FR2927948A1 - Procede et systeme de diagnostic de dysfonctionnement d'un systeme de traitement des gaz d'echappement. - Google Patents

Abstract

Système de diagnostic de dysfonctionnement d'un dispositif de traitement des gaz d'échappement issus d'un moteur à combustion interne (1) de véhicule automobile, tel qu'un piège à oxydes d'azote (3), comportant un organe de diagnostic (13) avec une mémoire capable d'enregistrer des données d'information relatives au système de traitement des gaz d'échappement, données qui ont été déterminées à l'aide d'un modèle d'estimation (7). Le système comprend des moyens (8, 9) pour comparer avec des seuils les valeurs de paramètres utilisés dans le modèle d'estimation, des moyens pour valider ou non chaque donnée d'information en fonction de la comparaison effectuée sur chaque paramètre, des moyens pour calculer la proportion des données validées pour chaque paramètre par rapport au total des données, des moyens pour comparer à un seuil ladite proportion pour chaque paramètre et un moyen de diagnostic recevant le résultat de l'ensemble des comparaisons de proportions.

Description

B07-2868FR -AXC/EVH Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Procédé et système de diagnostic de dysfonctionnement d'un système de traitement des gaz d'échappement Invention de : Axel VANNIER Pascal BARRILLON Emmanuel POILANE

Procédé et système de diagnostic de dysfonctionnement d'un système de traitement des gaz d'échappement L'invention a pour objet le diagnostic de dysfonctionnement d'un système de traitement des gaz d'échappement issus d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. L'invention peut être appliquée à différents types de systèmes de traitement, et en particulier à des pièges à oxydes d'azote (NOx) ou d'autres systèmes de piégeage de gaz polluants se trouvant dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Afin de limiter au maximum les émissions de gaz polluants émis par les véhicules automobiles, on dispose des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement des moteurs, et en particulier des moteurs de type Diesel. Ces systèmes de post-traitement permettent de réduire, en particulier, les émissions de particules et de gaz polluants tels que les oxydes d'azote, le monoxyde de carbone ou les hydrocarbures imbrûlés subsistant dans les gaz d'échappement. Certains systèmes de post-traitement utilisés fonctionnent de manière discontinue ou alternative. En fonctionnement normal, ces systèmes piègent les polluants et ne les traitent que lors de phases spécifiques dites de régénération . Au cours de telles phases de régénération, ces systèmes de post-traitement nécessitent des modes de combustion spécifiques afin d'obtenir les niveaux de température et/ou de richesse nécessaires à la régénération.

Les véhicules automobiles sont équipés aujourd'hui d'un dispositif de diagnostic embarqué (appelé en anglais On Board Diagnostic OBD ). Un tel système permet de diagnostiquer et d'établir un historique de tous dysfonctionnements risquant d'entraîner un non respect des normes de pollution appliquées au véhicule. Un tel dispositif de diagnostic permet également d'informer le conducteur de tout dysfonctionnement concernant la pollution générée par le véhicule et de stocker les données d'information relatives au post-traitement dans une mémoire prévue dans le calculateur embarqué dans le véhicule. Les informations concernant le fonctionnement du moteur et de ses organes associés, et en particulier des systèmes de post-traitement, sont générées par le calculateur et transmises au dispositif de diagnostic embarqué OBD.

