Brevet FR3150246A1 — publié le 20241227

La ligne de gaz d’échappement (LDE1) est conçue pour un moteur thermique de véhicule de type essence à combustion stœchiométrique (MT) et comprend un catalyseur à trois voies (TWC), un filtre à particules (GPF) et un silencieux (ESIL) qui sont montés en cascade entre une entrée et une sortie des gaz d’échappement de la ligne. Conformément à l’invention, la ligne de gaz d’échappement comprend également un capteur de suie (CS) qui est monté en aval du silencieux. Figure 3 LIGNE DE GAZ D’ÉCHAPPEMENT D’UN MOTEUR THERMIQUE DE VÉHICULE DE TYPE ESSENCE À COMBUSTION STOECHIOMÉTRIQUE La présente invention concerne de manière générale la détection de l’état de dégradation d’un filtre à particules dans une ligne de gaz d’échappement d’un moteur thermique essence à combustion stœchiométrique. Plus particulièrement, l’invention concerne une ligne de gaz d’échappement d’un moteur thermique de véhicule de type essence à combustion stœchiométrique. Un véhicule moderne à moteur thermique est équipé d’un dispositif antipollution qui est intégré dans sa ligne de gaz d’échappement. Outre un ou plusieurs catalyseurs qui transforment les composants toxiques des gaz d'échappement, tels que le monoxyde de carbone (CO), des hydrocarbures imbrulés, et des oxydes d'azote (NOx), en des composants moins toxiques, comme le dioxyde de carbone (CO2), et de l’eau, ce dispositif antipollution comprend également un filtre à particules, catalysé ou non, qui piège les particules de carbone issues de la combustion dans les cylindres du moteur thermique. Le filtre à particules est nécessaire pour le respect des normes antipollution pour les véhicules, notamment les réglementations européennes dites « Euro6d », « Euro6d-temp », « Euro6e » et la future norme « Euro7 » qui règlement les émissions de particules de carbone en nombre et en masse. A la , il est montré à titre illustratif des distributions statistiques, en nombre (courbe Cn) et en masse (courbe Cv), d’une population de particules de carbone de 10 à 1000 nm de diamètre émises par un moteur à combustion interne. La très grande majorité des particules émises 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. Le filtre à particules, généralement de forme cylindrique, comporte un corps en céramique ayant une multitude de canaux parallèles poreux, de petits diamètres. Les gaz d’échappement traversent ces canaux parallèles et les particules de carbone présentent dans les gaz sont piégées dans la céramique poreuse des canaux. Le filtre doit être régénéré périodiquement pour éliminer les particules accumulées et réduire la perte de charge dans la ligne de gaz d’échappement. La régénération du filtre est obtenue grâce à une élévation de la température de celui-ci, typiquement entre 500 °C et 650°C, ce qui permet de brûler les particules de carbone accumulées. La nécessité d’une régénération du filtre à particules peut être détectée par la mesure de la perte de charge due au filtre, par une mesure avec des capteurs d’une pression différentielle entre l'entrée et la sortie du filtre. La nécessité de la régénération du filtre peut aussi être estimée en fonction du nombre de kilomètres parcourus et des conditions d'utilisation du véhicule. Un modèle embarqué dans le calculateur de contrôle moteur peut être utilisé pour estimer le besoin d’une régénération ainsi que la durée de celle-ci. La régénération du filtre se passe généralement à l'insu du conducteur. Elle est déclenchée automatiquement par le calculateur de contrôle moteur, en fonction de la charge du moteur thermique, en profitant notamment d’occurrences d’oxygène présentent en amont du filtre lors de coupures d’injection de carburant sur des levées de pied du conducteur. Pour différentes raisons, le filtre à particules peut subir des dommages, comme des fissurations, conduisant à une fonction de filtrage altérée et une émission non conforme de particules de carbone. Un gradient de température trop important à l'intérieur du filtre, par exemple pendant une régénération, peut gravement endommager le filtre en provoquant des fissurations. Le filtre peut aussi être endommagé du fait d’un contrôle moteur défaillant, produisant une température