Brevet FR2884862A1 — publié le 20061027

Procédé et dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne. La présente invention concerne le domaine du traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, par exemple de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'une ligne d'échappement d'un tel moteur à combustion interne. On cherche à l'heure actuelle à diminuer au maximum les émissions polluantes de moteurs à combustion interne utilisés dans les véhicules automobiles, et en particulier à réduire ou à éliminer l'émulsion de particules de suies par les moteurs Diesel afin de satisfaire aux normes anti-pollution. A cet effet, on utilise généralement des moyens de régénération permettant de brûler périodiquement les particules piégées dans les filtres à particules, de manière à éviter le colmatage de ces derniers. Ces filtres sont généralement associés à des dispositifs de diagnostic permettant de détecter les éventuels dysfonctionnements des moyens participant à l'élimination des particules. La demanderesse a mis au point un dispositif et procédé de diagnostic de l'état de fonctionnement d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne équipé d'un filtre à particules, ce qui a fait l'objet d'une demande de brevet français FR-A-2 832 758. Ce dispositif de diagnostic comprend des moyens de mesure d'une pression différentielle régnant entre l'amont et l'aval du filtre à particules, et une unité centrale pourvue de moyens de détection de points de fonctionnement stabilisés du moteur, de moyens d'évaluation d'un paramètre de diagnostic à partir de la valeur de la pression différentielle mesurée et de moyens de traitement du paramètre de diagnostic évalué pour la détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules, lesdits moyens de traitement agissant en cas de fonctionnement stabilisé du moteur. Le dispositif permet ainsi de s'affranchir des phénomènes transitoires apparaissant notamment lors de fortes accélérations ou décélérations du moteur, ce qui engendrent généralement des bruits de mesure relativement importants pouvant générer une défaillance du dispositif de diagnostic. Ce dispositif de diagnostic nécessite, toutefois, de prévoir deux piquages sur la ligne d'échappement du moteur, en amont et en aval du filtre à particules, ce qui nécessite de réaliser différents perçages au niveau de ladite ligne d'échappement et de prévoir le montage d'éléments de raccord, engendrant des surcoûts de fabrication et de montage pour le moteur. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de fournir un procédé et un dispositif de diagnostic aptes à détecter des dysfonctionnements d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement du moteur à combustion interne, et ce, de manière particulièrement économique. A cet effet, le procédé de diagnostic de l'état de fonctionnement d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne équipée d'un filtre à particules, selon l'invention, comprend une étape de mesure de pression différentielle, une étape de détection de points de fonctionnement stables du moteur, une étape d'évaluation de paramètres de diagnostic à partir de la valeur de pression mesurée en cas de fonctionnement stable du moteur, et une étape de traitement du paramètre de diagnostic pour la détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules. Selon un aspect de ce procédé, on effectue une mesure différentielle entre une pression en amont du filtre à particules et la pression atmosphérique. Avec un tel procédé de diagnostic, un seul piquage sur la ligne d'échappement du moteur à combustion interne est nécessaire pour obtenir une mesure de pression différentielle, ce qui non seulement diminue les coûts de fabrication du moteur ainsi que les coûts d'installation d'un dispositif associé, mais augmente également la fiabilité de fonctionnement de la ligne d'échappement. Avantageusement, l'étape de détection des points de fonctionnement stables du moteur comprend le calcul de la variance de la pression différentielle mesurée et la comparaison de ladite variance avec une valeur seuil de détection de fonctionnement stable. Selon une caractéristique du procédé, au cours de l'étape d'évaluation du paramètre de diagnostic, on extrait des moyens de mémorisation dans lesquels sont stockés un ensemble de valeurs de pression différentielle régnant entre la pression atmosphérique et une pression en amont du filtre à particules dépourvu de suies, qui correspondent chacune à une valeur de débit volumique des gaz d'échappement, une valeur correspondante de pression différentielle, et l'on calcule la valeur du paramètre de diagnostic à partir de la valeur de pression différentielle mesurée et de la valeur de pression différentielle extraite des moyens de mémorisation. Avantageusement, le paramètre de consigne de diagnostic est élaboré à partir de la relation: C=1_ OPmesurée OPcalculée dans laquelle: APmesurée désigne la valeur de pression différentielle mesurée, et APcalculée désigne la valeur de pression différentielle extraite des moyens de mémorisation. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, on détermine la pression différentielle entre la pression atmosphérique et la pression en amont du filtre à particules, on calcule la valeur du paramètre de diagnostic en continu pour chaque point de fonctionnement stable, on élabore un paramètre de diagnostic global à partir des paramètres de diagnostic de chaque point de fonctionnement, et l'on compare la valeur du paramètre de diagnostic global avec avec différentes valeurs de seuil de détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules de manière à déterminer l'état d'endommagement du filtre à particules. Avantageusement, l'étape d'élaboration de diagnostic comprend une sommation des paramètres de diagnostic respectifs des points de fonctionnement stables. L'invention concerne également un dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne équipée d'un filtre à particules, comprenant des moyens de mesure d'une pression différentielle et une unité centrale pourvue de moyens de détection de points de fonctionnement stables du moteur, de moyens d'évaluation d'un paramètre de diagnostic à partir de la pression différentielle mesurée, et de moyens de traitement du paramètre de diagnostic évalués pour la détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules, lesdits moyens de traitement agissant en cas de fonctionnement stable. Selon un aspect de l'invention, les moyens de mesure comprennent un premier capteur de pression monté sur la ligne d'échappement en amont du filtre à particules et un second capteur de pression monté en-dehors de la ligne d'échappement et apte à mesurer la pression atmosphérique. Dans un mode de réalisation, le premier capteur de pression est monté immédiatement en amont du filtre à particules et en aval d'au moins un élément de piégeage catalytique. Dans un autre mode de réalisation, le premier capteur de pression est monté en amont d'au moins un élément de piégeage catalytique. Avantageusement, le premier capteur de pression est un capteur de pression absolue. Le premier capteur de pression peut également être apte à mesurer la température des gaz d'échappement en amont du filtre à particules, permettant ainsi de réduire encore le coût du moteur. De préférence, l'unité centrale comporte des moyens de calcul de la variance de la pression différentielle et des moyens de comparaison de ladite variance avec une valeur seuil de détection de fonctionnement stable. Avantageusement, l'unité centrale comprend des moyens de mémorisation dans lesquels sont stockés un ensemble de valeurs de pression différentielle régnant entre la pression atmosphérique et une pression en amont du filtre à particules dépourvu de suies, qui correspondent chacune à une valeur de débit volumique de gaz d'échappement, pour le calcul du paramètre de diagnostic à partir de la pression différentielle régnant entre la pression atmosphérique et la pression en amont du filtre à particules et une valeur correspondante de pression différentielle extraite des moyens de mémorisation. De préférence, l'unité centrale comprend des moyens de sommation des paramètres de diagnostic pour l'élaboration d'un paramètre de diagnostic global des moyens de comparaison dudit paramètre de diagnostic global avec une valeur seuil de détection de dysfonctionnement du filtre à particules. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier, pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'une ligne d'échappement pourvue d'un filtre à particules associé à un dispositif de diagnostic selon l'invention; et -la figure 2 illustre schématiquement les différentes étapes de fonctionnement du dispositif de diagnostic de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté, de manière schématique, la structure générale d'un moteur à combustion interne, désignée par la référence numérique générale 1. Dans l'exemple réalisé considéré, le moteur 1 est pourvu de quatre cylindres 2 en ligne. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir un moteur 1 présentant un nombre différent de cylindres 2. Les cylindres 2 sont alimentés en air par l'intermédiaire d'un répartiteur d'admission 3, qui est alimenté par une conduite 4 pourvue d'un filtre à air (non représenté) et d'un turbocompresseur 5 de suralimentation en air. Le turbocompresseur 5 est relié au collecteur d'admission 3 par l'intermédiaire d'une conduite 6. Les cylindres 2 sont également reliés à un collecteur d'échappement 7 récupérant les gaz d'échappement issus de la combustion et évacuant ces derniers par l'intermédiaire d'une conduite 8 jusqu'au compresseur 5, lesdits gaz étant ensuite évacués vers l'extérieur par une ligne d'échappement 9 reliée au compresseur 5. Une conduite de recirculation 10 est reliée à la conduite 8, en aval du collecteur d'échappement 7, et à la conduite 6 en amont du collecteur d'admission 3. La conduite de recirculation 10 permet ainsi de réintroduire une partie des gaz d'échappement dans le collecteur d'admission 3, de manière à limiter la quantité d'oxyde d'azote produit par la combustion tout en évitant la formation de fumées dans les gaz d'échappement en sortie de la ligne d'échappement 9. La conduite de recirculation 10 est pourvue d'une vanne de réglage 11 du flux de gaz d'échappement recirculé, et d'un échangeur de chaleur 12, monté ici en aval de ladite vanne 11, en considérant le sens