Brevet FR2927363A1 — publié le 20090814

La présente invention concerne un procédé de diagnostic de l'état d'un filtre à particules d'un système d'échappement de moteur thermique, notamment de véhicule automobile. L'invention concerne aussi un dispositif de mise en oeuvre d'un tel procédé. La détection de l'état d'un filtre à particules constitue un problème technique. En effet, il apparaît intéressant de diagnostiquer l'état d'un tel filtre alors qu'il est utilisé dans une ligne d'échappement pour déterminer s'il est en mesure d'assurer les fonctions pour lesquelles il est prévu. Un l0 tel diagnostic est appelé � diagnostic embarqué � ou � OBD � pour � on-board diagnostic �. Actuellement, le diagnostic est réalisé par des analyses de pressions différentielles comparatives à un signal pré-calibré correspondant à un 15 filtre dans différents états fonctionnels du filtre (à neuf sans suies, à neuf avec suies, avec des résidus sans suies et avec résidus avec suies). Par � fonctionnel �, on entend ici le fait que le filtre est toujours capable d'assurer sa fonction filtrante sans dépassement des normes en émissions de suies. Cependant, un tel diagnostic est peu fiable à cause 20 de grandes dispersions dans les signaux de mesure des pressions. On connaît aussi de la demande US 2005/188681 un procédé de détection d'une phase catalytique défectueuse d'un filtre à particules utilisant une sonde d'oxygène en amont du filtre et une sonde d'oxygène 25 en aval du filtre. Au moment de la régénération du filtre, le procédé est capable de détecter une détérioration de cette phase catalytique en déterminant le maximum de la différence de concentration d'oxygène entre l'entrée et la sortie du filtre et en comparant ce maximum. Cette demande ne divulgue pas la détection d'une détérioration par fissuration 30 du substrat filtrant. MS\REN073FR.dpt On connaît encore de la demande GB 2 402 088 un procédé de diagnostic d'un système de post-traitement NOx d'un moteur thermique. Dans ce procédé, on calcule l'intensité et le signe du taux de variation de l'exotherme de la réaction. Selon cette intensité et ce signe, on déduit si le système de post-traitement, plus précisément le système d'injection de réducteurs, est détérioré. On connaît enfin de la demande JP 2001207828 un procédé de diagnostic de l'état d'un filtre à particules dans lequel on compare, dans des conditions données, l'ouverture d'une vanne d'EGR à une ouverture de référence de cette vanne lorsque le filtre à particules est en bon état. Si l'ouverture de cette vanne varie par rapport à la référence (dans le but d'atteindre un niveau d'EGR donné dans les conditions données) cette variation est directement liée à une fissuration du substrat filtrant lequel, en induisant une réduction de la perte de charge dans la conduite d'échappement, induit aussi une réduction de la contre-pression moteur ce qui entraîne une diminution des gaz EGR recirculés à iso-ouverture de la vanne EGR ; de là, la réponse du système en variant l'ouverture de la vanne EGR pour introduire la bonne quantité d'EGR. Le but de l'invention est de fournir un procédé de diagnostic d'un filtre à particules permettant de remédier aux inconvénients identifiés précédemment et permettant d'améliorer les procédés de diagnostic connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention propose un procédé de diagnostic basé sur un principe simple et fiable pour détecter, moteur en fonctionnement, l'état de fonctionnement du filtre à particules et, notamment, un état défectueux du filtre à particules. Selon l'invention, le procédé permet de diagnostiquer l'état d'un filtre à 30 particules d'un système d'échappement de moteur thermique. Il est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : MS\REN073FR.dpt -calcul d'un paramètre, détermination d'un taux de variation de ce paramètre relativement à une variable, comparaison de ce taux de variation à un seuil prédéterminé 5 de manière à déterminer l'état du filtre à particules. Le calcul du paramètre peut comprendre un calcul du rapport de la température maximale dans le filtre sur la température des gaz à l'entrée du filtre. La température maximale dans le filtre et/ou la température des gaz à l'entrée du filtre peuvent être déterminées par estimation. La température maximale dans le filtre et/ou la température des gaz à 15 l'entrée du filtre peuvent être déterminées par mesure. La variable peut être la quantité de suie contenue dans le filtre à particules. 