FR3106366A1 - Procédé de contrôle d’un état de fonctionnement d’un système de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote pour un véhicule. - Google Patents
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Abstract
Procédé de contrôle d’un état de fonctionnement d’un système de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote pour un véhicule. Procédé de contrôle d’un état de fonctionnement d'un système de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote pour un moteur relié à une ligne d’échappement, le système étant pourvu d’un catalyseur, notamment d’un pain de réduction catalytique, le procédé comprenant :- une étape d’acquisition de données de température des gaz d’échappement en amont du système de réduction catalytique sélective et de température des gaz d’échappement en aval du système de réduction catalytique sélective, et- une détermination d’une valeur représentative de la capacité calorifique du système de réduction catalytique sélective et/ou une détection de réactions exothermique et/ou endothermique se produisant dans le système de réduction catalytique sélective. Pas de figure pour l’abrégé.
Description
L’invention concerne un procédé de contrôle d’un état de fonctionnement d'un système de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote pour un véhicule comprenant un moteur relié à une ligne d’échappement. L’invention porte aussi sur un dispositif de contrôle mettant en œuvre un tel procédé. L’invention porte aussi sur un véhicule automobile comprenant un tel dispositif. L’invention porte également sur un programme d’ordinateur mettant en œuvre un tel procédé. L’invention porte enfin sur un support d’enregistrement sur lequel est enregistré un tel programme.
Les moteurs à combustion interne produisent des gaz d'échappement qui contiennent des substances polluantes telles que des hydrocarbures imbrûlés (HC), du monoxyde de carbone (CO) ou encore des oxydes d'azote (NOx). Il est nécessaire de traiter ces substances polluantes avant de les évacuer dans l'atmosphère. Les véhicules automobiles sont pourvus, à cet effet, de systèmes de post-traitement des gaz d'échappement.
La figure 1 présente un exemple de moteur ayant un système de post-traitement des gaz dans sa ligne d'échappement, par exemple un moteur diesel. Typiquement, un système de post-traitement des gaz d'échappement comprend un catalyseur d'oxydation 101, un système de réduction catalytique sélective 102 et un filtre à particules 103. Le catalyseur d'oxydation 101 ou DOC (pour « Diesel Oxydation Catalyst » en anglais) assure le traitement des HC et du CO. Le système de réduction catalytique sélective 102 des oxydes d’azote ou SCR (pour « Selective Catalytic Reduction » en anglais) assure le traitement des NOx contenus dans les gaz d'échappement et permet de réduire les NOx grâce à l'injection d'un réducteur et à un pain catalytique. Le réducteur est injecté dans la ligne d'échappement des gaz par l'intermédiaire d'un injecteur. Classiquement, le réducteur est de l'ammoniac (NH3). L'injection de l'ammoniac peut être réalisée par l'intermédiaire d'une autre espèce chimique telle que l'urée, ou l’AdBlue® qui est composé d'urée diluée à 30% dans de l'eau. Le filtre à particule 103 ou FAP 103 assure le traitement des particules de suie contenues dans les gaz d'échappement, en retenant ces mêmes particules.
Lors d'un dysfonctionnement du système de réduction catalytique 102, les émissions de NOx augmentent. Une telle augmentation des émissions de NOx peut entraîner le dépassement d'un seuil d'émission réglementaire, tel qu'un seuil de diagnostic embarqué ou OBD (pour « On Board Diagnosis » en anglais). Dans ce cas, la réglementation, notamment la norme européenne en vigueur « EURO 6 » impose que le défaut de fonctionnement du système de réduction catalytique 102 soit détecté par l'intermédiaire d'un contrôle de l’état de fonctionnement du système de réduction catalytique 102.
Dans ces conditions, pour contrôler le bon fonctionnement de ce système de réduction catalytique 102, on connaît dans l’état de la technique un procédé de contrôle prévoyant l’utilisation de capteurs de température et de concentration en NOx en amont et en aval du système, la température et les concentrations étant comparées par la suite à des valeurs de seuil relatives à des normes requises par le diagnostic OBD. Un tel procédé de contrôle nécessite l’utilisation de capteurs d’oxydes d’azote supplémentaires et non sélectifs, plus précisément sensibles non seulement aux NOx, mais aussi au NH3, ce qui le rend difficile et coûteux à mettre en œuvre.
On connaît d’autres procédés de contrôle décrits dans les documents de brevet FR2833994, FR2993315 et FR3005104 qui prévoient la vérification du bon fonctionnement d’un catalyseur d'une ligne d'échappement 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. En provoquant une injection tardive de carburant dans les cylindres du moteur, la température en sortie du catalyseur en fonctionnement normal augmente, alors que si le catalyseur est défaillant, la température de sortie n'augmente pas.
Cependant, de tels procédés de contrôle sont intrusifs par rapport au mode de fonctionnement normal du moteur et engendrent de plus une consommation supplémentaire de carburant.
La demande FR3053732 décrit un procédé de contrôle d’un état de fonctionnement d’un système de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote. Ce procédé utilise un critère de diagnostic qui est basé sur une intégration temporelle de la différence entre:
- l’écart de température entre l’amont et l’aval du catalyseur, et
- la valeur absolue de cet écart de température.
- l’écart de température entre l’amont et l’aval du catalyseur, et
- la valeur absolue de cet écart de température.
Ce procédé manque encore de précision.
