Brevet FR3053729A1 — publié le 20180112

PROCEDE DE DETECTION DE PRESENCE D'UN FILTRE A PARTICULES DE MOTEUR A COMBUSTION INTERNE [0001] La présente invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement de moteur à combustion interne, en particulier dans l'élimination des particules. Plus précisément, l'invention porte sur un procédé de détection de présence d'un filtre à particules de moteur à combustion interne. Elle s'intéresse plus particulièrement aux filtres à particules équipant la ligne d'échappement de moteurs à combustion interne de type essence. [0002] Lors de la combustion d'un mélange d'air et de carburant dans un moteur à combustion interne, des polluants peuvent être émis dans la ligne d'échappement du moteur. Ces polluants sont principalement des hydrocarbures imbrûlés (HC), des oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2) et des oxydes de carbone (dont le monoxyde de carbone CO). [0003] Les normes environnementales en matière de dépollution des gaz d'échappement imposent l'installation de systèmes de post-traitement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement des moteurs. La ligne d'échappement d'un moteur est donc généralement au moins munie d'un catalyseur, par exemple un catalyseur à trois voies permettant la réduction des oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, l'oxydation des monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau. [0004] Des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone, et/ou de gouttelettes d'huile peuvent également être émises. Ces particules ont typiquement une taille comprise entre quelques nanomètres et un micromètre. Pour les piéger, on peut avantageusement prévoir des filtres à particules, usuellement constitués d'une matrice minérale, de type céramique, de structure alvéolaire, définissant des canaux disposés sensiblement parallèlement à la direction générale d'écoulement des gaz d'échappement dans le filtre, et alternativement obturés du côté de la face d'entrée des gaz du filtre et du côté de la face de sortie des gaz du filtre, comme cela est décrit dans le document EP2426326. [0005] Dans le cas des moteurs diesel, où les gaz d'échappement ont généralement des températures inférieures aux gaz d'échappement des moteurs à essence, le filtre à 3053729 2 particules est soumis alternativement à des phases de filtration et de régénération. Lors des phases de filtration, les particules s'accumulent dans le filtre, conduisant à la formation d'une couche de suie sur les parois. Lors des phases de régénération, les suies sont éliminées, en général par combustion en élevant momentanément la température des gaz 5 d'échappement qui traversent le filtre. Dans le cas des moteurs à essence, ces régénérations obligatoires imposent une dégradation temporaire du pilotage du moteur à combustion interne. [0006] Certaines normes environnementales dite OBD (pour "Diagnostic On Board" en anglais), imposent de diagnostiquer la présence d'un filtre à particules dans la ligne 10 d'échappement d'un moteur à combustion interne sur les motorisations essence qui en sont équipées même si les seuils réglementaires ne sont pas dépassés en cas d'absence de filtre. [0007] Plusieurs dispositifs de diagnostic sont possibles pour répondre à la réglementation, par exemple l'utilisation de capteurs de mesure de température ou de 15 mesure d'oxygène (avec des sondes 02) aux bornes du filtre à particules, l'utilisation du diagnostic du catalyseur s'il est dans la même enveloppe que le filtre à particules, ou l'utilisation d'un capteur de suies. [0008] Une autre solution pour vérifier la présence d'un filtre à particules consiste à mesurer la pression différentielle entre l'entrée et la sortie du filtre à particules durant le 20 fonctionnement du moteur. En présence d'un filtre à particules, la pression en entrée est toujours plus élevée que celle en sortie. En revanche, si le filtre à particules a été retiré, l'écart de pressions est nul ou quasi nul. [0009] Toutefois, l'utilisation des capteurs de température ou des sondes 02 supplémentaires présente l'inconvénient de ne pas avoir été validée techniquement et 25 ajoute un surcoût important dans le cas de l'ajout d'une sonde 02 supplémentaire. Par ailleurs, l'utilisation du capteur de suies fonctionne mal, car la mesure n'est pas suffisamment précise pour les niveaux atteints avec et sans filtre à particules. Par ailleurs, l'utilisation des capteurs de pression durant le fonctionnement du moteur pour diagnostiquer la présence du filtre à particules implique d'être sur des points de 30 fonctionnement précis et il existe donc un risque de ne pas réaliser le diagnostic pour certains types de roulage, en particulier sur des points au ralenti ou lorsque le moteur est arrêté. 