used is determined during the purge of the catalytic converter.
  • the diagnostic establishment stage comprises at least the following steps for calculating a diagnostic criterion as a function of the quantity of reducing agents used during the purging of the catalytic converter and the quantity of nitrogen oxides stored in the catalytic converter, and comparison of the diagnostic criterion with respect to a predetermined threshold value in order to establish a diagnosis of the operating state of the converter.
  • the amount of nitrogen oxides stored in the catalytic converter is determined from a measurement on the one hand of the oxygen content in a gas situated upstream of the converter and on the other hand of the content of oxygen in a gas located downstream of the converter.
  • the amount of reducing agents used during the purging of the catalytic converter is of the following form: where t0 and t1 are respectively the start and end times of purge, flow rate is the flow rate of the exhaust gas in the catalytic converter and ⁇ amont and ⁇ aval are the measurement of the oxygen content in the gas located upstream of the converter and respectively the measurement of the oxygen content in the gas located downstream of said converter.
  • the amount of nitrogen oxides stored in the catalytic converter is determined by calculating the mass of nitrogen oxides stored in the converter according to the characteristics of the catalytic converter, the temperatures from the thermal model for each individual reactor. and the mass flow rate of the engine exhaust gas.
  • Said diagnostic criterion is of the following form:
  • MNOxstores where "MNOxstores" is the amount of nitrogen oxides stored in the catalytic converter.
  • Another subject of the invention relates to an engine comprising a catalytic converter storing NOx, a first and a second probe positioned upstream and downstream of the converter respectively and capable of delivering a binary signal or proportional to an oxygen content in a gas.
  • exhaust or NOx sensors upstream and downstream of the converter, and means for establishing a diagnosis of an operating state of said converter, characterized in that the means are arranged to determine the amount of reductants used during the purge of the system, determine the amount of nitrogen oxides stored in the catalytic converter, and establish a diagnosis on the operating state of the converter from the amount of reductants used and the amount of nitrogen oxides stored in the converter catalytic.
  • Said means are arranged to determine the amount of nitrogen oxides stored in the catalytic converter during the lean operation phase of the converter.
  • the means are arranged to determine the amount of reducing agents used during the purge of the catalytic converter.
  • the means are arranged to calculate a diagnostic criterion as a function of the quantity of reducers used during the purge of the converter.
  • catalytic converter and the amount of nitrogen oxides stored in the catalytic converter then compare said diagnostic criterion with respect to a predetermined threshold value in order to establish a diagnosis on the operating state of the converter.
  • the amount of reducing agents used during the purging of the catalytic converter is of the following form:
  • Mred debitgaz x where t0 and t1 are respectively the start and end purge times, debitgaz is the flow rate of the exhaust gas in the catalytic converter and ⁇ amont and ⁇ aval are the measurement of the oxygen content in the gas upstream of the converter and respectively measuring the oxygen content in the gas downstream of said converter.
  • the diagnostic criterion is of the following form:
  • MNOxstores where "MNOxstores" is the amount of nitrogen oxides stored in the catalytic converter.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an engine according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a flowchart of the steps of the method according to the invention
  • FIG. 3 is a graphic illustration of the results of the diagnoses according to the invention. Referring to Figure 1, there is shown a motor 1 according to a preferred embodiment of the invention.
  • Said engine 1 conventionally comprises a motor unit 2, an exhaust line 3 in which circulates an exhaust gas emitted by the engine block 2, and control means for controlling the performance of the engine.
  • Said engine block 2 comprises in particular an intake manifold 4 and exhaust manifold 5.
  • the exhaust line 3 is composed in particular of a turbocharger 6 provided with a turbine 6a capable of driving a compressor 6b and secondly of a catalytic converter 7 storing the NOx.
  • the turbine 6a of the turbocharger 6 receives the exhaust gas leaving the exhaust manifold 5 and the compressor 6b receives fresh air to compress and supercharge the intake manifold 4. Said fresh air passes through a flow meter 8 and an air filter not shown in FIG.
  • the exhaust line 3 may include an exhaust gas recirculation system commonly called EGR according to the acronym "Exhaust Gas Recirculation” without departing from the scope of the invention.
  • EGR exhaust gas recirculation system
  • the catalytic converter 7 storing the NOx is fed by the output of the turbine 6a of the turbocharger 6 so that it receives the exhaust gas exiting the turbine 6a after driving it in rotation.
  • This catalytic converter 7 has the function of trapping the nitrogen oxides (NOx) present in the exhaust gas.
  • Said catalytic converter 7 is conventionally constituted by a monolith with a porous structure impregnated with a catalytic phase and having a large contact area with the exhaust gas.
  • Said monolith can also be a particulate filter or an oxidation catalyst coupling the post-treatment of the gas by reduction of NOx nitrogen oxides to a post-treatment of unburnt hydrocarbon particles and carbon monoxides.