de circulation des gaz d'échappement dans la conduite 10. L'échangeur de chaleur 12 est traversé par un liquide caloporteur (non représenté), de manière à permettre un refroidissement des gaz d'échappement recyclés avant leur introduction à l'intérieur du collecteur d'admission 3. D'une manière analogue, la conduite 6 comprend un échangeur de chaleur 13 traversé par un fluide caloporteur, avantageusement le même que celui traversant l'échangeur 12, de manière à refroidir l'air issu du compresseur 5 et destiné à alimenter le collecteur d'admission 3. La ligne d'échappement 9 comprend un élément de piégeage catalytique 14, par exemple un catalyseur d'oxydation ou un piège à NO, (x=1 ou x=2) désignant les gaz NO et NO2. La ligne d'échappement 9 comprend également en aval dudit élément de piégeage catalytique 14, en considérant le sens de circulation des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement 9, un filtre à particules 15 adapté pour piéger les particules ou suies contenues dans les gaz d'échappement. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir un second élément de piégeage catalytique, du même type, monté en dérivation l'un par rapport à l'autre. Cette disposition peut notamment être applicable pour un moteur comprenant six cylindres en V. Le moteur 1 est associé à une unité centrale 16 assurant le contrôle de fonctionnement du moteur, notamment le réglage de ses paramètres de fonctionnement, ainsi que le contrôle de fonctionnement du filtre à particules 28, et le diagnostic de son état de fonctionnement. Pour procéder au contrôle du fonctionnement du moteur, celui- ci est pourvu d'un capteur 17 de pression de suralimentation et d'un capteur 18 de température d'admission d'air, lesdits capteurs étant montés au niveau de la conduite 6. Le moteur 1 comprend également un capteur de débit 19 monté sur la conduite d'alimentation 4, en amont du turbocompresseur 5. Les capteurs 17 à 19, ainsi que les principaux organes fonctionnels du moteur 1, à savoir le compresseur 5 et la vanne de recirculation 11, sont raccordés respectivement à l'unité centrale 16, par l'intermédiaire de connexions référencées 20 à 24, et illustrés schématiquement en pointillés. En ce qui concerne le contrôle du fonctionnement du filtre à particules 15 ou, de manière générale, de la ligne d'échappement 9, et, en particulier, le diagnostic de son état de fonctionnement, la ligne d'échappement 9 est pourvue d'un premier capteur de pression et de température 25 apte à mesurer la pression et la température en amont du filtre à particules 15. Le premier capteur de pression 25 est monté ici immédiatement en amont du filtre à particules 15. Bien entendu, il est également envisageable de monter ledit capteur 25 entre le compresseur 5 et l'élément de piégeage catalytique 14. En outre, un second capteur de pression et de température (non représenté) est destiné à mesurer la pression atmosphérique, notamment pour réaliser une mesure de pression différentielle entre la pression détectée en amont du filtre à particules 15 par le premier capteur 25, et celle détectée par ledit second capteur. Le second capteur peut, par exemple, être monté au niveau de la conduite d'alimentation 4. Le premier capteur 25 est raccordé à l'unité centrale 16 par l'intermédiaire d'une connexion 26. D'une manière analogue, le second capteur est connecté à l'unité centrale 16. Ladite unité centrale 16 comprend, stockés en mémoire, tous les moyens matériel et logistique permettant de procéder au contrôle du fonctionnement du filtre à particules 15, en particulier à partir de la pression différentielle entre la pression régnant en amont du filtre à particules et la pression atmosphérique, détectées respectivement par les premier et second capteurs 25, en calculant, à partir de cette valeur de pression différentielle, la valeur d'un paramètre de diagnostic et en traitant la valeur de ce paramètre pour détecter tout dysfonctionnement susceptible de se produire, comme cela sera décrit par la suite. On va maintenant décrire, en référence à la figure 2, les principales étapes du procédé de diagnostic mises en oeuvre au sein de l'unité centrale 16. Pour procéder à la détection des points de fonctionnement stabilisés, on calcule, dans un premier temps, lors de l'étape 30, la valeur du débit volumique QV0I des gaz d'échappement dans le filtre à particules. Pour ce faire, on utilise la relation: Qvcl = K X (Qair + Pfuel x Qcarb) X N X (Tamont) amont dans laquelle: K désigne une constante, Qair représente le débit d'air massique mesuré par le débitmètre 19 (figure 1), Pfuel désigne la densité du gazole, Qcarb désigne la quantité de gazole injectée, N représente le régime du moteur, Tamont représente la température en amont du filtre à particules détectée par le premier capteur 25 (figure 1), et Pan,, représente la pression absolue en amont du filtre à particules détectée par ledit premier capteur. Parallèlement, au cours de cette étape 30, on détermine également la valeur AP de la pression différentielle régnant entre la pression absolue en amont du filtre à particules et la pression atmosphérique. Puis, lors de l'étape 31 suivante, on acquiert la valeur de la pression différentielle