Brevet FR3069886A1 — publié le 20190208

PROCÉDÉ DE DIAGNOSTIC DE LA DÉFAILLANCE D'UN FILTRE À PARTICULES ET SYSTÈME DE POST-TRAITEMENT DE GAZ D'ÉCHAPPEMENT [1] L'invention concerne de manière générale la dépollution des gaz d'échappement émis par le moteur thermique d'un véhicule. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé de diagnostic de la défaillance d'un filtre à particules. L'invention se rapporte également à un système de post-traitement des gaz d'échappement incluant un filtre à particules, dans lequel est mis en oeuvre le procédé susmentionné. [2] Dans les véhicules automobiles, les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement sont devenus aujourd'hui indispensables pour la conformité avec les normes environnementales. Les émissions polluantes réglementées sont notamment le monoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures imbrûlés (HO), les oxydes d'azote (N0x) et les particules de suies. [3] Pour la suppression des particules de suies dans les gaz d'échappement, il est bien connu d'équiper les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement avec un filtre à particules. Les filtres à particules sont très présents dans les véhicules ayant une motorisation de type Diesel et se généralisent aussi dans les motorisations de type essence, notamment avec l'entrée en vigueur de la norme environnementale européenne dite « Euro 6.3 ». [004] Le filtre à particules est efficace pour diminuer la pollution particulaire. Cependant, l'accumulation progressive des particules de suies retenues dans les couches poreuses du filtre provoque une perte de charge dans la ligne d'échappement de gaz du moteur thermique. Des régénérations périodiques à haute température sont nécessaires pour éliminer par combustion les particules de suies accumulées. Durant la vie du véhicule, des défaillances du filtre à particules peuvent survenir vis-à-vis de l'émission des particules, par exemple, à la suite d'une phase de régénération particulièrement sévère provoquant une fissuration du filtre, d'une manipulation malveillante ou d'autres causes. La défaillance du filtre se traduit par des émissions de particules qui dépassent le seuil maximum fixé par la réglementation. [005] Conformément à la réglementation, l'évènement « défaillance du filtre à particules » doit être détecté par le système de diagnostic embarqué, dit OBD pour « On Board Diagnostic » en anglais. Cet évènement doit aussi être signalé à l'utilisateur du 2 véhicule par l'activation d'un voyant sur le tableau de bord, tel que le voyant MIL pour « Malfunction Indicator Lamp » en anglais, pour l'informer qu'une réparation du véhicule est nécessaire. [6] Dans l'état de la technique, il est connu d'évaluer la perte d'efficacité de la 5 filtration à partir d'une mesure de la pression différentielle, dite contrepression, entre l'entrée et la sortie du filtre à particules. Cette méthode d'évaluation de la perte d'efficacité du filtre à particules est suffisante pour la commande de ses phases de régénération, mais pourrait encore être améliorée. L'adjonction d'un capteur de suies pour mesurer la quantité de suies dans le filtre permettrait d'améliorer la précision de l'évaluation de sa perte 10 d'efficacité, mais un tel capteur présente des difficultés d'implantation et conduit à un accroissement sensible du coût. [7] Par les documents de brevet KR20070062309 et FR2950108, il est connu des dispositifs de diagnostic de filtre à particules faisant appel à un filtre de détection implanté en aval du filtre à particules dans la ligne d'échappement de gaz d'un moteur thermique. 15 La pression différentielle entre l'entrée et la sortie du filtre de détection est mesurée pour détecter une défaillance du filtre à particules à partir d'un niveau d'encrassement du filtre de détection. Dans KR20070062309, le filtre de détection est un deuxième filtre à particules qui est monté dans la ligne d'échappement de gaz. Dans FR2950108, le filtre de détection est placé dans une conduite en dérivation de la conduite d'échappement 20 principale. Ces dispositifs de diagnostic ont l'inconvénient de requérir un moyen de filtrage de particules supplémentaire qui est dédié au diagnostic de défaillance du filtre à particules et impacte le coût. [8] Il existe donc un besoin pour un procédé de diagnostic fiable et précis de la défaillance d'un filtre à particules qui ne présente pas les inconvénients susmentionnés de 25 la technique antérieure. [9] Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de diagnostic de la défaillance d'un filtre à particules dans un système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique, le système de post-traitement des gaz d'échappement comprenant un filtre à particules et un catalyseur disposé en aval du filtre 30 à particules dans une ligne d'échappement de gaz. Conformément à l'invention, le diagnostic de la défaillance du filtre à particules est effectué à partir d'une mesure d'une pression différentielle entre une entrée et une sortie du catalyseur. 