Le but de l’invention est de fournir un dispositif et un procédé de contrôle remédiant aux inconvénients ci-dessus et améliorant les dispositifs et procédés de contrôle connus de l’art antérieur. En particulier, l’invention permet de réaliser un dispositif et un procédé de contrôle simples qui permettent de détecter non seulement une absence ou une présence d’un catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote, mais aussi un endommagement d’un tel catalyseur.
Selon l’invention, un procédé permet de contrôler un état de fonctionnement d'un système de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote pour un moteur relié à une ligne d’échappement, le système étant pourvu d’un catalyseur, notamment d’un pain de réduction catalytique. Le procédé comprend:
- une étape d’acquisition de données de température des gaz d’échappement Tam en amont du système de réduction catalytique sélective et de température des gaz d’échappement Tav en aval du système de réduction catalytique sélective, et
- une détermination d’une valeur représentative de la capacité calorifique du système de réduction catalytique sélective et/ou une détection de réactions exothermique et/ou endothermique se produisant dans le système de réduction catalytique sélective.
- une étape d’acquisition de données de température des gaz d’échappement Tam en amont du système de réduction catalytique sélective et de température des gaz d’échappement Tav en aval du système de réduction catalytique sélective, et
- une détermination d’une valeur représentative de la capacité calorifique du système de réduction catalytique sélective et/ou une détection de réactions exothermique et/ou endothermique se produisant dans le système de réduction catalytique sélective.
Dans la détermination, on peut calculer un premier critère C1,
notamment C1=max(Tam-Tav)-min(Tam-Tav),
pendant une première période.
notamment C1=max(Tam-Tav)-min(Tam-Tav),
pendant une première période.
La première période peut être initiée dès le démarrage du moteur et prendre fin lorsqu’un gradient de ladite température amont supérieur à un premier seuil est détecté en amont du système de réduction catalytique sélective et lorsqu’une première temporisation initiée au démarrage du moteur est échue.
On peut valider le premier critère C1 si, durant la première période, la température des gaz d’échappement Tam en amont du système de réduction catalytique sélective a varié plus qu’un deuxième seuil en une durée inférieure à un troisième seuil.
On peut considérer le système de réduction catalytique sélective comme présent si la valeur du premier critère est supérieure à un quatrième seuil et/ou on peut considérer le système de réduction catalytique sélective comme absent si la valeur du premier critère est inférieure à un cinquième seuil.
Dans la détection, on peut calculer un deuxième critère C2,
notamment C2=max(Tam-Tav)-min(Tam-Tav),
pendant une deuxième période.
notamment C2=max(Tam-Tav)-min(Tam-Tav),
pendant une deuxième période.
La deuxième période peut être initiée dès le démarrage du moteur et prendre fin lorsqu’un sixième seuil de température est atteint en aval du système de réduction catalytique sélective et lorsqu’une deuxième temporisation initiée au démarrage du moteur est échue.
On peut valider le deuxième critère C2 si, durant la deuxième période, on vérifie que:
- la température du catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote est suffisamment faible, notamment en vérifiant qu’une durée suffisante s’est écoulée depuis le dernier fonctionnement du moteur, et
- une quantité limitée d’eau est stockée dans le système de réduction catalytique sélective au moment du démarrage.
- la température du catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote est suffisamment faible, notamment en vérifiant qu’une durée suffisante s’est écoulée depuis le dernier fonctionnement du moteur, et
- une quantité limitée d’eau est stockée dans le système de réduction catalytique sélective au moment du démarrage.
On peut considérer le système de réduction catalytique sélective comme fonctionnel si la valeur du deuxième critère est supérieure à un septième seuil et/ou on peut considérer le système de réduction catalytique sélective comme non fonctionnel si la valeur du deuxième critère est inférieure à un huitième seuil.
Selon l’invention, un dispositif permet de contrôler l’état de fonctionnement d'un système de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote pour un moteur relié à une ligne d’échappement. Le dispositif comprend des éléments matériels et/ou logiciels mettant en œuvre le procédé défini précédemment, notamment des éléments matériels et/ou logiciels conçus pour mettre en œuvre le procédé le procédé défini précédemment.
Selon l’invention, un dispositif permet de contrôler l’état de fonctionnement d'un système de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote pour un moteur relié à une ligne d’échappement. Le dispositif comprend des moyens de mettre en œuvre le procédé défini précédemment.
Selon l’invention, un groupe moteur ou un véhicule automobile comprend un dispositif défini précédemment.
Selon l’invention, un produit programme d’ordinateur comprend des instructions de code de programme enregistrées sur un support lisible par ordinateur pour mettre en œuvre les étapes du procédé défini précédemment lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.
Selon l’invention, un produit programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support de données lisible par un ordinateur et/ou exécutable par un ordinateur, comprend des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par l’ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé défini précédemment.
Selon l’invention, un support d’enregistrement de données, lisible par un ordinateur, sur lequel est enregistré un programme d’ordinateur comprend des instructions de code de programme de mise en œuvre du procédé défini précédemment.
Selon l’invention, un support d’enregistrement lisible par ordinateur comprend des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé défini précédemment.
L’invention concerne aussi un signal d'un support de données, portant le produit programme d'ordinateur défini précédemment.
Les figures annexées représentent, à titre d’exemple, un mode de réalisation d’un véhicule et un mode d’exécution d’un procédé de contrôle selon l’invention.