ainsi obtenue et on calcule la valeur moyenne glissante OP et la variance 0P de ladite pression différentielle. Au cours de l'étape 32 suivante, on compare la valeur de la variance 0P calculée avec une valeur seuil S1 de détection de fonctionnement stabilisé. Ainsi, au cours de cette étape 32, pour un point de fonctionnement du filtre à particules, on vérifie que ce point de fonctionnement correspond à un point de fonctionnement stabilisé du moteur en vérifiant l'inégalité suivante: 0P Il est également envisageable de prévoir pour la détection d'un point de réaliser le rapport entre la valeur de la variance 0P calculée et la valeur moyenne glissante AP et de le comparer à un seuil prédéterminé. Dans le cas où il est détecté que le point de fonctionnement considéré est un point de fonctionnement stabilisé pour le moteur, de manière à s'affranchir des bruits de mesure consécutifs au phases transitoires, on stocke alors dans des moyens de mémorisation, pendant l'étape 33, un couple (Q,,o,, AP) de valeur de débit volumique calculé des gaz d'échappement et de pression différentielle qui correspondent à ce point de fonctionnement. Le procédé se poursuit alors par une phase de diagnostic de l'état de fonctionnement du filtre à particules. Cette phase de diagnostic est mise en oeuvre pour chaque couple de points (Qvo,, AP) mémorisés. Cette phase débute par une première étape 34, au cours de laquelle on extrait des moyens de mémorisation de l'unité centrale 16 (figure 1), dans laquelle sont chargés un ensemble de valeurs de pression différentielle entre une pression régnant en amont d'un filtre à particules non dégradé et la pression atmosphérique, obtenue par apprentissage préalable, pour différentes valeurs de débit volumique de gaz d'échappement, une valeur de pression différentielle APcalculée correspondant à la valeur de débit volumique de gaz d'échappement Lors de l'étape 35 suivante, le paramètre de diagnostic C est alors élaboré. Ce paramètre C est élaboré à partir de la relation suivante: = 1 O C mesurer 4Palculée dans laquelle: APmesurée désigne la valeur de pression différentielle mesurée régnant entre la pression en amont du filtre à particules et la pression atmosphérique, et APcalcu,ée désigne la valeur de pression différentielle ainsi extraite des moyens de mémorisation. Lors de l'étape 36 suivante, on compare la valeur du paramètre de diagnostic C avec une valeur de seuil S2. Dans le cas où le paramètre de diagnostic est supérieur à la valeur de seuil S2, on positionne à 1 une valeur binaire bi pour le point de fonctionnement i considéré, lors de l'étape 37. Si la valeur du paramètre de diagnostic est inférieure à la valeur de seuil S2, la valeur binaire bi est positionnée à -1, lors de l'étape 38. Ensuite, lors de l'étape 39 suivante, on élabore un paramètre de diagnostic global pour l'ensemble des points de fonctionnement stables. Pour ce faire, on effectue la somme des valeurs binaires obtenues lors des étapes 37 et 38. On procède alors à un test par comparaison de la valeur de paramètres de diagnostic global avec un premier seuil de détection de dysfonctionnement du filtre à particules, lors de l'étape 40. Ainsi, s'il est détecté, lors de cette étape 40, que le paramètre de diagnostic global est supérieur à la première valeur seuil, on décide, lors de l'étape 41 suivante, que le filtre à particules est endommagé. Au contraire, si la valeur du paramètre de diagnostic est inférieure à cette première valeur de seuil de détection de dysfonctionnement, on décide, lors de l'étape 42 suivante, que le filtre à particules a conservé son intégrité. Si le filtre à particules est endommagé, on procède alors à un test par comparaison de la valeur du paramètre de diagnostic global avec un second seuil de détection de dysfonctionnement du filtre à particules, lors de l'étape 43. Ainsi, s'il est détecté, lors de cette étape, que le paramètre de diagnostic global est supérieur à la seconde valeur de seuil, on décide, lors de l'étape 44 suivante, que le filtre à particules a atteint un deuxième niveau d'endommagement nécessitant alors une régénération du filtre à particules. Au contraire, si la valeur du paramètre de diagnostic est inférieure à cette seconde valeur de seuil de détection de dysfonctionnement, on décide, lors de l'étape 45 suivante, que le filtre à particules, bien qu'endommagé, peut continuer à fonctionner sans régénération. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir un nombre différent de comparaisons du paramètre de diagnostic global avec des seuils de détection de dysfonctionnement, permettant ainsi d'utiliser un filtre à particules partiellement dégradé, mais permettant tout de même une élimination satisfaisante des particules, poussières et autres, suies, contenues dans les gaz d'échappement du moteur. REVENDICATIONS 1-Procédé de diagnostic de l'état de fonctionnement d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne équipée d'un filtre à particules, comprenant une étape de mesure de pression différentielle, une étape de détection de points de fonctionnement stable du moteur, une étape d'évaluation d'un paramètre de diagnostic (C) à partir de la valeur de pression mesurée en cas de fonctionnement stable du moteur, et une étape de traitement du paramètre de diagnostic pour la détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules, caractérisé en ce qu'on effectue une mesure différentielle entre une pression en amont du filtre à particules et une pression atmosphérique. 