3 [0010] Selon une caractéristique particulière, le procédé est mis en oeuvre par l'exécution d'instructions de code de programme dans une unité électronique de commande du système de post-traitement des gaz d'échappement. [0011] Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi un système de post-traitement 5 des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule comprenant un dispositif de traitement des émissions d'oxydes d'azote, une unité électronique de commande, un filtre à particules et un catalyseur de conversion d'ammoniac disposé en aval du filtre à particules dans une ligne d'échappement de gaz. Conformément à l'invention, le système comprend un dispositif capteur de pression différentielle monté entre une entrée et une 10 sortie du catalyseur de conversion d'ammoniac, le dispositif capteur de pression différentielle ayant pour fonction de fournir une mesure de la pression différentielle entre une entrée et une sortie du catalyseur de conversion d'ammoniac, la mesure de pression différentielle étant destinée à un diagnostic de défaillance du filtre à particules. [0012] Selon une forme de réalisation particulière, le dispositif de traitement des 15 émissions d'oxydes d'azote comporte un catalyseur de type à réduction catalytique sélective. [0013] Selon une autre forme de réalisation particulière, le catalyseur de type à réduction catalytique sélective et le filtre à particules sont inclus dans un même dispositif compact. [0014] Selon une autre forme de réalisation particulière, le dispositif de traitement des 20 émissions d'oxydes d'azote comporte également un accumulateur passif d'oxydes d'azote contenu dans un catalyseur d'oxydation. [0015] Selon encore une autre forme de réalisation particulière, le dispositif de traitement des émissions d'oxydes d'azote comporte un piège à oxydes d'azote. [0016] L'invention concerne aussi un véhicule équipé du système décrit brièvement ci-25 dessus pour un post-traitement des gaz d'échappement émis par le moteur thermique du véhicule. [0017] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : 4 - la Fig.1 est vue d'ensemble d'une forme de réalisation particulière d'un système de post-traitement des gaz d'échappement mettant en oeuvre le procédé selon l'invention ; - les Figs.2A et 2B sont des courbes montrant des détections négative et positive 5 de la défaillance d'un filtre à particules, respectivement, dans le procédé selon l'invention. [0018] Une forme de réalisation particulière 1 d'un système de post-traitement de gaz d'échappement dans lequel est mis en oeuvre le procédé selon l'invention pour le diagnostic de la défaillance du filtre à particules est maintenant décrite en référence aux 10 Figs.1 et 2A, 2B. [0019] Le système de post-traitement de gaz d'échappement 1 décrit ici est destiné au post-traitement des gaz d'échappement EG d'un moteur thermique de type Diesel dans un véhicule. [0020] Comme montré à la Fig.1, le système de post-traitement de gaz d'échappement 1 15 comprend essentiellement une ligne d'échappement de gaz LE et une unité électronique de commande 5. La ligne d'échappement de gaz LE comprend ici un catalyseur d'oxydation 2, un dispositif compact 3 de réduction catalytique sélective et de filtrage de particules de suies et un catalyseur de conversion d'ammoniac 4. [0021] Le catalyseur d'oxydation 2 est typiquement un catalyseur d'oxydation de type 20 DOC (pour « Diesel Oxydation Catalyst » en anglais) incorporant ici un accumulateur passif de NOx (non représenté), dit PNA pour "Passive NOx Adsorber" en anglais. [0022] Le dispositif compact 3 comprend un catalyseur de type à réduction catalytique sélectif (SCR) 30 et un filtre à particules 31. Le catalyseur SCR 30 et le filtre à particules 31 sont représentés à la Fig.1 comme deux composants séparés. On notera toutefois que 25 le dispositif compact 3 pourra avantageusement être du type dit « Système Compact Liquide » et intégrer la couche catalytique SCR, dite « washcoat », sous une forme imprégnée dans le filtre à particules. Le catalyseur SCR 30 détruit les Nox en les faisant réagir avec l'ammoniac (NH3) comme agent réducteur. Le NH3 est contenu dans une solution aqueuse d'urée, telle que l'AdBlue (marque déposée), introduite dans la ligne 30 d'échappement de gaz LE par l'injecteur 300. Des capteurs NOx 20 et 301 sont prévus dans la ligne d'échappement de gaz LE, en entrée du catalyseur 20 et en sortie du dispositif compact 3, pour la commande du catalyseur SCR 30 et d'une vanne EGR (non 5 représentée). Le filtre à particules 31 est équipé de manière classique d'un