FR2958971A1

FR2958971A1 - Dispositif et procede de diagnostic de l'absence d'un filtre a particules

Info

Publication number: FR2958971A1
Application number: FR1052833A
Authority: FR
Inventors: Cyril Camescasse; Matthieu Fifis
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2011-10-21
Anticipated expiration: 2030-04-14
Also published as: FR2958971B1

Abstract

L'invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, en particulier dans l'élimination des particules. Elle concerne un dispositif et un procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, le filtre à particules comportant un substrat dont au moins une partie est imprégnée de catalyseur à oxydation. Selon l'invention, le procédé comprend les étapes suivantes : - déterminer une évolution du taux d'oxygène au niveau d'une entrée du filtre à particules sur une durée prédéterminée, - déterminer une évolution du taux d'oxygène au niveau d'une sortie du filtre à particules pendant la durée prédéterminée, - déterminer si le filtre à particules est absent par comparaison des évolutions des taux d'oxygène au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE DIAGNOSTIC DE L'ABSENCE D'UN FILTRE A PARTICULES [0001 L'invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, en particulier dans l'élimination des particules. Elle concerne un dispositif et un procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules. [0002 Lors de la combustion d'un mélange d'air et de carburant dans un moteur à combustion interne, tel qu'un moteur Diesel ou un moteur à essence, des polluants sont émis dans la ligne d'échappement du moteur. Ces polluants sont principalement des hydrocarbures imbrûlés (HC), des oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2) et des oxydes de carbone (monoxyde de carbone CO et dioxyde de carbone CO2). Dans le cas des moteurs Diesel et des moteurs à injection directe essence, des particules de suie sont également émises. Ces particules sont essentiellement composées de carbone et ont typiquement une taille comprise entre quelques nanomètres et un micromètre. [0003] Les normes environnementales en matière de dépollution des gaz d'échappement imposent l'installation de systèmes de post-traitement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement des moteurs. La ligne d'échappement d'un moteur est généralement au moins munie d'un catalyseur, par exemple un catalyseur à trois voies permettant la réduction des oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, l'oxydation des monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau. Elle peut également être munie, notamment dans le cas d'un moteur Diesel ou à injection directe essence, d'un filtre à particules. Les filtres à particules employés dans le domaine automobile comportent le plus souvent des matrices en céramique intégrant de nombreux canaux parallèles. Durant le fonctionnement du moteur à combustion interne, le filtre à particules est soumis alternativement à des phases de filtration et de régénération. Lors des phases de filtration, les particules s'accumulent dans le filtre, conduisant à la formation d'une couche de suie sur les parois. Lors des phases de régénération, les suies sont éliminées, en général par combustion. [0004] Les normes environnementales évoluent en direction d'une obligation de vérification de la présence d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne. En effet, un filtre à particules tend à diminuer les performances d'un moteur à combustion interne. Il existe donc un risque que le filtre à particules soit retiré afin de gagner en performances. [0005] Une solution pour vérifier la présence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne consiste à mesurer la pression différentielle entre l'entrée et la sortie du filtre à particules. En présence d'un filtre à particules, la pression en entrée est toujours plus élevée que celle en sortie. En revanche, si le filtre à particules a été retiré, l'écart de pressions est nul ou quasi nul. Cette solution nécessite l'implantation de deux capteurs de pression ou d'un capteur de pression différentielle, de canalisations reliant les entrées des capteurs à la ligne d'échappement, et d'un faisceau électrique reliant les capteurs de pression à des moyens de contrôle, par exemple un système de diagnostic embarqué. L'implantation des capteurs de pression et des canalisations n'est pas sans difficulté du fait du faible espace disponible. En outre, cette solution est relativement couteuse à cause de la présence des capteurs de pression. [0006] Un but de l'invention est notamment de pallier tout ou partie des inconvénients précités en proposant un procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules qui ne nécessite pas de capteurs de pression et qui soit réalisable à faible coût. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, le filtre à particules comportant un substrat dont au moins une partie est imprégnée de catalyseur à oxydation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - déterminer une évolution du taux d'oxygène au niveau d'une entrée du filtre à particules sur une durée prédéterminée, - déterminer une évolution du taux d'oxygène au niveau d'une sortie du filtre à particules pendant la durée prédéterminée, - déterminer si le filtre à particules est absent par comparaison des évolutions des taux d'oxygène au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules. [0007] Selon un premier mode de réalisation, les évolutions des taux d'oxygène au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules pendant la durée prédéterminée sont sensiblement sinusoïdales d'amplitudes respectives AE et AS, la détermination de la présence ou de l'absence du filtre à particules étant réalisée en comparant les amplitudes AE et As. [000s] Le rapport de l'amplitude AS sur l'amplitude AE peut être comparé à un seuil prédéterminé, le filtre