Brevet FR3129434A1 — publié le 20230526

L’invention concerne un procédé de diagnostic fonctionnel d’un filtre à particules (5) disposé dans une ligne d’échappement (4) d’un moteur (1), comportant de plus un capteur (6) de suies disposé en aval de ce filtre, le procédé comprenant une étape de détection de fin de régénération du filtre à particules (5), caractérisé en ce qu’il comprend encore successivement et dans cet ordre les étapes de régénération du capteur de suies (6) après un délai d’attente déterminé qui suit la fin de la régénération du filtre à particules (5), de suivi du signal du capteur de suies (6), de comparaison de la valeur de ce signal du capteur de suies (6) à un seuil déterminé représentatif d’un niveau d’accumulation de suies sur ce capteur, ainsi qu’une étape dans laquelle il est diagnostiqué une surémission en nombre de particules si valeur du signal du capteur de suies (6) dépasse ce seuil déterminé. Figure 2 PROCEDE DE DIAGNOSTIC FONCTIONNEL D’UN FILTRE A PARTICULES La présente invention concerne le domaine de la dépollution des moteurs à combustion interne. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un procédé de diagnostic fonctionnel d’un filtre à particules. Les véhicules munis d'un moteur thermique sont de plus en plus souvent équipés de dispositifs antipollution qui peuvent comprendre un ensemble de catalyseurs transformant les constituants toxiques des gaz d'échappement (monoxyde de carbone, hydrocarbures imbrulés, oxydes d'azote) en éléments moins toxiques (eau et CO 2 ). Ces dispositifs antipollution comprennent aussi un filtre à particules, catalysé ou non, qui piège les particules de carbone issues de la combustion dans les cylindres, nécessaire pour respecter la réglementation européenne de dépollution des véhicules automobiles dite Euro 6d en nombre et en masse de particule. Un filtre à particules a généralement une forme cylindrique et est réalisé en céramique. Le filtre est composé d'une multitude de canaux parallèles, de petits diamètres, qui piègent les particules tout en laissant passer les gaz d’échappement via la porosité de cette céramique. Ces dernières s'accumulent dans le filtre et il est périodiquement nécessaire de régénérer le filtre en éliminant les particules piégées afin d'éviter une perte de charge trop importante dans la ligne d'échappement. Pour cela, la température du filtre est augmentée jusqu'à atteindre une température à laquelle les particules de carbone brulent (typiquement entre 500 et 650°C). Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour élever la température. Par exemple un bruleur ou une résistance chauffante devant le filtre. Cependant la méthode la plus répandue consiste à augmenter la température des gaz d'échappement qui vont traverser le filtre. A cette fin, il est possible par exemple d'injecter une quantité supplémentaire de carburant dans au moins un des cylindres sous forme de post-injection. Ce carburant s'enflamme en produisant une augmentation de température des gaz d'échappement. Une autre solution, qui peut être combinée à la post-injection, consiste à retarder l'injection principale de carburant. Cependant, cette post-injection peut entrainer une dilution de l’huile moteur par impact du jet de carburant sur les parois du cylindre. La combustion se propageant dans le filtre. Il en résulte un gradient de température à l'intérieur du filtre qui, s'il est trop important, peut gravement endommager le filtre en provoquant des fissurations. De plus, une température globalement trop élevée (généralement au-delà de 1000°C) peut conduire à la destruction du filtre ou du revêtement catalytique si celui-ci est imprégné. Il est donc important de contrôler la combustion des particules piégées afin de ne pas provoquer des dommages irréversibles au filtre. La régénération du filtre est déclenchée automatiquement et se passe généralement à l'insu du conducteur. Le besoin de régénération du filtre peut être détecté par la mesure de la perte de charge, c'est-à-dire en mesurant à l'aide d'un capteur la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre. Le besoin de régénération peut aussi être estimé en fonction du nombre de kilomètres parcourus et des conditions d'utilisation du véhicule. Le besoin en régénération ainsi que la durée de la régénération peuvent enfin être évalués par un modèle embarqué dans le contrôle moteur. L’avantage de ce type de modèle réside dans le fait qu’ils sont capables d’évaluer la durée de régénération, la température atteinte et la masse de suie restante dans le filtre à particule en temps réelle pendant cette régénération. Une optimisation des conditions de régénération (durée, nombre de demande de régénération) est alors possible évitant ainsi les surcharges du filtre pouvant impliquer une destruction du filtre, ou les durées forfaitaires trop importantes des régénérations entrainant un risque de dilution de l’huile moteur et donc un risque de casse moteur, ainsi qu’une surconsommation de carburant pour le client. La difficulté principale de contrôle des régénérations réside dans le