dispositif capteur de pression différentielle (non représenté) utilisé notamment pour la commande des phases de régénération du filtre 31. [0023] Dans l'architecture de ligne d'échappement de gaz de la Fig.1, l'accumulateur 5 PNA contenu dans le catalyseur d'oxydation 2 et le catalyseur SCR 30 forment un dispositif de traitement d'oxydes d'azote. [0024] L'invention pourra aussi être mise en oeuvre dans une architecture de ligne d'échappement de gaz ne comprenant pas de catalyseur SCR, mais un piège à NOx, dit LNT pour « Lean NOx Trap » en anglais, qui est associé à un catalyseur ASC disposé 10 en aval du filtre à particules. Dans un tel cas, la ligne d'échappement de gaz ne comprendra pas d'accumulateur PNA et le dispositif de traitement d'oxydes d'azote sera formé uniquement du piège à NOx. [0025] L'invention pourra aussi être mise en oeuvre dans une architecture de ligne d'échappement de gaz comprenant un catalyseur SCR et un piège à NOx qui sont 15 associés à un catalyseur ASC disposé en aval du filtre à particules. Dans un tel cas, la ligne d'échappement de gaz ne comprendra pas d'accumulateur PNA et le dispositif de traitement d'oxydes d'azote sera formé du catalyseur SCR et du piège à NOx. [0026] Le catalyseur de conversion d'ammoniac 4, dit ASC pour « Ammonia Slip Converter » en anglais, a pour fonction de réduire la quantité de rejet de NH3, rejet de 20 NH3 qui découle de l'injection d'urée associée au catalyseur SCR 30 dans l'architecture de la Fig.1 et/ou d'une génération de NH3 dans la phase de purge du piège à NOx dans les architectures avec piège à NOx susmentionnées. [0027] Conformément à l'invention, le catalyseur ASC 4 est équipé d'un dispositif capteur de pression différentielle 40 qui mesure une pression différentielle entre l'entrée et 25 la sortie du catalyseur ASC 4. Le dispositif capteur 40 comprend des capteurs de pression 400 et 401 en entrée et sortie du catalyseur ASC 4 et délivre le signal de mesure de pression différentielle dP. [0028] On notera que différents autres capteurs et composants équipent le système 1 et ne sont pas décrits ici, n'étant pas nécessaires à la compréhension de l'invention. 30 [0029] La pression différentielle dP, comme d'autres signaux de mesure des capteurs du système 1, est fournie à un port d'entrée/sortie 50 de l'unité électronique de commande 5. 6 Conformément à l'invention, la pression différentielle dP mesurée entre l'entrée et la sortie du catalyseur ASC 4 est utilisée pour le diagnostic de défaillance du filtre à particules 31. [0030] L'unité électronique de commande 5 est typiquement l'unité de contrôle moteur du véhicule. L'unité 5 comporte notamment un port d'entrée/sortie 50, comme indiqué plus 5 haut, à travers lequel transitent les différents signaux nécessaires à la commande des composants fonctionnels du système de post-traitement de gaz d'échappement 1 et un port de communication 51 avec un réseau CAN du véhicule. Un module logiciel dédié est implanté dans l'unité 5 pour la mise en oeuvre du procédé de diagnostic de défaillance de filtre à particules selon l'invention, par l'exécution d'instructions de code de programme par 10 un processeur de l'unité 5. [0031] L'entité inventive a constaté que la pression différentielle entre l'entrée et la sortie d'un catalyseur est inférieure, par conception, à celle obtenue aux bornes d'un filtre à particules (d'un facteur égal à quatre environ). Il en découle que la pression différentielle d'un catalyseur augmente rapidement à partir du moment où sa surface frontale d'entrée 15 commence à être obstruée par des particules de suies. Un gradient important existe donc entre l'état obstrué et l'état non obstrué d'un catalyseur, par rapport à un filtre à particules. On notera qu'un catalyseur ayant une densité élevée du nombre de canaux dans son substrat en céramique engendrera un gradient plus élevé. De plus, dans les motorisations Diesel, la présence de particules de suies grasses due à une température des gaz 20 d'échappement plus basse que celle existant dans les motorisations essence participe favorablement à l'obtention d'un gradient élevé. [0032] Les constatations ci-dessus de l'entité inventive ont été mises à profit dans le procédé selon invention pour améliorer la précision du diagnostic de défaillance d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement de gaz, en utilisant non pas la pression 25 différentielle dP entre l'entrée et la sortie du filtre à particules objet du diagnostic, mais celle d'un catalyseur situé en aval du filtre à particule. [0033] Ainsi, dans l'architecture de la Fig.1, la pression différentielle dP entre l'entrée et la sortie du catalyseur ASC 4 est mesurée au moyen du dispositif capteur de pression différentielle 40 et est utilisée pour élaborer le diagnostic de défaillance du filtre à 30 particules 31. Lorsque le filtre à particules 31 est défaillant, une proportion des suies en sortie du filtre 31 est captée par le catalyseur ASC 4 situé en aval et affecte la pression différentielle dP, qui fournit donc indirectement une information sur l'état du filtre à particules 31. 