FR3014950A1

FR3014950A1 - Procede d'evaluation d'un catalyseur d'oxydation utilisant un modele de fonctionnement du moteur et de son catalyseur

Info

Publication number: FR3014950A1
Application number: FR1362863A
Authority: FR
Inventors: Vincent Chassefeyre
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-19
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: FR3014950B1

Abstract

Procédé d'évaluation de l'efficacité d'un catalyseur d'oxydation des oxydes d'azote DOC (8) utilisant un capteur d'oxydes d'azote NOx (10) disposé en aval, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes, il calcule pour un point de fonctionnement du roulage avec un modèle de fonctionnement du moteur (2) et de son catalyseur (8), au niveau du capteur (10), le flux d'oxydes d'azote ainsi que le rapport monoxyde d'azote NO sur dioxyde d'azote NO2 théoriquement obtenus, il effectue par le capteur (10) une mesure du flux d'oxydes d'azote, ces valeurs étant stockées dans une mémoire, puis lors d'un roulage suivant avec un flux d'oxydes d'azote et un rapport calculés identiques, il compare la valeur d'oxydes d'azote mesurée avec celle mémorisée pour, si elle est différente, détecter une perte d'efficacité du catalyseur.

Description

PROCEDE D'EVALUATION D'UN CATALYSEUR D'OXYDATION UTILISANT UN MODELE DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR ET DE SON CATALYSEUR [0001] La présente invention concerne un procédé d'évaluation de l'efficacité d'un catalyseur d'oxydation des oxydes d'azote rejetés par un moteur à combustion interne, ainsi qu'un véhicule automobile comportant des moyens mettant en oeuvre un tel procédé. [0002] Les moteurs thermiques des véhicules automobiles du type Diesel, émettent dans les gaz d'échappement des oxydes d'azote NOx qui sont traités généralement par un catalyseur d'oxydation « DOC » (Diesel Oxydation Catalyst), afin de réduire le taux de monoxyde d'azote NO pour les transformer en dioxyde d'azote NO2. [0003] La nouvelle norme européenne Euro 6.2 imposera un seuil d'émission des oxydes d'azote NOx très bas, qui nécessite des moyens de mesure de ces émissions de plus en plus précis, pour pouvoir notamment détecter une défaillance du catalyseur d'oxydation DOC. [0004] Un procédé connu de diagnostique du catalyseur d'oxydation DOC, présenté notamment par le document JP-A-201236860, utilise deux capteurs d'oxydes d'azote NOx disposés en amont et en aval de ce catalyseur, pour comparer leurs résultats et évaluer le fonctionnement de ce catalyseur afin de détecter une défaillance en cas d'insuffisance de résultat. [0005] Toutefois, cette méthode nécessite un premier capteur disposé en amont du catalyseur d'oxydation. De plus, les capteurs mesurant globalement le taux des différents oxydes d'azote, sans faire la différence entre le monoxyde et le dioxyde, cette méthode comparant le résultat des mesures des deux capteurs peut apporter une précision insuffisante. [0006] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. [0007] Elle propose à cet effet un procédé d'évaluation de l'efficacité d'un catalyseur d'oxydation des oxydes d'azote DOC rejetés par un moteur à combustion interne du type Diesel, utilisant un capteur d'oxydes d'azote NOx disposé dans la ligne d'échappement en aval du catalyseur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes, il calcule pour un point de fonctionnement du roulage avec un modèle de fonctionnement du moteur et de son catalyseur, au niveau du capteur, le flux d'oxydes d'azote ainsi que le rapport monoxyde d'azote NO sur dioxyde d'azote NO2 théoriquement obtenus, il effectue à ce même moment par le capteur une mesure du flux d'oxydes d'azote, ces valeurs étant stockées dans une mémoire, puis lors d'un roulage suivant avec un flux d'oxydes d'azote et un rapport calculés identiques, il compare la valeur d'oxydes d'azote mesurée à ce moment avec celle mémorisée pour, si elle est différente, détecter une perte d'efficacité du catalyseur. [0001] Un avantage de ce procédé d'évaluation est que de manière simple et économique, en utilisant un seul capteur disposé en aval du catalyseur d'oxydation DOC, avec seulement des compléments de logiciels dans le calculateur de contrôle du moteur, on peut effectuer en permanence une évaluation précise de l'évolution du fonctionnement de ce catalyseur pour détecter une défaillance. [0002] Le procédé d'évaluation selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0003] Avantageusement, le roulage suivant avec un flux d'oxydes d'azote et un rapport calculés identiques, est déterminé par une première décision comparant la valeur calculée de flux d'oxydes d'azote à celle mémorisée, puis, si elle est égale, par une deuxième décision comparant la valeur calculée du rapport à celle mémorisée. [0004] Avantageusement, le procédé d'évaluation utilise une valeur de caractérisation propre du capteur effectuée à l'origine et conservée en mémoire, donnant le rapport du signal pour une même exposition au monoxyde d'azote NO et au dioxyde d'azote NO2. [0005] Avantageusement, le procédé effectue des séries de calculs et de mesures associées pour différents points de fonctionnement du moteur thermique, et il contrôle l'évolution du catalyseur d'oxydation pour ces différents points. [0006] L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile équipé d'un catalyseur d'oxydation des oxydes d'azote DOC rejetés par un moteur à combustion interne du type Diesel, et d'un capteur d'oxydes d'azote NOx disposé dans la ligne d'échappement en aval du catalyseur, qui comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé d'évaluation de l'efficacité de ce catalyseur comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0007] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma d'une ligne d'échappement comprenant un catalyseur surveillé par un procédé selon l'invention ; et - la figure 2 est un graphique présentant le schéma de décision de ce procédé. [0008] La figure 1 présente un collecteur d'échappement 4 recevant les gaz produits par un moteur thermique du type Diesel 2, pour les conduire vers la turbine 6 d'un turbocompresseur de suralimentation des gaz d'admission. [0009] En