FR2976620A1

FR2976620A1 - Procede de surveillance de l'etat de fonctionnement d'un systeme de post-traitement et vehicule adapte pour sa mise en oeuvre

Info

Publication number: FR2976620A1
Application number: FR1155385A
Authority: FR
Inventors: Vincent Chassefeyre
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-12-21

Abstract

L'invention concerne un procédé de surveillance de l'état de fonctionnement d'un système de post-traitement d'une ligne d'échappement d'un moteur, le système de post-traitement comportant : - un dispositif filtrant (10) muni d'une entrée et d'une sortie, le dispositif étant formé d'une pluralité d'éléments filtrants (11, 12, 13, 14) étanches entre eux et s'étendant entre l'entrée et la sortie, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes de : - mesure de la perte de charge au niveau d'au moins deux éléments (11, 12, 13, 14), la perte de charge d'un élément (11, 12, 13, 14) étant la différence de pression entre la sortie et l'entrée de l'élément (11, 12, 13, 14), - comparaison d'au moins deux pertes de charge, - détection d'une fissure dans un des éléments (11, 12, 13, 14) en fonction du résultat de la comparaison. L'invention permet d'améliorer la détection des fissures.

Description

PROCEDE DE SURVEILLANCE DE L'ETAT DE FONCTIONNEMENT D'UN SYSTEME DE POST-TRAITEMENT ET VEHICULE ADAPTE POUR SA MISE EN OEUVRE [0001] La présente invention concerne un procédé de surveillance de l'état de fonctionnement d'un système de post-traitement d'une ligne d'échappement d'un moteur. Il est également proposé un véhicule adapté pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. [0002] La combustion de combustible fossile comme le pétrole ou le charbon dans un système de combustion, en particulier le carburant diesel dans un moteur diesel, peut entraîner la production en quantité non négligeable de polluants qui peuvent être déchargés par l'échappement dans l'environnement et y causer des dégâts. Pour limiter l'émission de tels polluants dans l'atmosphère, les gaz d'échappement peuvent être traités et notamment par un filtre à particules. [0003j Les filtres à particules équipant les moteurs Diesel fonctionnent selon une alternance de phases de stockage appelées phases de chargement et de phases de déstockage appelées régénérations. Au cours de la phase de chargement, le moteur fonctionne normalement et le filtre se charge en particules provenant des gaz d'échappement, par exemple des particules polluantes telles que des suies.

Lors de la phase de régénération, les particules stockées à la phase de chargement sont éliminées du filtre pour le régénérer. Les phases de régénération sont généralement provoquées par une modification des conditions de combustion du moteur obtenues par une commande spécifique. Par exemple, du carburant liquide est injecté dans le cylindre après que le piston ait atteint sa position haute généralement appelée point mort haut du moteur. Le carburant peut notamment être du gasoil. Un tel carburant se vaporise dans la ligne d'échappement. L'énergie dégagée par cette vaporisation est convertie dans le catalyseur en température qui chauffe le filtre à particules par réaction exothermique. [0004] La commande est usuellement émise automatiquement par le biais d'un 30 superviseur logiciel aussi appelé calculateur. Un critère à considérer pour estimer la pertinence d'effectuer la régénération du filtre à particules est la pression différentielle aux bornes du filtre à particules. Un capteur de pression différentielle qui mesure la pression absolue en amont et en aval du filtre à particules peut être prévu à cet effet. La perte de charge d'un élément est la différence de pression entre la sortie et l'entrée du filtre. Cette perte de charge est ainsi le reflet du taux de chargement du filtre à particules en suie. [0005] Cependant, de nouvelles législations concernant la dépollution impliquent de détecter une fissure dans le filtre à particules. En effet, la présence d'une fissure dans le filtre à particules provoque un taux d'émission de particules trop important résultant en ce que le véhicule ne répond plus à la législation