Brevet FR3017412A1 — publié le 20150814

PROCEDE DE DETECTION DE LA PRESENCE D'UN FILTRE A PARTICULES DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT DE VEHICULE AUTOMOBILE [0001] L'invention porte sur un procédé de détection de la présence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement de véhicule automobile. Cette détection se fait par l'intermédiaire d'une sonde à oxygène placée en aval du filtre à particules. [0002] De manière préférentielle mais non limitative, la ligne d'échappement concernée par la présente invention est une ligne d'échappement d'un moteur thermique essence de véhicule automobile. [0003] Le domaine technique de l'invention est aussi principalement le domaine des diagnostics effectués à bord du véhicule automobile en concernant le diagnostic de la présence d'un système de dépollution tel qu'un filtre à particules. [0004] Les normes anti-pollution à venir, notamment en Europe avec la prochaine application de la réglementation émissions Euro 6 2ème étape, durcissent fortement le seuil à respecter pour les particules émises par les motorisations à Injection Directe d'Essence ou moteurs à allumage commandé. [0005] Le respect d'une telle réglementation pourrait imposer d'utiliser un filtre à particules dans la ligne d'échappement de tels moteurs. Un tel filtre à particules pour des motorisations essence, aussi communément appelé GPF pour la dénomination anglaise de « Gasoline Particle Filter », c'est-à-dire de filtre à particules essence, est relativement similaire à ceux utilisés pour les motorisations Diesel mais ses caractéristiques sont adaptées afin de ne pas pénaliser les performances ou la consommation. [0006] II sera aussi imposé prochainement de diagnostiquer la présence d'un filtre à particules pour une motorisation essence équipée d'un tel filtre même si les seuils réglementaires ne sont pas dépassés. [0007] II n'existe pas actuellement de montage en série de filtres à particules pour une motorisation essence chez les constructeurs automobiles. Et même si c'était le cas, la réglementation n'impose pas encore un diagnostic de présence pour les filtres à particules sur les motorisations essence. Ceci pourra cependant être prochainement effectif. [0008] Il a cependant été commencé l'identification de plusieurs dispositifs possibles de diagnostic de présence du filtre à particules pour une motorisation essence afin de répondre à cette future réglementation. [0009] Premièrement il a été proposé l'utilisation de capteurs de température ou de différence de pression, ou de mesures de l'oxygène, principalement par une sonde à oxygène aux bornes du filtre à particules pour vérifier sa présence dans la ligne d'échappement. [0010] Les capteurs de température, de différence de pression ou l'utilisation d'une sonde à oxygène supplémentaire ont deux désavantages. Ils n'ont pas été validés techniquement et, en plus, ils ont un surcoût important qui est de l'ordre de 10E pour une sonde 02 supplémentaire à 20E pour un capteur de différence de pression et jusqu'à 40E pour les deux capteurs de température, cela sans compter l'ajout de l'électronique et des stratégies associées. [0011] Deuxièmement, il a été proposé l'utilisation du diagnostic de présence du catalyseur s'il est regroupé avec le filtre à particules pour une motorisation essence. Le diagnostic de présence du filtre à particules à motorisation essence par diagnostic fonctionnel du catalyseur s'il est dans le même ensemble que le catalyseur nécessite cependant une autorisation auprès des autorités pour vérifier que cela respecte la réglementation et il n'est absolument pas certain que cela aboutisse. [0012] Troisièmement, il a été proposé l'utilisation d'un capteur de suies, une augmentation de la concentration des suies dans les gaz d'échappement à un endroit en aval du filtre signalant l'absence d'un tel filtre à particules. Cependant l'utilisation du capteur de suies a de grandes chances de ne pas donner satisfaction étant donné que sa mesure n'est pas suffisamment précise pour les niveaux atteints avec ou sans filtre à particules pour motorisation essence. De plus, son coût est particulièrement important. [0013] Quatrièmement, il a été proposé d'imprégner le filtre à particules pour motorisation essence d'un produit et de suivre le gradient du produit d'imprégnation dans la ligne d'échappement. Ceci implique cependant une étape supplémentaire dans la production du filtre à particules pour motorisation essence et, par conséquent, un surcoût, néanmoins limité par rapport aux autres solutions proposées. [0014] Le problème à la base de la présente invention est de procéder à la détection de la présence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, ceci d'une manière sûre et sans entraîner de coût supplémentaire. [0015] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de détection de la présence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un véhicule automobile, la ligne comprenant aussi une sonde à oxygène