Brevet FR2979949A1 — publié le 20130315

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETECTION D'UN ORGANE DE DEPOLLUTION DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT D'UN VEHICULE AUTOMOBILE, LIGNE D'ECHAPPEMENT ET VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT UN TEL DISPOSITIF pool ] La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détection d'un organe de dépollution dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile. L'invention se rapporte également à une ligne d'échappement comprenant un tel dispositif de détection. Enfin, l'invention vise aussi un véhicule automobile comprenant une telle ligne d'échappement. [0002] L'invention concerne le domaine technique de la dépollution dans les véhicules automobiles à moteur à combustion interne, et plus précisément la réduction du nombre de particules émises (suies) par les moteurs à combustion interne, notamment du type à injection directe. [0003] Un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile est associé à une ligne d'échappement. La ligne d'échappement comprend un ou plusieurs organes de dépollution. Ces organes de dépollution sont destinés à réduire les gaz d'échappement et/ou à piéger les particules de suies, particulièrement nocives, produits par la combustion du carburant dans le moteur à combustion interne. [0004] Les organes de dépollution sont, à l'heure actuelle, indispensables pour respecter les normes toujours plus strictes de dépollution qui visent les véhicules automobiles à moteur à combustion interne. [0005] Cependant, il arrive que certains utilisateurs de ces véhicules à combustion interne prennent la liberté d'enlever ces organes de dépollution et de les remplacer par des éléments dénués d'action dépolluante. [0006] Par suite, il a été proposé des procédés de détermination de la présence d'organes de dépollutions dans une ligne d'échappement d'un véhicule à moteur à combustion interne. [0007] Dans le cas des moteurs Diesel, notamment, il est connu de déterminer la présence du filtre à particules en mesurant la différence de pression entre la sortie et l'entrée de ce filtre à particules. Ce procédé de détection nécessite cependant l'utilisation de capteurs de pression et de conduits dédiés. Ceci se traduit par un surcoût du véhicule automobile, des contraintes d'implantation vis-à-vis du positionnement des conduits et des capteurs de pression, ainsi que des contraintes d'espace mémoire à allouer au logiciel mis en oeuvre. [0oos] FR-A-2 864 145 décrit un autre procédé de détection de la présence d'un élément de traitement présent dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne. Selon ce procédé, on mesure, au démarrage du moteur ou à l'extinction de celui-ci, un intervalle de temps entre l'instant où une première température des gaz d'échappement, mesurée en amont de l'élément de traitement, devient égale à une première valeur de seuil prédéterminée, et l'instant ou une deuxième température des gaz d'échappement, mesurée en aval de l'élément de traitement, devient égale à cette valeur de seuil. [0009] Selon ce procédé, la présence de l'organe de dépollution est ensuite déterminée en comparant l'intervalle de temps mesuré à une deuxième valeur de seuil prédéterminée. Ce procédé nécessite cependant l'utilisation de capteurs de température qui sont, la plupart du temps, utilisés uniquement pour la mise en oeuvre de ce procédé. La mise en oeuvre de ce procédé se traduit donc par un surcoût du fait de la nécessité de capteurs dédiés. [cm cl Il est également connu de EP-A-1 081 348 un dispositif de détermination du degré de détérioration d'un système de réduction des oxydes d'azote présent dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne au moyen de sondes à 25 oxygène disposées en amont et en aval du système de réduction. pou ] Enfin, US 5,154,055 décrit un dispositif de diagnostic du facteur de purification d'un catalyseur présent dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, au moyen de sondes à oxygène disposées en amont et en aval du catalyseur. [0012] Il existe donc un besoin pour un procédé de détection d'un organe de dépollution dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile ne présentant pas les inconvénients susnommés. [0013] A cette fin l'invention