  • the engine 1 comprises an upstream sensor 9 positioned on the exhaust line 3 upstream of the catalytic converter 7, that is to say between the turbine 6a and the catalytic converter 7, and preferably at the inlet of said converter 7, and delivering a measurement ⁇ amont of the oxygen content in the exhaust gas situated upstream of said converter 7.
  • Said upstream probe 9 preferably consists of a proportional type probe delivering a signal proportional to the oxygen content which is in contact with a sensitive element comprising said probe 9.
  • the engine 1 also comprises a downstream probe 10 positioned on the exhaust line 3 downstream of the catalytic converter 7, that is to say between said catalytic converter 7 and the exit of the exhaust gases, and preferably at the output of said converter 7, and delivering a measurement ⁇ aval of the oxygen content in the exhaust gas located downstream of said converter 7.
  • Said downstream probe 10 preferably consists of a proportional type probe delivering a signal proportional to the oxygen content which is in contact with a sensitive element comprising said probe 10.
  • the upstream 9 and downstream probes 10 may consist of probes of the binary type, that is to say probes delivering an on-off type signal depending on the oxygen content which is in contact with the sensitive element. the probe, without departing from the scope of the invention.
  • the term "all or nothing" means that the signal delivered by the probe generally takes two perfectly distinguishable values such as 0 and 1 for example.
  • the upstream 9 and downstream probes 10 may still consist of NOx sensors.
  • Said upstream 9 and downstream probes 10 are connected to an electronic control unit 11 called ECU possibly coupled to a computer not shown in FIG.
  • This electronic control unit 11 is also connected to the flow meter 8 and controls the engine 1 in a manner well known per se by implementing a suitable control method. Said electronic control unit 11 also comprises means for monitoring the operating state of the catalytic converter 7 and above precisely means for establishing a diagnosis on an operating state of said converter 7.
  • Said means are arranged to determine the amount of reducing agents used in the converter 7, to determine the quantity of nitrogen oxides stored in the catalytic converter, and to establish a diagnosis of the operating state of the converter from the quantity of reducing agents. used and the amount of nitrogen oxides stored in the catalytic converter.
  • said means are arranged to determine the quantity of nitrogen oxides stored in the catalytic converter during the lean-operation phase of the converter 7 and to determine the amount of reducing agents used during the purge of said catalytic converter 7.
  • said means are arranged to calculate a diagnostic criterion ç as a function of the quantity of reducing agents used during the purge of the catalytic converter 7 and the quantity of oxides of nitrogen stored in the catalytic converter 7 during the operating phase lean mixture, then compare said diagnostic criterion ç with respect to a predetermined threshold value.
  • the quantity of nitrogen oxides stored in the catalytic converter 7 during the lean operation phase of the converter 7 is of the following form: where t0 and t1 are the purge start and end times respectively, flow rate is the flow rate of the exhaust gas in the catalytic converter and ⁇ amont and ⁇ aval are the measurement of the oxygen content in the gas upstream of the converter and respectively measuring the oxygen content in the gas located downstream of said converter provided by the upstream sensors 9 and respectively downstream 10.
  • MNOxstockés where "MNOxstores” estimated is the mass of nitrogen oxides stored when the catalytic converter 7 operates in lean mode. "MNOxstores” can be from a sensor or model.
  • This mass of nitrogen oxides stored when the catalytic converter 7 operates in a lean mode "MNOxstores" is preferably determined by modeling.
  • This mass is for example determined by calculating the mass of nitrogen oxides stored in the converter 7 as a function of the characteristics of the catalytic converter 7, the temperatures resulting from the thermal model for each individual reactor and the mass flow rate of the exhaust gas. motor as described in the French patent application FR 2,856,741.
  • this amount of nitrogen oxides stored in the catalytic converter 7 may be determined by any other known means without departing from the scope of the invention.
  • the diagnostic criterion ç is less than a determined threshold value, this indicates that said converter 7 has reached a significant degree of aging and that it has operating failures.
  • the electronic control unit 11 can then activate a warning light on the dashboard to warn the driver that a repair is necessary.
  • the method of monitoring the operating state of a catalytic converter of an engine according to the invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
  • the process comprises a first step 100 in which the catalytic converter 7 is in lean mode and stores the nitrogen oxides in different compartments.
  • a step 110 the mass of the nitrogen oxides stored is determined during the lean-burn operation phase with means of richness probes situated upstream and downstream of the catalytic converter 7.
  • the determination of the mass of nitrogen oxides is carried out when the flow rate of the exhaust gas is greater than a determined threshold.
  • This mass of nitrogen oxides stored when the catalytic converter 7 operates in a lean mode "MNOxstores" is preferably determined by modeling.