disposée en aval du filtre à particules, caractérisé en ce que la détection se fait en fonction de la montée en température de la sonde à oxygène comparée à une montée en température de référence, une montée en température plus rapide que la montée en température de référence étant représentative d'une absence du filtre à particules dans la ligne d'échappement. [0016] L'effet technique est d'obtenir, sans ajout d'un élément supplémentaire, mais en se servant d'un élément déjà présent dans la ligne d'échappement, à savoir une sonde à oxygène, une détection sûre et simple de la présence ou de l'absence du filtre à particules dans la ligne d'échappement. [0017] Avantageusement, la montée en température de référence est illustrée par au moins une courbe de référence de la montée en température de la sonde à oxygène. [0018] Avantageusement, comme une sonde à oxygène n'émet un signal seulement quand elle a atteint une température déterminée minimale pour son fonctionnement après une durée écoulée de chauffe de la sonde par les gaz d'échappement s'écoulant par la ligne d'échappement, l'absence du filtre à particules est détectée par une durée mesurée s'écoulant avant l'émission du signal de fonctionnement de la sonde à oxygène qui est plus réduite qu'une durée écoulée de référence avec un écart temporel entre les deux durées mesurées et de référence, la réduction de la durée mesurée s'écoulant avant l'émission du signal étant représentative que la sonde à oxygène a atteint sa température déterminée minimale de fonctionnement plus rapidement que prévu et détectant ainsi une absence de filtre à particules. [0019] Avantageusement, la durée écoulée de chauffe est mesurée à partir du démarrage du moteur. [0020] Avantageusement, la durée écoulée de référence est estimée en prenant en compte les conditions du moteur relevées depuis son démarrage. [0021] Avantageusement, la montée en température de référence tient compte de la présence d'autres éléments de dépollution que le filtre à particules dans la ligne d'échappement. [0022] L'invention concerne aussi une ligne d'échappement d'un véhicule automobile présentant un filtre à particules et une sonde à oxygène disposée en aval du filtre à particules, caractérisée en ce que la présence du filtre à particules dans la ligne est détectée conformément au procédé précédemment décrit. [0023] Avantageusement, il est prévu une autre sonde à oxygène en amont du filtre à particules. [0024] Avantageusement, il est prévu au moins un catalyseur dans la ligne. [0025] Avantageusement, le catalyseur est un catalyseur trois voies, un système porté par la ligne d'échappement intégrant le catalyseur et le filtre à particules. [0026] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une partie d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile pouvant détecter la présence ou l'absence d'un filtre à particules dans la ligne conformément à un procédé de détection selon la présente invention, - la figure 2 est une représentation schématique de courbes de montée en température d'une sonde à oxygène disposée en aval du filtre à particules, une montée plus rapide en température qu'une montée de référence attestant de l'absence du filtre à particules dans la ligne d'échappement du véhicule automobile. [0027] De manière classique à la sortie d'un moteur thermique 2, il est prévu une ligne 1 d'échappement pour l'évacuation des gaz d'échappement sortant du moteur 2. De manière usuelle, une telle ligne 1 d'échappement comprend des éléments de dépollution 3, 4 des gaz d'échappement en tenant compte du type de motorisation essence ou Diesel utilisée. [0028] De manière non limitative, à la figure 1, qui montre une ligne 1 d'échappement pour une motorisation essence, la ligne 1 d'échappement est équipée d'un filtre à particules 3 essence et d'un catalyseur trois voies 4. D'autres éléments de dépollution peuvent cependant être présents dans cette ligne 1, par exemple mais pas uniquement des éléments de réduction catalytique sélective. A la figure 1, le catalyseur trois voies 4 et le filtre à particules 3 essence sont regroupés dans un même système, ce qui n'est pas obligatoire. [0029] Le filtre à particules 3 essence est avantageusement sous la forme d'un système poreux composé de cordiérite, mullite ou carbure de silicium ou autre où les canaux sont bouchés alternativement à chaque extrémité. Il est caractérisé par un volume, une quantité de canaux, une épaisseur de paroi et une porosité. Le filtre à particules 3 est avantageusement positionné en aval du catalyseur trois voies 4. [0030] De manière classique, il peut être prévu au moins une sonde à oxygène ou sonde lambda, à la figure 1 deux sondes à oxygène 5, 5a. Une première 5a de ces deux sondes 5, 5a lambda peut être placée dans la ligne 1 d'échappement entre le collecteur d'échappement du moteur 2 et le catalyseur 4. Ses mesures peuvent être transmises à un calculateur d'injection prévu dans un contrôle-commande du moteur 2 afin de procurer la possibilité