I1 est important que les données d'information fournies au dispositif de diagnostic OBD soient fiables, afin d'éviter des erreurs de diagnostic entraînant des alertes non justifiées ou au contraire, des absences de détection en cas de défaut effectif. On connaît des procédés et dispositifs capables d'estimer une masse d'oxydes d'azote stockés dans un dispositif de piégeage catalytique comme décrit dans la demande de brevet français n° 2 856 741 (RENAULT) ou dans la demande de brevet européen n° 1 591 638 (PSA). Dans ces procédés et dispositifs connus, on utilise des stratégies de contrôle du moteur basées sur l'estimation de différents paramètres. Les paramètres nécessaires à la stratégie de contrôle sont calculés à partir de modèles d'estimation et ne correspondent pas tous à des mesures physiques obtenues par exemple par des capteurs. Ces modèles d'estimation correspondent à une approche de phénomènes physiques très souvent complexes et ne sont capables de garantir une bonne modélisation de ces phénomènes que sur des plages spécifiques des paramètres dont ils dépendent. Or, il peut arriver, dans certaines situations de fonctionnement, que le modèle soit utilisé en dehors de son domaine de validité optimale. Les données d'information estimées calculées par le modèle peuvent alors être fausses. Une telle situation se rencontre en particulier lors de la mise en oeuvre d'un modèle d'estimation du chargement en oxydes d'azote d'un piège à oxydes d'azote monté dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion. Le modèle détermine la masse d'oxydes d'azote pendant la phase de chargement du piège, le moteur fonctionnant en mélange pauvre. Différents paramètres sont utilisés dans le modèle d'estimation tels que la température du piège à oxydes d'azote, le débit d'oxydes d'azote issus du moteur, ou encore la quantité d'oxydes d'azote déjà présente dans le piège. De la même manière, le vieillissement du piège à oxydes d'azote entraîne une dégradation de la capacité de stockage des gaz polluants. Ainsi, plus le vieillissement est prononcé, plus l'estimation du modèle s'éloigne de la masse réellement contenue dans le piège à oxydes d'azotes.

La présente invention a pour objet d'améliorer la fiabilité et la robustesse du diagnostic effectué à partir des données enregistrées dans un dispositif de diagnostic embarqué ( OBD ). Selon un premier aspect, il est proposé un procédé de diagnostic de dysfonctionnement d'un système de traitement des gaz d'échappement issus d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Le procédé comprend la transmission à un organe de diagnostic, de données d'information estimées relatives au système de traitement des gaz d'échappement et l'enregistrement de ces données d'information dans une mémoire.

Le procédé comprend également une étape au cours de laquelle on détermine la validité des données d'information estimées, une étape où l'on compare à un seuil la proportion desdites données non valides par rapport à la totalité desdites données et une étape au cours de laquelle on enregistre le résultat de la comparaison afin d'établir le diagnostic. De cette manière, seules les données d'information validées sont prises en compte lors de l'établissement du diagnostic. Le diagnostic est donc plus exact. Pour déterminer la validité des données d'information estimées, on tient compte de préférence, de plages de valeurs de paramètres utilisés lors de l'estimation desdites données. Les paramètres utilisés peuvent avantageusement comprendre des paramètres caractérisant l'efficacité du système de traitement des gaz d'échappement et des paramètres caractérisant le débit des gaz à traiter issus du moteur. En tenant compte de plages de valeurs pour lesquelles le modèle d'estimation fournit des données d'information estimées correctes, les données estimées par le modèle peuvent être validées ou au contraire éliminées du futur diagnostic. On peut ainsi caractériser la validité des données d'information transmises à l'organe de diagnostic par le modèle d'estimation. Selon un mode de mise en oeuvre avantageux, on compare en outre à un seuil certaines conditions supplémentaires comprenant par exemple l'état dans le temps du système de traitement des gaz d'échappement et la masse des gaz à traiter issus du moteur. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, appliqué au cas où le système de traitement des gaz d'échappement est un piège à oxydes d'azote, les données d'information estimées relatives au système de traitement des gaz d'échappement sont des données estimées de la masse d'oxydes d'azote dans le piège. Selon un deuxième aspect, il est également proposé un système de diagnostic de dysfonctionnement d'un dispositif de traitement des gaz d'échappement issus d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, tel qu'un piège à oxydes d'azote, comportant un organe de diagnostic avec une mémoire capable d'enregistrer des données d'information relatives au système de traitement des gaz d'échappement, données qui ont été déterminées à l'aide d'un modèle d'estimation. Le système comprend des moyens pour comparer avec différents seuils les valeurs de paramètres utilisés dans le modèle d'estimation, des moyens pour valider ou non chaque donnée d'information en fonction de la comparaison effectuée sur chaque paramètre, des moyens pour calculer la proportion des données validées pour chaque paramètre par rapport au total des données, des moyens pour comparer à un seuil ladite proportion pour chaque paramètre et un moyen de diagnostic recevant le résultat de l'ensemble des comparaisons de proportions. Dans un mode de réalisation avantageux, le système comprend en outre des moyens pour vérifier des conditions supplémentaires comprenant notamment l'état dans le temps du système de traitement des gaz d'échappement et la masse des gaz à traiter issus du moteur. Dans une application à un piège pour oxydes d'azote ou autres gaz polluants, les conditions supplémentaires comprennent par exemple, la réalisation de la dernière purge du piège, l'état de vieillissement du piège et la masse des gaz polluants estimée.

