WO2011032933A1 - Dispositif de diagnostic d'un filtre a particules - Google Patents

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Definitions

  • the portion of the gas passing through the detection filter is preferably small relative to the total amount of gas exiting the particulate filter, for example between 0.1 and 70%.
  • the quantity of gas passing through the detection filter is limited to the amount necessary and sufficient to allow the measurement of the output parameter of the filter. detection with the desired accuracy.
  • the portion of the gas passing through the detection filter is preferably limited to 0.1 to 15% of the total quantity of gas leaving the particulate filter, more preferably 0.1 to 10%, and even 0.1 to 5%. With a fraction of the exhaust gas as low, it is possible to use a small detection filter. This makes it possible to limit the bulk while allowing accurate measurement.

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Abstract

L'invention concerne un nouveau dispositif pour le diagnostic d'un filtre à particules fixé sur une ligne principale d'échappement (13) d'un moteur à combustion interne, le dispositif de diagnostic comprenant, en aval du premier filtre à particules, un filtre de détection (14) et un moyen de mesure (15) d'un paramètre de sortie du filtre de détection. Le filtre de détection (14) est placé dans une ligne secondaire d'échappement (16) qui est traversée par une première partie des gaz issus du filtre à particules, une deuxième partie des gaz issus du filtre à particules suivant la ligne principale d'échappement. Application au diagnostic des filtres à particules pour véhicule automobile à moteur à combustion thermique.