vis-à-vis des rejets de polluants. [0006] Or, l'utilisation proposée ci-dessous d'un capteur de pression différentielle entre l'entrée et la sortie d'un filtre à particules pour détecter une fissure est peu fiable. Des précisions sévères sur la mesure du capteur sont en effet requises. Ces précisions sont de l'ordre de 2 mbar. De telles précisions ne peuvent pas être obtenue avec les capteurs connus comme ceux des documents de l'état de la technique dont la précision n'excède pas 20 mbar. [0007] En outre, la détection des fissures dans un filtre à particules requiert la comparaison de mesures d'un capteur avec un modèle de chargement du filtre à particules. Or, ce modèle correspond à l'interprétation de la qualité de la combustion. Toutes les erreurs effectuées dans l'évaluation du système moteur, concernant notamment l'évaluation de la quantité de carburant, d'air, de gaz injecté, sont donc cumulées. Par conséquent, l'approche est peu fiable. [0008] II existe donc un besoin pour un procédé de surveillance de l'état de fonctionnement d'un système de post-traitement permettant de détecter les fissures 25 dans ce système. [0009] Pour cela, il est proposé un procédé de surveillance de l'état de fonctionnement d'un système de post-traitement d'une ligne d'échappement d'un moteur. Le système de post-traitement comporte un dispositif filtrant muni d'une entrée et d'une sortie, le dispositif étant formé d'une pluralité d'éléments filtrants 30 étanches entre eux et s'étendant entre l'entrée et la sortie. Le procédé comporte une étape de mesure de la perte de charge au niveau d'au moins deux éléments, la perte de charge d'un élément étant la différence de pression entre la sortie et l'entrée de l'élément. Le procédé comprend également une étape de comparaison d'au moins deux mesures de perte de charge. Le procédé comprend aussi la détection d'une fissure dans un des éléments en fonction du résultat de la comparaison. [0010] En variante, les éléments ont un volume sensiblement identique, de préférence, les éléments sont identiques. [0011] En variante, le dispositif comporte plusieurs unités filtrantes comprenant chacune un élément filtrant, et de préférence un système de réduction catalytique sélective, un catalyseur d'oxydation diesel et un filtre à particules, étanches les unes par rapport aux autres au moyen d'un système de séparation commun à chaque unité filtrante. [0012] En variante, le système de post-traitement comporte quatre éléments. [0013] En variante, le procédé comporte les étapes de mesure de la perte de charge au niveau de chacun des quatre éléments, comparaison de la perte de charge au niveau d'un premier élément avec respectivement la perte de charge au niveau de chacun des autres, détection d'une fissure dans le premier élément si la perte de charge du premier élément est inférieure à la perte de charge au niveau de l'un des trois autres éléments. [0014] En variante, le procédé comporte en outre une étape de comparaison de la perte de charge au niveau d'un deuxième élément avec la perte de charge au niveau d'un troisième élément ou au niveau d'un quatrième élément distinct du premier élément. [0015] En variante, le procédé comporte une étape de comparaison entre la perte de charge au niveau d'un troisième élément et la perte de charge au niveau d'un quatrième élément. [0016] En variante, l'étape de mesure est mise en oeuvre à l'aide de deux capteurs en entrée et en sortie et par un système d'électrovannes adapté à ouvrir sélectivement les différents éléments filtrants. [0017] En variante, l'étape de mesure est mise en oeuvre à l'aide de quatre piquages associés chacun à un capteur, deux piquages étant placés en entrée sur deux éléments filtrants distincts et deux autres piquages étant placés en sortie sur les mêmes deux éléments filtrants, les piquages étant mobiles entre deux positions, la première position correspondant à une mesure pour deux premiers éléments filtrants et la deuxième position à une mesure pour les autre éléments filtrants. [ools] Il est également proposé un véhicule comprenant un système de post-traitement d'une ligne d'échappement d'un