Brevet FR2957819A1 — publié le 20110930

PROCEDE DE DETERMINATION DE LA QUANTITE DE SUIES EMISES A L'AVAL D'UN FILTRE A PARTICULES [0001 L'invention concerne un procédé de détermination de la quantité de suies émises à l'aval d'un filtre à particules. L'invention concerne en outre un procédé et un système de diagnostic du dysfonctionnement d'un filtre à particules. [0002] Pour des problèmes de pollution, par exemple dans le domaine de l'automobile on utilise des filtres à particules sur une ligne d'échappement d'un moteur thermique. Ces filtres servent à retenir les suies générées par la combustion de carburant dans le moteur. Les très faibles niveaux d'émissions, requis par exemple par les nouvelles normes Euro 6, conduisent à généraliser les systèmes de dépollution diminuant les particules et les NOx, particulièrement pour les moteurs Diesels. De plus, ces nouvelles normes sont associées en euro 6 à des seuils de diagnostics réglementés imposant que les véhicules automobiles embarquent des systèmes de surveillances de la performance et du dysfonctionnement des différents organes de dépollution des gaz de combustion. [0003] Il existe donc un besoin pour un procédé de détermination de la quantité de suies émises à l'aval du filtre à particules. [0004] Pour cela, l'invention propose un procédé de détermination de la quantité de suies émises à l'aval d'un filtre à particules disposé dans une ligne d'échappement de gaz de combustion, pendant un intervalle de temps donné, le procédé comprenant : le calcul de la quantité de suies présentes en amont du filtre à particules par intégration, sur l'intervalle de temps donné, d'une mesure instantanée de la quantité de suies présentes en amont du filtre à particules ; - l'évaluation de la quantité de suies stockées par le filtre à particules, pendant l'intervalle de temps donné, par la différence de conditions thermodynamiques aux bornes aval et amont du filtre à particules ; - la différence entre la quantité de suies présentes en amont du filtre à particules et la quantité de suies stockées par le filtre à particules. [0005i Selon une variante, l'évaluation de la quantité de suies stockées par le filtre à particules comporte : - l'estimation de la quantité de suies contenues dans le filtre à particules au début de l'intervalle de temps donné, par correspondance avec une première différence de conditions thermodynamiques aux bornes aval et amont du filtre à particules ; - l'estimation de la quantité de suies contenues dans le filtre à particules à la fin de l'intervalle de temps donné, par correspondance avec une deuxième différence de conditions thermodynamiques aux bornes aval et amont du filtre à particules ; - la différence entre les estimations au début de l'intervalle et à la fin de l'intervalle de temps donné. [0006i Selon une variante, l'évaluation de la quantité de suies stockées par le filtre à particules est réalisée par la différence de pression aux bornes aval et amont du filtre à particules. [000n Selon une variante, l'évaluation de la quantité de suies stockées par le filtre à particules est réalisée par la différence de température aux bornes aval et amont du filtre à particules. [000si L'invention propose en outre un procédé de diagnostic d'un filtre à particules disposé dans une ligne d'échappement de gaz de combustion, le procédé comprenant : - la détermination de la quantité de suies émises à l'aval du filtre à particules par la mise en oeuvre du procédé de détermination précédemment décrit ; - la comparaison de la quantité de suies émises avec une valeur seuil de suies émises caractéristique du dysfonctionnement du filtre à particules. [0009] L'invention propose aussi un système de diagnostic du dysfonctionnement d'un filtre à particules disposé dans une ligne d'échappement des gaz de combustion, le système comprenant : - un capteur de la quantité de suies présentes dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particules ; un capteur de différence de conditions thermodynamiques aux bornes aval et amont du filtre à particules ; - un calculateur en communication avec les capteurs et mettant en oeuvre le procédé de diagnostic précédemment