Description

DISPOSITIF DE DIAGNOSTIC D'UN FILTRE A PARTICULES
Domaine technique et état de l'art
L'invention concerne un dispositif pour le diagnostic d'un filtre à particules fixé sur une ligne principale d'échappement d'un moteur à combustion interne, dispositif de diagnostic du type comprenant, en aval du premier filtre à particules, un filtre de détection et un moyen de mesure d'un paramètre de sortie du filtre de détection.
Pour limiter la pollution des véhicules automobiles à moteur à combustion interne, il est connu d'installer dans la ligne principale d'échappement des gaz du moteur un filtre à particules apte à limiter la quantité de particules dans le flux des gaz sortant en dessous d'une valeur seuil tolérée.
Les filtres à particules les plus couramment utilisés sont composés d'un ensemble de canaux à parois filtrantes et bouchés alternativement à l'entrée ou à la sortie (figure 1). Les gaz d'échappement entrent ainsi par un canal et sortent par un autre après avoir traversé au moins une paroi filtrante. Dans les filtres réalisés en carbure de silicium (SiC), les canaux sont regroupés en segments liés entre eux par un joint qui permet de compenser la dilatation importante du carbure de silicium lors des transitoires thermiques.
Les filtres à particules maintenant installés sur presque tous les véhicules automobiles en Europe sont très efficaces et permettent de limiter les émissions de particules à moins de 5 mg / km parcouru, niveau maximum toléré par la norme Euro 5 qui entrera en vigueur en 2010 et mesuré suivant le cycle de conduite normalisé NEUDC. Les normes pour les autres applications Diesel ou plus généralement à moteur thermique (camions, machines agricoles, constructions) en Europe ainsi que dans d'autres pays comme les Etats-Unis et le Japon imposent des limites similaires.
Même si les filtres à particules sont connus pour être robustes et assurer convenablement leur fonction tout au long de la vie des véhicules sur lesquels ils sont installés, certains filtres peuvent être défaillants, suite à un défaut de fabrication par exemple, ou bien peuvent devenir défaillants, suite à des conditions de fonctionnement sévères par exemple. Les défaillances les plus connues se traduisent par une fissuration d'une paroi filtrante, d'un joint liant plusieurs segments et / ou d'un bouchon fermant un ou plusieurs canaux. Ces défaillances se traduisent par une émission de particules supérieure au seuil toléré par la législation.
La norme OBD (On Board Diagnostic) en vigueur impose la mise en place de moyens de détection d'une défaillance d'un composant (en particulier le filtre à particules) susceptible d'entraîner une émission de polluants supérieure au seuil fixé par la législation. Ces moyens de détection doivent envoyer un signal visible au conducteur du véhicule pour signaler la nécessité de faire contrôler les émissions de polluants.
Plusieurs types de moyens de détection sont en cours d'évaluation ou de développement :
· des capteurs résistifs : une plaque métallique positionnée dans le flux sortant du filtre à particules voit sa résistance augmenter lorsque des particules se collent dessus. Les mécanismes de dépôts des suies sur l'élément résistif sont très complexes ; dépendants de paramètres difficiles à contrôler. De plus les signaux électriques de faible intensité nécessitent une électronique de traitement onéreuse. · des capteurs à décharge électrique : deux électrodes sont disposées dans le flux des gaz sortant du filtre à particules et, lorsqu'une tension élevée prédéfinie est appliquée entre ces électrodes, une décharge électrique apparaît si la quantité de particules dans le flux de gaz est supérieure à une valeur seuil. Ces capteurs nécessitent cependant des dispositifs électroniques complexes pour la production d'une tension suffisante pour créer une décharge électrique.
• des capteurs optiques : un signal optique traversant le flux des gaz sortant du filtre à particules permet de déterminer la quantité de particules présentes dans le flux. Ces capteurs sont cependant difficiles à maintenir en bon état de fonctionnement dans un environnement difficile tel que les gaz d'échappement.
Toutes ces techniques sont complexes à mettre en oeuvre et manquent de robustesse. Il n'est en conséquence pas encore envisagé de les utiliser sur des véhicules de série.
Une autre technique envisagée dans le document Dl (KR20070062309) consiste à mettre un filtre de détection en aval du filtre à particules et à détecter la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre de détection. Une différence de pression proche de zéro signifie que le filtre de détection n'arrête pas de particules, c'est-à-dire que les particules présentes dans les gaz d'échappement en sortie du moteur ont été correctement filtrées dans le filtre à particules. Inversement, une différence de pression qui augmente signifie que le filtre de détection est encrassé par des particules non filtrées par le filtre à particules, c'est-à-dire que le filtre à particules est défaillant. Le principal inconvénient de la solution proposée dans Dl est que, en fonctionnement normal, le filtre de détection engendre une contre-pression importante dans le conduit d'échappement, notamment lors des points de fonctionnement du moteur où le débit des gaz est important. Une telle contre-pression entraîne une surconsommation de carburant et une diminution des performances du moteur. Par ailleurs, en cas de défaillance du filtre à particules, le filtre de détection s'encrasse et se transforme rapidement en bouchon sur la ligne d'échappement de sorte que le véhicule doit être immédiatement immobilisé sous peine d'endommager le moteur.
Le WO 03/091553 décrit un dispositif de détection de défaut pour filtre à particules. Le dispositif se présente sous la forme d'une chambre installée dans le conduit d'échappement d'un moteur, en aval du filtre à particules. La chambre comprend une paroi filtrante, face au flux de gaz d'échappement, ainsi qu'un orifice de sortie de gaz dans la paroi opposée. Le dispositif emploie deux capteurs d'oxygène, l'un placé dans la chambre et l'autre dans le conduit.
Description de l'invention
L'invention propose un nouveau dispositif de diagnostic, ne présentant pas les inconvénients des dispositifs antérieurs décrits ci-dessus.
Plus précisément, l'invention propose un dispositif de diagnostic d'un filtre à particules fixé sur une ligne principale d'échappement d'un moteur à combustion interne, le dispositif de diagnostic comprenant, en aval du premier filtre à particules, un filtre de détection et un moyen de mesure d'un paramètre de sortie du filtre de détection représentatif d'un état de fonctionnement du filtre à particules. Selon l'invention, le filtre de détection est traversé par une première partie des gaz issus du filtre à particules, une deuxième partie des gaz issus du filtre à particules suivant la ligne principale d'échappement.
Ainsi, en fonctionnement normal du véhicule, il n'y a pas de contrepression dans la ligne principale d'échappement. Par ailleurs, en cas de défaillance du filtre à particule et d'encrassement du filtre de détection, les gaz d'échappement peuvent continuer à s'écouler dans la ligne principale d'échappement, non obstruée. Il est donc possible de continuer à utiliser le véhicule.