moteur, un calculateur. Le système de post-traitement comporte un dispositif filtrant muni d'une sortie et d'une entrée, le dispositif étant formé d'une pluralité d'éléments filtrants étanches entre eux et s'étendant entre la sortie et l'entrée. Le calculateur est adapté à mettre en oeuvre le procédé tel que précédemment décrit. [0019] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références au dessin qui montre : - figure 1, une vue schématique d'un exemple de dispositif filtrant; - figure 2, une vue schématique d'un exemple de dispositif filtrant avec des piquages; - figure 3, un exemple de système de mesure de la différence de pression; - figure 4, un autre exemple de système de mesure de la différence de pression ; - figure 5 et 6, deux vues de coupe d'une ligne d'échappement. [0020] Il est proposé un procédé de surveillance de l'état de fonctionnement d'un système de post-traitement d'une ligne d'échappement d'un moteur. [0021] Le système de post-traitement comporte un dispositif filtrant muni d'une entrée et d'une sortie. Le dispositif est formé d'une pluralité d'éléments filtrants étanches entre eux et s'étendant entre l'entrée et la sortie. [0022] Un exemple d'un tel dispositif est illustré par la figure 1. La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif 10 filtrant. Ce dispositif 10 est une partie d'une ligne d'échappement d'un moteur et peut être un filtre à particules. Selon l'exemple de la figure 1, le volume du dispositif 10 filtrant est cylindrique. Il possède donc un axe de révolution. C'est un nid d'abeille qu'on retrouve dans les filtres à particules par exemple. [0023] En outre, le dispositif 10 comporte dans cet exemple quatre éléments Il, 12, 13, 14 étanches. Ces éléments définissent respectivement des zones qui sont numérotées de 1, 2, 3 et 4. Par conséquent, du fait de l'étanchéité, la perte de charge dans la zone 1 est indépendante des pertes de charge dans les zones 2, 3 et 4 et inversement. [0024] De plus, les éléments ont un volume sensiblement identique puisque le dispositif est partagé selon deux plans perpendiculaires dont l'intersection est l'axe de révolution du cylindre. Selon cet exemple, les quatre éléments 11, 12, 13, 14 sont identiques. [0025] Le procédé comporte ainsi une étape de mesure de la perte de charge au niveau d'au moins deux éléments. Le procédé comporte en outre une étape de comparaison entre elles d'au moins deux mesures de perte de charge. Le procédé comprend également une étape de détermination de la présence d'une fissure. [0026] II est ainsi proposé un procédé dans lequel un capteur de pression différentielle est utilisé. Les informations issues de ce capteur ne seront plus comparées à un modèle théorique mais à la pression différentielle prélevée à différentes localisations d'un dispositif filtrant du système de post-traitement. Un calculateur pourra alors comparer ces différentes pressions et juger de la présence d'une fissure dans l'une des éléments du dispositif 10 filtrant. En ce sens, un tel calculateur est un dispositif de surveillance. [0027] Une telle approche permet d'éviter l'utilisation d'un modèle théorique dans la détermination des fissures. La détection des fissures dans un filtre à particules est donc optimisée et plus robuste. [0028] De plus, la perte de charge d'un des éléments est comparée à la perte de charge d'une ou plusieurs autres éléments. Si une fissure apparaît sur un des quatre éléments par exemple, le calculateur est apte à identifier l'élément filtrant défaillant plus précisément. Pour ce faire, la logique de décision sera basée seulement par utilisation des données du capteur et non sur la base d'un modèle. [0029] Le procédé peut par exemple s'appliquer pour un dispositif 10 comportant quatre éléments : un premier élément 11, un deuxième élément 12, un troisième élément 13 et un quatrième élément 14. Un tel dispositif 10 est illustré par la figure 2. Le reste de la description est consacré à la description de modes de réalisation particuliers du procédé dans le cas particuliers où le dispositif comprend quatre éléments, étant étendu que d'autres nombres d'éléments sont