  • This mass is for example determined by calculating the mass of nitrogen oxides stored in the converter 7 as a function of the characteristics of the catalytic converter 7, the temperatures resulting from the thermal model for each individual reactor and the mass flow rate of the exhaust gas. motor as described in the French patent application FR 2,856,741.
  • the catalytic converter 7 operates in a lean mode and stores nitrogen oxides
  • the electronic control unit 11 controls the catalytic converter 7 to purge it in a step 130. It will be observed that the mass of Nitrogen oxides stored "MNOxstores" can be determined by different modeling, or measured by sensor.
  • a first method may consist in determining this mass of nitrogen oxides stored from a model that takes into account the aging of the catalytic converter, that is to say that takes into account that the latter stores less and less. less nitrogen oxides as you age.
  • a second method may consist in determining this mass of nitrogen oxides stored from a model that does not take into account the aging of the catalytic converter 7, which is the case of the method according to the invention.
  • a diagnostic criterion ç_ is then calculated, in a step 140, until the end of purge phase of the nitrogen oxides, that is to say until the end (150) of the rich mode of the catalytic converter. 7.
  • This diagnostic criterion c is calculated as a function of the quantity of reducing agents used "Mred” and the amount of nitrogen oxides stored "MNOx stored” in the catalytic converter 7.
  • the quantity of reducers used "Mred” in the catalytic converter 7 during the lean operation phase of the converter 7, that is to say during the purge is of the following form: where t0 and t1 are the purge start and end times respectively, flow rate is the flow rate of the exhaust gas in the catalytic converter and ⁇ amont and ⁇ aval are the measurement of the oxygen content in the gas upstream of the converter and respectively measuring the oxygen content in the gas located downstream of said converter provided by the upstream sensors 9 and respectively downstream 10.
  • the diagnostic criterion ç is then calculated from the following formula:
  • MNOxstores where "MNOxstores" is the mass of nitrogen oxides stored when the catalytic converter 7 operates in lean mode, as previously determined.
  • a step 160 the diagnostic criterion ç thus calculated is compared with a predetermined threshold value. With reference to FIGS. 2 and 3, if the diagnostic criterion ç is greater than the predetermined threshold value (165), this indicates that the catalytic converter 7 is operating normally (170).
  • the electronic control unit 11 can then activate a warning light on the dashboard to warn the driver that a repair is necessary.
  • the electronic control unit 11 can record the value of the diagnostic criterion ç in a memory unit and activate the indicator light only when the malfunction has been detected after several consecutive runs.

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Abstract

Procédé de surveillance de l'efficacité d'un convertisseur catalytique stockant les NOx implanté dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne et moteur comportant un dispositif mettant en oevre ledit procédé. La présente invention concerne un procédé de surveillance de l'état de fonctionnement d'un convertisseur catalytique stockant les NOx d'un moteur caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes de : - détermination de la quantité de réducteurs utilisés, - détermination de la quantité d'oxydes d'azote stockés dans le convertisseur catalytique, établissement d'un diagnostic sur l'état de fonctionnement du convertisseur à partir de la quantité de réducteurs utilisés et la quantité d'oxydes d'azote stockés dans le convertisseur catalytique Un autre objet de l'invention concerne un moteur comportant un dispositif mettant en oevre ledit procédé.

Description

Procédé de surveillance de l'efficacité d'un convertisseur catalytique stockant les NOx implanté dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne et moteur comportant un dispositif mettant en œuyre ledit procédé.
La présente invention concerne un procédé de surveillance de l'efficacité d'un convertisseur catalytique stockant les NOx implanté dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne et plus particulièrement d'un moteur diesel, et un moteur comportant un dispositif mettant en œuvre ledit procédé. Dans le domaine de l'automobile, il est bien connu d'utiliser des convertisseurs catalytiques stockant les NOx dans une ligne d'échappement d'un moteur diesel qui génère beaucoup d'oxydes d'azote du fait de son fonctionnement en mélange pauvre afin de piéger les oxydes d'azote et ainsi répondre aux normes en vigueur. On entend par mélange pauvre le fait que la combustion s'effectue avec un excès d'oxygène par rapport à la stoechiométrie.
Ces convertisseurs catalytiques également appelés pièges à oxydes d'azote ou « Noxtrap » ou catalyseur 4 voies ou catalyseur 3 voies fonctionne suivant deux modes distincts, un mode pauvre de stockage et un mode riche au cours duquel le convertisseur est purgé. En mode pauvre, le convertisseur catalytique stocke les oxydes d'azote dans différents compartiments. On notera que les convertisseurs catalytique stockant les NOx ont une capacité de stockage qui diminue au cours du temps. Lorsque le convertisseur catalytique a atteint sa capacité de stockage, il se purge.