3053729 3 [0010] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un procédé de détection de présence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, notamment d'un véhicule automobile, la ligne d'échappement étant susceptible d'être pourvue d'un filtre à particules, caractérisé en ce 5 que le moteur à combustion interne étant équipé d'un compresseur électrique pour comprimer l'air à l'admission, le procédé comporte: - une étape d'activation du compresseur électrique pour créer un débit d'air dans la ligne d'échappement, - une étape de mesure d'une différence de pression en amont et en aval du filtre à 10 particules, et - une étape de déduction de présence du filtre à particules en fonction de l'étape de mesure de différence de pression précédemment réalisée. [0011] L'invention permet ainsi de tirer profit de la présence du compresseur électrique pour créer un débit et une pression d'air dans la ligne d'échappement de manière à 15 détecter efficacement la présence du filtre à particules. Cela permet notamment de détecter le filtre à particules sur des points au ralenti. En outre, l'invention permet d'implémenter dans le contrôle moteur une stratégie contrôlant la pression d'air aux bornes du filtre à particules. [0012] Selon une mise en oeuvre, le moteur à combustion interne est commandé de telle 20 façon que l'air comprimé à l'admission par le compresseur électrique passe par des soupapes ouvertes et des chambres de combustion du moteur à combustion interne pour être envoyé dans la ligne d'échappement. [0013] Selon une mise en oeuvre, dans une configuration autorisant une recirculation des gaz d'échappement à l'admission, l'air comprimé à l'admission par le compresseur 25 électrique contourne le moteur à combustion interne en passant par une conduite de dérivation via une vanne correspondante pour être envoyé dans la ligne d'échappement. [0014] Selon une mise en oeuvre, le compresseur électrique est activé avant un démarrage du moteur à combustion interne. [0015] Selon une mise en oeuvre, le compresseur électrique est activé lors d'une 30 ouverture de portes ou d'une mise sous contact du véhicule automobile. 3053729 4 [0016] Selon une mise en oeuvre, le compresseur électrique est activé lors de points de fonctionnement au ralenti du moteur à combustion interne. [0017] L'invention a également pour objet un calculateur moteur pour véhicule automobile comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en 5 oeuvre du procédé de détection de présence d'un filtre à particules tel que défini précédemment. [0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 10 [0019] La figure 1 est une représentation schématique d'un premier type d'architecture de moteur à combustion interne mettant en oeuvre le procédé de détection de présence d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement selon la présente invention; [0020] La figure 2 est une représentation schématique d'un deuxième type d'architecture de moteur à combustion interne mettant en oeuvre le procédé de détection de présence du 15 filtre à particules dans la ligne d'échappement selon la présente invention; [0021] La figure 3 est un diagramme illustrant les différents moments de mise en oeuvre du procédé de détection de présence du filtre à particules selon l'invention par rapport au démarrage du moteur à combustion interne et à la mise sous contact du véhicule automobile; 20 [0022] La figure 4 est une représentation schématique des différentes étapes permettant de mettre en oeuvre le procédé de détection de présence du filtre à particules selon la présente invention. [0023] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. 