Le système comprend de préférence un masque de comparaison recevant l'ensemble des résultats de comparaison précités et capable d'émettre en direction de l'organe de diagnostic, un bit de validité concernant les données d'information en fonction du résultat de la comparaison. Grâce à ces dispositions, les valeurs de certains paramètres pour lesquels l'écart entre la valeur réelle et la valeur estimée devient trop important peuvent être éliminées de l'enregistrement dans l'organe de diagnostic embarqué (OBD) ou convenablement caractérisées de façon à ne pas être prises en compte lors de l'établissement du diagnostic. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif, illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement les principaux éléments d'un système de diagnostic de dysfonctionnements d'un piège pour oxydes d'azote ; et - la figure 2 montre un mode de réalisation des principaux organes illustrés sur la figure 1.

On va maintenant expliquer l'invention à partir d'un exemple qui concerne un piège à oxydes d'azote, étant entendu que l'invention peut s'appliquer à d'autres systèmes de post-traitement. Comme illustré à la figure 1, un moteur à combustion interne 1 dont les gaz d'échappement sont véhiculés par une ligne d'échappement 2, est équipé d'un système de post-traitement 3 qui est ici un piège à oxydes d'azote. Une unité électronique de commande 4 comprend différents éléments capables de contrôler et commander le fonctionnement du moteur 1 par des échanges d'information par la connexion référencée 5. L'unité électronique de commande 4 reçoit également des informations en provenance du piège à oxydes d'azote 3 par la connexion 6. On a représenté schématiquement les principaux éléments de l'unité électronique de commande 4 qui intéressent la présente invention. I1 s'agit en particulier d'un bloc de calcul référencé 7 dans son ensemble, qui comprend un modèle d'estimation du chargement en oxydes d'azote (NOx) du piège à oxydes d'azote 3. Ce modèle permet de calculer la masse de NOx stockée par le piège à oxydes d'azote 3 pendant sa phase de chargement lors de laquelle le moteur à combustion 1 fonctionne en mélange pauvre. La détermination de cette masse de NOx stockée permet notamment, lorsqu'elle atteint un seuil déterminé, de déclencher une phase de régénération du piège à oxydes d'azote 3, au moyen d'une élévation de température qui peut être obtenue par exemple en modifiant le fonctionnement du moteur à combustion interne 1, en augmentant la richesse du mélange alimentant le moteur. La masse d'oxydes d'azote NOx stockée est estimée dans le bloc de calcul 7 au moyen d'un modèle d'estimation, à partir de différents paramètres qui comprennent par exemple la température au sein du piège à oxydes d'azote 3, le débit des gaz qui le traversent ou encore la quantité d'oxydes d'azote déjà présente dans le piège 3. Pour certaines valeurs de ces paramètres, la modélisation des phénomènes physiques dans le bloc de calcul 7 n'est pas suffisamment précise, voire incohérente. Les estimations effectuées en effet en dehors d'une zone de validité de certains paramètres sont inutilisables car elles ne sont pas représentatives du phénomène modélisé. De même, le vieillissement du piège à oxydes d'azote en fonction de sa température lors de la phase de chargement en particulier, entraîne une dégradation de la capacité de stockage des oxydes d'azote NOx. Plus le vieillissement est important, plus l'estimation du modèle s'éloigne de la réalité physique, de sorte que la masse estimée pour les oxydes d'azote contenus dans le piège ne correspond plus à la masse réellement contenue dans ledit piège. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, l'unité de contrôle électronique 4 comprend un premier bloc de comparaison 8 pour différents paramètres utilisés dans le modèle d'estimation du bloc 7, ces paramètres caractérisant l'efficacité de piégeage du piège à oxydes d'azote 3. Un deuxième bloc de comparaison de paramètres, référencé 9, effectue une comparaison similaire pour des paramètres utilisés également dans le modèle d'estimation contenu dans le bloc 7, ces paramètres caractérisant cette fois le débit des oxydes d'azote en sortie du moteur 1. Enfin, l'unité électronique de commande comprend encore un bloc de comparaison 10 pour différentes conditions supplémentaires qui seront explicitées par la suite. Les sorties 11 des blocs de comparaison 8, 9 et 10 sont amenées à l'entrée d'un masque de comparaison 12, qui émet en sortie un bit de validité qui est transmis à l'entrée d'un dispositif de diagnostic embarqué ( OBD ) référencé 13. Le dispositif OBD comprend une mémoire capable d'enregistrer les données d'information concernant le fonctionnement du piège à oxydes d'azote 3, après qu'elles aient été validées par les blocs de comparaison 8, 9 et 10. En se reportant à la figure 2, on retrouve les blocs de comparaison 8, 9 et 10.