La purge se produit en mode riche, c'est-à-dire lorsqu'il y a un défaut d'oxygène par rapport à la stoechiométrie. Au cours de cette purge, des réducteurs, usuellement les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone, passent dans le convertisseur et réduisent les oxydes d'azote pour les libérer dans l'atmosphère sous forme de di-azote N2 et de dioxyde de carbone CO2.
Par ailleurs, ces convertisseurs stockent également une faible quantité d'oxygène. Un des problèmes de ces convertisseurs catalytiques stockant les NOx est que la phase catalytique perd de son efficacité en vieillissant. En effet, le vieillissement du convertisseur catalytique se traduit généralement par une diminution du nombre de compartiments de stockage des oxydes d'azote et donc par une baisse d'efficacité de stockage et de traitement des oxydes d'azote, des hydrocarbures imbrûlés et du monoxyde de carbone.
Afin de s'assurer que les rejets des gaz d'échappement sont en permanence conforme aux normes en vigueur, il est usuel de surveiller l'état de fonctionnement d'un convertisseur catalytique d'un moteur en établissant un diagnostic. C'est le cas par exemple de la demande de brevet FR 2 866 926 qui décrit un système de surveillance dans lequel on utilise une sonde de richesse λ positionnée en aval d'un convertisseur catalytique stockant les NOx pour mesure la richesse des gaz d'échappement à cet endroit et en déduire un diagnostic sur l'état de fonctionnement du convertisseur. Ce diagnostic est basé sur la mesure d'une durée utile de réduction des oxydes d'azote stockés, cette durée dépendant d'une tension fournie par la sonde lambda (λ).
On connaît, par ailleurs, la demande de brevet FR 2773 844 qui décrit un procédé et un dispositif pour le diagnostic d'un catalyseur de stockage d'oxydes d'azote. Le procédé consiste à augmenter et diminuer de manière répétée la concentration en oxygène dans les gaz d'échappement en amont du catalyseur pour avoir l'image de cette variation dans le signal fourni par une sonde de gaz en aval du catalyseur et à saisir un premier déphasage entre une réduction de la concentration d'oxygène et une réaction consécutive de la sonde et un second déphasage entre une augmentation adjacente de la concentration en oxygène et une réaction suivante de la sonde, puis à déterminer la différence des déphasages et finalement à enregistrer un signal de défaut qui est émis si la différence des déphasages n'atteint pas un seuil prédéterminé.
Tous ces systèmes de diagnostic présentent l'inconvénient d'être relativement onéreux et d'être difficile à mettre en œuvre. L'un des buts de l'invention est donc de remédier à tous ces inconvénients en proposant un procédé et un système permettant de surveiller de façon robuste, fiable et peu onéreuse l'état de fonctionnement d'un convertisseur catalytique.
A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un procédé de surveillance de l'état de fonctionnement d'un convertisseur catalytique d'un moteur caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes de détermination de la quantité de réducteurs utilisés, de détermination de la quantité d'oxydes d'azote stockés dans le convertisseur catalytique, et d'établissement d'un diagnostic sur l'état de fonctionnement du convertisseur à partir de la quantité de réducteurs utilisés et la quantité d'oxydes d'azote stockés dans le convertisseur catalytique.
De préférence, la quantité d'oxydes d'azote stockés dans le convertisseur catalytique est déterminée pendant la phase de fonctionnement en mélange pauvre du convertisseur et la quantité de réducteurs utilisés est déterminée pendant la purge du convertisseur catalytique. Par ailleurs, l'étape d'établissement du diagnostic comporte au moins les étapes suivantes de calcul d'un critère de diagnostic en fonction de la quantité de réducteurs utilisés pendant la purge du convertisseur catalytique et la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique, et de comparaison du critère de diagnostic par rapport à un une valeur seuil prédéterminée afin d'établir un diagnostic sur l'état de fonctionnement du convertisseur.
De plus, la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique est déterminée à partir d'une mesure d'une part de la teneur en oxygène dans un gaz située en amont du convertisseur et d'autre part de la teneur en oxygène dans un gaz situé en aval du convertisseur. La quantité de réducteurs utilisés pendant la purge du convertisseur catalytique est de la forme suivante : où tO et t1 sont respectivement les temps de début et de fin de purge, débitgaz est le débit du gaz d'échappement dans le convertisseur catalytique et λamont et λaval sont la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz située en amont du convertisseur et respectivement la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz situé en aval dudit convertisseur.
De préférence, la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique est déterminée en calculant la masse d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur en fonction des caractéristiques du convertisseur catalytique, des températures issues du modèle thermique pour chaque réacteur individuel et du débit massique de gaz d'échappement du moteur.
Ledit critère de diagnostic est de la forme suivante :
Mr ed c =
MNOxstockés où « MNOxstockés » est la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique.
