Brevet FR3097589A1 — publié le 20201225

Description Titre de l'invention : PROCEDE DE DIAGNOSTIC DE L'ABSENCE D'UN FILTRE A PARTICULES DANS UNE LIGNE D'ECHAPPENIENT [pool j L'invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, en particulier dans l'élimination des particules. Elle concerne un dispositif et un procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules. [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. Des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone, etiou de gouttelettes d'huile peuvent également être émises. 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 décrit dans le brevet EP 2 426 326. [0004] Les normes environnementales évoluent en direction d'une obligation de vérification de la présence d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne. En effet, un filtre à particules tend à diminuer les performances d'un moteur à combustion interne. Il existe donc un risque que le filtre à particules soit retiré afin de gagner en performances. [0005] Une solution pour vérifier la présence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne consiste à mesurer la pression différentielle entre l'entrée et la sortie du filtre à particules et à la comparer à un seuil de contrepression calibré. 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. Cependant, cette solution qui nécessite un capteur de pression différentiel, n'est plus fiable lorsque l'information du capteur est dérivée (dérive type offset), provoquant de fausses détections ou des non détections en fonction du sens de la dérive. 2 [0006] Il existe donc le besoin de pouvoir détecter de manière fiable l'absence d'un filtre à particules afin de répondre aux nouvelles réglementations et normes environnementales. [0007] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, ladite ligne d'échappement étant équipée d'un filtre à particules équipé d'un capteur de pression différentielle connecté en amont et en aval du filtre à particules, dans lequel : on mesure la pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules, on mesure le débit volumique de gaz d'échappement traversant le filtre à particules, caractérisé en ce que le procédé comprend : une étape de calcul du gradient de débit volumique de gaz d'échappement traversant le filtre à particules, une étape de détermination, à partir de ce gradient de débit volumique , d'un gradient minimum de pression différentielle au-delà duquel on considère que filtre à particules est présent, une étape de calcul du gradient de pression différentielle, une étape de comparaison de cc gradient de pression différentielle au gradient minimum de pression différentielle, une étape dans laquelle on diagnostique que le filtre à particules est soit : -présent si le gradient de pression différentielle est supérieur au gradient minimum de pression différentielle, -absent si le gradient de pression différentielle est inférieur au gradient minimum de pression différentielle. [0008] L'effet technique est d'avoir un procédé basé sur la dynamique du signal, moins sensible aux dérives du capteur de pression différentielle, donc plus fiable dans la durée. [0009] Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en com- binaisons : [0010] Selon une réalisation, le procédé comprend une étape de détection de conditions d'autorisation de mise en oeuvre du procédé de diagnostic. [0011] Selon une réalisation, les conditions d'autorisation comprennent un seuil de débit volumique minimum de gaz d'échappement à dépasser. [0012] Selon une réalisation, les conditions d'autorisation comprennent un seuil de tem- pérature ambiante extérieure. [0013] Selon une réalisation, les conditions d'autorisation comprennent un mode de combustion nominal, pour lequel la température du moteur et de la ligne d'échappement sont dans des plages de température jugées nominales pour le fonc- 3 tionnement du moteur. [0014] Selon une réalisation, le diagnostic d'absence du filtre à particules est confirmé si plusieurs résultats consécutifs de comparaison ont montré que le gradient de pression différentielle est inférieur au gradient minimum de pression différentielle. [0015] L'invention a aussi pour objet un calculateur électronique, caractérisé en ce qu'il comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d'un procédé selon l'une variantes précédemment décrites. [0016] L'invention a aussi pour objet un véhicule équipé d'un moteur thermique relié à une ligne d'échappement