2-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de détection des points de fonctionnement stable du moteur comprend le calcul de la variance ( 0P) de la pression différentielle mesurée et la comparaison de ladite variance avec une valeur seuil (Si) de détection de fonctionnement stable. 3-Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au cours de l'étape d'évaluation du paramètre de diagnostic (C), on extrait des moyens de mémorisation dans lesquels sont stockées un ensemble de valeur de pression différentielle (APcalculée) régnant entre la pression atmosphérique et une pression en amont du filtre à particules dépourvu de suies qui correspondent chacune à une valeur de débit volumique de gaz d'échappement, une valeur correspondante de pression différentielle (APmesurée), et l'on calcule la valeur du paramètre de diagnostic à partir de la valeur de pression différentielle mesurée (APmesurée) et de la valeur de pression différentielle (APcalculée) extraite des moyens de mémorisation. 4-Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le paramètre de consigne de diagnostic (C) est élaboré à partir de la relation: C=1_ OPmrsurée APcalculée dans laquelle: iPrnesurée désigne la valeur de pression différentielle mesurée, et APcalculée désigne la valeur de pression différentielle extraite des moyens de mémorisation. 5-Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l'on détermine la pression différentielle entre la pression atmosphérique et la pression en amont du filtre à particules, on calcule la valeur du paramètre de diagnostic en continu pour chaque point de fonctionnement stable, on élabore un paramètre de diagnostic global à partir des paramètres de diagnostic de chaque point de fonctionnement, et l'on compare la valeur du paramètre de diagnostic global avec différentes valeurs de seuil de détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules de manière à déterminer l'état d'endommagement du filtre à particules. 6-Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape d'élaboration de diagnostic comprend une sommation des paramètres de diagnostic respectifs des points de fonctionnement stable. 7-Dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne équipée d'un filtre à particules (15), comprenant des moyens de mesure d'une pression différentielle, et une unité centrale pourvue de moyens de détection (le points de fonctionnement stable du moteur, de moyens d'évaluation d'un paramètre de diagnostic à partir de la pression différentielle mesurée, et de moyens de traitement du paramètre de diagnostic évalué pour la détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules, lesdits moyens de traitement agissant en cas de fonctionnement stable, caractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent un premier capteur de pression (25) monté sur la ligne d'échappement en amont du filtre à particules et un second capteur de pression monté en dehors de la ligne d'échappement et apte à mesurer la pression atmosphérique. 8-Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier capteur de pression est monté immédiatement en amont du filtre à particules et en aval d'au moins un élément de piégeage 10 catalytique (14). 9-Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier capteur de pression est monté en amont d'au moins un élément de piégeage catalytique. 10-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, 15 caractérisé en ce que le premier capteur de pression est un capteur de pression absolue. 11-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le premier capteur de pression est également apte à mesurer la température des gaz d'échappement en amont du filtre à particules. 12-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que l'unité centrale comporte des moyens de calcul de la variance de la pression différentielle et des moyens de comparaison de ladite variance avec une valeur seuil (SI) de détection de fonctionnement stable. 13-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que l'unité centrale comprend des moyens de mémorisation dans lesquels sont stockées un ensemble de valeur de pression différentielle régnant entre la pression atmosphérique et une pression en amont du filtre à particules dépourvu de suies qui correspondent chacune à une valeur de débit volumique de gaz d'échappement, pour le calcul du paramètre de diagnostic à partir de la pression différentielle régnant entre la pression atmosphérique et la pression en amont du filtre à particules et une valeur correspondante de pression différentielle extraite des moyens de mémorisation. 14-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que l'unité centrale comprend des moyens de sommation des paramètres de diagnostic pour l'élaboration d'un paramètre de diagnostic global et des moyens de comparaison dudit paramètre de diagnostic global avec au moins une valeur seuil de détection de dysfonctionnement du filtre à particules.