propose un procédé de détection d'un organe de dépollution dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile à moteur à combustion interne, une première et une deuxième sondes à oxygène étant disposées dans la ligne d'échappement, respectivement en amont et en aval de l'organe de dépollution, procédé caractérisé en ce qu'il comprend, lors d'une phase de régénération de l'organe de dépollution, les étapes consistant en : - une première détection d'un taux d'oxygène supérieur à une première valeur de seuil prédéterminée au moyen de la première sonde à oxygène ; - une deuxième détection d'un taux d'oxygène supérieur à la première valeur de seuil au moyen de la deuxième sonde à oxygène ; - la comparaison de l'intervalle de temps séparant les première et deuxième détections avec une deuxième valeur de seuil prédéterminée. [0014] Selon une variante, l'organe de dépollution est l'un parmi : - un catalyseur, en particulier un catalyseur trois voies, - un filtre à particules, - la combinaison d'un filtre à particule et d'un catalyseur, notamment d'un catalyseur trois voies, et - un filtre à particules imprégné. [0015] Selon une variante, l'organe de dépollution est un filtre à particules, un catalyseur étant ménagé sur la ligne d'échappement en amont du filtre à particules. Une troisième sonde à oxygène est disposée en amont du catalyseur, la première sonde à oxygène étant disposée entre le catalyseur et le filtre à particules. Une troisième détection d'un taux d'oxygène supérieur à la première valeur de seuil au moyen de la troisième sonde à oxygène est effectuée, la détection du catalyseur étant déterminée en fonction de la comparaison de l'intervalle de temps séparant les première et troisième détections. [0016] Selon une variante, les sondes à oxygène sont des sondes lambda. [0017] Selon une variante, les sondes à oxygène sont des sondes tout ou rien, ou des sondes proportionnelles. [0018] Selon une variante, le procédé comprend en outre une étape, antérieure aux première, deuxième et troisième détections, consistant en l'arrêt de l'injection de carburant dans le moteur du véhicule automobile. [0019] Selon une variante, le moteur à combustion interne est un moteur à essence. [0020] Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif de détection d'un organe de dépollution dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une première sonde à oxygène destinée à être disposée dans la ligne d'échappement, en amont de l'organe de dépollution, une deuxième sonde à oxygène destinée à être disposée dans la ligne d'échappement, en aval de l'organe de dépollution, et un calculateur spécialement conçu pour mettre en oeuvre le procédé tel que décrit ci-avant dans toutes ses combinaisons. [0021] Selon encore un autre aspect, l'invention propose une ligne d'échappement pour véhicule automobile comprenant un organe de dépollution et un dispositif de détection de l'organe de dépollution tel que décrit ci-avant, les première et deuxième sondes à oxygènes étant respectivement disposées en amont et en aval de l'organe de dépollution. [0022] Enfin, selon un autre aspect, l'invention propose un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion interne et une ligne d'échappement telle que décrite ci-avant, disposée en aval du moteur à combustion interne. [0023] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - figure 1, un schéma structurel d'une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne ; - figure 2, l'évolution temporelle de la tension de sortie de sondes à oxygène disposées en amont et en aval d'un organe de dépollution, dans le cas de la 2 9 7994 9 5 présence de l'organe de dépollution et dans le cas de l'absence de l'organe de dépollution. [0024] L'invention se rapporte à un procédé de détection d'un organe de dépollution dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile à moteur à 5 combustion interne. Une première et une deuxième sondes à oxygène sont disposées dans la ligne d'échappement, respectivement en amont et en aval de l'organe de dépollution. Le procédé comprend, lors d'une phase de régénération de l'organe de dépollution, les étapes consistant en : - une première détection d'un taux d'oxygène supérieur à une première valeur 10 de seuil prédéterminée au moyen de la première sonde à oxygène ; - une deuxième détection d'un taux d'oxygène supérieur à la première valeur de seuil au moyen de la deuxième sonde à oxygène ; - la comparaison de l'intervalle de temps séparant les première et deuxième détections avec une deuxième valeur de seuil prédéterminée. 