Un mode de réalisation d’un véhicule 200, notamment un véhicule automobile, est décrit ci-après en référence aux figures 2 et 3. Le véhicule comprend un groupe moteur ou motopropulseur 150 incluant un moteur thermique 6, par exemple de type diesel, et une ligne d’échappement 7. Le moteur 6 comprend des cylindres, un collecteur d'admission d'air frais ou répartiteur et un collecteur d'échappement. Les cylindres sont alimentés en air par l'intermédiaire du répartiteur, lui-même alimenté par une conduite pourvue d'un filtre à air. Durant la phase de fonctionnement du moteur 6, des gaz d’échappement 14 récupérés par le collecteur d'échappement du moteur 6, sont issus de la combustion et évacués vers l'extérieur, en passant par cette ligne d’échappement 7. Ce moteur 6 est également équipé d’un système de post-traitement des gaz d’échappement 14 défini dans la ligne d’échappement 7. Ce système de post-traitement des gaz 14 comprend notamment le système de réduction catalytique sélective 2 pourvu d’un catalyseur 9 tel qu’un pain de réduction catalytique 9. On notera que le système 2 peut comprendre plusieurs pains catalytiques 9 et que dans ces conditions l’invention permet de contrôler l’état de fonctionnement de chaque pain catalytique 9 de manière distincte.
Dans la description, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens 20 d'écoulement normal des gaz d’échappement, à savoir du moteur vers l’atmosphère extérieure à travers une ligne d’échappement 7 d’un véhicule.
Le véhicule 200, en particulier le groupe motopropulseur 150, comprend encore un mode de réalisation d’un dispositif de contrôle 1 d’un état de fonctionnement d'un système de réduction catalytique sélective 2 des oxydes d’azote pour ce véhicule.
Le dispositif de contrôle 1 comporte une unité de commande électronique 3 plus connue sous l’acronyme ECU (acronyme anglais pour: Electronic Control Unit) et pouvant être un calculateur embarqué, ainsi qu’un module de vérification 4 du fonctionnement du moteur 6 et un module de contrôle 5 des paramètres de fonctionnement du système 2.
L’unité de commande 3 est reliée à ces modules notamment via un réseau CAN (acronyme de « Controller Area Network »). Dans une variante, ces modules 4, 5 peuvent également être compris dans cette unité de commande 3. Cette unité de commande 3 comprend des ressources matérielles et logicielles et plus précisément au moins un processeur coopérant avec des éléments de mémoire. Ces ressources matérielles et logicielles sont aptes à exécuter des instructions de mise en œuvre d’un logiciel de contrôle du moteur.
Le module de vérification 4 du fonctionnement du moteur 6 permet de vérifier notamment les paramètres correspondant à un point de fonctionnement du moteur 6, tels que la demande de couple du conducteur, le régime du moteur 6, etc… En particulier, ce module de vérification 4 permet également de détecter une phase de fonctionnement du moteur 6, notamment une phase durant laquelle un premier composant 15a d’une réaction exothermique susceptible d’être réalisée au sein du système 2, est présent dans les gaz d’échappement 14.
Le module de contrôle 5 des paramètres de fonctionnement du système 2 comprend notamment des capteurs de température 8a, 8b permettant de mesurer les températures Tam et Tav des gaz d’échappement 14 respectivement en amont et en aval du système 2 et, en particulier, en amont et en aval du catalyseur 9.
En référence à la figure 3, dans ce groupe motopropulseur 150, le système de réduction catalytique sélective 2 des oxydes d’azote plus connu sous l’acronyme SCR qui signifie en anglais «Selective Catalytic Reduction» est destiné à la dépollution des gaz d’échappement 14 du moteur 6. Ainsi qu’évoqué précédemment, ce système 2 comprend un catalyseur 9 encore appelé convertisseur catalytique, par exemple dans ce mode de réalisation un pain catalytique. Le système 2 assure le traitement des oxydes d'azote (essentiellement monoxyde d’azote NO et dioxyde d’azote NO2) notés généralement NOx par la suite, qui sont contenus dans ces gaz d’échappement 14 et permet alors de réduire les NOx grâce à l'injection d'un agent de réduction 16, ou réducteur, et au catalyseur 9. Ce système 2 comprend un module de stockage 18 comprenant l’agent de réduction 16 qui est relié à la ligne d’échappement 7 en amont d’un module de mélange 19 de ce gaz d’échappement 14 avec cet agent de réduction 16. Le module de mélange 19 est agencé en amont du catalyseur 9 de ce système 2.
Sur les figures 4 et 5, le catalyseur 9 comprend un substrat 10, pouvant être un monolithe en céramique telle que de la céramique cordiérite, pourvu de canaux 12 dont des parois internes sont enduites d'une phase active catalytique 11 que l'on peut désigner par le terme anglo-saxon de « washcoat ». Suivant la terminologie française, on parlera de phase active 11 ou de revêtement catalytique 11 comme un équivalent du terme «washcoat». Ce revêtement catalytique 11 est une couche intermédiaire poreuse comprise dans chaque canal 12 du substrat 10. Cette couche possède une très grande surface 17 spécifique de contact avec les gaz d’échappement 14 et participe au stockage d’un agent de réduction 16 dans des sites actifs 13 définis au niveau de cette surface 17 et au niveau desquels se produisent des réactions de réduction des NOx.