fait que le conducteur peut à tout moment couper la régénération du filtre à particule voulu par le système de contrôle en arrêtant le fonctionnement du moteur et donc entrainer une surcharge de suie pour la prochaine régénération qui peut aboutir à la fissuration du filtre. Une malveillance peut aussi provoquer volontairement une dégradation du filtre. Les émissions de particules issue d’un moteur à combustion interne ont une distribution en masse et nombre de particules telle que représentée à la . La référence N désigne la courbe de distribution en nombre de particules, tandis que la référence V désigne la courbe de distribution en volume, de des particules, en fonction du diamètre, ϕ, de celles-ci. On note que la très grande majorité des particules émissent en nombre sont très petites et ne représentent qu’une très faible masse, a contrario très peu de très grosses particules représentent la majorité de la masse émise. Afin de couvrir ce phénomène la réglementation Euro6d impose de respecter des émissions de particules suivant deux seuils : - émissions de particules en masse, PM - émissions de particules en nombre PN 11 /km. La réglementation actuelle impose un diagnostic embarqué sur chaque véhicule (OBD, pour l’acronyme anglais « On Board Diagnostic ») pour couvrir le risque d’émission en masse, PM. Les solutions de diagnostic actuellement disponibles permettent de couvrir les risques de surémission en masse de particules, PM. Elles reposent sur différentes méthodes : -mesure de la perte de charge, en mesurant à l'aide d'un capteur la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre, via des capteurs de pression. Cette méthode cherche à repérer la chute de contre pression provoquée par les grosses fissurations émettant des particules en masse, PM. -l’utilisation d’un capteur d’oxyde d’azote, NO x , dont le principe repose sur la mesure d’une surémission d’oxyde d’azote, NO x , ou d’ammoniac, NH 3 passant par des fissures. Cependant cette solution de mesure indirecte n’est applicable que pour un filtre à particules intégrant un catalyseur d’oxyde d’azote, NO x , par réduction d’ammoniac, NH 3 . -L’utilisation d’un capteur suie dont le principe repose sur l’accumulation de suie sur un peigne métallique. Une telle utilisation est connue par exemple du document EP2354484B1. Le capteur de suie cherche à repérer la continuité électrique entre les branches du peigne obtenue par l’accumulation des suies en masse PM sur un cycle de conduite entre deux arrêts moteurs. Celui-ci est régénéré électriquement à haute température par effet Joule après un diagnostic ou en début de roulage suivant. Cependant, ces méthodes ne permettent pas actuellement de repérer de fines fissures du filtre à particules permettant de laisser passer les petites particules responsables des surémissions en nombre, PN, car ces fines fissures ne permettent pas de baisser fortement la contre-pression ni de laisser passer suffisamment de masse de particules pour être rapidement accumulée. L’invention vise à proposer une méthode permettant de diagnostiquer une surémission de particules en nombre basée sur un capteur suie. Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un procédé de diagnostic fonctionnel d’un filtre à particules disposé dans une ligne d’échappement d’un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile, la ligne d’échappement comportant de plus un capteur de suies disposé en aval de ce filtre à particules, le procédé comprenant une étape de détection de fin de régénération du filtre à particules, caractérisé en ce qu’il comprend encore successivement et dans cet ordre les étapes : - de régénération du capteur de suies après un délai d’attente déterminé qui suit la fin de la régénération du filtre à particules, - de suivi du signal du capteur de suies, - de comparaison de la valeur de ce signal du capteur de suies à un seuil déterminé représentatif d’un niveau d’accumulation de suies sur ce capteur, ainsi qu’un étape dans laquelle il est diagnostiqué une surémission en nombre de particules si valeur du signal du capteur de suies (6) dépasse ce seuil déterminé. L’effet technique est de permettant de diagnostiquer une surémission de particules en nombre à partir d’un capteur de suies qui ne fournit qu’une information d’accumulation de suies. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons : Selon une réalisation, le délai d’attente correspond à une durée pour laquelle il est considéré que le filtre à particules a reformé sur ses parois une couche de suies lui permettant de retrouver son efficacité de filtration. Selon une réalisation, la durée correspond à une durée fixe comprise entre 1 et 10 minutes ou à la durée requise au véhicule roulant pour parcourir une distance comprise entre et 1 km et 10 km. Selon une réalisation, la durée requise à l’accumulation d’une masse minimum de suie dans le filtre à particules (5) comprise entre 0.1g/Litre à 1g/Litre. Selon une réalisation, le procédé comprend une étape de maintien en température du capteur de suies pour éviter la présence d’eau sur celui-ci. Selon