15 [0025] Ainsi, lors d'une phase de régénération de l'organe de dépollution, durant laquelle de l'oxygène est consommée dans l'organe de dépollution, on détermine la durée nécessaire pour que le taux d'oxygène en sortie de l'organe de dépollution atteigne une valeur de seuil prédéterminée. On compare cette durée à une valeur prédéterminée. Si la durée est inférieure à la valeur de seuil, alors l'oxygène n'a pas 20 été consommé. Il n'y a donc pas eu de régénération de l'organe de dépollution. On en conclut que l'organe de dépollution n'est pas présent dans la ligne d'échappement. Dans le cas contraire, où la durée est supérieure (ou égale) à la valeur de seuil, alors de l'oxygène a bien été consommé dans l'organe de dépollution et on en déduit que l'organe de dépollution est bien présent dans la 25 ligne d'échappement. [0026] La figure 1 illustre une ligne d'échappement 10 d'un moteur à combustion interne 12 d'un véhicule automobile 14. Le moteur à combustion interne 12 est, en l'espèce, un moteur à essence, par opposition à un moteur Diesel. La ligne d'échappement 10 présente ici deux organes de dépollution 16, 18, par exemple un catalyseur 16 et un filtre à particules 18. La ligne d'échappement comprend également trois sondes à oxygènes 20, 22, 24. La première sonde à oxygène 20 est disposée en aval du moteur 12, mais en amont du catalyseur 16, dans le sens de parcours des gaz d'échappement (illustré par les flèches sur la fig.1). La deuxième sonde à oxygène 22 est disposée en aval du catalyseur 16, mais en amont du filtre à particules. Enfin, la troisième sonde à oxygène 24 est disposée en avant du filtre à particules. Les trois sondes à oxygènes forment, avec un calculateur non représenté, un dispositif de détection d'un organe de dépollution dans la ligne d'échappement. Le calculateur peut être le calculateur multifonction moteur (CMM). [0027] Il est à noter ici que des sondes à oxygènes - par exemple des sondes lambda - sont présentes le long de la ligne d'échappement du véhicule automobile indépendamment de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. En effet, ces sondes à oxygène sont utilisées pour réguler l'injection de carburant dans le moteur, puisqu'elles permettent de contrôler la richesse des gaz d'échappement. Un calculateur multifonction moteur (CMM) permet de traiter les signaux émis par les sondes pour commander l'injection de carburant dans le moteur. Les sondes à oxygènes peuvent également être mises en oeuvre pour faire un diagnostic de l'état des organes de dépollution dans la ligne d'échappement. [0028] Les sondes à oxygènes peuvent être du type proportionnel ou « tout ou rien ». Une sonde proportionnelle s'entend d'une sonde dont le signal de sortie (la tension de sortie, notamment) est proportionnel au taux d'oxygène qu'elle mesure. Au contraire, une sonde tout ou rien fournit un signal de sortie (une tension de sortie) qui ne prend que deux valeurs, selon que le taux d'oxygène qu'elle mesure est supérieur ou inférieur à une valeur de seuil prédéterminée. [0029] Pour réaliser la détection de l'organe de dépollution, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre lors de la phase de régénération de l'organe de dépollution. La régénération est une phase de fonctionnement de l'organe de dépollution durant laquelle les suies éventuellement stockées dans l'organe de dépollution sont brûlées. Pour ce faire, il est connu, entre autres, d'augmenter la température des gaz d'échappement traversant l'organe de dépollution. Lors de la phase de régénération de l'organe de dépollution la combustion des suies consomme de l'oxygène. [0030] On va maintenant décrire comment il est détecté si l'organe de dépollution formé de l'ensemble du catalyseur 16 et du filtre à particules 18 est présent dans la ligne d'échappement 10 d'un moteur à essence, en se référant à la Figure 2. Sur cette figure, il est représenté trois courbes. La première courbe 26, en trait plein, illustre l'évolution temporelle de la