Ainsi qu’évoqué précédemment, l’agent de réduction 16 qui est injecté dans la ligne d’échappement 7 par le module de stockage 18 est mélangé aux gaz d’échappement 14 dans le module de mélange 19. Cet agent de réduction 16 peut être par exemple de l’hydrogène, des hydrocarbures ou encore de l’éthanol. Cependant, dans ce mode de réalisation, l’agent de réduction 16 est de préférence un composé ammoniacal qui peut être soit sous une forme liquide tel que de l’AdBlue® qui est une solution pouvant comprendre environ un tiers d’urée et deux tiers d’eau, ou soit sous une forme solide tel que de l’ammoniac gazeux stocké sous forme de cristaux solides.
Ainsi, cet agent de réduction 16 tel que de l’ammoniac peut être alors stocké dans les sites actifs 13 de ce revêtement catalytique 11 pour réduire les NOx compris dans les gaz d’échappement 14 qui traversent les canaux 12 du substrat 10 de ce catalyseur 9 selon les principales réactions de réduction suivantes :
4NO + 4NH3+O2→ 4N2+ 6H2O
2NO2+ 4NH3+ O2→3N2+6H2O
NO2+ NO + 2NH3→2N2+ 3H2O
4NO + 4NH3+O2→ 4N2+ 6H2O
2NO2+ 4NH3+ O2→3N2+6H2O
NO2+ NO + 2NH3→2N2+ 3H2O
Ce revêtement catalytique 11 peut être constitué d’un deuxième composant 15b qui peut être un minéral microporeux appartenant au groupe des silicates tel que de la zéolithe. Ce deuxième composant 15b est apte à provoquer, avec le premier composant 15a:
- une première réaction exothermique à l’origine d’un phénomène dit «d’exotherme» correspondant à un échauffement du catalyseur 9 dû à la libération d'énergie produite par cette réaction exothermique dans le catalyseur 9 et à l’adsorption d’eau gazeuse sur la zéolithe, lorsque la température du catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote est suffisamment basse, et
- une deuxième réaction endothermique à l’origine d’un phénomène dit «d’endotherme» correspondant à un refroidissement du catalyseur 9 dû à la désorption d’eau de la zéolithe.
- une première réaction exothermique à l’origine d’un phénomène dit «d’exotherme» correspondant à un échauffement du catalyseur 9 dû à la libération d'énergie produite par cette réaction exothermique dans le catalyseur 9 et à l’adsorption d’eau gazeuse sur la zéolithe, lorsque la température du catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote est suffisamment basse, et
- une deuxième réaction endothermique à l’origine d’un phénomène dit «d’endotherme» correspondant à un refroidissement du catalyseur 9 dû à la désorption d’eau de la zéolithe.
Ceci constitue un effet thermique particulier, qui se manifeste quand un catalyseur est très dégradé (mais néanmoins présent), et aussi en l’absence d’un catalyseur, lorsque la température du catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote est suffisamment basse.
Il a été remarqué que ce phénomène d’exotherme et/ou ce phénomène d’endotherme est inexistant pour un système 2 ayant un état de fonctionnement dégradé ne permettant pas un traitement des substances polluantes comprises dans les gaz d’échappement 14 et résultant notamment d’un état défaillant du catalyseur 9. En effet, un tel état du catalyseur 9 traduit une usure et/ou un vieillissement de ce dernier, notamment du revêtement catalytique 11 constitué de ce deuxième composant 15b, induisant directement une réduction voire une disparition du nombre de sites actifs 13 au niveau desquels se produisent des réactions de réduction des NOx. Effectivement, avec le temps, les gaz d’échappement 14 effritent ce revêtement 11 et en particulier les sites actifs 13 dont il est pourvu. Cette dégradation est d’autant plus forte que le débit des gaz d’échappement 14 est fort et que ces derniers sont à de très hautes températures. Cet effritement lent et continu vient réduire les sites actifs 13 en nombre mais également en efficacité. Ainsi, chaque site actif 13 ne capte plus d’agent de réduction 16 avec autant d’efficacité qu’un catalyseur 9 présentant un état fonctionnel.
Par ailleurs, en l’absence de catalyseur sur la ligne d’échappement, mais moins dans le cas d’un catalyseur présent mais dégradé, la différence de température entre l’entrée et la sortie du catalyseur est très faible par rapport à cette même différence de température en présence d’un catalyseur. Ceci est particulièrement vrai lorsque la température en amont du catalyseur augmente ou diminue rapidement. Dans le premier cas (c’est-à-dire augmentation de la température des gaz en amont du catalyseur), l’inertie thermique du catalyseur absorbe une partie de la chaleur des gaz. On obtient ainsi une diminution importante de la température des gaz entre l’entrée et la sortie. Dans le second cas (c’est-à-dire diminution de la température des gaz en amont du catalyseur), une partie de la chaleur emmagasinée dans le catalyseur est transférée aux gaz. On obtient ainsi une augmentation importante de la température des gaz entre l’entrée et la sortie.
Ceci constitue un autre effet thermique.
L’invention met à profit les deux effets thermiques pour diagnostiquer, par deux critères calculés dans des conditions particulières, si le catalyseur est présent ou absent, et dans le cas où il est présent, s’il est dégradé.
Le dispositif 1 permet de mettre en œuvre un mode d’exécution d’un procédé de contrôle de l’état de fonctionnement du système de réduction catalytique sélective 2 des oxydes d’azote, soit un procédé de diagnostic du système de réduction catalytique sélective 2 des oxydes d’azote.