Un autre objet de l'invention concerne un moteur comportant un convertisseur catalytique stockant les NOx, une première et une seconde sonde positionnée en amont et respectivement en aval du convertisseur et aptes à délivrer un signal binaire ou proportionnel à une teneur en oxygène dans un gaz d'échappement ou des capteurs NOx en amont et en aval du convertisseur, et des moyens pour établir un diagnostic sur un état de fonctionnement dudit convertisseur, caractérisé en ce que les moyens sont agencés pour déterminer la quantité de réducteurs utilisés lors de la purge du système, déterminer la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique, et établir un diagnostic sur l'état de fonctionnement du convertisseur à partir de la quantité de réducteurs utilisés et la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique.
Lesdits moyens sont agencés pour déterminer la quantité d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur catalytique pendant la phase de fonctionnement en mélange pauvre du convertisseur.
Par ailleurs, les moyens sont agencés pour déterminer la quantité de réducteurs utilisés pendant la purge du convertisseur catalytique.
De préférence, les moyens sont agencés pour calculer un critère de diagnostic en fonction de la quantité de réducteurs utilisés pendant la purge du convertisseur catalytique et la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique, puis comparer ledit critère de diagnostic par rapport à un une valeur seuil prédéterminée afin d'établir un diagnostic sur l'état de fonctionnement du convertisseur.
La quantité de réducteurs utilisés pendant la purge du convertisseur catalytique est de la forme suivante :
Mred = debitgaz x où tO et t1 sont respectivement les temps de début et de fin de purge, debitgaz est le débit du gaz d'échappement dans le convertisseur catalytique et λamont et λaval sont la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz située en amont du convertisseur et respectivement la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz situé en aval dudit convertisseur.
De plus, le critère de diagnostic est de la forme suivante :
Mred c =
MNOxstockés où « MNOxstockés » est la quantité d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur catalytique.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, du procédé de surveillance de l'efficacité d'un convertisseur catalytique stockant les NOx implanté dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne et d'un moteur comportant un dispositif mettant en œuvre ledit procédé conforme à l'invention, à partir des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur selon un mode préféré de l'invention, - la figure 2 est un organigramme des étapes du procédé suivant l'invention,
- la figure 3 est une illustration graphique des résultats des diagnostics suivant l'invention. En référence à la figure 1 , on a représenté un moteur 1 selon un mode de réalisation préféré de l'invention.
Ledit moteur 1 comporte classiquement un bloc moteur 2, une ligne d'échappement 3 dans laquelle circule un gaz d'échappement émis par le bloc moteur 2, et des moyens de commande permettant de contrôler les performances du moteur.
Ledit bloc moteur 2 comporte notamment un collecteur d'admission 4 et d'échappement 5.
La ligne d'échappement 3 est notamment composée d'une part d'un turbocompresseur 6 muni d'une turbine 6a apte à entraîner un compresseur 6b et d'autre part d'un convertisseur catalytique 7 stockant les NOx.
La turbine 6a du turbocompresseur 6 reçoit le gaz d'échappement sortant du collecteur d'échappement 5 et le compresseur 6b reçoit de l'air frais pour le comprimer et suralimenter le collecteur d'admission 4. Ledit air frais passe à travers un débitmètre 8 et un filtre à air non représenté sur la figure 1.
Il est bien évident que la ligne d'échappement 3 peut comporter un système de recirculation du gaz d'échappement communément appelé EGR selon l'acronyme anglo-saxon « Exhaust Gaz Recirculation » sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Le convertisseur catalytique 7 stockant les NOx est alimenté par la sortie de la turbine 6a du turbocompresseur 6 de telle manière qu'il reçoive le gaz d'échappement qui sort de la turbine 6a après l'avoir entraîné en rotation.
Ce convertisseur catalytique 7 a pour fonction de piéger les oxydes d'azote (NOx) présents dans le gaz d'échappement. Ledit convertisseur catalytique 7 est classiquement constitué d'un monolithe à structure poreuse imprégnée d'une phase catalytique et présentant une grande surface de contact avec le gaz d'échappement.
Ledit monolithe peut également être un filtre à particules ou un catalyseur d'oxydation couplant le post-traitement du gaz par réduction des oxydes d'azote NOx à un post-traitement de particules d'hydrocarbures imbrûlés et de monoxydes de carbone. Par ailleurs, le moteur 1 comporte une sonde amont 9 positionnée sur la ligne d'échappement 3 en amont du convertisseur catalytique 7, c'est-à-dire entre la turbine 6a et le convertisseur catalytique 7, et de préférence à l'entrée dudit convertisseur 7, et délivrant une mesure λamont de la teneur en oxygène dans le gaz d'échappement situé en amont dudit convertisseur 7.