sortie de la turbine 6, les gaz traversent un catalyseur DOC d'oxydation du monoxyde d'azote NO, du monoxyde de carbone CO et des hydrocarbures imbrûlés HC, pour obtenir un taux plus important de dioxyde d'azote NO2, ainsi que du gaz carbonique CO2 et de la vapeur d'eau H2O. [0010] On trouve ensuite successivement après le catalyseur d'oxydation 8, un capteur amont de mesure des oxydes d'azote NOx 10, un injecteur d'urée dans la ligne d'échappement 12, un système de post-traitement sélectif « SCR » (Selective Catalytic Reduction), qui utilise la solution d'urée dérivée de l'ammoniac pour transformer une grande partie des dioxydes d'azote NO2 en azote N2 et en vapeur d'eau H2O. [0011] On trouve ensuite un filtre à particules 18 comprenant une sonde de pression différentielle 16 entre l'amont et l'aval, permettant de détecter une trop forte différence de pression indiquant une obturation de ce filtre, et enfin au niveau de la sortie de l'échappement, un capteur aval de mesure des oxydes d'azote 20, et un capteur 22 de mesure des suies rejetées par cet échappement. [0012] Les différents capteurs de la ligne d'échappement sont généralement gérés par le calculateur de gestion du moteur thermique. [0013] Le procédé utilise le rapport R qui est le ratio entre le monoxyde d'azote NO et le dioxyde d'azote NO2. Pour un catalyseur d'oxydation 8 fonctionnel, le rapport R en amont de ce catalyseur est très grand comparé à celui en aval. Pour un catalyseur d'oxydation 8 défaillant, le rapport R en amont est légèrement plus grand ou égal à celui en aval. Il est donc possible de comparer les rapports R entre amont et aval du catalyseur d'oxydation 8, pour juger de son efficacité. [0014] Le capteur d'oxydes d'azote 10 informe le calculateur sur le taux global d'oxydes d'azote NOx, comprenant à la fois le monoxyde NO et le dioxyde NO2, sans donner d'information sur la répartition entre ces deux gaz. Les différentes technologies de capteurs disponibles ne peuvent pas aujourd'hui établir de manière séparée les valeurs pour ces deux oxydes. [0015] Par ailleurs, le capteur d'oxydes d'azote 10 a un comportement différent en fonction de son exposition au monoxyde d'azote NO ou au dioxyde d'azote NO2, caractérisé par un taux appelé « cross sensitivity » ou « sensibilité croisée », donnant pour une même exposition à ces deux oxydes des valeurs du signal différentes. [0016] En particulier, l'état de l'art pour les capteurs d'oxydes d'azote utilisés, montre qu'on a un rapport d'environ 80% entre les résultats des mesures des deux oxydes, comprenant pour une exposition à 100ppm de monoxyde d'azote NO un signal indiquant un taux global de 100ppm des deux oxydes, et pour une exposition à 100ppm de dioxyde d'azote NO2 un signal indiquant un taux global de 80ppm de ces deux oxydes. [0017] En effet, la molécule de dioxyde d'azote NO2 étant plus grande en taille que la molécule du monoxyde d'azote NO, sa diffusion moléculaire dans le capteur est plus faible, et par conséquent, les capteurs ne peuvent pas absorber la totalité du dioxyde d'azote NO2 rencontré. [0018] De plus, le retour d'expérience montre que le taux « cross sensitivity » d'environ 80% reste constant dans le temps pour chaque capteur 10. Il est alors possible pour chacun des ces capteurs 10 de caractériser son taux propre précisément, par exemple par une mesure faite en atelier à la fin de sa production, et de l'intégrer en mémoire morte dans le calculateur afin d'améliorer la précision de fonctionnement du procédé. [0019] Le procédé utilise un modèle de fonctionnement du moteur thermique 2 et du catalyseur généralement déjà présent dans le calculateur de gestion du moteur, qui calcule dans la ligne d'échappement au niveau du capteur d'oxydes d'azote 10, pour un point de fonctionnement particulier de ce moteur au cours d'un roulage, le flux total d'oxydes d'azote NOx « E » ainsi que le rapport « R » monoxyde d'azote NO sur dioxyde d'azote NO2 théoriquement obtenus. Le capteur 10 effectue à ce même moment une mesure « S » du flux réel d'oxydes d'azote. Les différentes valeurs obtenues E, R S sont stockées dans une mémoire. [0020] La figure 2 présente à un moment ultérieur, une première décision 30 qui compare la valeur calculée El de flux d'oxydes d'azote, à celle stockée en mémoire E. Si elle est différente, on repart au début du cycle. Si elle est égale avec E=E1, on passe à la deuxième décision 32. [0021] La deuxième décision 32 compare la valeur calculée R1 du rapport monoxyde d'azote NO sur dioxyde d'azote NO2, à celle stockée en mémoire R. Si elle est différente, on repart au début du cycle. Si elle est égale avec R=R1, on passe à la troisième décision 34. Dans ce cas on a donc bien un flux théorique identique d'oxydes d'azote, comprenant la même valeur de flux total E et le même rapport des deux oxydes R. [0022] La troisième décision 34 compare la valeur du flux d'oxydes d'azote mesurée à ce moment S1, à celle stockée en mémoire S. Si elle est égale avec S=S1, alors le fonctionnement du catalyseur d'oxydation 8 est resté identique entre ces deux mesures effectuées. On en déduit qu'il est toujours dans le même état, et on repart au début du cycle. [0023] Si la mesure est différente, alors le fonctionnement du catalyseur d'oxydation 8 a changé entre ces deux mesures effectuées, on en déduit qu'il n'a plus la même efficacité, et on émet un signal 36 indiquant cette défaillance. En effet, l'écart observé de la mesure S est lié à une modification du rapport réel R qui devient plus riche en monoxyde d'azote NO. [0024] On contrôle ainsi de manière simple, efficace et économique, avec seulement des compléments de logiciels contenus dans le calculateur moteur, sans ajouter de matériel sur le véhicule, la continuité de fonctionnement du catalyseur d'oxydation 8. [0025] On peut en particulier effectuer des séries de calculs et de mesures associées pour différentes valeurs de flux d'oxydes d'azote E et de rapport R, correspondant à différents points de fonctionnement du moteur thermique 2, afin de contrôler de manière régulière au cours de la vie du véhicule l'évolution du catalyseur d'oxydation 8 pour ces différents points.30