Un tel procédé permet notamment qu’une information de défaut de fonctionnement du système 2 soit donnée à un utilisateur d'un véhicule lors d'un dysfonctionnement du système 2.
Un tel mode d’exécution d’un tel procédé est décrit ci-après en référence à la figure 6.
Le procédé comprend la mise en place d'un contrôle d’un état de fonctionnement du système 2 basé sur la mesure de la température Tam des gaz d’échappement 14 en amont du système de réduction catalytique sélective 2 des oxydes d’azote, notamment en amont du catalyseur 9, et sur la mesure de la température Tav des gaz d’échappement 14 en aval du système de réduction catalytique sélective 2 des oxydes d’azote, notamment en aval du catalyseur 9. Ce contrôle est réalisé de manière continue durant des phases de fonctionnement du moteur 6 qui présentent des conditions favorables à la réalisation d’un tel contrôle, et qui sont détaillées plus bas.
Le procédé permet un contrôle fiable et efficace de l’état de fonctionnement du système de réduction catalytique sélective 2 des oxydes d’azote du véhicule.
Pour ce faire, ce procédé comprend une étape de détection 20 d’une phase de fonctionnement du moteur 6. La détection de cette phase de fonctionnement autorise un déclenchement du contrôle de l’état de fonctionnement du système 2. Une telle étape 20 est mise en œuvre par le dispositif, notamment par l’unité de commande 3 et en particulier par le module de vérification 4 du fonctionnement du moteur 6. Lors de cette étape 20, le module de vérification 4 vérifie les paramètres de fonctionnement du moteur 6 et est ainsi apte à détecter différentes phases de fonctionnement de ce dernier. Un tel module de vérification 4 est configuré pour transmettre les différentes phases de fonctionnement détectées à l’unité de commande 3. Cette unité de commande 3 est ensuite apte à identifier parmi ces phases de fonctionnement du moteur 6 reçues, une phase durant laquelle le premier composant 15a est compris dans les gaz d’échappement 14 qui vont traverser le système 2 et en particulier le catalyseur 9. Ce premier composant 15a compris dans les gaz d’échappement 14 participe avec le deuxième composant 15b compris dans le catalyseur 9 à des réactions exothermique et endothermique susceptibles d’être réalisées au sein de ce dernier, en particulier au sein du revêtement catalytique 11.
Dans ce contexte, le premier composant 15a peut être de l’eau. Un tel composant 15a est par exemple présent dans les gaz d’échappement 14, dû à l’humidité de l’air et à la combustion dans les cylindres du moteur. La fraction de l’eau qui se présente sous forme gazeuse est apte à être adsorbée sur la zéolithe si la température de catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote est suffisamment basse. Avantageusement, on vérifie que cette condition est remplie lors d’une phase détectée qui peut être une phase de démarrage à froid du moteur 6. Cette période de diagnostic P peut être comprise, lorsque la phase de fonctionnement du moteur 6 détectée est une phase de démarrage à froid, entre le démarrage et l’échéance d’une temporisation donnée. Cette période de diagnostic P est fonction de la phase de fonctionnement détectée du moteur 6, des caractéristiques du moteur 6, des caractéristiques du catalyseur 9, et/ou des conditions environnementales dans lesquelles sont compris le moteur 6 et le catalyseur 9. D’autres variantes sont possibles. Par exemple, de manière non limitative, on peut vérifier que la température du liquide de refroidissement du moteur est inférieure à un seuil, ce qui signale que le moteur et le catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote ont refroidi.
Dans une première étape 21, dès le démarrage du moteur 6, le dispositif 1 acquiert de manière continue des données de température des gaz d’échappement Tam en amont du système de réduction catalytique sélective 2 et de température des gaz d’échappement Tav en aval du système de réduction catalytique sélective 2. Ces données sont par exemples stockées dans une mémoire. Ces données sont par exemple acquises à chaque instant déterminé par une fréquence d’acquisition ou d’échantillonnage prédéterminée et/ou constante. Pour ce faire, les capteurs de température 8a, 8b des gaz d’échappement 14 agencés en amont et en aval du catalyseur 9 transmettent des signaux relatifs à des mesures de ces températures amont et aval Tam, Tav à l’unité de commande 3, en particulier au module de contrôle 5 du fonctionnement du système 2. Dans une variante, seul le capteur de température 8b agencé en aval du catalyseur 9 transmet des signaux relatifs à des mesures de cette température aval Tav, l’unité de commande 3 étant alors apte à déterminer la température Tam en amont du catalyseur 9 à partir d’un modèle thermique des gaz d’échappement 14 adapté pour déterminer la température Tam des gaz d’échappement 14 en amont du catalyseur 9 en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur 6 et/ou du catalyseur 9. Par la suite, ces températures Tam, Tav en amont et en aval du catalyseur 9 sont archivées dans les éléments de mémoire de l’unité de commande 3.
Les températures amont et aval Tam, Tav déterminées et archivées dans l’unité de commande 3, sont illustrées sur les figures 4 et 5. Pour une meilleure compréhension de l’invention sont représentées:
- sur la figure 4, les températures Tam, Tav en amont et en aval du catalyseur 9, déterminées pour ce catalyseur 9 lorsqu’il est neuf et donc présentant un état de fonctionnel correct, et
- sur la figure 5, les températures Tam, Tav en amont et en aval du catalyseur 9, déterminées pour ce catalyseur 9 lorsqu’il est usagé et qu’il présente un état défaillant.