Ladite sonde amont 9 consiste de préférence dans une sonde du type proportionnelle délivrant un signal proportionnel à la teneur en oxygène qui est en contact avec un élément sensible composant ladite sonde 9.
Le moteur 1 comporte également une sonde aval 10 positionnée sur la ligne d'échappement 3 en aval du convertisseur catalytique 7, c'est-à-dire entre ledit convertisseur catalytique 7 et la sortie des gaz d'échappement, et de préférence à la sortie dudit convertisseur 7, et délivrant une mesure λaval de la teneur en oxygène dans le gaz d'échappement situé en aval dudit convertisseur 7.
Ladite sonde aval 10 consiste de préférence dans une sonde du type proportionnelle délivrant un signal proportionnel à la teneur en oxygène qui est en contact avec un élément sensible composant ladite sonde 10.
Les sondes amont 9 et aval 10 peuvent consister dans des sondes du type binaire, c'est-à-dire des sondes délivrant un signal du type tout ou rien en fonction de la teneur en oxygène qui est en contact avec l'élément sensible de la sonde, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. On entend par « tout ou rien » le fait que le signal délivré par la sonde prend généralement deux valeurs parfaitement distinguables telles que 0 et 1 par exemple. Les sondes amont 9 et aval 10 peuvent encore consister en des capteurs NOx.
Lesdites sondes amont 9 et aval 10 sont connectées à une unité de contrôle électronique 11 dite UCE éventuellement couplée à un calculateur non représenté sur la figure 1.
Cette unité de contrôle électronique 11 est également connectée au débit mètre 8 et pilote le moteur 1 de manière bien connu en soi en mettant en œuvre un procédé de commande approprié. Ladite unité de contrôle électronique 11 comporte également des moyens de surveillance de l'état de fonctionnement du convertisseur catalytique 7 et plus précisément des moyens pour établir un diagnostic sur un état de fonctionnement dudit convertisseur 7.
Lesdits moyens sont agencés pour déterminer la quantité de réducteurs utilisés dans le convertisseur 7, déterminer la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique, et établir un diagnostic sur l'état de fonctionnement du convertisseur à partir de la quantité de réducteurs utilisés et la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique.
Plus précisément, lesdits moyens sont agencés pour déterminer la quantité d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur catalytique pendant la phase de fonctionnement en mélange pauvre du convertisseur 7 et déterminer la quantité de réducteurs utilisés pendant la purge dudit convertisseur catalytique 7.
Afin d'établir un diagnostic sur l'état de fonctionnement dudit convertisseur 7, lesdits moyens sont agencés pour calculer un critère de diagnostic ç en fonction de la quantité de réducteurs utilisés pendant la purge du convertisseur catalytique 7 et la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique 7 pendant la phase de fonctionnement en mélange pauvre, puis comparer ledit critère de diagnostic ç par rapport à un une valeur seuil prédéterminée.
La quantité d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur catalytique 7 pendant la phase de fonctionnement en mélange pauvre du convertisseur 7 est de la forme suivante : où tO et t1 sont respectivement les temps de début et de fin de purge, débitgaz est le débit du gaz d'échappement dans le convertisseur catalytique et λamont et λaval sont la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz située en amont du convertisseur et respectivement la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz situé en aval dudit convertisseur fournies par les sondes amont 9 et respectivement aval 10.
Ainsi, le critère de diagnostic ç est de la forme suivante : Mred c = -
MNOxstockés Où « MNOxstockés » estimée est la masse d'oxydes d'azote stockée lorsque le convertisseur catalytique 7 fonctionne en mode pauvre. « MNOxstockés » peut être issue d'un capteur ou d'un modèle.
Cette masse d'oxydes d'azote stockée lorsque le convertisseur catalytique 7 fonctionne en mode pauvre « MNOxstockés » est de préférence déterminée par modélisation.
Cette masse est par exemple déterminée en calculant la masse d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur 7 en fonction des caractéristiques du convertisseur catalytique 7, des températures issues du modèle thermique pour chaque réacteur individuel et du débit massique de gaz d'échappement du moteur comme il est décrit dans la demande de brevet français FR 2 856 741.
Il va de soi que cette quantité d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur catalytique 7 pourra être déterminée par tout autre moyen connu sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi, comme il sera détaillé plus loin, si le critère de diagnostic ç est inférieur à une valeur seuil déterminée, cela indique que ledit convertisseur 7 a atteint un degré de vieillissement important et qu'il présente des défaillances de fonctionnement. L'unité de contrôle électronique 11 pourra alors activer un voyant lumineux du tableau de bord pour prévenir le conducteur qu'une réparation est nécessaire. On décrira ci-après, en référence aux figures 1 à 3, le procédé de surveillance de l'état de fonctionnement d'un convertisseur catalytique d'un moteur suivant l'invention.