amont trop élevée dans la ligne de gaz d’échappement. Une température globalement trop élevée, généralement au-delà de 1000°C, peut conduire à la destruction du filtre, ou de son revêtement catalytique, dit « catalytic washcoat » en anglais, lorsque celui-ci est imprégné. Une surcharge de particules de carbone dans le filtre, due par exemple à une régénération antérieure interrompue par le conducteur, peut aussi conduire à une fissuration du filtre lors d’une prochaine régénération. Des dégradations volontaires par des personnes malveillantes se produisent également. Pour couvrir les phénomènes de dégradation du filtre, les réglementations européennes susmentionnées imposent deux seuils, à savoir, un seuil d’émission de particules en masse de 4,5 (mg/km) et un seuil d’émission de particules en nombre de 6e11 (nb/km), que ne doivent pas dépasser les émissions de particules de carbone. De plus, la réglementation Euro7 en cours d’élaboration propose une surveillance embarquée dans les véhicules, dite « OBM » pour « On-Board Monitoring » en anglais, des émissions sur chaque trajet du véhicule, pour couvrir le risque d’émission en masse. Pour les véhicules de type Diesel, il est connu une solution robuste faisant appel à un capteur de suie pour la mesure de la quantité de particules de carbone accumulées dans le filtre à particules, dit « DPF » pour « Diesel Particulate Filter » en anglais. Le capteur de suie est monté dans la ligne d’échappement, généralement en aval du filtre « DPF » et en amont du silencieux dans toutes les architectures connues. Le document FR3018544A1 décrit une architecture du type indiqué ci-dessus. Un capteur de suie CS monté dans une conduite d’échappement CE équipé d’un filtre « DPF » (non représenté) est montré schématiquement à la . Le capteur de suie CS est ici un capteur de type résistif. Le principe de détection mis en œuvre dans ce capteur repose sur une accumulation des particules de carbone PC entre les branches de deux électrodes en forme de peigne E1 et E2. Les électrodes E1, E2, sont formées sur un élément sensible ES exposé au flux des particules de carbone. L’accumulation des particules entre les électrodes E1 et E2, polarisées par une tension de mesure Vm, permet la conduction d’un courant de mesure. Le courant de mesure délivré par le capteur CS est exploité pour quantifier l’émission des particules en aval du filtre « DPF ». Le capteur CS est régénéré périodiquement pour éliminer l’accumulation des particules lorsque celles-ci atteignent un certain niveau et est réinitialisé. Le capteur de suie autorise une mesure robuste tant que la température à laquelle celui-ci est soumis reste inférieure à 600°C environ. En effet, au-delà de 600°C, les suies accumulées sur l’élément sensible ES du capteur CS brulent et l’accumulation des particules nécessaire à la conduction du courant de mesure devient impossible. Dans un véhicule de type Diesel, la température dans la ligne de gaz d’échappement n'excède pas les 600°C, dans les conditions de fonctionnement normales, et la détection par capteur de suie du niveau d’émission des particules en aval du filtre « DPF » est donc une solution opérationnelle. Dans l’état de la technique, la détection par capteur de suie du niveau d’émission des particules en aval du filtre à particules d’un véhicule de type essence, dit filtre « GPF » pour « Gasoline Particulate Filter » en anglais, n’est pas exploitée. En effet, dans la ligne de gaz d’échappement d’un véhicule de type essence, les températures dans les conditions de fonctionnement normales excèdent très fréquemment les 600°C à l’emplacement de montage connu du capteur de suie. Dans un véhicule de type essence, la solution de diagnostic du filtre « GPF » actuellement disponible permet une couverture du risque de surémission en masse de particules de carbone par une mesure indirecte uniquement. La mesure de la perte de charge entre l'entrée et la sortie du filtre « GPF », avec des capteurs de pression, est exploitée pour détecter, via une forte chute de la contre pression, une fissuration importante du filtre « GPF » à travers laquelle est produite une émission de particules en masse. Cette méthode utilisant les capteurs de