- sur la figure 4, les températures Tam, Tav en amont et en aval du catalyseur 9, déterminées pour ce catalyseur 9 lorsqu’il est neuf et donc présentant un état de fonctionnel correct, et
- sur la figure 5, les températures Tam, Tav en amont et en aval du catalyseur 9, déterminées pour ce catalyseur 9 lorsqu’il est usagé et qu’il présente un état défaillant.
Sur la figure 4, on peut constater que la température aval Tav est sensiblement supérieure à la température amont Tam sur la période s’étendant entre 60 s et 120 s. Ceci est la conséquence d’une réaction exothermique se produisant dans le catalyseur. Puis, on peut constater que la température aval Tav est sensiblement inférieure à la température amont Tam sur la période s’étendant entre 150 s et 370 s. Ceci est la conséquence d’une réaction endothermique se produisant dans le catalyseur. La séquence de ces deux réactions successives traduit un état de bon fonctionnement du système 2 de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote.
Sur la figure 5, on peut constater que la température aval Tav est sensiblement inférieure à la température amont Tam sur la période s’étendant entre 100 s et 250 s. Ceci est la conséquence d’une réaction endothermique se produisant dans le catalyseur. En revanche, on ne constate pas de phase où la température aval Tav est sensiblement supérieure à la température amont Tam. Il n’y a donc pas de réaction exothermique se produisant dans le catalyseur. Ceci traduit un état de dysfonctionnement du système 2 de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote.
Dans une deuxième étape 22, on calcule un critère C. Ce critère est par exemple défini par la formule C=max(Tam-Tav)-min(Tam-Tav), dans laquelle max(Tam-Tav) désigne la valeur maximale sur la période d’acquisition de la différence entre la température amont Tam et la température aval Tav, et min(Tam-Tav) désigne la valeur minimale sur la période d’acquisition de la différence entre la température amont Tam et la température aval Tav.
Dans une première phase 80, le dispositif détermine la capacité calorifique ou une valeur représentative de la capacité calorifique (inertie thermique) du système de réduction catalytique sélective 2.
Pour ce faire, dans une troisième étape 23, le dispositif calcule un premier critère C1, pendant une première période. Ce premier critère C1 est la valeur du critère C à l’issue de la première période de diagnostic. La première période est de préférence initiée dès le démarrage du moteur. La première période prend de préférence fin lorsqu’un gradient de température supérieur à un premier seuil MAX1, MIN1 est détecté en amont du système de réduction catalytique sélective 2 et lorsqu’une première temporisation t1 initiée au démarrage du moteur est échue. Par gradient de température, on entend ici la valeur absolue de la dérivée par rapport au temps de la température en amont du système de réduction catalytique sélective 2. On peut utiliser un seuil MAX1 pour les variations positives de la température et un seuil MIN1 pour les variations négatives de la température.
Dans une quatrième étape 24, le dispositif valide le calcul du premier critère C1 si, durant la première période, la température des gaz d’échappement Tam en amont du système de réduction catalytique sélective 2 des oxydes d’azote a varié plus qu’un deuxième seuil S1 en une durée inférieure à un troisième seuil S2.
Dans une cinquième étape 25, le dispositif compare la valeur du critère C1 à un quatrième seuil C12 et/ou à un cinquième seuil C11 afin d’obtenir la capacité calorifique ou une image de la capacité calorifique (ou inertie thermique), c’est-à-dire de la capacité calorifique, du système de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote 2 et d’en déduire si le catalyseur est présent ou absent, mais il ne permet pas de détecter un catalyseur fonctionnel ou non fonctionnel. Par exemple, on considère le système de réduction catalytique sélective 2 des oxydes d’azote comme absent si la valeur du premier critère est inférieure au cinquième seuil C11. Par exemple encore, on considère le système de réduction catalytique sélective 2 comme présent si la valeur du premier critère est supérieure au quatrième seuil C12.
Dans une deuxième phase 90, le dispositif détecte l’existence ou l’absence de réactions exothermique et/ou endothermique se produisant dans le système de réduction catalytique sélective 2. Ce deuxième effet permet de détecter non seulement la présence ou l’absence du catalyseur, mais aussi de diagnostiquer un catalyseur défaillant.
Pour ce faire, dans une sixième étape 26, le dispositif calcule un deuxième critère C2, pendant une deuxième période de diagnostic. Ce deuxième critère C2 est la valeur du critère C à l’issue de la deuxième période. La deuxième période est de préférence initiée dès le démarrage du moteur. La deuxième période prend de préférence fin lorsque:
- un seuil de température T8 est atteint par la température Tav en aval du système de réduction catalytique sélective 2, et
- une deuxième temporisation t2 initiée au démarrage du moteur est échue.
- un seuil de température T8 est atteint par la température Tav en aval du système de réduction catalytique sélective 2, et
- une deuxième temporisation t2 initiée au démarrage du moteur est échue.
Dans une septième étape 27, le dispositif valide le calcul du deuxième critère C2 si:
- une première condition suivante est vérifiée: une durée suffisante s’est écoulée depuis le dernier fonctionnement du moteur, et
- une deuxième condition suivante est vérifiée: une quantité limitée d’eau est stockée dans le système de réduction catalytique sélective 2 au moment du démarrage.
- une première condition suivante est vérifiée: une durée suffisante s’est écoulée depuis le dernier fonctionnement du moteur, et
- une deuxième condition suivante est vérifiée: une quantité limitée d’eau est stockée dans le système de réduction catalytique sélective 2 au moment du démarrage.