Toutes les lignes de comparaison du bloc 8 sont analogues et concernent chacune un paramètre caractérisant l'efficacité de piégeage du piège à oxydes d'azote 3. Dans l'exemple illustré, six paramètres caractérisant l'efficacité de piégeage ont été retenus et font l'objet d'une comparaison dans le bloc 8.

I1 s'agit de la température régnant dans le piège à oxydes d'azote 3, du débit des oxydes d'azote issus du moteur 1, du rapport entre la masse d'oxydes d'azote stockée et la capacité totale de stockage du piège 3 (indiqué sur la figure 2 rapport NS/NSC ). Les autres paramètres sont la masse de soufre contenue dans le piège à oxydes d'azote 3, le soufre ayant un effet négatif sur le fonctionnement du piège 3, le vieillissement thermique du piège 3 et différents signaux correspondant à des défauts de capteurs utilisés dans le modèle d'estimation contenu dans le bloc 7, en vue de caractériser l'efficacité du piégeage.

Chacun de ces paramètres fait l'objet d'une comparaison dans l'un des blocs référencés 14 sur la figure 2.Les paramètres de température et de débit sont comparés à un seuil variable en fonction de la phase de fonctionnement. C'est ce que l'on a noté sur la figure 2 dans les blocs 14 correspondants, sous l'expression comparaison gabarit , le gabarit étant un seuil variable. Les différents signaux relatifs aux défauts des capteurs utilisés sont comparés simultanément à un masque, c'est-à-dire à une pluralité de seuils. Le signal déterminant la phase de fonctionnement du piège à oxydes d'azote est amené par la ligne de connexion 15 sur l'entrée d'une pluralité de blocs ET 16 qui sont présents sur chaque ligne de comparaison correspondant à chacun des paramètres en question. Chaque bloc ET 16 reçoit sur son autre entrée le résultat de la comparaison effectuée dans le bloc 14 correspondant. Le signal de sortie de chaque bloc ET 16 est amené à un bloc 17 réalisant une intégration en fonction du temps du paramètre considéré, mais uniquement pour les valeurs qui sont inférieures au seuil à partir duquel se fait la comparaison dans le bloc de comparaison 14. Le bloc d'intégration 17 permet donc d'obtenir la proportion de la masse d'oxydes d'azote mNOx qui correspond à une plage du paramètre correspondant dans laquelle ledit paramètre permet une estimation correcte par le modèle d'estimation contenu dans le bloc 7. I1 s'agit donc de la proportion valide de la masse d'oxydes d'azote mNOx. Un bloc d'intégration 18 commun à l'ensemble des lignes de comparaison des blocs 8 et 9, calcule la masse totale des oxydes d'azote estimée, qu'elle soit valide ou non valide, c'est-à-dire quelle que soit la plage de valeur des différents paramètres utilisés pour l'estimation. Le résultat de cette intégration issu du bloc d'intégration 18, est amené par la ligne 19 à l'une des entrées d'une pluralité de blocs diviseurs 20 qui reçoivent sur leur deuxième entrée la proportion calculée par les blocs d'intégration 17 de la masse d'oxydes d'azote valide. Le résultat de la division effectuée dans le bloc 20 est donc la proportion des données d'information non valides par rapport à la totalité des données d'information. Ce rapport est comparé à un seuil pour chacun des paramètres considérés dans un bloc de comparaison 21. Le résultat de la comparaison de chacun des blocs de comparaison 21 est amené par les différentes connexions 1l à l'entrée du masque de comparaison 12.