7 [0034] Dans ce mode de réalisation, la décision sur l'état défaillant ou pas du filtre à particules 31 est établie par une comparaison directe de mesures de la pression différentielle dP à un seuil. En variante, on pourra faire appel à une intégration des mesures des pressions différentielles dP successives pour prendre la décision sur la 5 défaillance du filtre à particules à partir d'un niveau de stockage des particules de suies. [0035] Comme montré aux Figs.2A et 2B, il est utilisé une courbe de seuil TH qui fournit, en fonction du débit D des gaz d'échappement EG dans le catalyseur ASC 4, la pression différentielle dP caractéristique relevée aux bornes du catalyseur ASC 4 lorsque celui est chargé avec les particules de suies d'un filtre à particules 31 défaillant. Typiquement, cette 10 courbe de seuil TH est obtenue en réalisant des essais sur une pluralité de lignes d'échappement LE. [0036] La Fig.2A montre le cas d'une décision négative sur le diagnostic de défaillance du filtre à particules 31. Les mesures effectuées MdP de la pression différentielle dP pour différents débits D des gaz d'échappement restent inférieures aux valeurs de seuil 15 correspondantes de la courbe TH. Le filtre à particules 31 fonctionne normalement et aucune défaillance n'est à signaler. [0037] La Fig.2B montre le cas d'une décision positive sur le diagnostic de défaillance du filtre à particules 31. Les mesures effectuées MdP de la pression différentielle dP pour différents débits D des gaz d'échappement sont supérieures aux valeurs de seuil 20 correspondantes de la courbe TH. Le filtre à particules 31 est défaillant. [0038] Bien que l'invention ait été décrite ici dans le cadre d'applications à des véhicules équipés d'une motorisation Diesel, on notera que l'invention trouvera aussi des applications dans des véhicules équipés d'une motorisation essence. [0039] L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation particuliers qui ont été 25 décrits ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, REVENDICATIONS1. Procédé de diagnostic de la défaillance d'un filtre à particules (31) dans un système de post-traitement (1) des gaz d'échappement (EG) d'un moteur thermique, ledit système de post-traitement (1) des gaz d'échappement (EG) comprenant un filtre à particules (31) et un catalyseur (4) disposé en aval dudit filtre à particules (31) dans une ligne d'échappement de gaz (LE), caractérisé en ce que ledit diagnostic de la défaillance du filtre à particules (31) est effectué à partir d'une mesure d'une pression différentielle (dP) entre une entrée et une sortie dudit catalyseur (4). 2. Système de post-traitement (1) des gaz d'échappement (EG) d'un moteur thermique de véhicule comprenant un dispositif de traitement des émissions d'oxydes d'azote (30), une unité électronique de commande (5), un filtre à particules (31) et un catalyseur de conversion d'ammoniac (4) disposé en aval dudit filtre à particules (31) dans une ligne d'échappement de gaz (LE), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif capteur de pression différentielle (40, 400, 401) monté entre une entrée et une sortie dudit catalyseur de conversion d'ammoniac (4), ledit dispositif capteur de pression différentielle (40, 400, 401) ayant pour fonction de fournir une mesure de la pression différentielle (dP) entre une entrée et une sortie dudit catalyseur de conversion d'ammoniac (4), ladite mesure de pression différentielle (dP) étant destinée à un diagnostic de défaillance dudit filtre à particules (31). 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de traitement des émissions d'oxydes d'azote comporte un catalyseur de type à réduction catalytique sélective (30). 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit catalyseur de type à réduction catalytique sélective (30) et ledit filtre à particules (31) sont inclus dans un même dispositif compact (3). 5. Système selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit dispositif de traitement des émissions d'oxydes d'azote comporte également un accumulateur passif d'oxydes d'azote contenu dans un catalyseur d'oxydation (2). 9 6. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit dispositif de traitement des émissions d'oxydes d'azote comporte un piège à oxydes d'azote. 7. Véhicule comportant un moteur thermique, caractérisé en ce qu'il comprend un 5 système (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 pour un post- traitement des gaz d'échappement émis par ledit moteur thermique.