comportant un filtre à particules instrumenté d'un capteur de pression différentielle, caractérisé en ce qu'il comprend un tel calculateur électronique. [0017] D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : [0018] [fig.1] La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique comportant un filtre à particules et un calculateur permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. [0019] [fig.2] La figure 2 représente le phénomène observé à la base du procédé de l' invention. [0020] [fig.3] La figure 3 est une représentation des étapes du procédé de l'invention. [0021] La figure 1 représente un moteur thermique 1 notamment destiné à équiper un véhicule automobile pour son déplacement. Le moteur thermique 1 peut être un moteur à allumage commandé, fonctionnant par exemple à l'essence. Le moteur thermique 1 peut aussi être un moteur à allumage par compression, fonctionnant par exemple au gazole. Le moteur thermique 1 peut être associé à une machine électrique pour former une chaine de traction hybride. Le moteur thermique 1 est relié à une ligne d'échappement 2 pour l'évacuation des gaz brûlés produits par le fonctionnement du moteur thermique 1. [0022] La ligne d'échappement 2 comprend un organe 3 de dépollution de polluant gazeux, par exemple un catalyseur d'oxydation ou un catalyseur trois-voies. Le catalyseur trois-voies 3 permet notamment de réduire les oxydes d'azote en 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. [0023] La ligne d'échappement 2 comprend en outre un filtre à particules 4 pour filtrer des particules de suies dans les gaz d'échappement du moteur thermique 1. Le filtre à particules 4 est adapté à la filtration de particules de suies provenant de la combustion du carburant. [0024] Dans le filtre à particules 4, les gaz d'échappement traversent la matière composant le filtre à particules. Ainsi, lorsque le filtre à particules 16 est formé de canaux, chacun de ces canaux comprend une extrémité bouchée, de sorte que les gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre à particules 4 passent de canaux en canaux, en traversant les parois des différents canaux pour sortir du filtre à particules 4. Le filtre à particules 16 pourra être à base dune matrice céramique poreuse, par exemple en cordiérite, mullite, titanate d'aluminium ou carbure de silicium. S'il y a lieu, l'organe 3 de dépollution et le filtre à particules 4 pourront être implantés à l'intérieur d'une même enveloppe 5. [0025] La ligne d'échappement 2 est également munie d'un capteur 6 de mesure de pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules 4 à partir de laquelle il est possible de déduire une masse de suies accumulées. L'amont et l'aval sont ici définis relativement au sens d'écoulement des gaz dans la ligne d'échappement 2. A cet effet, le capteur 18 est connecté en amont et en aval du filtre à particules 16 respectivement par l'intermédiaire d'un piquage amont 6a et d'un piquage aval 6b. [0026] Un calculateur 7 électronique, par exemple le calculateur moteur ou un calculateur dédié, permet de réaliser un diagnostic de l'absence du filtre à particules dans la ligne d'échappement. A cet effet, le calculateur 7 comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre du procédé de diagnostic de l'invention. [0027] Le procédé de l'invention permet la détection de l'absence de filtre à particules 4. La figure 2 illustre le principe à la base du procédé. Sur la figure 2, la courbe 10 représente la pression différentielle, dP, autrement dit l'écart de pression entre l'amont et l'aval du filtre à particules, en fonction du débit volumique, Qvol, attendue lorsque le filtre à particules est présent dans la ligne d'échappement. La courbe 11 la courbe 10 représente la pression différentielle, dP, en fonction du débit volumique, Qvol, attendue lorsque le filtre à particules est absent. La relation entre cette contrepression et le débit volumique traversant le filtre est quadratique. La pente, 10a, de la courbe 10, lorsque le filtre 4 est présent, est beaucoup plus prononcée que la pente Ila de la courbe 10, lorsque le filtre 4 est absent. [0028] La figure 3 présente un mode de réalisation du procédé de l'invention. Le calculateur 7 reçoit un flux d'information en entrée de la fonction diagnostic, en particulier le signal de mesure de pression différentielle dp retourné par le capteur 6, et le débit volumique, Qvol, traversant le filtre à particules 