à particules étant déclaré présent si le rapport est inférieur au seuil prédéterminé, et absent sinon. [0009] Selon un deuxième mode de réalisation, le taux d'oxygène au niveau de l'entrée du filtre à particules évolue brusquement entre une première valeur et une deuxième valeur plus élevée que la première et reste sensiblement constant à la deuxième valeur pendant la durée prédéterminée, le taux d'oxygène au niveau de la sortie du filtre à particules évoluant entre une troisième valeur et une quatrième valeur pendant la durée prédéterminée, le filtre à particules étant déclaré présent si l'écart entre les troisième et quatrième valeurs est inférieur à un seuil prédéterminé, et absent sinon. [0010] Le taux d'oxygène au niveau de l'entrée du filtre à particules peut être régulé par la richesse du mélange air-carburant injecté dans le moteur à combustion interne. [0011] Les taux d'oxygène au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules 20 sont par exemple déterminés par des sondes à oxygène placées dans la ligne d'échappement en amont et en aval du filtre à particules. [0012] L'invention a également pour objet un dispositif de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, le filtre à particules comportant un substrat dont au moins une partie est 25 imprégnée de catalyseur à oxydation, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens pour déterminer une évolution du taux d'oxygène au niveau d'une entrée du filtre à particules sur une durée prédéterminée, - des moyens pour déterminer une évolution du taux d'oxygène au niveau d'une 30 sortie du filtres à particules pendant la durée prédéterminée, et - des moyens pour déterminer si le filtre à particules est absent par comparaison des évolutions des taux d'oxygène au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules. [0013] Les moyens pour déterminer des évolutions du taux d'oxygène comportent 5 par exemple des sondes à oxygène. [0014] L'invention présente notamment l'avantage qu'elle permet de réutiliser une partie de logiciel relative au diagnostic d'un catalyseur trois voies lorsqu'un tel logiciel est déjà présent. [0015] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la 10 lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard de dessins annexés qui représentent : [0016] L'invention a également pour objet un véhicule comportant un dispositif de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules tel que décrit précédemment. • La figure 1, schématiquement, une partie de ligne d'échappement comportant 15 un filtre à particules et des moyens pour diagnostiquer sa présence selon l'invention ; • La figure 2, des étapes du procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules selon l'invention ; • La figure 3, par un graphique, un exemple d'évolutions de taux d'oxygène dans 20 la partie de ligne d'échappement de la figure 1 au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules lors d'une détection non intrusive ; • La figure 4, par un graphique, un exemple d'évolutions de taux d'oxygène dans la partie de ligne d'échappement de la figure 1 au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules lors d'une détection intrusive. 25 [0017] La figure 1 représente schématiquement une partie de ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne tel qu'un moteur Diesel ou un moteur à injection directe essence. La partie de ligne d'échappement 10 permet de traiter des gaz d'échappement 11. Elle comporte un catalyseur 12 et un filtre à particules 14. Le catalyseur 12 est par exemple un catalyseur à trois voies permettant de réduire les oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, d'oxyder les monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et les hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau. Il peut être encadré, en amont et en aval, de sondes à oxygène 15 et 16 permettant de mesurer la quantité d'oxygène présente dans les gaz d'échappement 11 en entrée et en sortie du catalyseur 12. Les sondes à oxygène sont couramment appelées sondes lambda. La sonde à oxygène 15 en amont du catalyseur 12 permet à un calculateur d'injection, non représenté, de déterminer la richesse du mélange air-carburant à injecter dans les chambres de combustion du moteur pour laquelle l'efficacité du catalyseur 12 sera optimale. La sonde à oxygène 16 en aval du catalyseur 12 permet d'évaluer l'efficacité du catalyseur 12. Le filtre à particules 14 comporte un substrat formé par exemple d'une matrice en céramique intégrant de nombreux canaux parallèles au travers desquels passent les gaz d'échappement 11. Selon l'invention, le substrat du filtre à particules 14 est imprégné au moins en partie de catalyseur à oxydation. La zone imprégnée du substrat est notée 17 sur la figure 1. En outre, la partie de ligne d'échappement 10 comporte une sonde à oxygène 18 en aval du filtre à particules 14, de sorte que le filtre à particules soit encadré de sondes à oxygène permettant de mesurer la quantité d'oxygène présente dans les gaz d'échappement 11 à son entrée et à sa sortie. Dans l'exemple de la figure 1, la sonde à oxygène 16 en aval du catalyseur 12 constitue également la sonde à oxygène en amont du filtre à particules 14. La présence d'un catalyseur n'est cependant pas indispensable dans la mise en oeuvre de l'invention et la sonde à oxygène en amont du filtre à particules 14 n'est pas nécessairement utilisée par le catalyseur 12. Les sondes à oxygène 15, 16 et 18 sont reliées à des moyens de contrôle tels qu'un système de diagnostic embarqué, bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le terme "on-board diagnostic system". [0018] La figure 2 illustre des étapes du procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules. Dans une étape 21, la sonde à oxygène 16 détermine l'évolution du taux d'oxygène en entrée du filtre à particules 14 pendant une durée prédéterminée.