Concernant la première condition, il apparaît que la température du catalyseur au démarrage du moteur est un paramètre d’influence de premier ordre. Si la température est supérieure à un seuil, l’adsorption d’eau peut ne pas se produire ou le dégagement de chaleur peut ne pas être suffisant pour augmenter de manière significative la température des gaz entre l’entrée et la sortie du catalyseur. De plus, les conditions ambiantes pourraient affecter l’effet exotherme / endotherme. Cette première condition peut être exprimée comme suit:
[[[|Teau_moteur–Tamb|init < ∆T1 OU tinactif > tseuil]
ET (T2 < Teau_moteur init < T3)
ET (T4 < Tamb au moment de la prise de décision < T5)]
OU [T6 < Tam init < T7]]
avec
Teau_moteur: la température du liquide de refroidissement du moteur,
Teau_moteur init: la température du liquide de refroidissement du moteur au début de la deuxième période,
Tamb au moment de la prise de décision: la température ambiante de l’atmosphère entourant le moteur ou le véhicule au moment de la validation du calcul du critère C2,
Tamb init: la température ambiante de l’atmosphère entourant le moteur ou le véhicule au début de la deuxième période,
Tam init: la température Tam en amont du système de réduction catalytique sélective 2 au début de la deuxième période
∆T1, T2, T3, T4, T5, T6 et T7: des seuils de température,
tinactif: la durée d’inactivité du moteur avant le début de la deuxième période,
tseuil: un seuil de durée.
[[[|Teau_moteur–Tamb|init < ∆T1 OU tinactif > tseuil]
ET (T2 < Teau_moteur init < T3)
ET (T4 < Tamb au moment de la prise de décision < T5)]
OU [T6 < Tam init < T7]]
avec
Teau_moteur: la température du liquide de refroidissement du moteur,
Teau_moteur init: la température du liquide de refroidissement du moteur au début de la deuxième période,
Tamb au moment de la prise de décision: la température ambiante de l’atmosphère entourant le moteur ou le véhicule au moment de la validation du calcul du critère C2,
Tamb init: la température ambiante de l’atmosphère entourant le moteur ou le véhicule au début de la deuxième période,
Tam init: la température Tam en amont du système de réduction catalytique sélective 2 au début de la deuxième période
∆T1, T2, T3, T4, T5, T6 et T7: des seuils de température,
tinactif: la durée d’inactivité du moteur avant le début de la deuxième période,
tseuil: un seuil de durée.
Concernant la deuxième condition, il apparaît que pour tirer profit des effets exothermiques et endothermiques dans le diagnostic du système de réduction catalytique sélective 2, il est important de vérifier que lors du précèdent trajet, toute (ou au moins une partie importante de) l’eau adsorbée par le catalyseur (par exemple dans la zéolithe) a été désorbée au cours de la phase antérieure de fonctionnement du moteur. Si tel n’es pas le cas, le catalyseur ne peut plus adsorber une quantité significative d’eau gazeuse pendant la phase de fonctionnement suivante. Le catalyseur ne peut donc, dans cette phase suivante, que désorber l’eau déjà stockée. Dans ce cas, seul l’effet endothermique pourrait être observé. Une observation empirique du phénomène sur plus de 90 phases de fonctionnement a conduit à identifier par exemple un critère simple permettant de vérifier cette deuxième condition. Ce critère est le suivant:
Tav max préc > T8 ET ttotal pré > D1
avec
Tav max préc: la température Tav maximale en aval du système de réduction catalytique sélective 2 lors de la phase de fonctionnement précédente,
ttotal pré: la durée d’activité du moteur lors de la phase de fonctionnement précédente,
D1: un seuil de durée,
T8: un seuil de température.
Tav max préc > T8 ET ttotal pré > D1
avec
Tav max préc: la température Tav maximale en aval du système de réduction catalytique sélective 2 lors de la phase de fonctionnement précédente,
ttotal pré: la durée d’activité du moteur lors de la phase de fonctionnement précédente,
D1: un seuil de durée,
T8: un seuil de température.
Une troisième condition de validation du deuxième critère C2 pourrait par exemple être en outre utilisée. Cette troisième condition peut être une vérification que la quantité de carburant utilisée par le moteur est suffisante pour maximiser la quantité d’eau adsorbée. En effet, l’humidité de l’air et la combustion du carburant amènent de l’eau dans la ligne d’échappement et permettre l’adsorption d’eau gazeuse et la désorption.
Dans une huitième étape 28, si le calcul du deuxième critère C2 est validé à l’étape 27, le dispositif compare la valeur du deuxième critère C2 à un seuil C22 et/ou à un seuil C21 afin d’obtenir des réactions endothermique et exothermique se produisant dans le système de réduction catalytique sélective 2 et d’en déduire si le catalyseur est présent ou absent ou non fonctionnel. Par exemple, on considère le système de réduction catalytique sélective 2 comme absent et/ou non fonctionnel si la valeur du deuxième critère est inférieure au seuil C21. Par exemple encore, on considère le système de réduction catalytique sélective 2 comme présent et/ou fonctionnel si la valeur du deuxième critère est supérieure au seuil C22.
Les première et deuxième phases peuvent être mises en œuvre indépendamment l’une de l’autre. En particulier, dans un mode d’exécution du procédé, on peut ne mettre en œuvre que la première phase ou on peut ne mettre en œuvre que la deuxième phase.