envisageables. [0030] L'étape de mesure peut être mise en oeuvre de plusieurs manières. Certaines de ces différentes manières vont être illustrées dans le cas où le procédé comporte par exemple une étape de mesure de la perte de charge au niveau de chacun des quatre éléments. [0031] Selon l'exemple de la figure 2, huit piquages sont associés chacun à un capteur. Quatre piquages Al, A2, A3 et A4 permettent de prélever la pression en amont du dispositif 10. Plus précisément, Al est un piquage amont pour prélever la pression absolue amont du premier élément filtrant 1 l ; A2 est un piquage amont pour prélever la pression absolue amont du deuxième élément filtrant 12 ; A3 est un piquage amont pour prélever la pression absolue amont du troisième élément filtrant 13 et A4 est un piquage amont pour prélever la pression absolue amont du quatrième élément filtrant 14. [0032] Quatre piquages BI, B2, B3 et B4 permettent de prélever la pression en aval du dispositif 10. Plus précisément, BI est un piquage aval pour prélever la 30 pression absolue aval de l'élément filtrant 11 ; B2 est un piquage aval pour prélever la pression absolue aval de l'élément filtrant 12 ; B3 est un piquage aval pour prélever la pression absolue aval de l'élément filtrant 13 et B4 est un piquage aval pour prélever la pression absolue aval de l'élément filtrant 14. [0033] Par conséquent, pour obtenir les pertes de charges de chacun des quatre éléments, il suffit alors de calculer quatre différences de pression, à savoir : mesurer la différence de pression entre la pression mesurée en Al avec la pression mesurée en B1, celle entre la pression mesurée en A2 et la pression mesurée en B2, celle entre la pression mesurée en A3 et la pression mesurée en B3 et celle entre la pression mesurée en A4 avec la pression mesurée en B4 (Équation 1). Équation 1 : (Al - B1), (A2 - B2), (A3 - B3) et (A4 - B4) [0034] La détermination de ces pressions différentielles pour chaque élément permet à un calculateur non représenté sur les figures de comparer les différences de pressions entre chaque élément 11, 12, 13 et 14 et de détecter une fissure potentielle. [0035] Dans le cas particulier relatif à la figure 3, le calculateur effectue l'étape de comparaison par la comparaison relative à une ou plusieurs des relations suivantes (Équation 2) : (A1-B1)<(A2-B2) Équation 2 : (Al - B1) «A3 - B3) 20 (Al -B1)<(A4-B4) [0036] Ainsi, le procédé peut comporter en outre une étape de comparaison de la perte de charge au niveau du premier élément 11 avec respectivement la perte de charge au niveau de chacun des autres. [0037] A l'aide des résultats de telles comparaisons, le procédé peut comporter 25 également une étape de détection d'une fissure dans le premier élément 11 si la perte de charge du premier élément 11 est inférieure à la perte de charge au niveau de l'un des trois autres éléments 12, 13 et 14. Plus nombreuses les comparaisons sont, plus fiable est la détection de fissure. [0038] Ainsi, il est encore plus avantageux que le procédé comporte en outre une étape de comparaison de la perte de charge au niveau du deuxième élément 12 avec la perte de charge au niveau du troisième élément 13 ou au niveau du quatrième élément 14. [0039] Le procédé peut également comporter une étape de comparaison entre la perte de charge au niveau d'un troisième élément 13 et la perte de charge au niveau d'un quatrième élément 14. [0040] De manière plus générale, quelque soit le nombre d'éléments filtrants présent sur le dispositif 10, une étape comparaison effectuée pour tous les couples possibles permet d'obtenir la meilleure fiabilité possible sur la détection de fuite dans le dispositif 10. En outre, cela permet de déterminer le lieu où se situe la fissure ce qui facilite l'intervention, notamment en concession ou en garage. [0041] Selon un mode de réalisation, illustré en figure 3, l'étape de mesure est mise en l'oeuvre à l'aide d'un capteur 20 de pression différentielle et d'un système 30 d'électrovannes adapté à ouvrir sélectivement différents canaux connectés avec l'entrée et la sortie des éléments filtrants. Le capteur 20 est de manière simple deux