Cette durée peut être de quelques dixièmes de secondes à quelques dizaines de secondes. Dans une étape 22, la sonde à oxygène 18 détermine l'évolution du taux d'oxygène en sortie du filtre à particules 14 pendant la même durée prédéterminée.

Les étapes 21 et 22 sont effectuées simultanément de manière à déterminer les évolutions de taux d'oxygène sur un même intervalle de temps. Dans la mesure où le filtre à particules 14 est au moins partiellement imprégné de catalyseur, il influe sur le taux d'oxygène présent dans les gaz d'échappement. En particulier, la zone imprégnée 17, par sa capacité à stocker de l'oxygène, joue un rôle tampon dans les variations du taux d'oxygène en sortie du filtre à particules 14. Par conséquent, la comparaison des évolutions de taux d'oxygène entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 14 permet de déterminer son influence sur le taux d'oxygène présent dans les gaz d'échappement et, par suite, de vérifier sa présence dans la ligne d'échappement. Ainsi, le procédé selon l'invention comprend une étape 23 consistant à comparer les évolutions de taux d'oxygène entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 14 et à déterminer si le filtre à particules 14 est présent ou non en fonction du résultat de cette comparaison. [0019] Selon une première forme particulière de réalisation, le procédé de diagnostic exploite l'oscillation naturelle du taux d'oxygène présent dans les gaz d'échappement lors du fonctionnement du moteur à combustion interne. Cette première forme de réalisation est nommée détection non intrusive. La figure 3 illustre graphiquement des exemples d'évolutions de taux d'oxygène déterminés par les sondes à oxygène 16 et 18, c'est-à-dire au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules 14. Les taux d'oxygène sont représentés par les tensions délivrées par les sondes à oxygènes 16 et 18. La tension délivrée par une sonde à oxygène est inversement proportionnelle au taux d'oxygène. Une première courbe 31 représente l'évolution du taux d'oxygène en entrée du filtre à particules 14 entre des instants t30 et t31 séparés d'une durée D1. La courbe 31 montre que l'évolution du taux d'oxygène en entrée du filtre à particules 14 est pseudosinusoïdale. Le taux d'oxygène évolue entre une valeur maximale et une valeur minimale, correspondant respectivement à une tension minimale UEmin et à une tension maximale UEmax. L'amplitude entre UEmin et UEmax est notée AE. De même, le taux d'oxygène évalué par la sonde à oxygène 18 évolue de façon pseudosinusoïdale. Cependant, l'amplitude As de l'oscillation du taux d'oxygène au niveau de la sonde à oxygène 18 dépend de la présence ou de l'absence du filtre à particules 14 dans la ligne d'échappement. Une deuxième courbe 32 représente l'évolution, entre les instants t30 et t31, du taux d'oxygène au niveau de la sonde à oxygène 18 en présence du filtre à particules 14 et une troisième courbe 33 représente cette même évolution en l'absence de filtre à particules. En présence du filtre à particules 14, la tension Us représentant le taux d'oxygène au niveau de la sonde à oxygène 18 évolue entre les valeurs Usmin,oK et Usmax,oK. L'amplitude entre Usmin,oi et Usmax,oK est notée As,oK. En l'absence de filtre à particules, la tension Us évolue entre les valeurs Usm;n,NG et USma(,NG• L'amplitude entre ces valeurs est notée AS,NG. L'amplitude As,oK est nettement inférieure à l'amplitude AS,NG. Autrement dit, l'effet tampon de la zone imprégnée 17 du filtre à particules 14 implique un lissage de l'évolution