4, mesuré par exemple par un débitmètre. Le calculateur 7 reçoit également en entrée le mode de combustion M du moteur thermique, la température extérieure, Text. [0029] La fonction de diagnostic du calculateur 7 pourra générer une infoimation Diag d'état de présence ou absence du filtre à particules, comme cela est expliqué plus en détails ci-après. [0030] Le calculateur 7 vérifie, dans une étape 30, que des conditions d'autorisation de mise en oeuvre du diagnostic sont remplies. [0031] En particulier, la température ambiante extérieure Text doit être comprises dans une plage de valeurs prédéterminées calibrables. Par exemple, on évite d'effectuer le diagnostic en conditions très froides car du gel est susceptible de se former dans les piquages 6a, 6b du capteur 6, cc qui peut fausser la mesure de différence de pression. Suivant un exemple de mise en oeuvre, la température extérieure Text doit au minimum être supérieure à -7 'C. [0032] Le mode de combustion M est de préférence nominal, autrement dit un mode de combustion appliqué dans des conditions normales de fonctionnement moteur. Par exemple, on va exclure les modes qui s'appliquent lorsque la température du moteur et de la ligne d'échappement ne sont pas dans des plages de température de fonctionnement jugées nominales, par exemple, comme le mode « chauffe catalyseur », ou bien lorsque le mode de combustion est « Régénération filtre à particules » où la température dans la ligne est plus élevée que dans un fonctionnement normal, dans la mesure où des modes spécifiques peuvent fausser la mesure du capteur 6. [0033] Pour donner plus de fiabilité au procédé, une condition d'autorisation peut être ajoutée pour effectuer le calcul qu'à partir d'un seuil S de débit volumique à dépasser. En effet, comme illustré sur la figure 2, la pente de la pression différentielle, dP, d'un filtre à particule intègre est plus importante pour les forts débits volumiques. Dans le cadre d'un moteur thermique représentatif de ceux utilisés classiquement dans les véhicules particulier grand public, ce seuil S peut être compris entre 0,05 et 0,1 m3/s. [0034] Si les conditions d'autorisation sont réunies, le calculateur? moteur effectue ensuite, dans une étape 31, le calcul du gradient de débit volumique, de gaz d'échappement traversant le filtre à particules 4. Le calculateur faisant l'acquisition régulière en fonction du temps du débit volumique, Qvol, avec une période d'échantillonnage Te, ce gradient de débit volumique, GrdQvol, traversant le filtre à particules 4 est par exemple calculé à partir de l'écart de débit volumique entre deux acquisitions successives réalisées par le calculateur 7 divisé par la période d'échantillonnage, soit Qvol (instant t) - Qvol (instant t-1) / Te. La période d'échantillonnage peut être de 0,1 seconde. L'instant t est de préférence l'instant courant. [0035] A partir du Le calculateur 7 détermine ensuite à l'étape 32 un gradient théorique minimum de pression différentielle du filtre à particules, GrdMinTheodP. Sa valeur est par exemple contenue dans une cartographie qui établit en fonction du gradient de débit volumique, GrdQvol, traversant le filtre à particules 4, le gradient théorique minimum de pression différentielle du filtre à particules, GrdMinTheodP. Ce gradient de pression différentielle du filtre à particules, GrdMinTheodP, représente la valeur de gradient de pression différentielle du filtre à particules au-delà duquel on considère que filtre à particules (4) est présent. 6 [0036] Le calculateur 7 moteur effectue également, dans une étape 33, le calcul du gradient de la mesure de pression différentielle du filtre à particules 4. Le calculateur faisant l'acquisition régulière en fonction du temps de cette pression différentielle du filtre à particules 4, dP, avec une période d'échantillonnage Tc, ce gradient de pression différentielle. GrddP, est par exemple calculé à partir de l'écart de pression différentielle entre deux acquisitions successives réalisées par le calculateur 7 divisé par la période d'échantillonnage, soit dP (instant t) - dP (instant t-1) / Tc. La période d'échantillonnage peut être de 0,1 seconde. L'instant t est de préférence l'instant courant. [0037] A l'étape 34, on compare ce gradient de pression différentielle, GrddP, au gradient minimum de pression différentielle, GrdMinTheodP, et soit on diagnostique que le filtre à particules 4 est présent si le gradient de pression