Toutefois, on met avantageusement en œuvre les première et deuxième phases dans un mode d’exécution préféré. Dans ces phases, les calculs des premier et deuxième critères peuvent être exécutés l’un après l’autre ou simultanément ou quasi-simultanément.
Les seuils C11 et C21 peuvent être identiques ou sensiblement identiques. Alternativement, les seuils C11 et C21 peuvent être différents.
Les seuils C12 et C22 peuvent être identiques ou sensiblement identiques. Alternativement, les seuils C12 et C22 peuvent être différents.
De préférence, on utilise les deux critères C1 et C2 pour détecter l’absence du catalyseur et seulement le critère C2 pour détecter une perte importante d’efficacité du catalyseur.
Le procédé peut encore comprendre une étape de transmission 29 d’un message d’alerte, notamment d’un message d’alerte visuel et/ou sonore à l’utilisateur du véhicule lorsque le critère de diagnostic C1 et/ou C2 est inférieur au seuil C11 et/ou C21, afin d’avertir l’utilisateur d'un dysfonctionnement du catalyseur 9. Ceci est déterminé lors d’une étape 30 ou 31, suite à laquelle on passe à l’étape 29 ou on boucle sur l’étape 20.
En complément, on notera que l’invention porte également sur un logiciel de contrôle comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes de ce procédé lorsque ledit logiciel est exécuté par l’unité de commande 3, le module de vérification 4 du fonctionnement du moteur et/ou le module de contrôle 5 des paramètres de fonctionnement du système 2.
Ainsi, l'invention, permet une réalisation d'un contrôle de l'état de fonctionnement du système 2, notamment du catalyseur 9, qui est efficace et robuste tout en exploitant des données très simples à obtenir et très simples à traiter.
Le procédé permet l’utilisation de sondes de températures peu précises. En effet, même s’il existe une dispersion des sondes (qui est constante ou sensiblement constante sur la gamme de mesure), le critère de diagnostic C1 et/ou C2 n’est pas affecté ou est peu affecté.
Claims (11)
- Procédé de contrôle d’un état de fonctionnement d'un système de réduction catalytique sélective (2) des oxydes d’azote pour un moteur (6) relié à une ligne d’échappement (7), le système (2) étant pourvu d’un catalyseur (9), notamment d’un pain de réduction catalytique, le procédé comprenant:
- une étape d’acquisition de données de température des gaz d’échappement (Tam) en amont du système de réduction catalytique sélective (2) et de température des gaz d’échappement (Tav) en aval du système de réduction catalytique sélective (2), et
- une détermination d’une valeur représentative de la capacité calorifique du système de réduction catalytique sélective (2) et/ou une détection de réactions exothermique et/ou endothermique se produisant dans le système de réduction catalytique sélective (2). - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans la détermination, on calcule un premier critère C1,
notamment C1=max(Tam-Tav)-min(Tam-Tav),
pendant une première période. - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première période est initiée dès le démarrage du moteur et prend fin lorsqu’un gradient deladite température amont supérieur à un premier seuil (MAX1, MIN1) est détecté en amont du système de réduction catalytique sélective (2) et lorsqu’une première temporisation (t1) initiée au démarrage du moteur est échue.
- Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu’on valide le premier critère C1 si, durant la première période, la température des gaz d’échappement (Tam) en amont du système de réduction catalytique sélective (2) a varié plus qu’un deuxième seuil (S1) en une durée inférieure à un troisième seuil (S2).
- Procédé selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu’on considère le système de réduction catalytique sélective (2) comme présent si la valeur du premier critère est supérieure à un quatrième seuil (C12) et/ou on considère le système de réduction catalytique sélective (2) comme absent si la valeur du premier critère est inférieure à un cinquième seuil (C11).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans la détection, on calcule un deuxième critère C2,
notamment C2=max(Tam-Tav)-min(Tam-Tav),
pendant une deuxième période. - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième période est initiée dès le démarrage du moteur et prend fin lorsqu’un sixième seuil de température (T8) est atteint en aval du système de réduction catalytique sélective (2) et lorsqu’une deuxième temporisation (t2) initiée au démarrage du moteur est échue.
- Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu’on valide le deuxième critère C2 si, durant la deuxième période, on vérifie que:
- la température du catalyseur de réduction sélective des oxydes d’azote est suffisamment faible, notamment en vérifiant qu’une durée suffisante s’est écoulée depuis le dernier fonctionnement du moteur, et
- une quantité limitée d’eau est stockée dans le système de réduction catalytique sélective (2) au moment du démarrage. - Procédé selon l’une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu’on considère le système de réduction catalytique sélective (2) comme fonctionnel si la valeur du deuxième critère est supérieure à un septième seuil (C22) et/ou on considère le système de réduction catalytique sélective (2) comme non fonctionnel si la valeur du deuxième critère est inférieure à un huitième seuil (C21).
- Dispositif (1) de contrôle d’un état de fonctionnement d'un système de réduction catalytique sélective (2) des oxydes d’azote pour un moteur (6) relié à une ligne d’échappement (7), comprenant des éléments (3, 5, 8a, 8b) matériels et/ou logiciels mettant en œuvre le procédé selon l’une des revendications précédentes, notamment des éléments matériels (3, 5, 8a, 8b) et/ou logiciels conçus pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications précédentes.
- Groupe moteur (150) ou véhicule automobile (200) comprenant un dispositif selon la revendication précédente.
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