25 [0024] La figure 1 montre une architecture 10 comportant un moteur à combustion interne 12 suralimenté par un compresseur 13 de type électrique. Le compresseur électrique 13 permet de comprimer l'air d'admission après son filtrage via un filtre à air 15 de manière à optimiser le remplissage des cylindres du moteur 12. A cet effet, le compresseur électrique 13 est disposé sur une ligne d'admission 18 en amont d'un doseur 30 d'air 20 permettant de gérer la quantité d'air dans les cylindres du moteur 12. 3053729 5 [0025] Par ailleurs, un catalyseur trois voies 22 est disposé en amont d'un filtre à particules 24 sur une ligne d'échappement 26. Le catalyseur 22 et le filtre à particules 24 sont regroupés dans une même enveloppe 30 de forme sensiblement cylindrique et se raccordent au reste de la ligne d'échappement 26 par des extrémités sensiblement 5 coniques (la figure ne représente que la moitié de l'enveloppe 30 pour rendre visibles le catalyseur 22 et le filtre 24). Bien entendu, l'enveloppe 30 peut prendre une autre forme qu'une forme cylindrique, en ayant par exemple une section ovale, ovoïde, voire carrée ou rectangulaire aux bords éventuellement arrondis. [0026] Le catalyseur trois voies 22 permet notamment de réduire les oxydes d'azote en 10 azote et en dioxyde de carbone, d'oxyder les monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et les hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau. [0027] Le filtre à particules 24 est à base d'une matrice céramique poreuse, par exemple en cordiérite, mullite, titanate d'aluminium ou carbure de silicium, comportant des canaux bouchés alternativement à leurs extrémités, de façon connue. Le filtre 24 vise à piéger des 15 particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone, et/ou de gouttelettes d'huile. Ces particules ont typiquement une taille comprise entre quelques nanomètres et un micromètre. [0028] La ligne d'échappement 26 est également munie de deux capteurs de mesure de pression 32, l'un, dit amont, disposé en amont du catalyseur 22 et l'autre, dit aval, disposé 20 en aval du filtre à particules 24. Les capteurs de mesure de pression 32 permettent de mesurer une différence de pression aux bornes de l'enveloppe 30. Un faisceau électrique pourra relier les capteurs 32 à des moyens de contrôle, par exemple un système de diagnostic embarqué dans le calculateur moteur. En variante, les capteurs de pression 32 pourront ne pas être positionnés en amont et en aval de l'enveloppe 30 en étant 25 positionnés en amont et en aval du filtre 24 seul. [0029] On décrit ci-après, en référence avec la figure 4, les différentes étapes du procédé permettant de détecter la présence du filtre à particules 24 dans la ligne d'échappement 26. Le calculateur moteur pourra comporter une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre des différentes étapes du procédé. 30 [0030] Dans une première étape 101, le compresseur électrique 13 est activé pour créer un débit d'air dans la ligne d'échappement 26. Une mesure de différence de pression aux bornes de l'enveloppe 30 contenant le catalyseur 22 et le filtre à particules 24 est ensuite 3053729 6 effectuée, lors d'une étape 102, au moyen des capteurs 32. On en déduit une mesure de différence de pression en amont et en aval du filtre à particules 24. En fonction de la mesure de différence de pression effectuée, la présence du filtre à particules 24 dans la ligne d'échappement 26 est déduite dans une étape 103. En effet, dans le cas où cette 5 différence de pression dépasse un seuil, cela signifie que le filtre à particules 24 est monté dans la ligne d'échappement 26, tandis que dans le cas où cette différence de pression est faible et inférieure au seuil, cela signifie que le filtre à particules 24 est absent dans la ligne d'échappement 26. [0031] Dans le mode de réalisation de la figure 1, le moteur à combustion interne 12 est 10 commandé de telle façon que l'air comprimé à l'admission par le compresseur électrique 13 passe par des soupapes ouvertes et des chambres de combustion du moteur 12 pour être envoyé dans la ligne d'échappement 26. [0032] Dans le mode de réalisation de la figure 2, une conduite de dérivation 35 permet une recirculation des gaz d'échappement (dit "EGR" pour "Exhaust Gaz Recirculation" en 15 anglais) en établissant une mise en communication de la ligne d'échappement 26 avec la ligne d'admission 18. Une vanne 36, dite