pression ne permet pas de détecter de manière robuste les fissures fines du filtre « GPF », car ces dernières ne provoquent pas une chute suffisamment importante de la contre-pression pour une mesure fiable. Il en résulte qu’une mesure directe de la quantité des particules émises, comme cela est demandé pour la surveillance embarquée « OBM » de la norme « Euro7 », n’est pas possible avec cette méthode. De même, il n’est pas possible avec cette méthode de détecter, comme requis par la norme « Euro7 », des niveaux de surémissions de particules plus faibles que ceux détectés actuellement par la surveillance embarquée dite « OBD », pour « On-Board Diagnostic » en anglais, de la norme « Euro6d ». La présente invention vise à fournir une ligne de gaz d’échappement ayant une nouvelle architecture pour un moteur thermique essence de véhicule à combustion stœchiométrique, de façon à apporter une solution aux inconvénients susmentionnés de la technique antérieure. Selon un premier aspect, l’invention concerne une ligne de gaz d’échappement d’un moteur thermique de véhicule de type essence à combustion stœchiométrique comprenant un catalyseur à trois voies, un filtre à particules et un silencieux qui sont montés en cascade entre une entrée et une sortie des gaz d’échappement de la ligne. Conformément à l’invention, la ligne de gaz d’échappement comprend également un capteur de suie qui est monté en aval du silencieux. Selon une caractéristique particulière, la ligne de gaz d’échappement comprend également un autre catalyseur à trois voies qui est monté entre le filtre à particules et le silencieux. Selon une autre caractéristique particulière, la ligne de gaz d’échappement comprend également un catalyseur de fuite d’ammoniac qui est monté entre le filtre à particules et le silencieux. Selon encore une autre caractéristique particulière, la ligne de gaz d’échappement comprend également un autre catalyseur à trois voies suivi d’un catalyseur de fuite d’ammoniac qui sont montés entre le filtre à particules et le silencieux. Selon encore une autre caractéristique particulière, le filtre à particules est un filtre à particules catalysé. Selon encore une autre caractéristique particulière, le capteur de suie est un capteur de suie de type résistif. L’invention concerne aussi un ensemble d’un moteur thermique de type essence à combustion stœchiométrique et d’une ligne de gaz d’échappement telle que décrite brièvement ci-dessus. Selon une caractéristique particulière de cet ensemble, le moteur thermique est de type turbocompressé. L’invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un ensemble comme indiqué ci-dessus. D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : montre des courbes de distributions statistiques, en nombre et en masse, d’une population de particules de carbone émises par un moteur à combustion interne. est une vue en coupe montrant schématiquement le montage d’un capteur de suie de type résistif dans une conduite d’échappement de moteur thermique de type Diesel. est un schéma simplifié d’une première architecture d’une ligne de gaz d’échappement selon l’invention pour un moteur thermique essence de véhicule à combustion stœchiométrique. est un schéma simplifié d’une deuxième architecture d’une ligne de gaz d’échappement selon l’invention pour un moteur thermique essence de véhicule à combustion stœchiométrique. est un schéma simplifié d’une troisième architecture d’une ligne de gaz d’échappement selon l’invention pour un moteur thermique essence de véhicule à combustion stœchiométrique. est un schéma simplifié d’une quatrième architecture d’une ligne de gaz d’échappement selon l’invention pour un moteur thermique essence de véhicule à combustion stœchiométrique. est un schéma simplifié d’une cinquième architecture d’une ligne de gaz d’échappement selon l’invention pour un moteur thermique essence de véhicule à combustion stœchiométrique. est un schéma simplifié d’une sixième architecture d’une ligne de gaz d’échappement selon l’invention pour un moteur thermique essence de véhicule à combustion stœchiométrique. est un schéma simplifié d’une septième architecture d’une ligne de gaz d’échappement selon l’invention pour un moteur thermique