capteurs de pression, un placé en entrée du dispositif 10 et un autre en sortie du dispositif 10. Le système 30 comprend au moins une électrovanne qui permet de sélectionner de manière alternative les canaux de piquages. Cette sélection se fait par obturation des éléments n'intervenant pas dans la mesure. Un tel mode de réalisation présente l'avantage de permettre d'utiliser un seul capteur dédié. [0042] La commande logique du système peut être simplement mise en oeuvre à l'aide de deux variables logiques nommées X et Y. Dans cet exemple, les entrées de commande X et Y peuvent alors définies en binaires telles que le système vérifie la table de vérité ci-dessous : X Y Action effectuée par le capteur de pression différentielle 0 0 Mesure de Al - B1 0 1 Mesure de A2 - B2 1 0 Mesure de A3 - B3 1 Mesure de A4 - B4 [0043] Selon un mode de réalisation, l'étape de mesure peut être mise en oeuvre à l'aide de quatre piquages associés chacun à un capteur. La figure 4 montre une vue schématique en coupe transverse de l'entrée d'un dispositif 10 sur lequel un tel mode de réalisation a été mis en oeuvre. Seuls les deux piquages placés en entrée sur deux éléments filtrants distincts sont visibles sur la figure 4. Deux autres piquages sont placés en sortie sur les mêmes deux éléments filtrants. Les piquages sont mobiles entre deux positions. La première position notée a correspond à une mesure pour deux premiers éléments filtrants et la deuxième position notée (3 à une mesure pour les autres éléments filtrants. [0044] Selon l'exemple de la figure 4, il est possible de passer d'une position à l'autre par une rotation d'un petit angle, la rotation étant réalisée par un actionneur déplaçant les piquages. Dans la position a, la perte de charge du premier et quatrième élément 11 et 14 peut être mesurée. Dans la position 6, la perte de charge du deuxième et troisième élément 12 et 13 peut être mesurée. La rotation peut s'effectuer dans les deux sens, pour un passage alternatif dans les deux positions. [0045] Un tel procédé peut être est mis en oeuvre dans un véhicule comprenant un système de post-traitement d'une ligne d'échappement d'un moteur. Une telle ligne d'échappement est illustrée par les figures 5 et 6 qui montrent une vue schématique d'un moteur 50. Cette ligne 53 d'échappement d'un moteur, comprend entre autre un conduit d'alimentation du combustible 51 vers la chambre de combustion 52. Les gaz brûlés sont évacués via la ligne d'échappement relié au collecteur du moteur50. Les gaz traversent un catalyseur d'oxydation diesel 54 (DOC) puis un système de réduction catalytique sélective 55 puis un filtre à particules 10 (FAP) avant d'être rejetés vers l'extérieur. Le système de post-traitement comporte un dispositif filtrant muni d'une sortie et d'une entrée. Le dispositif est formé d'une pluralité d'éléments filtrants étanches entre eux et s'étendant entre la sortie et l'entrée. Le véhicule comporte en outre un calculateur adapté à mettre en oeuvre le procédé de surveillance précédemment décrit. Un tel calculateur met ainsi en oeuvre des lois de commande améliorées pour les logiciels de contrôle du moteur puisqu'en cas de décélération, la dilution du gasoil dans l'huile sera diminuée. [0046] La figure 6 illustre un mode de réalisation particulier du véhicule. Selon ce mode de réalisation, la ligne 53 d'échappement d'un moteur comprend en outre un système de séparation 61 de la ligne en deux zones. Le système de séparation 61 est, dans cette configuration, commun à chaque unité filtrante. Ce système de séparation 61 prolonge la séparation en éléments filtrants effectués dans le dispositif filtrant 10. Le système de séparation 61 peut notamment être une paroi. La présence d'un tel système 61 est préférable dans la mesure où elle permet d'accroître les différences de perte de charge entre les éléments. Autrement dit, Les pressions d'entrées respectives P1 et P2 sont plus différentes grâce à la présence du système 61. Cet effet est d'autant plus accru que le système de séparation 61 est long. Selon l'exemple de la figure 6, ce système 61 s'étend jusqu'au collecteur de sortie du moteur 50.