du taux d'oxygène dans les gaz d'échappement entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 14. Il est donc possible de déterminer si le filtre à particules 14 est présent dans la ligne d'échappement par comparaison de l'amplitude AE de l'évolution de la tension UE de la sonde à oxygène 16 à l'amplitude As de l'évolution de la tension Us de la sonde à oxygène 18. En particulier, le rapport de l'amplitude As sur l'amplitude AE peut être comparé à un seuil prédéterminé SA. Si le rapport As sur AE est inférieur au seuil prédéterminé SA, le filtre à particules 14 est déclaré présent, et absent sinon. [0020] Selon une deuxième forme particulière de réalisation, nommée détection intrusive, le taux d'oxygène présent dans les gaz d'échappement en entrée du filtre à particules est forcé à évoluer brusquement entre deux valeurs et l'évolution du taux d'oxygène en sortie du filtre à particules est observée pendant les instants qui suivent cette évolution. La figure 4 illustre graphiquement des exemples d'évolutions de taux d'oxygène déterminés par les sondes à oxygène 16 et 18. Le taux d'oxygène déterminé par la sonde à oxygène 16 est représenté par la richesse du mélange air-carburant. La richesse R est définie comme le rapport d'une masse de carburant sur une masse d'air. Le mélange est dit riche quand le rapport est supérieur à un et pauvre dans le cas contraire. Une première courbe 41 représente l'évolution de la richesse du mélange en entrée du filtre à particules 14 entre des instants t40 et t45. A l'instant t40, le mélange air-carburant est relativement riche. La richesse du mélange à l'instant t40 est notée R1. Elle est égale à 1,04 dans l'exemple de la figure 4. A un instant t41, la richesse chute brusquement de la valeur R1 à une deuxième valeur, notée R2, correspondant à un mélange relativement pauvre. Dans l'exemple de la figure 4, la valeur de la richesse R2 est égale à 0,96. Par conséquent le taux d'oxygène en entrée du filtre à particules 14 augmente brusquement à l'instant t41 entre une première valeur et une deuxième valeur, plus élevée que la première. La richesse du mélange reste sensiblement constante jusqu'à un instant t43 où elle augmente brusquement jusqu'à la valeur R1. Elle reste alors sensiblement constante jusqu'à un instant t44 où elle chute à nouveau brusquement jusqu'à la valeur R2. En raison du rôle tampon de la zone imprégné 17 du filtre à particules 14, le taux d'oxygène dans les gaz d'échappement en sortie du filtre à particules n'évolue en principe pas aussi rapidement que la variation du taux d'oxygène en entrée du filtre. Il est donc possible, en observant l'évolution du taux d'oxygène en sortie du filtre à particules, de déterminer si le filtre est présent ou non. Sur la figure 4, le taux d'oxygène en sortie du filtre à particules 14 est représenté par la tension Us délivrée par la sonde à oxygène 18. Une deuxième courbe 42 représente l'évolution, entre les instants t40 et t45, du taux d'oxygène au niveau de la sonde à oxygène 18 en présence du filtre à particules 14 et une troisième courbe 43 représente cette même évolution en l'absence de filtre à particules. En présence du filtre à particules 14, la tension Us représentant le taux d'oxygène au niveau de la sonde à oxygène 18 évolue entre les valeurs US1 à l'instant t41 et Us2,oK à l'instant t42. L'instant t42 est situé entre les instants t41 et t43. La durée séparant les instants t41 et t42 correspond à la durée d'observation D2 de l'évolution du taux d'oxygène en sortie du filtre à particules 14.