décrit. [0010] L'invention propose encore une ligne d'échappement des gaz de combustion comprenant un filtre à particules, la ligne d'échappement comprenant un système de diagnostic du dysfonctionnement du filtre à particules précédemment décrit. [0011] Selon une variante, la ligne d'échappement comprend un catalyseur 10 d'oxydation pour diesel disposé à l'amont du capteur de la quantité de suies. [0012] Selon une variante, la ligne d'échappement comprend un dispositif de traitement des NOx à l'aval du capteur de la quantité de suies. [0013] L'invention propose encore un véhicule automobile comprenant un moteur thermique et une ligne d'échappement des gaz de combustion du moteur tel que 15 précédemment décrite. [0014] Selon une variante, le véhicule automobile comprend un calculateur moteur, le calculateur moteur étant le calculateur du système de diagnostic. [0015] Selon une variante, le moteur thermique est un moteur diesel. [0016] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture 20 de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - figure 1, une représentation d'une ligne d'échappement comprenant des capteurs d'un des systèmes de diagnostic proposés ; - figure 2, un schéma de fonctionnement d'un des procédés de détermination de 25 la quantité de suies proposés. [0017] L'invention se rapporte à un procédé de détermination de la quantité de suies émises à l'aval d'un filtre à particules pendant un intervalle de temps donné. Selon la5 figure 1, le filtre à particules (ou FAP) 82 est disposé dans une ligne d'échappement 80 des gaz de combustion. [ools] La figure 2 présente schématiquement le déroulement du procédé proposé, à l'aide de la représentation de différents organes d'un véhicule automobile, notamment de son calculateur 92 (ou calculateur multifonction moteur, en abrégé CMM), de son moteur 90 et de sa ligne d'échappement 80. [0019] Le procédé de détermination calcule la quantité de suies présentes en amont du filtre à particules 82. A cette fin on intègre une mesure instantanée de la quantité de suies présentes en amont du filtre à particules 82, sur l'intervalle de temps donné pour la détermination de la quantité de suies. Cette mesure peut être fournie par un capteur 22 de la quantité de suie disposé dans la ligne d'échappement 80 en amont du filtre à particules 82. On peut ainsi obtenir la masse 24 de suies présentes en amont du filtre à particules 82. [0020] Le procédé évalue aussi la quantité de suies stockées par le filtre à particules 82 pendant l'intervalle de temps donné. L'évaluation de la quantité de suies stockées par le FAP 82 est obtenue par la différence de conditions thermodynamiques aux bornes aval et amont du filtre à particules 82. La différence de conditions thermodynamiques peut correspondre à une différence de pression ou à une différence de température. Selon la figure 1, la ligne d'échappement 80 comprend un capteur 32 de différence de conditions thermodynamiques disposé aux bornes du FAP 82. [0021] La différence de conditions thermodynamiques mesurée aux bornes du FAP 82 permet d'obtenir la quantité de suies stockées dans le FAP 82 au moment de la mesure par une correspondance « différence de conditions thermodynamiques / quantité de suie ». Par exemple dans le cas d'une différence de pression (ou contre-pression) la correspondance contre-pression et quantité de suies peut être obtenue par une table de correspondance entre la masse de suies (ou tout autre grandeur représentative de la quantité de suies) présentes dans le FAP 82 et la contre-pression, par exemple obtenue sur banc d'essai. De même dans le cas d'une différence de température, on peut utiliser une table de correspondance entre la masse de suies (ou tout autre grandeur représentative de la quantité de suies) présentes dans le FAP 82 et la différence de température aux bornes du FAP 82, par exemple obtenue sur banc d'essai. [0022] Une première différence de conditions thermodynamiques, obtenue par la mesure des conditions thermodynamiques aux bornes du FAP 82 au début de l'intervalle de temps donné (ou intervalle de détermination), peut permettre une estimation, par correspondance, de la quantité théorique (par exemple la masse) de suies stockées par le FAP 82 au début de l'intervalle de détermination. [0023] Une deuxième différence de conditions thermodynamiques, obtenue par la mesure des conditions thermodynamiques aux bornes du FAP 82 à la fin de l'intervalle de temps donné, peut permettre une estimation, par correspondance, de la quantité théorique (par exemple la masse) de suies stockées par le FAP 82 à la fin de l'intervalle de détermination. [0024] L'estimation par mesure de différence de pression (ou contre-pression) aux bornes du FAP 82 est préférée en ce qu'elle peut être réalisée à l'aide d'un seul capteur 32 de contre-pression. Cet unique capteur de contre pression peut en effet être relié d'un côté à une tubulure 36 communiquant avec l'amont du FAP 82 et relié d'un autre côté à une tubulure 38 communiquant avec l'aval du FAP 82, tel qu'illustré en figure 1. [0025] La différence entre ces estimations au début de l'intervalle et à la fin de l'intervalle de temps donné assure l'obtention d'une évaluation de la quantité de suies stockées par le filtre à particules 82 pendant l'intervalle de temps donné. Cette quantité de suies stockées 34 par le FAP 82 pendant l'intervalle de temps donné correspond alors à la quantité de suies que le FAP 82 a emmagasinée pendant toute la durée de l'intervalle de détermination. [0026] Le procédé de détermination effectue ensuite la différence entre la quantité de suies présentes en amont du filtre à particules 82 et la quantité de suies stockées par le filtre à particules 82. Une telle différence représente ni plus ni moins que la quantité de suies 96 émises en aval du filtre à particules 82 pendant l'intervalle de temps donné. [0027] L'invention permet ainsi l'obtention d'un procédé de détermination de la quantité de suies émises à l'aval du filtre à particules. [0028] Un tel procédé assure encore la détermination de la quantité de suies émises à l'aval du filtre à particules sans nécessiter la présence d'un capteur de suies à l'aval du FAP 82. Un tel capteur de suies à l'aval du FAP 82 ne peut détecter la présence de suies en aval que dans le cas où les quantités de suies émises par le FAP 82 sont importantes. Dans un tel cas le FAP 82 est entré en dysfonctionnement, le capteur à l'aval du FAP 82 n'assure alors qu'une fonction de diagnostic de dysfonctionnement. [0029] Un capteur disposé à l'amont du FAP 82 assure, en plus de la fonction de diagnostic, une fonction préventive. On peut ainsi réaliser avec ce procédé un suivi en continu de la performance du FAP 82 avant son dysfonctionnement. De plus un capteur disposé à l'amont du FAP 82 peut intervenir dans d'autres fonctions comme le recalage des injecteurs assurant ainsi une mutualisation des coûts de mise en oeuvre du procédé. [0030] La détermination préventive de la quantité de suies émises à l'aval du FAP 82 permet encore d'optimiser la gestion des régénérations du FAP 82 tout en assurant la protection du FAP 82. Il est préféré que le procédé de détermination soit effectué sur un intervalle de temps pendant lequel il n'y a pas de régénérations du FAP 82. L'estimation de la quantité de suies stockées par le FAP est ainsi facilitée car il n'est pas utile de déterminer la quantité de suies brûlées pendant la régénération. L'utilisation du procédé de détermination pour la gestion des régénérations du FAP 82 permet aussi de déterminer la quantité de suies sur des intervalles de temps situés entre deux régénérations. [0031] Selon la figure 2, l'ensemble des étapes du procédé de détermination peuvent être réalisées par un calculateur 94, qui peut être le CMM 92 ou une partie du CMM 92 d'un véhicule automobile. Le véhicule automobile comprend le moteur thermique 90 et la ligne d'échappement 80 des gaz de combustion 70 du moteur 90. Le moteur 90 du véhicule est de préférence un moteur diesel car le procédé de détermination est plus particulièrement utile dans le cas des motorisations diesels qui émettent une grande quantité de suies et utilisent généralement un FAP 82. [0032] Le calculateur 94 (ou le CMM 92) calcule la quantité de suie 24 présentes en amont du FAP 82, évalue la quantité de suies 34 stockées par le FAP 