Claims

REVENDICATIONS1. Un procédé de surveillance de l'état de fonctionnement d'un système de post-traitement d'une ligne d'échappement d'un moteur, le système de post-traitement 5 comportant : - un dispositif filtrant (10) muni d'une entrée et d'une sortie, le dispositif étant formé d'une pluralité d'éléments filtrants (11, 12, 13, 14) étanches entre eux et s'étendant entre l'entrée et la sortie, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes de : - mesure de la perte de charge au niveau d'au moins deux éléments (11, 12, 13, 10 14), la perte de charge d'un élément (11, 12, 13, 14) étant la différence de pression entre la sortie et l'entrée de l'élément (11, 12, 13, 14), - comparaison d'au moins deux pertes de charge, - détection d'une fissure dans un des éléments (11, 12, 13, 14) en fonction du résultat de la comparaison. 15
2. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments (11, 12, 13, 14) ont un volume sensiblement identique, de préférence, en ce que les éléments (11, 12, 13, 14) sont identiques.
3. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le dispositif (10) comporte plusieurs unités filtrantes comprenant chacune un élément 20 filtrant, et de préférence un système de réduction catalytique sélective, un catalyseur d'oxydation diesel et un filtre à particules, étanches les unes par rapport aux autres au moyen d'un système de séparation (61) commun à chaque unité filtrante.
4. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le 25 système de post-traitement comporte quatre éléments (11, 12, 13, 14).
5. Le procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes de : - mesure de la perte de charge au niveau de chacun des quatre éléments (11, 12, 13, 14), 30 - comparaison de la perte de charge au niveau d'un premier élément (11) avec respectivement la perte de charge au niveau de chacun des autres (12, 13, 14), - détection d'une fissure dans le premier élément (11) si la perte de charge du premier élément (11) est inférieure à la perte de charge au niveau de l'un des trois autres éléments (12, 13, 14).
6. Le procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le procédé comporte en outre une étape de comparaison de la perte de charge au niveau d'un deuxième élément (12) avec la perte de charge au niveau d'un troisième élément (13) ou au niveau d'un quatrième élément (14) distinct du premier élément.
7. Le procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le procédé comporte une étape de comparaison entre la perte de charge au niveau d'un troisième élément (13) et la perte de charge au niveau d'un quatrième élément (14).
8. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'étape de mesure est mise en oeuvre à l'aide de deux capteurs en entrée et en sortie et par un système d'électrovannes adapté à ouvrir sélectivement les différents éléments filtrants.
9. Le procédé selon l'une des revendications précédentes prises en combinaison avec la revendication 4, caractérisé en ce que l'étape de mesure est mise en oeuvre à l'aide de quatre piquages associés chacun à un capteur, deux piquages étant placés en entrée sur deux éléments filtrants distincts et deux autres piquages étant placés en sortie sur les mêmes deux éléments filtrants, les piquages étant mobiles entre deux positions, la première position correspondant à une mesure pour deux premiers éléments filtrants et la deuxième position à une mesure pour les autre éléments filtrants.
10. Un véhicule comprenant : - un système de post-traitement d'une ligne d'échappement d'un moteur, - un calculateur, le système de post-traitement comportant : - un dispositif filtrant (10) muni d'une sortie et d'une entrée, le dispositif (10) étant 25 formé d'une pluralité d'éléments filtrants (11, 12, 13, 14) étanches entre eux et s'étendant entre la sortie et l'entrée, caractérisé en ce que le calculateur est adapté à mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 9.