de détermination de la proportion du mélange air-carburant pour laquelle l'efficacité du moteur 2 est optimale. Cela permet de maintenir à un faible niveau les rejets polluants et influe de manière positive sur une réduction de la consommation en carburant. Les sondes à oxygène 5, 5a peuvent être stoechiométriques ou linéaires. [0031] La seconde sonde à oxygène 5 peut être prévue en aval du catalyseur 4 et du filtre à particules 3 essence dans la ligne 1 d'échappement. La fonction principale de cette sonde à oxygène 5 en aval du filtre à particules 3 est, pour un contrôle moteur de dernière génération, en plus de la sonde à oxygène 5a disposée en amont du filtre à particules 3 de permettre d'évaluer l'efficacité du filtre à particules 3 et du catalyseur trois voies 4 en permanence. C'est cette seconde sonde à oxygène 5 disposée en aval du filtre à particules 3 qui est utilisée selon la présente invention pour la détection de l'absence du filtre à particules 3. [0032] Chaque sonde à oxygène 5, 5a délivre une information de richesse par le biais d'une différence de potentiel fournie par l'élément sensible qui la compose. Pour que cela fonctionne correctement, cet élément sensible doit être chaud. En effet, le transfert d'électrons nécessaire ne se fait qu'à partir d'une certaine température : 350 à 400°C selon les sondes et 600 à 700°C pour une pleine eficacité. [0033] Pour atteindre ces températures, les sondes 5, 5a sont chauffées par deux moyens. Le premier moyen est la chaleur des gaz d'échappement qui passent autour de la sonde 5, 5a et qui chauffent l'élément sensible par convection. Le second moyen de chauffage est un chauffage interne à la sonde 5, 5a, par exemple une résistance intégrée à l'élément sensible, ce qui est le cas des sondes dites planaires, ou par exemple un crayon chauffant, ce qui est le cas pour une sonde en forme de doigt de gant. [0034] La calibration de la mise en route et de la puissance du chauffage interne à une sonde 5, 5a est réalisée en fonction d'un certain nombre de paramètres comme le point de fonctionnement du moteur ou la température estimée ou mesurée des gaz d'échappement autour de la sonde 5, 5a. [0035] Au démarrage du moteur 2, les sondes 5, 5a sont froides, elles ne sont chauffées via le chauffage interne qu'une fois le « point de rosée » franchi, c'est-à-dire quand il n'y a plus d'eau dans la ligne 1 d'échappement. Ce sont donc les gaz d'échappement qui chauffent d'abord les sondes 5,5a. [0036] Conformément à la présente invention, dans le procédé de détection de la présence d'un filtre à particules 3 dans une ligne 1 d'échappement d'un véhicule automobile, la ligne 1 comprenant aussi une sonde à oxygène 5 disposée en aval du filtre à particules 3, la détection se fait en fonction de la montée en température de la sonde à oxygène 5 comparée à une montée en température de référence, une montée en température plus rapide que la montée en température de référence étant représentative d'une absence du filtre à particules 3 dans la ligne 1 d'échappement. [0037] En effet, si le filtre à particules 3 est présent, cas nominal pour un fonctionnement donné du moteur 2, une certaine énergie sera dissipée des gaz d'échappement. On peut alors créer une courbe de référence de la montée en température de la sonde à oxygène 5, montée en température issue à la fois de cette énergie dissipée et du chauffage interne de la sonde 5 s'il est activé. [0038] Si le filtre à particules 3 est absent, l'énergie dissipée dans les gaz d'échappement n'aura pas à contrecarrer l'inertie de ce substrat avant d'atteindre la sonde à oxygène 5 sensée être en aval du filtre à particules 3. Les gaz d'échappement seront donc plus chauds autour de la sonde 5. A iso-fonctionnement du moteur que le cas nominal présenté ci-dessus, la sonde 5 aval montera en température plus rapidement. [0039] La présente invention consiste donc à analyser l'instant d'activation de la sonde à oxygène 5 en aval du filtre à particules 3 en le comparant à une référence. Si la sonde 5 s'active de façon prématurée par rapport à la référence c'est qu'elle a été plus chauffée que la référence et on peut en déduire que le filtre à particules 3 a disparu. [0040] Au-delà d'une certaine température de l'élément sensible, la sonde à oxygène renvoie un signal variable. En deça, le signal est figé. Si la sonde à oxygène aval 5 monte en température plus rapidement, ce qui est le cas pour un filtre à particules 3 absent, cette sonde 5 renverra un signal variable exploitable plus tôt que quand un filtre à particules 3 est présent. [0041] Avantageusement, il est mesuré une durée à partir du démarrage moteur pour que le signal de la sonde aval soit exploitable. En comparant cette durée avec celle d'une référence, il est possible d'identifier la présence ou l'absence du filtre à particules. La durée de référence prend en compte les conditions du moteur constatées depuis le démarrage du moteur. [0042] Ainsi, comme une sonde à oxygène 5 n'émet un signal