20 Le procédé de diagnostic peut être mis en oeuvre lorsqu'un emballement de la réaction de combustion des suies est détecté. L'étape de détermination d'un taux de variation du paramètre relativement à la variable peut comprendre des calculs du paramètre 25 pour différentes valeurs de la variable. Les calculs du paramètre peuvent être mis en oeuvre lors de retours du moteur thermique à un régime de ralenti advenus pendant une phase de régénération du filtre à particules. MS\REN073FR.dpt 10 30 Selon l'invention, le dispositif de diagnostic de l'état d'un filtre à particules d'un système d'échappement de moteur thermique est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et logiciels de mise en oeuvre du procédé de diagnostic défini précédemment. Le dispositif de diagnostic peut comprendre des moyens de détermination de la température maximale dans le filtre et/ou des moyens de détermination de la température des gaz à l'entrée du filtre et/ou des moyens de détermination de la quantité de suie contenue dans le filtre à particules. Le dispositif de diagnostic peut comprendre des moyens de calcul. Selon l'invention, le système d'échappement de moteur thermique 15 comprend un dispositif défini précédemment. Selon l'invention, le véhicule automobile comprend un système d'échappement défini précédemment. 20 Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention pour diagnostiquer l'état du substrat filtrant d'un filtre à particules dans un moteur thermique et un mode d'exécution d'un procédé de diagnostic. 25 La figure 1 est un schéma des variations d'un paramètre en fonction de la quantité de suie contenue dans un filtre à particules. La figure 2 est un diagramme représentant le lien existant entre le taux de variation du paramètre et l'état du filtre à particules. La figure 3 est un schéma d'un système d'échappement comprenant un dispositif de détection selon l'invention. MS\REN073FR.dpt 30 La figure 4 est un schéma logique détaillant les conditions dans lesquelles on met en oeuvre une procédure de diagnostic du filtre à particules. La figure 5 est un schéma logique détaillant les étapes de la procédure de diagnostic de l'état du filtre à particules. Comme illustré aux figures 1 et 2, le principe du procédé de diagnostic 10 selon l'invention repose sur le lien existant entre, d'une part, un paramètre déterminable par mesures et/ou estimations au niveau d'un filtre à particules et, d'autre part, l'état d'un filtre à particules, c'est-à-dire sa capacité à assurer la fonction de filtration des particules produites lors de la combustion dans un moteur. 15 Sur le graphique de la figure 1, sont représentées trois courbes des évolutions d'un même paramètre ITmax en fonction de la masse de suie contenue dans le filtre à particules pour trois états différents du filtre à particules. Le paramètre ITmax est défini par la relation suivante : 20 ITmax =100 x Tmax Te CSF avec Tmax, la température maximale dans le filtre à particules lors d'une réaction incontrôlée de combustion des suies et Te CSF, la température des gaz d'entrée dans le filtre à particules juste avant cette réaction incontrôlée. 25 Une première droite de régression linéaire en trait plein représente les variations du paramètre ITmax en fonction de la masse de suie contenue dans le filtre à particules lorsque ce dernier est en bon état. Une deuxième droite de régression linéaire en trait pointillé représente les 30 variations du paramètre ITmax en fonction de la masse de suie contenue MS\REN073FR.dpt5 dans le filtre à particules lorsque ce dernier commence à se dégrader (fissuration du substrat). Une troisième droite de régression linéaire en trait mixte représente les variations du paramètre ITmax en fonction de la masse de suie contenue dans le filtre à particules lorsque ce dernier est défectueux ou usé (dégradation du substrat filtrant). On remarque que la pente des droites, représentative du taux de variation du paramètre ITmax en fonction de la masse de suie contenue dans le filtre à particules, évolue avec l'état du filtre à particules. Ainsi, la première droite a une pente valant mO, la deuxième droite a une pente valant ml et la troisième droite a une pente valant m2, avec mO > ml > m2. Ainsi, il est possible de déterminer, en fonction du seul taux de variation du paramètre ITmax, l'état du substrat filtrant du filtre à particules. En pratique, on