vanne d'EGR, permet de gérer la quantité de gaz d'échappement réinjectée à l'admission via la conduite de dérivation 35. Suivant cette architecture moteur, la vanne 36 est commandée de telle façon que l'air comprimé à l'admission par le compresseur électrique 13 contourne le moteur 12 en passant par la 20 conduite de dérivation 35 via la vanne 36 pour être envoyé dans la ligne d'échappement 26. [0033] La figure 3 illustre les moments de mises en oeuvre du procédé selon l'invention respectivement pour l'architecture de moteur classique de la figure 1 (Act1) et pour l'architecture moteur de type EGR de la figure 2 (Act2). Les états 0 et 1 correspondent 25 respectivement à des états arrêté et démarré du moteur 12 (cf. état "Mot") et éteint et sous contact du véhicule (cf. état "Cont"). [0034] Pour les deux modes de réalisation, le procédé pourra être mis en oeuvre par activation du compresseur électrique 13 avant un démarrage du moteur 12 (cf. créneau Act1 et premier créneau Act2). Le procédé pourra ainsi être mise en oeuvre lors d'une 30 ouverture de portes ou d'une mise sous contact du véhicule automobile Cont. [0035] Une fois le moteur 12 en fonctionnement, le procédé de détection du filtre à particules 24 pourra de nouveau être mis en oeuvre sur des points au ralenti en faisant 3053729 7 circuler le flux d'air compressé à travers la conduite de dérivation 35 de l'architecture EGR (cf. deuxième créneau et suivants Act2). [0036] L'invention permet ainsi de tirer profit de la présence d'un compresseur électrique 13 pour créer un débit et une pression d'air dans la ligne d'échappement 26 de manière à 5 détecter efficacement la présence du filtre à particules 24. Cela permet notamment de détecter le filtre à particules 24 sur des points au ralenti. En outre, l'invention permet d'implémenter dans le contrôle moteur une stratégie contrôlant la pression d'air aux bornes du filtre à particules 24. REVENDICATIONS1. Procédé de détection de présence d'un filtre à particules (24) dans une ligne d'échappement (26) d'un moteur à combustion interne (12), notamment d'un véhicule automobile, ladite ligne d'échappement (26) étant susceptible d'être pourvue d'un filtre à particules (24), caractérisé en ce que ledit moteur à combustion interne (12) étant équipé d'un compresseur électrique (13) pour comprimer l'air à l'admission, ledit procédé comporte: - une étape (101) d'activation dudit compresseur électrique (13) pour créer un débit d'air dans ladite ligne d'échappement (26), - une étape (102) de mesure d'une différence de pression en amont et en aval dudit filtre à particules (24), et - une étape (103) de déduction de présence dudit filtre à particules (24) en fonction de ladite étape (102) de mesure de différence de pression précédemment réalisée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moteur à combustion interne (12) est commandé de telle façon que l'air comprimé à l'admission par ledit compresseur électrique (13) passe par des soupapes ouvertes et des chambres de combustion dudit moteur à combustion interne (12) pour être envoyé dans ladite ligne d'échappement (26). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une configuration autorisant une recirculation des gaz d'échappement à l'admission, l'air comprimé à l'admission par ledit compresseur électrique (13) contourne ledit moteur à combustion interne (12) en passant par une conduite de dérivation (35) via une vanne (36) correspondante pour être envoyé dans ladite ligne d'échappement (26). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit compresseur électrique (13) est activé avant un démarrage dudit moteur à combustion interne (12). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit compresseur électrique (13) est activé lors d'une ouverture de portes ou d'une mise sous contact dudit véhicule automobile. 3053729 9 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit compresseur électrique (13) est activé lors de points de fonctionnement au ralenti dudit moteur à combustion interne (12). 7. Calculateur moteur pour véhicule automobile comportant une mémoire stockant des 5 instructions logicielles pour la mise en oeuvre dudit procédé de détection de présence d'un filtre à particules (24) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.