essence de véhicule à combustion stœchiométrique. est un schéma simplifié d’une huitième architecture d’une ligne de gaz d’échappement selon l’invention pour un moteur thermique essence de véhicule à combustion stœchiométrique. De manière générale, l’invention repose sur l’intégration d’un capteur de suie dans une ligne de gaz d’échappement d’un moteur thermique essence de véhicule à combustion stœchiométrique, de façon à obtenir une mesure directe des émissions de particules de carbone. Un capteur de suie du type de celui utilisé dans les lignes de gaz d’échappement des moteurs thermiques Diesel est intégrable dans une ligne de gaz d’échappement selon l’invention. A la différence d’une ligne de gaz d’échappement d’un moteur thermique Diesel dans laquelle le capteur de suie est monté en amont du silencieux, généralement en aval du filtre à particules « DPF », dans la présente invention, le capteur de suie est monté en aval du silencieux. Le montage du capteur de suie à l’emplacement préconisé par l’invention découle de la constatation par l’entité inventive du fait que la température des gaz dans une ligne d’échappement d’un moteur thermique essence chute sous les 600°C en aval du silencieux. Le silencieux a une grande surface d’échange avec l’air ambiant, de sorte que les gaz d’échappement le traversant subissent une baisse de température importante. La température des gaz d’échappement en sortie du silencieux est compatible avec un fonctionnement normal du capteur de suie. L’invention peut aisément être mise en œuvre dans différentes architectures d’une ligne de gaz d’échappement d’un moteur thermique essence de véhicule à combustion stœchiométrique. Dans l’architecture montrée schématiquement à la , la ligne de gaz d’échappement LGE1 équipe un moteur thermique essence MT muni d’un turbocompresseur TC de suralimentation en air. La ligne de gaz d’échappement LGE1 comprend notamment un catalyseur à trois voies TWC, un filtre à particules essence « GPF », repéré GPF, un silencieux ESIL, un capteur de suie CS et d’autres capteurs et composants connus non représentés, comme le capteur de NOx et la sonde à oxygène (sonde lambda). Le catalyseur à trois voies TWC et le filtre à particules GPF sont montés en cascade, avec le catalyseur TWC au plus près de la sortie de gaz d’échappement du turbocompresseur TC, et font partie d’un sous-ensemble de ligne d’échappement dit « ensemble sous turbocompresseur » EsT. Le silencieux ESIL et un capteur de suie CS font partie d’un autre sous-ensemble de ligne d’échappement dit « ensemble sous caisse » EsC. Comme visible à la , conformément à l’invention, le capteur de suie CS est monté en aval du silencieux ESIL, ici dans une portion de conduite d’échappement CE entre la sortie du silencieux ESIL et une canule CN de sortie d’échappement. Dans l’architecture montrée schématiquement à la , la ligne de gaz d’échappement LGE2 se différentie essentiellement de la ligne LGE1 de la par le fait qu’elle comprend, dans l’ensemble sous turbocompresseur EsT, un filtre à particules essence catalysé, repéré GPFc, à la place du filtre à particules GPF. Comme visible à la , conformément à l’invention, le capteur de suie CS est monté en aval du silencieux ESIL, comme décrit plus haut en référence à la . Dans l’architecture montrée schématiquement à la , la ligne de gaz d’échappement LGE3 se différentie essentiellement de la ligne LGE1 de la par le fait qu’elle comprend, dans l’ensemble sous caisse EsC, un autre catalyseur à trois voies TWC2 monté en amont du silencieux ESIL. Comme visible à la , conformément à l’invention, le capteur de suie CS est monté en aval du silencieux ESIL, comme décrit plus haut en référence à la . Dans l’architecture montrée schématiquement à la , la ligne de gaz d’échappement LGE4 se différentie essentiellement de la ligne LGE3 de la par le fait qu’elle comprend, dans l’ensemble sous turbocompresseur EsT, un filtre à particules essence catalysé, repéré GPFc, à la place du filtre à particules GPF. Comme visible à la , conformément à l’invention, le capteur de suie CS est monté en aval du silencieux ESIL, comme décrit plus haut en référence à la . Dans l’architecture montrée schématiquement à la , la