Claims

REVENDICATIONS: 1 - Procédé d'évaluation de l'efficacité d'un catalyseur d'oxydation des oxydes d'azote DOC (8) rejetés par un moteur à combustion interne du type Diesel (2), utilisant un capteur d'oxydes d'azote NOx (10) disposé dans la ligne d'échappement en aval du catalyseur, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes, il calcule pour un point de fonctionnement du roulage avec un modèle de fonctionnement du moteur (2) et de son catalyseur (8), au niveau du capteur (10), le flux d'oxydes d'azote (E) ainsi que le rapport (R) monoxyde d'azote NO sur dioxyde d'azote NO2 théoriquement obtenus, il effectue à ce même moment par le capteur (10) une mesure (S) du flux d'oxydes d'azote, ces valeurs (E, R S) étant stockées dans une mémoire, puis lors d'un roulage suivant avec un flux d'oxydes d'azote (El ) et un rapport (R1) calculés identiques, il compare la valeur d'oxydes d'azote mesurée à ce moment (S1) avec celle mémorisée (S) pour, si elle est différente, détecter une perte d'efficacité du catalyseur.
2 - Procédé d'évaluation selon la revendication 1, caractérisé en que le roulage suivant avec un flux d'oxydes d'azote (El ) et un rapport (R1) calculés identiques, est déterminé par une première décision (30) comparant la valeur calculée de flux d'oxydes d'azote (El ) à celle mémorisée (E), puis, si elle est égale, par une deuxième décision (32) comparant la valeur calculée du rapport (R1) à celle mémorisée (R).
3 - Procédé d'évaluation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il utilise une valeur de caractérisation propre du capteur (6) effectuée à l'origine et conservée en mémoire, donnant le rapport du signal pour une même exposition au monoxyde d'azote NO et au dioxyde d'azote NO2.
4 - Procédé d'évaluation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il effectue des séries de calculs (E, R) et de mesures associées (S) pour différents points de fonctionnement du moteur thermique (2), et il contrôle l'évolution du catalyseur d'oxydation (8) pour ces différents points.
5 - Véhicule automobile équipé d'un catalyseur d'oxydation des oxydes d'azote DOC (8) rejetés par un moteur à combustion interne du type Diesel (2), et d'un capteur d'oxydes d'azote NOx (10) disposé dans la ligne d'échappement en aval du catalyseur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens mettant en oeuvre un procédé d'évaluation de l'efficacité de ce catalyseur (8) réalisé selon l'une quelconque des revendications précédentes.