une réalisation, le suivi du signal du capteur de suies est effectué sur une durée correspondant à la durée requise au véhicule pour parcourir une distance comprise entre 20 km et 775 km. Selon une réalisation, le procédé comprend une étape de vérification d’au moins un paramètre de fonctionnement du moteur à combustion interne pour autoriser ou non le diagnostic. L’invention a aussi pour objet un calculateur, 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 œuvre du procédé selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites. L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile comportant un moteur à combustion interne et une ligne d’échappement équipée d’un filtre à particules et d’un capteur de suies disposé en aval ce filtre à particules, caractérisé en ce qu’il comprend un tel calculateur. Selon une réalisation, le moteur à combustion interne est un moteur à allumage par compression. 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 : : cette figure représente la distribution en masse et nombre de particules des émissions de particules issue d’un moteur à combustion interne. : cette figure représente schématiquement un ensemble moteur conforme à l’invention. : cette figure représente sous forme de logigramme, les étapes d’un mode de réalisation du procédé de l’invention. La présente un moteur 1 à combustion interne, de préférence un moteur à allumage par compression commandé, par exemple un moteur fonctionnant au gazole. Un tel moteur 1 peut équiper de préférence un véhicule, en particulier automobile, pour permettre un déplacement de celui-ci. Le moteur 1 comprend un bloc moteur 2 avec des cylindres 3, par exemple ici quatre cylindres, pour la combustion. Le moteur 1 est relié à une ligne 4 d’échappement pour l’évacuation des gaz brûlés produits par le fonctionnement du moteur 1 à combustion interne. La ligne 4 d’échappement comprend un filtre à particules 5 pour la filtration des particules de suies dans les gaz d'échappement produits par le moteur 1 à combustion interne. Un capteur de suies 6 est également disposé en aval du filtre à particules 5. Le capteur de suies 6 peut être un capteur de type peigne apte à délivrer un signal, par exemple un signal de courant, représentatif de l’accumulation en suies sur le capteur. L’amont et l’aval sont ici définis relativement au sens d’écoulement des gaz d’échappement dans la ligne d’échappement 4. La régénération du capteur de suies 6, c’est-à-dire l’élimination des suies accumulées sur le capteur s’effectue en élevant sa température au moyen d’une résistance électrique jusqu’à ce que les suies sur le capteur brûlent et disparaissent. Le capteur de suies 6 est relié à un calculateur 7. Ce 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 œuvre du procédé détaillé après. Le calculateur 7 peut également être prévu pour assurer le pilotage du fonctionnement du moteur 1 à combustion interne. Afin de pouvoir détecter avec le capteur de suie 6 la présence de fines fissures dans le filtre à particules 5 qui ne laissent pas passer suffisamment de masse de particules pour être rapidement accumulée mais qui sont malgré tout responsables de surémission en nombre de particules, il est prévu de procéder selon les étapes schématisées par la . Dans le cas d’un moteur à allumage par compression, une régénération du filtre à particules est volontairement démarré lorsque la charge en suie de ce filtre dépasse un seuil déterminé. Le bloc 10 concerne la mise en route du procédé de l’invention. Il est prévu d’effectuer le diagnostic de l’invention suite à une fin de régénération du filtre à particules 5. La régénération du filtre particules 5 et la montée en température des gaz d’échappement qui l’accompagne aura également pour effet de régénérer le capteur de suies 6 et de le nettoyer de ses suies accumulées. Cependant, il est constaté qu'immédiatement après la régénération du filtre à particules 5, celui-ci laisse passer les particules solides pendant une courte période et que l’efficacité de filtration est retrouvée lorsqu’une couche de suie d’un minimum de quelques microns s’est de nouveau formée sur les parois poreuses du filtre à particules 5. Ainsi si le diagnostic démarrait immédiatement après la fin de la régénération, le résultat serait biaisé par cette phase de non filtration. Un délai d’attente déterminé est donc prévu après la détection de la fin de la régénération pour que cette couche de suies se forme de nouveau sur les parois poreuses du filtre à particules de sorte que le filtre à particules 5 retrouve son efficacité de filtration. La durée de ce délai d’attente correspond donc à une durée pour laquelle il est considéré que le filtre à particules 5 a reformé sur ses parois cette couche de suies lui permettant de retrouver son efficacité de filtration. Ce délai peut être correspondant à une masse de suie accumulée minimum dans le filtre obtenu par le chargement du filtre en suie, par exemple entre 0,1 g/Litre et 1g/Litre, à cette valeur de chargement la couche précitée étant reformée. Ce délai peut être une durée fixe, par