En référence à la figure 3, le procédé comporte une première étape 100 dans laquelle le convertisseur catalytique 7 est en mode pauvre et stocke les oxydes d'azote dans différents compartiments.
Dans une étape 110, la masse des oxydes d'azote stockée est déterminée pendant la phase de fonctionnement en mélange pauvre aux moyens de sondes de richesse situées en amont et en aval du convertisseur catalytique 7. Afin de s'affranchir des problèmes de temps de réponse des sondes, la détermination de la masse des oxydes d'azote est effectuée lorsque le débit des gaz d'échappement est supérieur à un seuil déterminé. Cette masse d'oxydes d'azote stockée lorsque le convertisseur catalytique 7 fonctionne en mode pauvre « MNOxstockés » est de préférence déterminée par modélisation.
Cette masse est par exemple déterminée en calculant la masse d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur 7 en fonction des caractéristiques du convertisseur catalytique 7, des températures issues du modèle thermique pour chaque réacteur individuel et du débit massique de gaz d'échappement du moteur comme il est décrit dans la demande de brevet français FR 2 856 741.
Tant que la masse d'oxydes d'azote stockée « MNOxstockés » est inférieure à un seuil prédéterminé (115), le convertisseur catalytique 7 fonctionne en mode pauvre et stocke des oxydes d'azote
Lorsque la masse d'oxydes d'azote stockée « MNOxstockés » est supérieure à un seuil prédéterminé (120), l'unité de contrôle électronique 11 pilote le convertisseur catalytique 7 pour le purger dans une étape 130. On observera que la masse d'oxydes d'azote stockée « MNOxstockés » peut être déterminée par différente modélisation, ou mesurée par capteur.
Une première méthode peut consister à déterminer cette masse d'oxydes d'azote stockée à partir d'un modèle qui tient compte du vieillissement du convertisseur catalytique, c'est-à-dire qui tient compte du fait que ce dernier stocke de moins en moins d'oxydes d'azote en vieillissant.
Une seconde méthode peut consister à déterminer cette masse d'oxydes d'azote stockée à partir d'un modèle qui ne tient pas compte du vieillissement du convertisseur catalytique 7, ce qui est le cas de la méthode suivant l'invention.
On calcule ensuite un critère de diagnostique ç_, dans une étape 140, jusqu'à la fin de phase de purge des oxydes d'azote, c'est-à-dire jusqu'à la fin (150) du mode riche du convertisseur catalytique 7.
Ce critère de diagnostic c est calculé en fonction de la quantité de réducteurs utilisés « Mred » et la quantité d'oxydes d'azote stockée « MNOx stockés » dans le convertisseur catalytique 7. La quantité de réducteurs utilisés « Mred » dans le convertisseur catalytique 7 pendant la phase de fonctionnement en mélange pauvre du convertisseur 7, c'est-à- dire pendant la purge, est de la forme suivante : où tO et t1 sont respectivement les temps de début et de fin de purge, débitgaz est le débit du gaz d'échappement dans le convertisseur catalytique et λamont et λaval sont la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz située en amont du convertisseur et respectivement la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz situé en aval dudit convertisseur fournies par les sondes amont 9 et respectivement aval 10.
Le critère de diagnostic ç est alors calculé à partir de la formule suivante :
Mred c =
MNOxstockés où « MNOxstockés » est la masse d'oxydes d'azote stockée lorsque le convertisseur catalytique 7 fonctionne en mode pauvre, telle que déterminée précédemment.
On notera que ce critère de diagnostic ç est adimensionnel de sorte qu'il est plus fiable.
Par ailleurs, on observera que le modèle utilisé pour déterminer la masse d'oxydes d'azote stockée ne tient pas compte du vieillissement du convertisseur catalytique de sorte que cette masse sera surestimée lorsque ledit capteur vieillira évitant ainsi toute détection abusive d'un dysfonctionnement du convertisseur catalytique 7.
Dans une étape 160, on compare le critère de diagnostic ç ainsi calculé avec une valeur seuil prédéterminée. En référence aux figures 2 et 3, si le critère de diagnostic ç est supérieur à la valeur seuil prédéterminée (165) cela indique que le convertisseur catalytique 7 fonctionne normalement (170).
Par contre, si le critère de diagnostic ç est inférieur à la valeur seuil prédéterminée (175), cela indique que ledit convertisseur a atteint un degré de vieillissement important et qu'il présente des défaillances de fonctionnement (180).
L'unité de contrôle électronique 11 pourra alors activer un voyant lumineux du tableau de bord pour prévenir le conducteur qu'une réparation est nécessaire.
Il est bien évident que l'unité de contrôle électronique 11 pourra enregistrer la valeur du critère de diagnostic ç dans une unité de mémoire et activer le voyant lumineux que lorsque le dysfonctionnement aura été détecté après plusieurs roulages consécutifs.