L'écart entre les valeurs de tensions US1 et Us2,0K est noté Es,OK. En l'absence de filtre à particules, la tension Us évolue entre les valeurs US1 à l'instant t41 et US2,NG à l'instant t42. L'écart entre ces valeurs est notée ES,NG. L'écart Es,oK est nettement inférieur à l'écart Es,NG. Autrement dit, l'effet tampon de la zone imprégnée 17 du filtre à particules 14 implique une augmentation plus lente du taux d'oxygène dans les gaz d'échappement en sortie qu'en entrée du filtre à particules 14. L'absence de filtre à particules 14 dans la ligne d'échappement peut donc être déterminée par comparaison de la chute de tension Es de la sonde à oxygène 18 pendant la durée D2 à un seuil prédéterminée SE. Si la chute de tension Es est inférieure au seuil prédéterminé SE, le filtre à particules 14 est déclaré présent, et absent sinon. Dans cette deuxième forme particulière de réalisation, par évolution brutale de la richesse du mélange ou du taux d'oxygène, on entend une évolution sur une durée inférieure à environ un dixième de la durée prédéterminée D2 pendant laquelle est déterminée l'évolution du taux d'oxygène au niveau de la sonde à oxygène 18.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules (14) dans une ligne d'échappement (10) d'un moteur à combustion interne, le filtre à particules (14) comportant un substrat dont au moins une partie (17) est imprégnée de catalyseur à oxydation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - déterminer (21) une évolution du taux d'oxygène (UE) au niveau d'une entrée du filtre à particules (14) sur une durée prédéterminée (D1, D2), - déterminer (22) une évolution du taux d'oxygène (Us) au niveau d'une sortie du filtre à particules (14) pendant la durée prédéterminée (D1, D2), - déterminer si le filtre à particules (14) est absent par comparaison des évolutions des taux d'oxygène (UE, Us) au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules (14).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les évolutions des taux d'oxygène (UE, Us) au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules (14) pendant la durée prédéterminée (D1) sont sensiblement sinusoïdales d'amplitudes respectives AE et As, la détermination de la présence ou de l'absence du filtre à particules (14) étant réalisée en comparant les amplitudes AE et As.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le rapport de l'amplitude As sur l'amplitude AE est comparé à un seuil prédéterminé, le filtre à particules (14) étant déclaré présent si le rapport est inférieur au seuil prédéterminé, et absent sinon.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le taux d'oxygène (UE) au niveau de l'entrée du filtre à particules (14) évolue brusquement entre une première valeur (R1) et une deuxième valeur (R2) plus élevée que la première et reste sensiblement constant à la deuxième valeur (R2) pendant la durée prédéterminée (D2), le taux d'oxygène (Us) au niveau de la sortie du filtre à particules (14) évoluant entre une troisième valeur (Usi) et une quatrième valeur (Us2,oK, Us2,NG) pendant la durée prédéterminée (D2), le filtre à particules (14) étant déclaré présent si l'écart (Es) entre les troisième et quatrième valeurs (Usi, Us2,oK, Us2,NG) est inférieur à un seuil prédéterminé (SE), et absent sinon.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le taux d'oxygène (UE) au niveau de l'entrée du filtre à particules (14) est régulé par la richesse (R) du mélange air-carburant injecté dans le moteur à combustion interne.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les taux d'oxygène (UE, Us) au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules (14) sont déterminés par des sondes à oxygène (16, 18) placées dans la ligne d'échappement (10) en amont et en aval du filtre à particules (14).
7. Dispositif de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules (14) dans une ligne d'échappement (10) d'un moteur à combustion interne, le filtre à particules (14) comportant un substrat dont au moins une partie (17) est imprégnée de catalyseur à oxydation, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens pour déterminer une évolution du taux d'oxygène (UE) au niveau d'une entrée du filtre à particules (14) sur une durée prédéterminée (D1, D2), - des moyens pour déterminer une évolution du taux d'oxygène (Us) au niveau d'une sortie du filtres à particules (14) pendant la durée prédéterminée (D,, D2), et - des moyens pour déterminer si le filtre à particules (14) est absent par comparaison des évolutions des taux d'oxygène (UE, Us) au niveau de l'entrée et de la sortie du filtre à particules (14).
8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel les moyens pour déterminer des évolutions du taux d'oxygène (UE, Us) comportent des sondes à oxygène (16, 18).
9. Véhicule comportant un moteur à combustion interne muni d'une ligne d'échappement (10) permettant d'évacuer des gaz d'échappement d'une chambre de combustion du moteur vers l'atmosphère, la ligne d'échappement (10) comportant un filtre à particules (14) comprenant un substrat dont au moins une partie (17) est imprégnée de catalyseur à oxydation, le véhicule étant caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de diagnostic selon l'une des revendications 7 et 8.