détermine un seuil de référence du taux de variation du paramètre ITmax, puis on calcule régulièrement le taux de variation du paramètre ITmax et on déclare le substrat filtrant du filtre à particules dégradé dès que le taux de variation du paramètre ITmax est inférieur à un seuil de référence pour un substrat filtrant dégradé. Comme représenté à la figure 2, il est possible d'identifier plusieurs états du filtre à particules représentés par des zones hachurées dont les frontières correspondent à des valeurs de taux de variation du paramètre ITmax. Notamment, une première zone dans laquelle le filtre à particules n'est pas dégradé est définie comme la zone de valeurs dans laquelle le taux de variation du paramètre ITmax est supérieur à un premier seuil déterminé et une deuxième zone de valeurs dans laquelle le filtre à particules est dégradé est définie comme la zone de valeurs dans laquelle le taux de variation du paramètre ITmax est inférieur à un deuxième seuil déterminé. MS\REN073FR.dpt Un système 3 d'échappement de moteur thermique, notamment de moteur thermique d'entraînement de véhicule est représenté à la figure 3. Il comprend un filtre à particules 2 et un dispositif de diagnostic 1 de l'état de ce filtre à particules. Le dispositif comprend des moyens matériels et logiciels de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention dont un mode d'exécution est décrit en détail plus bas. 10 Les moyens matériels comprennent un calculateur 4, un moyen 5 de détermination de la température des gaz d'échappement en amont du filtre à particules (comme une sonde de température telle qu'un thermocouple), un moyen 40 de détermination de la masse de suie contenue dans le filtre à particules et un moyen de détermination de la 15 température maximale à l'intérieur du filtre à particules. Ce dernier moyen peut comprendre un moyen 6 de détermination de la température des gaz d'échappement en aval du filtre à particules (comme une sonde de température telle qu'un thermocouple) et utiliser le moyen 5 de détermination de la température des gaz d'échappement un modèle 20 physique défini par un module 9 du calculateur pour estimer la température maximale dans le filtre à particules. Les différents moyens de détermination sont reliés au calculateur 4 qui comprend également des moyens 7 de calcul pour calculer le paramètre 25 ITmax défini précédemment à partir des données fournies par les moyens de détermination et pour calculer en outre le taux de variation de ce paramètre. II comprend encore une mémoire 8 pour stocker des valeurs et algorithmes, des moyens pour comparer ce taux de variation à un ou plusieurs seuils de référence et des moyens de liaison logique des 30 différentes étapes du procédé entre elles. MS\REN073FR.dpt5 Un mode d'exécution d'un procédé de diagnostic selon l'invention est décrit ci-après en référence aux figures 4 et 5. Un premier bloc logique 21 détecte un éventuel emballement de la combustion des suies dans le filtre à particules et active dans un tel cas un deuxième bloc logique 22 ayant pour fonction de détecter l'état dégradé du filtre à particules. Des données relatives à la masse de suie contenue dans le filtre à particules et de température maximale dans le filtre à particules sont fournies en entrée du premier bloc logique pour permettre la détection de l'emballement. Ces mêmes valeurs sont fournies en entrée du deuxième bloc logique avec, en plus, une donnée de température Te CSF des gaz d'échappement en entrée du filtre à particules. Ces valeurs fournies au deuxième bloc logique permettent de détecter ou non un état dégradé du filtre à particules et d'engager dans un troisième bloc logiciel 23 les actions nécessaires. Ces actions nécessaires peuvent comprendre une signalisation de l'état dégradé du filtre au conducteur du véhicule (par exemple allumage d'un voyant) et/ou à un ou plusieurs systèmes du véhicule. Elles peuvent aussi comprendre le fonctionnement du moteur dans un mode dégradé. Le deuxième bloc logique 22 est décrit en détail ci-dessous en référence à la figure 5. Dans un quatrième bloc 24, on calcule la valeur du paramètre ITmax en utilisant les valeurs Tmax de température maximale à l'intérieur du filtre à particules et Te CSF de température d'entrée des gaz dans le filtre à particules. Cette valeur est fournie, avec une valeur de masse de suie contenue dans le filtre à particules avant un retour à un régime de ralenti