ligne de gaz d’échappement LGE5 se différentie essentiellement de la ligne LGE1 de la par le fait qu’elle comprend, dans l’ensemble sous caisse EsC, un catalyseur de fuite d’ammoniac, repéré ASC, qui est monté en amont du silencieux ESIL. Comme visible à la , conformément à l’invention, le capteur de suie CS est monté en aval du silencieux ESIL, comme décrit plus haut en référence à la . Dans l’architecture montrée schématiquement à la , la ligne de gaz d’échappement LGE6 se différentie essentiellement de la ligne LGE5 de la par le fait qu’elle comprend, dans l’ensemble sous turbocompresseur EsT, un filtre à particules essence catalysé, repéré GPFc, à la place du filtre à particules GPF. Comme visible à la , conformément à l’invention, le capteur de suie CS est monté en aval du silencieux ESIL, comme décrit plus haut en référence à la . Dans l’architecture montrée schématiquement à la , la ligne de gaz d’échappement LGE7 se différentie essentiellement de la ligne LGE1 de la par le fait qu’elle comprend, dans l’ensemble sous caisse EsC, un autre catalyseur à trois voies TWC2 suivi d’un catalyseur de fuite d’ammoniac ASC qui sont montés en amont du silencieux ESIL. Comme visible à la , conformément à l’invention, le capteur de suie CS est monté en aval du silencieux ESIL, comme décrit plus haut en référence à la . Dans l’architecture montrée schématiquement à la , la ligne de gaz d’échappement LGE8 se différentie essentiellement de la ligne LGE7 de la par le fait qu’elle comprend, dans l’ensemble sous turbocompresseur EsT, un filtre à particules essence catalysé, repéré GPFc, à la place du filtre à particules GPF. Comme visible à la , conformément à l’invention, le capteur de suie CS est monté en aval du silencieux ESIL, comme décrit plus haut en référence à la . Dans les formes de réalisation LGE1 à LGE8 décrites ci-dessus, il est considéré que le capteur de suie est monté dans une portion de conduite d’échappement en aval du silencieux. On notera que dans d’autres formes de réalisation le capteur de suie pourra être intégré dans le silencieux, au niveau de la sortie des gaz de celui-ci. De plus, le capteur de suie utilisable dans l’invention ne se limite pas au capteur de suie de type résistif. D’autres types de capteurs de suie pourront être intégrés dans une ligne de gaz d’échappement selon l’invention. L’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention. Ligne de gaz d’échappement d’un moteur thermique de véhicule de type essence à combustion stœchiométrique (MT) comprenant un catalyseur à trois voies (TWC), un filtre à particules (GPF) et un silencieux (ESIL) qui sont montés en cascade entre une entrée et une sortie des gaz d’échappement de ladite ligne, caractérisé en ce qu’elle comprend également un capteur de suie (CS) qui est monté en aval dudit silencieux (ESIL). Ligne de gaz d’échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’elle comprend également un autre catalyseur à trois voies (TWC2) qui est monté entre ledit filtre à particules (GPF) et ledit silencieux (ESIL). Ligne de gaz d’échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’elle comprend également un catalyseur de fuite d’ammoniac (ASC) qui est monté entre ledit filtre à particules (GPF) et ledit silencieux (ESIL). Ligne de gaz d’échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’elle comprend également un autre catalyseur à trois voies (TWC2) suivi d’un catalyseur de fuite d’ammoniac (ASC) qui sont montés entre ledit filtre à particules (GPF) et ledit silencieux (ESIL). Ligne de gaz d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit filtre à particules est un filtre à particules catalysé (GPFc). Ligne de gaz d’échappement selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit capteur de suie (CS) est un capteur de suie de type résistif. Ensemble d’un moteur thermique de type essence à combustion stœchiométrique (MT) et d’une ligne de gaz d’échappement, caractérisé en ce que ladite ligne de gaz d’échappement est une ligne de gaz d’échappement (LDE1 à LDE8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit moteur thermique est de type turbocompressé. Véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble selon la revendication 7 ou 8.