différentielle, GrddP, est supérieur au gradient minimum de pression différentielle. GrdMinTheodP, soit on diagnostique que le filtre à particules 4 est absent si le gradient de pression différentielle. GrddP, est inférieur au gradient minimum de pression différentielle, GrdMinTheodP. [0038] L'étape 34 peut comprendre une étape de confirmation, dans laquelle on s'assure d'avoir plusieurs résultats de comparaisons consécutifs pour lesquels le gradient de pression différentielle, GrddP, est inférieur au gradient minimum de pression différentielle. GrdMinTheodP, pour confirmer que le pile filtre à particules 4 est absent. Cc nombre de résultats consécutif peut être au moins de trois résultats consécutifs. Cette étape permet d'améliorer la fiabilité du diagnostic. [0039] L'avantage de l'invention est qu'elle est robuste face aux dérives du capteur de pression différentielle, que des dérives de type offset. En effet, le principe de l'invention se base sur la dynamique du signal et pas sur la valeur absolue, de ce fait, les dérives de type offset sur le signal n'ont pas d'influence sur la fiabilité du diagnostic. [0040] L'invention permet de réduire des coûts à l'entreprise et au client grâce un nombre moindre d'interventions en après-vente à cause de fausses détections, et d'autre part, de garder une bonne capacité de détection pour respecter la réglementation. 7 REVENDICATIONS[Revendication I] Procédé de diagnostic dc l'absence d'un filtre à particules (4) dans une ligne d'échappement (2) d'un moteur (1) à combustion interne, ladite ligne d'échappement (2) étant équipée d'un filtre à particules équipé d'un capteur (6) de pression différentielle connecté en amont et en aval du filtre à particules (4), dans lequel : on mesure la pression différentielle (dP) entre l'amont et l'aval du filtre à particules, on mesure le débit volumique (Qvol) de gaz d'échappement traversant le filtre à particules (4), caractérisé en ce que le procédé comprend : une étape (31) de calcul du gradient de débit volumique (GrdQvol) de gaz d'échappement traversant le filtre à particules (4), une étape (32) de détermination, à partir de ce gradient de débit volumique (GrdQvol) d'un gradient minimum de pression différentielle (GrdMinTheodP) au-delà duquel on considère que filtre à particules (4) est présent, une étape (33) de calcul du gradient de pression différentielle (GrddP), une étape (34) de comparaison de ce gradient de pression différentielle (GrddP) au gradient minimum de pression différentielle (GrdMinTheodP), une étape (34) dans laquelle on diagnostique (Diag) que le filtre à particules (4) est soit : -présent si le gradient de pression différentielle (GrddP) est supérieur au gradient minimum de pression différentielle (GrdMinTheodP), -absent si le gradient de pression différentielle (GrddP) est inférieur au gradient minimum de pression différentielle (GrdMinTheodP). [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (30) de détection de conditions d'autorisation de mise en oeuvre du procédé de diagnostic. [Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les conditions d'autorisation comprennent un seuil (S) de débit volumique minimum de gaz d'échappement à dépasser. [Revendication 4] Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que les conditions d'autorisation comprennent un seuil de température ambiante extérieure (Text). [Revendication 5] Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les conditions d'autorisation comprennent un mode de combustion nominal, 8 pour lequel la température du moteur (1) et de la ligne d'échappement (2) sont dans des plages de température jugées nominales pour le fonctionnement du moteur (1). [Revendication 6] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce que le diagnostic d'absence du filtre à particules est confirmé si plusieurs résultats consécutifs de comparaison ont montré que le gradient de pression différentielle (GrddP) est inférieur au gradient minimum de pression différentielle (GrdMinTheodP). [Revendication 7] Calculateur (7) électronique, caractérisé en ce qu'il comprend les moyens d'acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes. [Revendication 8] Véhicule équipé d'un moteur thermique (1) relié à une ligne d'échappement (2) comportant un filtre à particules (4) instrumenté d'un capteur (6) de pression différentielle, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur électronique (7) selon la revendication précédente.