tension de sortie de la première sonde à oxygène 20. La deuxième courbe 28, en trait en pointillés, illustre l'évolution temporelle de la tension de sortie de la deuxième sonde à oxygène 24 dans le cas où le filtre à particules 18 est présent dans la ligne d'échappement 10. Enfin, la troisième courbe 30, en trait tireté, illustre l'évolution temporelle de la tension de sortie de la sonde à oxygène 24 dans le cas où l'organe de dépollution 16, 18 n'est pas présent dans la ligne d'échappement 10. [0031] On se place tout d'abord au début d'une phase de régénération. Comme indiqué précédemment, la régénération peut consister à augmenter la température dans le filtre à particules afin de brûler les particules (notamment les suies) qui y 15 sont emprisonnées. La combustion de ces particules consomme de l'oxygène. [0032] A l'instant T1, on commande l'arrêt de l'injection de carburant dans le moteur, ceci afin que de l'oxygène soit présent dans les gaz d'échappement en aval du moteur. Il est à noter qu'en variante, il peut être prévu d'autres moyens pour amener de l'oxygène dans la ligne d'échappement en amont de l'organe de 20 dépollution. On pourrait ainsi injecter de l'air dans la ligne d'échappement, en amont de l'organe de dépollution, par exemple. [0033] Du fait de la présence d'oxygène dans les gaz d'échappement à un taux supérieur à une valeur de seuil prédéterminée, la tension de sortie de la première sonde à oxygène 20 change et devient, en l'espèce, nulle à l'instant T2. 25 [0034] Si l'organe de dépollution n'est pas présent dans la ligne d'échappement, alors la régénération consommatrice d'oxygène ne se produit pas. Par suite, le taux d'oxygène mesuré par la sonde 24 va croitre rapidement et atteindre la valeur de seuil prédéterminé à l'instant T3. A cet instant T3, la sonde à oxygène 24 fournit une tension de sortie nulle. La durée T3-T1, qui peut être déterminée par essai 30 avant la mise en circulation du véhicule automobile, peut être enregistrée dans le calculateur ou dans une mémoire dédiée. Cette durée sert alors de valeur de seuil permettant de déterminer si l'organe de dépollution est présent ou non dans la ligne d'échappement. En effet, comme l'illustre la courbe 28, dans le cas où l'organe de dépollution est présent dans la ligne d'échappement, le signal de sortie de la sonde à oxygène 24 change pour devenir nul à un instant T4 tel que la durée T4-T1 est supérieure à la durée T3-T1. Ceci s'explique par le fait qu'en présence de l'organe de dépollution, la régénération de l'organe de dépollution se produit, laquelle consomme de l'oxygène. Par suite, un temps plus long est nécessaire (jusqu'à la fin de la régénération) pour que le signal de sortie de la sonde à oxygène change. [0035] Comme indiquée précédemment, cette deuxième valeur de seuil prédéterminée peut être déterminée par essai avant la mise en circulation du véhicule automobile. Cette valeur obtenue par essai peut également être estimée par le calculateur multifonction moteur en fonction des conditions de roulages précédemment rencontrées par le véhicule automobile. [0036] Il est à noter ici que tel qu'illustré à la figure 1, le dispositif de détection de l'organe de dépollution comporte trois sondes à oxygène disposées en aval du catalyseur, en amont du filtre à particules et entre le catalyseur et le filtre à particules. Ce dispositif permet ainsi de détecter séparément la présence du catalyseur et du filtre à particules en mettant en oeuvre le procédé décrit précédemment entre la sonde en amont du catalyseur et la sonde disposée entre le catalyseur et le filtre à particules, d'une part, pour détecter la présence du catalyseur et entre la sonde disposée entre le catalyseur et le filtre à particules, et la sonde disposée en aval du filtre à particules, d'autre part, pour détecter la présence du filtre à particules. [0037] Par ailleurs, l'invention a été décrite dans le cas d'un organe de dépollution comprenant un filtre à particules en combinaison avec un catalyseur. Bien entendu d'autres organes de dépollution peuvent être détectés, notamment un catalyseur, en particulier un catalyseur trois voies, un filtre à particules, la combinaison d'un filtre à particules et d'un catalyseur trois voies ou encore un filtre à particule imprégné.