exemple entre 1 et 10min, ou correspondre à la durée requise au véhicule roulant pour parcourir une courte distance déterminée. Cette courte distance peut être par exemple entre 1 km et 10 km. Suite à ce délai d’attente, il est prévu de régénérer le capteur de suies 6. Une fois le capteur de suies 6 nettoyé, on peut prévoir de le maintenir en température de sorte à éviter la présence d’eau sur celui-ci et évaporer ces éventuelles traces d’eau. A ce stade le capteur de suies 6 est prêt pour opérer. Au bloc 11, il peut être prévu de vérifier des conditions de fonctionnement du moteur afin d’autoriser ou non la suite du diagnostic. Ces conditions de fonctionnement du moteur peuvent par exemple porter sur des paramètres tels que la charge moteur. Ainsi par exemple le diagnostic n’est pas autorisé si le moteur est en pleine charge. Au bloc 12, si les conditions de fonctionnement du moteur autorisent la suite du diagnostic, le signal du capteur de suies 6 est suivi. Afin de pouvoir détecter une surémission de particules en nombre qui serait due à de fines fissures du filtre à particules, il est prévu de suivre le signal du capteur de suies 6 sur une longue période, avant une nouvelle régénération du filtre à particules. Par longue période, on entend ici une durée requise au véhicule pour parcourir plusieurs dizaines de kilomètres, typiquement entre 20 et 775 km. Ceci permet d’accumuler avec un filtre faiblement fissuré la quantité suffisante pour obtenir la réponse du capteur Au bloc 13 on compare la valeur du signal du capteur de suies 6 avec un seuil déterminé. Ce seuil est représentatif d’une quantité suffisante de suies sur le capteur pour obtenir une réponse de ce capteur. Si la valeur du signal du capteur de suies 6 dépasse ce seuil déterminé on conclut à une surémission en nombre de particules (bloc 15) et à un problème de fonctionnement du filtre à particules 5. Si la valeur du signal du capteur de suies 6 ne dépasse pas ce seuil déterminé, il n’y a pas de surémission en nombre de particules et donc le filtre à particules 5 fonctionne correctement (bloc 14). Pour un résultat plus robuste, on peut prévoir de valider définitivement le diagnostic de surémission en nombre de particules, si on conclut plusieurs fois, par exemple trois fois, à une surémission en nombre de particules. Procédé de diagnostic fonctionnel d’un filtre à particules (5) disposé dans une ligne d’échappement (4) d’un moteur (1) à combustion interne équipant un véhicule automobile, la ligne d’échappement (4) comportant de plus un capteur (6) de suies disposé en aval de ce filtre à particules (5), le procédé comprenant une étape de détection de fin de régénération du filtre à particules (5), caractérisé en ce qu’il comprend encore successivement et dans cet ordre les étapes : - de régénération du capteur de suies (6) après un délai d’attente déterminé qui suit la fin de la régénération du filtre à particules (5), - de suivi du signal du capteur de suies (6), - de comparaison de la valeur de ce signal du capteur de suies (6) à un seuil déterminé représentatif d’un niveau d’accumulation de suies sur ce capteur, ainsi qu’une étape dans laquelle il est diagnostiqué une surémission en nombre de particules si valeur du signal du capteur de suies (6) dépasse ce seuil déterminé. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le délai d’attente correspond à une durée pour laquelle il est considéré que le filtre à particules (5) a reformé sur ses parois une couche de suies lui permettant de retrouver son efficacité de filtration. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la durée correspond à la durée requise à l’accumulation d’une masse minimum de suie dans le filtre à particules (5) comprise entre 0.1g/Litre à 1g/Litre. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la durée correspond à une durée fixe comprise entre 1 et 10 minutes ou à la durée requise au véhicule roulant pour parcourir une distance comprise entre et 1 km et 10 km. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de maintien en température du capteur de suies (6) pour éviter la présence d’eau sur celui-ci. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le suivi du signal du capteur de suies (6) est effectué sur une durée correspondant à la durée requise au véhicule pour parcourir une distance comprise entre 20 km et 775 km. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de vérification d’au moins un paramètre de fonctionnement du moteur (1) à combustion interne pour autoriser ou non le diagnostic. Calculateur (7), 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 œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes. Véhicule automobile comportant un moteur (1) à combustion interne et une ligne d’échappement (4) équipée d’un filtre à particules (5) et d’un capteur de suies (6) disposé en aval ce filtre à particules (5), caractérisé en ce qu’il comprend un calculateur (7) selon la revendication précédente. Véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moteur (1) à combustion interne est un moteur à allumage par compression.