82 pour déterminer la quantité de suies émises à l'aval du FAP 82. [0033] Le calculateur 94, le capteur 22 de la quantité de suies présentes en amont du FAP 82 et le capteur 32 de différence de conditions thermodynamiques aux bornes du FAP 82 forment ainsi un système de détermination de la quantité de suies émises à l'aval du FAP 82 mettant en oeuvre le procédé de détermination. [0034] L'invention se rapporte en outre à un procédé et à un système de diagnostic du filtre à particules 82 disposé dans la ligne d'échappement 80 de gaz de combustion 70. Le procédé de diagnostic détermine la quantité de suies émises à l'aval du FAP 82 par la mise en oeuvre du procédé de détermination précédemment décrit. Le procédé compare ensuite la quantité de suies émises avec une valeur seuil de suies émises. La valeur seuil de suies est choisie comme étant caractéristique du dysfonctionnement du FAP 82 de manière à diagnostiquer le dysfonctionnement du FAP lorsque la quantité de suies déterminée dépasse le seuil. [0035] Le système de diagnostic comprend le capteur 22 de la quantité de suies présentes en amont du FAP 82 et le capteur 32 de différence de conditions thermodynamiques aux bornes du FAP 82, tout deux précédemment décrits. Le système de diagnostic comprend en outre le calculateur 94, précédemment décrit, qui est en communication avec les capteurs 22, 32. Le calculateur 94 est apte à mettre en oeuvre le procédé de diagnostic. [0036] Un tel procédé et un tel système de diagnostic permettent d'obtenir un diagnostic « direct » de l'état d'endommagement du filtre à particules 82 et de façon embarqué dans le véhicule. L'invention aboutit à l'utilisation d'une stratégie spécifique et performante de diagnostic embarquée sur les véhicules (en anglais on board diagnosis, abrégé en OBD). Une telle stratégie permet la satisfaction des niveaux d'exigences des normes Euro 6. La satisfaction aux normes Euro 6 ainsi obtenue n'engendre pas de surcoût important pour les moteurs Diesel, car l'invention limite le recours à des capteurs supplémentaires dans la ligne d'échappement 80. [0037] L'invention se rapporte encore à une ligne d'échappement 80 des gaz de combustion 70, la ligne d'échappement 80 comprenant un filtre à particules 82. La ligne d'échappement 80 comprend en outre le système précédemment décrit de diagnostic du dysfonctionnement du filtre à particules 82. Les gaz de combustion 70 étant de préférence des gaz de combustion 70 d'un moteur diesel, la ligne d'échappement peut comprendre un catalyseur d'oxydation pour diesel (ou DOC). De manière à assurer une détermination la plus fiable possible de la quantité de suies émises à l'aval du FAP 82 et du diagnostic résultant, le DOC 84 peut être disposé à l'amont du capteur 22 conformément à la figure 2. [0038] La ligne d'échappement 80 peut comprendre un dispositif de traitement des NOx (DeNOx), notamment un dispositif de réduction catalytique sélective (ou SCR), qui comprend généralement un dispositif d'injection de réducteur 88 dans la ligne d'échappement 80 et un pain catalytique 86 en aval du dispositif d'injection de réducteur 88. [0039] Le capteur 22 peut être disposé à l'aval du pain catalytique 86 DeNOx. Le capteur 22 détecte ainsi la quantité de suies présentes dans les gaz de combustion 70 juste avant leur entrée dans le FAP 82. La fiabilité du procédé de détermination de la quantité de suies émises à l'aval du FAP 82 est augmentée. [0040] Le capteur 22 peut aussi être disposé à l'amont du pain catalytique 86 DeNOx, conformément à la figure 2. Une telle configuration permet de ne pas modifier la conception du FAP 82 et du pain catalytique 86 DeNOx dans une même enveloppe (configuration dite close-coupled ou monobloc en français). Il est encore préféré, si présence d'un dispositif SCR, de disposer le capteur 22 en amont du dispositif d'injection de réducteur 88 pour éviter que la mesure du capteur 22 soit perturbée par la présence de réducteur dans les gaz de combustion. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination de la quantité de suies émises à l'aval d'un filtre à particules (82) disposé dans une ligne d'échappement (80) de gaz de combustion (70), pendant un intervalle de temps donné, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend : - le calcul de la quantité de suies présentes en amont du filtre à particules (82) par intégration, sur l'intervalle de temps donné, d'une mesure instantanée de la quantité de suies présentes en amont du filtre à particules (82) ; - l'évaluation de la quantité de suies stockées par le filtre à particules (82), pendant l'intervalle de temps donné, par la différence de conditions thermodynamiques aux bornes aval et amont du filtre à particules (82) ; - la différence entre la quantité de suies présentes en amont du filtre à particules (82) et la quantité de suies stockées par le filtre à particules (82). 2. Procédé de détermination selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évaluation de la quantité de suies stockées par le filtre à particules (82) comporte : - l'estimation de la quantité de suies contenues dans le filtre à particules (82) au début de l'intervalle de temps donné, par correspondance avec une première différence de conditions thermodynamiques aux bornes aval et amont du filtre à particules (82) ; - l'estimation de la quantité de suies contenues dans le filtre à particules (82) à la fin de l'intervalle de temps donné, par correspondance avec une deuxième différence de conditions thermodynamiques aux bornes aval et amont du filtre à particules (82) ; - la différence entre les estimations au début de l'intervalle et à la fin de l'intervalle de temps donné. 3. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'évaluation de la quantité de suies stockées par le filtre à particules (82) est réalisée par la différence de pression aux bornes aval et amont du filtre à particules (82). 4. Procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'évaluation de la quantité de suies stockées par le filtre à particules (82) est réalisée par la différence de température aux bornes aval et amont du filtre à particules (82). 5. Procédé de diagnostic d'un filtre à particules (82) disposé dans une ligne d'échappement (80) des gaz de combustion (70), caractérisé en ce qu'il comprend : - la détermination de la quantité de suies émises à l'aval du filtre à particules (82) par la mise en oeuvre du procédé de détermination selon l'une des revendications 1 à 4 ; - la comparaison de la quantité de suies émises avec une valeur seuil de suies émises caractéristique du dysfonctionnement du filtre à particules (82). 6. Système de diagnostic du dysfonctionnement d'un filtre à particules disposé dans une ligne d'échappement de gaz de combustion, le système étant caractérisé en ce qu'il comprend : - un capteur (22) de la quantité de suies présentes dans la ligne d'échappement en 15 amont du filtre à particules ; - un capteur (32) de différence de conditions thermodynamiques aux bornes aval et amont du filtre à particules ; - un calculateur en communication avec les capteurs (22, 32) et mettant en oeuvre le procédé de diagnostic selon la revendication 5. 20 7. Ligne d'échappement des gaz de combustion comprenant un filtre à particules (82), la ligne d'échappement (80) étant caractérisée en ce qu'elle comprend un système de diagnostic du dysfonctionnement du filtre à particules (82) selon la revendication 6. 8. Ligne d'échappement (80) selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle 25 comprend un catalyseur d'oxydation pour diesel (84) disposé à l'amont du capteur (22) de la quantité de suies. 9. Ligne d'échappement selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif de réduction catalytique sélective (86, 88) à l'aval du capteur (22) de la quantité de suies. 30 10. Véhicule automobile comprenant un moteur thermique (90) et caractérisé en ce qu'il comprend une ligne d'échappement (80) des gaz de combustion (70) du moteur (90) selon l'une des revendications 7 à 9. 11. Véhicule automobile selon la revendication 10, caractérisé en ce que le véhicule 5 automobile comprend un calculateur moteur (92), le calculateur moteur (92) étant le calculateur du système de diagnostic (94). 12. Véhicule automobile selon l'une des revendications 10 à 11, caractérisé en ce que le moteur thermique (90) est un moteur diesel.