Enfin, il est bien évident que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives quant aux domaines d'application de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé de surveillance de l'état de fonctionnement d'un convertisseur catalytique (7) stockant les NOx d'un moteur (1 ) caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes de : détermination de la quantité de réducteurs utilisés, détermination de la quantité d'oxydes d'azote stockés dans le convertisseur catalytique (7), établissement d'un diagnostic sur l'état de fonctionnement du convertisseur à partir de la quantité de réducteurs utilisés et la quantité d'oxydes d'azote stockés dans le convertisseur catalytique (7).
2 - Procédé suivant la revendication précédente caractérisé en ce que la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique (7) est déterminée pendant la phase de fonctionnement en mélange pauvre du convertisseur.
3 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la quantité de réducteurs utilisés est déterminée pendant la purge du convertisseur catalytique (7).
4 - Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que l'étape d'établissement du diagnostic comporte au moins les étapes suivantes de : calcul d'un critère de diagnostic ç en fonction de la quantité de réducteurs utilisés pendant la purge du convertisseur catalytique (7) et la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique,
- comparaison du critère de diagnostic ç par rapport à un une valeur seuil prédéterminée afin d'établir un diagnostic sur l'état de fonctionnement du convertisseur. 5 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique (7) est déterminée à partir d'une mesure d'une part de la teneur en oxygène dans un gaz située en amont du convertisseur et d'autre part de la teneur en oxygène dans un gaz situé en aval du convertisseur.
6 - Procédé suivant la revendication 5 caractérisé en ce que la quantité de réducteurs utilisés pendant la purge du convertisseur catalytique (7) est de la forme suivante : où tO et t1 sont respectivement les temps de début et de fin de purge, debitgaz est le débit du gaz d'échappement dans le convertisseur catalytique et λamont et λaval sont la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz située en amont du convertisseur et respectivement la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz situé en aval dudit convertisseur.
7 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique(7) est déterminée en calculant la masse d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur en fonction des caractéristiques du convertisseur catalytique (7), des températures issues du modèle thermique pour chaque réacteur individuel et du débit massique de gaz d'échappement du moteur.
8 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que le critère de diagnostic ç est de la forme suivante :
Mred c =
MNOxstockés où « MNOxstockés » est la quantité d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur catalytique (7). 9 - Moteur (1 ) comportant un convertisseur catalytique (7) stockant les NOx, une première et une seconde sonde (9,10) positionnée en amont et respectivement en aval du convertisseur et aptes à délivrer un signal binaire ou proportionnel à une teneur en oxygène dans un gaz d'échappement ou des capteurs NOx en amont et en aval du convertisseur, et des moyens pour établir un diagnostic sur un état de fonctionnement dudit convertisseur, caractérisé en ce que les moyens sont agencés pour déterminer la quantité de réducteurs utilisés lors de la purge du système, déterminer la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique (7), et établir un diagnostic sur l'état de fonctionnement du convertisseur à partir de la quantité de réducteurs utilisés et la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique (7).
10 - Moteur suivant la revendication 9 caractérisé en ce que les moyens sont agencés pour déterminer la quantité d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur catalytique (7) pendant la phase de fonctionnement en mélange pauvre du convertisseur.
11 - Moteur suivant l'une quelconque des revendications 9 ou 10 caractérisé en ce que les moyens sont agencés pour déterminer la quantité de réducteurs utilisés pendant la purge du convertisseur catalytique (7).
12 - Moteur suivant la revendication 11 caractérisé en ce que les moyens sont agencés pour calculer un critère de diagnostic ç en fonction de la quantité de réducteurs utilisés pendant la purge du convertisseur catalytique (7) et la quantité d'oxydes d'azote stockées dans le convertisseur catalytique (7), puis comparer ledit critère de diagnostic ç par rapport à un une valeur seuil prédéterminée afin d'établir un diagnostic sur l'état de fonctionnement du convertisseur.
13 - Moteur suivant la revendication 12 caractérisé en ce que la quantité de réducteurs utilisés pendant la purge du convertisseur catalytique (7) est de la forme suivante : où tO et t1 sont respectivement les temps de début et de fin de purge, débitgaz est le débit du gaz d'échappement dans le convertisseur catalytique (7) et λamont et λaval sont la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz située en amont du convertisseur et respectivement la mesure de la teneur en oxygène dans le gaz situé en aval dudit convertisseur.
14 - Moteur suivant la revendication 13 caractérisé en ce que le critère de diagnostic ç est de la forme suivante :
Mred c = -
MNOxstockés où « MNOxstockés » est la quantité d'oxydes d'azote stockée dans le convertisseur catalytique (7).
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