L'architecture du bloc de comparaison 9 est similaire à celle du bloc de comparaison 8. Dans le bloc de comparaison 9 illustré sur la figure 2, on a pris en considération quatre paramètres ou ensembles de paramètres qui caractérisent le débit d'oxydes d'azote à la sortie du moteur 1. Ces paramètres sont le point de fonctionnement du moteur, différentes conditions extérieures telles que la température extérieure et la pression atmosphérique, différents paramètres relatifs à une boucle de recirculation partielle des gaz d'échappement prévue dans le moteur à combustion 1 (notée EGR) et enfin, différents signaux constatant un défaut de fonctionnement de capteurs utilisés pour la détermination du débit des oxydes d'azote issus du moteur 1. Les paramètres relatifs au point de fonctionnement du moteur et aux conditions extérieures font l'objet d'une comparaison dans les blocs 22 et 23 avec des cartographies mémorisées établies en fonction de la validité du modèle d'estimation par rapport à ces paramètres. Les paramètres relatifs à la boucle de recirculation EGR sont examinés dans un bloc 24 qui détermine l'activation ou non de ladite boucle et son état de fonctionnement. Enfin, les différents signaux relatifs aux défauts des capteurs utilisés sont comparés dans un bloc 25 à un masque de comparaison comprenant une pluralité de seuils. Les résultats des différentes comparaisons des blocs 22, 23, 24 et 25 sont amenés sur l'une des entrées de l'un des blocs ET 16, analogues à ceux du bloc de comparaison 8, les blocs ET 16 recevant également sur leur deuxième entrée, le signal provenant de la ligne 15 qui caractérise la phase de fonctionnement du piège à oxydes d'azote 3.On retrouve également, de la même manière que dans le bloc 8, les blocs d'intégration 17 qui ont la même fonction que précédemment ainsi que les blocs 20 et les blocs 21 pour chacun des paramètres ou groupes de paramètres considérés dans le bloc de comparaison 9. La sortie des différents blocs de comparaison est également amenée par les connexions 11 sur l'entrée du bloc de comparaison par masque, référencé 12. Le bloc de comparaison 10 s'intéresse, à titre d'exemple comme illustré sur la figure 2, à trois conditions supplémentaires. La première condition est relative à la régénération du piège à oxydes d'azote. Dans un bloc 26, il est vérifié que la dernière purge de régénération du piège à oxydes d'azote 3 s'est déroulée convenablement. Une deuxième condition porte sur le kilométrage total parcouru par le véhicule depuis le début du fonctionnement du piège à oxydes d'azote NOx. Le bloc 25 permet, à partir de ce kilométrage, de tenir compte du vieillissement dans le temps du piège à oxydes d'azote et des matériaux catalytiques qui y sont contenus. Enfin, un troisième bloc 28 tient compte d'une condition supplémentaire sur la valeur de la masse d'oxydes d'azote estimée mNOx, qui doit être comprise entre des valeurs déterminées. Les différentes informations fournies sur ces conditions supplémentaires par les trois blocs 26, 27 et 28 sont amenées par des connexions Il à l'entrée du bloc de comparaison par masque 12.