seulement quand elle a atteint une température déterminée minimale pour son fonctionnement après une durée écoulée de chauffe de la sonde 5 par les gaz d'échappement s'écoulant par la ligne 1 d'échappement, l'absence du filtre à particules 3 est détectée par une durée mesurée s'écoulant avant l'émission du signal de fonctionnement de la sonde à oxygène 5 qui est plus réduite qu'une durée écoulée de référence avec un écart temporel entre les deux durées mesurées et de référence. [0043] En effet, la réduction de la durée mesurée s'écoulant avant l'émission du signal est représentative que la sonde à oxygène 5 a atteint sa température déterminée minimale de fonctionnement plus rapidement que prévu et permet de détecter ainsi une absence de filtre à particules 3. [0044] A la figure 2, il est visible qu'il existe un écart temporel Et entre la courbe de montée en température entre une sonde à oxygène en aval dans une ligne d'échappement sans filtre à particules et une sonde à oxygène en aval dans une ligne d'échappement avec filtre à particules. On peut voir à la figure 2 le signal de tension de la sonde aval quand il n'y a pas de filtre à particules sur la courbe avec des points et le signal quand il y a un filtre à particules sur la courbe avec des triangles. Les tracés représentent les premières secondes d'un cycle réglementé. [0045] Ce qui a été décrit est de manière préférentielle destinée à un filtre à particules pour motorisation à essence, un diagnostic de présence du filtre à particules essence devant être imposé par une réglementation européenne à venir. Ceci peut cependant être extrapolé à tout filtre à particules. La montée en température de référence peut tenir compte de la présence d'autres éléments de dépollution 4 que le filtre à particules 3 dans la ligne 1 d'échappement. [0046] La solution présentée ici a l'avantage de répondre à la réglementation sans coût supplémentaire, sans impact sur l'implantation et sans impact sur les entrées et/ ou les sorties du calculateur du contrôle moteur. [0047] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. REVENDICATIONS: 1. Procédé de détection de la présence d'un filtre à particules (3) dans une ligne (1) d'échappement d'un véhicule automobile, la ligne (1) comprenant aussi une sonde à oxygène (5) disposée en aval du filtre à particules (3), caractérisé en ce que la détection se fait en fonction de la montée en température de la sonde à oxygène (5) comparée à une montée en température de référence, une montée en température plus rapide que la montée en température de référence étant représentative d'une absence du filtre à particules (3) dans la ligne (1) d'échappement. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la montée en température de référence est illustrée par au moins une courbe de référence de la montée en température de la sonde à oxygène (5). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, comme une sonde à oxygène (5) n'émet un signal seulement quand elle a atteint une température déterminée minimale pour son fonctionnement après une durée écoulée de chauffe de la sonde (5) par les gaz d'échappement s'écoulant par la ligne (1) d'échappement, l'absence du filtre à particules (3) est détectée par une durée mesurée s'écoulant avant l'émission du signal de fonctionnement de la sonde à oxygène (5) qui est plus réduite qu'une durée écoulée de référence avec un écart temporel (Et) entre les deux durées mesurées et de référence, la réduction de la durée mesurée s'écoulant avant l'émission du signal étant représentative que la sonde à oxygène (5) a atteint sa température déterminée minimale de fonctionnement plus rapidement que prévu et détectant ainsi une absence de filtre à particules (3). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la durée écoulée de chauffe est mesurée à partir du démarrage du moteur (2). 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la durée écoulée de référence est estimée en prenant en compte les conditions du moteur relevées depuis son démarrage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la montée en température de référence tient compte de la présence d'autres éléments de dépollution (4) que le filtre à particules (3) dans la ligne (1) d'échappement. 7. Ligne (1) d'échappement d'un véhicule automobile présentant un filtre à particules (3) et une sonde à oxygène (5) disposée en aval du filtre à particules (3), caractérisée en ce que la présence du filtre à particules (3) dans la ligne (1) est détectée conformément à un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 8. Ligne (1) selon la revendication 7, dans laquelle il est prévu une autre sonde à oxygène (5a) en amont du filtre à particules (3). 9. Ligne (1) selon la revendication 8, dans laquelle il est prévu au moins un catalyseur (4). 10. Ligne (1) selon la revendication 9, dans laquelle le catalyseur est un catalyseur trois voies (4), un système porté par la ligne (1) d'échappement intégrant le catalyseur (4) et le filtre à particules (3).