et une valeur d'échantillonnage n, à un cinquième bloc logique 25. Dans ce bloc, on calcule le taux de variation du paramètre ITmax relativement à la masse de suie contenue dans le filtre à particules. Ce calcul est fait MS\REN073FR.dpt sur un échantillon glissant de n points, c'est-à-dire qu'on construit à partir de ces n points une droite de régression passant au mieux par ces n points et qu'on identifie la pente de cette droite au taux de variation du paramètre ITmax. Par exemple, n peut valoir 10. II peut aussi prendre n'importe quelle valeur entière à partir de 3. Pour déterminer ces n points, on itère n fois la série d'étapes suivantes : on attend un retour du moteur thermique à un régime de ralenti lors d'une phase de régénération, on détermine un couple de valeurs du paramètre ITmax et de la quantité de suie contenue dans le filtre à particules lors du retour au ralenti, on stocke ce couple de valeurs en mémoire. Les n points peuvent être déterminés suite au passage du quatrième bloc au cinquième bloc logique. Alternativement, seuls k (0 Dans un sixième bloc logique 27, on compare la valeur du taux de variation du paramètre ITmax à un seuil prédéterminé. Si la valeur du taux de variation est inférieure au seuil, on déclenche une action comme évoqué précédemment, cette action étant déterminée par le bloc 30. En revanche, si la valeur du taux de variation est supérieure au seuil, on ne déclenche pas d'action ou on déclenche une action spécifique déterminée par le bloc 29 et confirmant que le filtre à particules est en bon état. MS\REN073FR.dpt Revendications : 1. Procédé de diagnostic de l'état d'un filtre (2) à particules d'un système d'échappement (3) de moteur thermique, caractérisé en ce 5 qu'il comprend les étapes suivantes : calcul d'un paramètre (ITmax), ù détermination d'un taux de variation de ce paramètre relativement à une variable, comparaison de ce taux de variation à un seuil prédéterminé 10 de manière à déterminer l'état du filtre à particules. 2. Procédé de diagnostic selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul du paramètre comprend un calcul du rapport de la température maximale (Tmax) dans le filtre sur la température des 15 gaz (Te CSF) à l'entrée du filtre. 3. Procédé de diagnostic selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température maximale dans le filtre et/ou la température des gaz à l'entrée du filtre sont déterminées par estimation. 4. Procédé de diagnostic selon la revendication 2, caractérisé en ce que la température maximale dans le filtre et/ou la température des gaz à l'entrée du filtre sont déterminées par mesure. 25 5. Procédé de diagnostic selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la variable est la quantité de suie contenue dans le filtre à particules. 6. Procédé de diagnostic selon l'une des revendications précédentes, 30 caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre lorsqu'un emballement de la réaction de combustion des suies est détecté. MS\REN073FR.dpt 20 7. Procédé de diagnostic selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de détermination d'un taux de variation du paramètre relativement à la variable comprend des calculs du paramètre pour différentes valeurs de la variable. 8. Procédé de diagnostic selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les calculs du paramètre sont mis en oeuvre lors de retours du moteur thermique à un régime de ralenti advenus pendant une phase de régénération du filtre à particules. 9. Dispositif (1) de diagnostic de l'état d'un filtre (2) à particules d'un système d'échappement (3) de moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels (4, 5, 6, 7, 8, 9, 40) et logiciels de mise en oeuvre du procédé de diagnostic selon l'une des revendications précédentes. 10. Dispositif de diagnostic selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (6, 9) de détermination de la température maximale dans le filtre et/ou des moyens (5) de détermination de la température des gaz à l'entrée du filtre et/ou des moyens (40) de détermination de la quantité de suie contenue dans le filtre à particules. 11. Dispositif de diagnostic selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de calcul (7). 12. Système (3) d'échappement de moteur thermique comprenant un dispositif (1) selon l'une des revendications 9 à 11. 13. Véhicule automobile comprenant un système (3) d'échappement selon la revendication 12. MS\REN073FR.dpt30