Celui-ci vérifie que toutes les conditions de validité sont conformes à des valeurs déterminées par calibration lors de la mise au point du système, et introduites dans un masque de calibration 29. Si un bloc de comparaison 30 constate que les conditions retenues sont bien vérifiées, un bit de validité est émis à la sortie et transmis au dispositif 13 de diagnostic embarqué (OBD). Les données d'information concernant la masse d'oxydes d'azote déterminée par le modèle d'estimation contenant le bloc 7 sur la figure 1, sont alors considérées comme valides et sont mémorisées dans la mémoire contenue dans le dispositif de diagnostic 13. Dans le cas contraire, les données concernant l'estimation de la masse d'oxydes d'azote sont considérées comme incorrectes et ne sont pas enregistrées dans la mémoire du dispositif de diagnostic 13. En variante, ces données peuvent être enregistrées avec un bit de validité qui indique leur caractère incorrect.

I1 est ainsi possible de prendre en compte uniquement les données estimées qui ont été validées, ce qui permet d'éviter des erreurs de diagnostic dues à la prise en compte de données d'information erronées.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Procédé de diagnostic de dysfonctionnement d'un système de traitement des gaz d'échappement issus d'un moteur à combustion interne (1) de véhicule automobile comprenant la transmission à un organe de diagnostic (13), de données d'information estimées relatives au système de traitement des gaz d'échappement, et l'enregistrement de ces données d'information dans une mémoire, caractérisé par le fait qu'on détermine la validité des données d'information estimées, on compare à un seuil la proportion desdites données non valides par rapport à la totalité desdites données et on enregistre le résultat de la comparaison afin d'établir le diagnostic.

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel, pour déterminer la validité des données d'information estimées, on tient compte de plages de valeurs de paramètres utilisés lors de l'estimation desdites données.

3. Procédé selon la revendication 2 les paramètres utilisés comprennent des paramètres caractérisant l'efficacité du système de traitement des gaz d'échappement et des paramètres caractérisant le débit des gaz à traiter issus du moteur.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on compare en outre à un seuil, différentes conditions supplémentaires comprenant l'état dans le temps du système de traitement des gaz d'échappement et la masse des gaz à traiter issus du moteur.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le système de traitement des gaz d'échappement est un piège à oxydes d'azote (3), les données d'information estimées relatives au système de traitement des gaz d'échappement étant des données estimées de la masse d'oxydes d'azote dans le piège (3).

6. Système de diagnostic de dysfonctionnement d'un dispositif de traitement des gaz d'échappement issus d'un moteur à combustion interne (1) de véhicule automobile, tel qu'un piège à oxydes d'azote (3), comportant un organe de diagnostic (13) avec une mémoire capable d'enregistrer des données d'information relatives au système detraitement des gaz d'échappement, données qui ont été déterminées à l'aide d'un modèle d'estimation (7), caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens (8, 9) pour comparer avec des seuils les valeurs de paramètres utilisés dans le modèle d'estimation, des moyens pour valider ou non chaque donnée d'information en fonction de la comparaison effectuée sur chaque paramètre, des moyens pour calculer la proportion des données validées pour chaque paramètre par rapport au total des données, des moyens pour comparer à un seuil ladite proportion pour chaque paramètre et un moyen de diagnostic recevant le résultat de l'ensemble des comparaisons de proportions.

7. Système selon la revendication 6 comprenant en outre des moyens (10) pour vérifier des conditions supplémentaires comprenant l'état dans le temps du système de traitement des gaz d'échappement et la masse des gaz à traiter issus du moteur.

8. Système selon la revendication 7 pour un piège pour oxydes d'azote (3) ou autres gaz polluants dans lequel les conditions supplémentaires comprennent la réalisation de la dernière purge du piège, l'état de vieillissement du piège (3) et la masse des gaz polluants estimée.

9. Système selon l'une des revendications 6 à 8 comprenant un masque de comparaison (12) recevant l'ensemble des résultats de comparaison précités et capable d'émettre en direction de l'organe de diagnostic, un bit de validité concernant une donnée d'information en fonction du résultat de la comparaison.