La partie des gaz traversant le filtre de détection est préférablement faible par rapport à la quantité totale des gaz sortant du filtre à particules, par exemple comprise entre 0,1 et 70%. De préférence, pour limiter l'influence du filtre de détection sur le fonctionnement de la ligne d'échappement, on limite la quantité de gaz traversant le filtre de détection à la quantité nécessaire et suffisante pour permettre la mesure du paramètre de sortie du filtre de détection avec la précision souhaitée. Ainsi, de préférence, on limite la partie des gaz traversant le filtre de détection à 0,1 à 15% de la quantité totale des gaz sortant du filtre à particules, de manière plus préférée de 0.1 à 10%>, et même 0.1 à 5%. Avec une fraction des gaz d'échappement aussi faible, il est possible d'utiliser un filtre de détection de faibles dimensions. Ceci permet de limiter l'encombrement, tout en permettant une mesure précise.
Selon l'invention, le filtre de détection est installé dans une ligne secondaire d'échappement opérant une division du flux de la ligne principale, en aval du filtre à particules, et s'étendant à l'extérieur de la ligne principale (au moins en partie). Pour ce faire la ligne secondaire comprend une entrée de gaz reliée à la ligne principale d'échappement en aval du filtre à particules. Différentes possibilités existent pour la connexion de la sortie de la ligne secondaire d'échappement ; elle peut notamment être connectée plus bas en aval, être à l'air libre, ou bien raccordée à la ligne d'admission d'air du moteur.
L'utilisation d'une ligne secondaire distincte de la ligne principale (et extérieure à celle- ci) est notamment avantageuse lorsqu'on travaille sur base des variations de températures engendrées par le colmatage du filtre de détection, car cela évite un réchauffement par la ligne principale. La ligne secondaire peut bien entendu comprendre une section d'entrée placée dans la ligne principale pour dévier une portion des gaz, et, le cas échéant, une section de sortie peut être positionnée dans la ligne principale.
De manière préférée, le moyen de mesure d'un paramètre de sortie du filtre de détection comprend alors un capteur placé dans la portion de ligne secondaire hors de la ligne principale, qui peut être utilisé seul ou en combinaison avec un capteur amont comme discuté ci-dessous.
Le filtre de détection peut être placé dans la ligne secondaire (hors de la ligne principale) ou dans la section d'entrée de la ligne secondaire, donc dans la ligne principale. Cette dernière configuration est avantageuse pour régénérer le filtre de détection via réchauffement causé par la régénération du filtre à particules.
Selon des variantes également, le moyen de mesure peut être :
• un capteur de température, de débit, de vitesse découlement ou de concentration en oxygène des gaz, positionné en sortie du filtre de détection, ou
• un moyen de mesure différentiel apte à établir une différence (gradient) entre l'entrée et la sortie du filtre de détection. Il peut s'agir par exemple d'un moyen de mesure de pression différentielle ou de température différentielle, comprenant un premier capteur de pression, respectivement de température, en amont du filtre de détection, un deuxième capteur de pression, respectivement de température, en aval du filtre de détection et un comparateur apte à déterminer une différence de pression, respectivement de température, entre l'entrée et la sortie (différence amont/aval) du filtre de détection.
Ainsi, avec l'invention, il est possible d'utiliser des capteurs de mesure connus, simples et robustes.
Le dispositif de diagnostic selon l'invention peut également comprendre un moyen d'alerte, pour produire un signal d'alerte si un profil du paramètre de sortie du filtre de détection est différent d'un profil de référence.
Le dispositif selon l'invention est notamment intéressant pour équiper des véhicules automobiles, tels que voiture, camions, tracteurs, etc. Mais il peut également être utilisé plus généralement pour le diagnostic de tout filtre à particules associé à un moteur thermique, tel que par exemple des moteurs sur des installations fixes, des bateaux, des engins de chantier, etc.
Des variantes d'exécution préférées de la présente invention sont présentées dans les revendications dépendantes 2 à 17. Selon un autre aspect, la présente invention concerne une méthode de diagnostic d'un filtre à particules selon la revendication 18. Des modes de réalisation préférés sont énoncés aux revendications dépendantes 19 à 22.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit d'exemples de diagnostic d'un filtre à particules, selon l'invention. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels :
« la figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de diagnostic selon un mode de réalisation de l'invention ;
• les figures 2 à 5, 11 et 12 présentent des variantes du dispositif de la figure 1 ;
• la figure 6 est un graphe illustrant la vitesse des gaz d'échappement selon l'état de fonctionnement du filtre à particules ;
« les figures 7, 8 et 10 présentent des illustrations des signaux mesurés par les capteurs pour être exploités par le contrôleur électronique du moteur ;
• la figure 9 illustre le principe de calibrage et de détection du présent dispositif.
Description détaillée de plusieurs modes de réalisation de l'invention
Sur la figure 1 est représenté un filtre à particules 10 connu comprenant une entrée 11 destinée à être reliée à une sortie d'échappement d'un moteur thermique. Une sortie 12 du filtre à particules 10 est reliée à une ligne principale d'échappement 13 dans laquelle les gaz d'échappement ont un débit total Qt lorsque le moteur thermique fonctionne normalement. Dans la ligne d'échappement, à une section donnée de la dite ligne d'échappement, la pression totale Ptotale est donnée par la relation : Ptotale = Pstatique + Pdynamique.
La pression dynamique est fonction de la vitesse V de déplacement des gaz : Pdynamique = l/2*rho*V*V, rho étant la masse volumique des gaz d'échappement.
Le dispositif de diagnostic selon l'invention comprend, en aval du filtre à particules 10, un filtre de détection 14 et un moyen de mesure 15. Le filtre de détection 14 est positionné de sorte à recevoir seulement une partie du flux des gaz sortant du filtre à particules, et le moyen de détection 15 est fixé de préférence en sortie du filtre de détection (en aval, après celui-ci). On peut aussi envisager l'utilisation de deux capteurs : un placé devant (en amont) le filtre de détection et l'autre à la sortie (en aval) ce qui permet de mesurer une différence de température ou une différence de pression comme on le verra plus loin, (les termes « entrée » et « amont », ainsi que « sortie » et « aval », sont ici utilisés indifféremment comme synonymes)
Le filtre de détection a de préférence des propriétés filtrantes similaires à celles d'un filtre à particules. Les filtres à particules les plus utilisés aujourd'hui sont ceux en carbure de silicium ou en cordiérite mais avec différentes propriétés de filtrations telles que la porosité, la taille des pores et le nombre de canaux par section de passage de l'écoulement. De préférence, le filtre de détection employé est conçu de sorte à permettre une faible perte de charge lorsque le filtre de détection est non chargé en suie puis se colmater rapidement même avec des niveaux d'émissions de suies très faibles. D'autres filtres tels que les mousses métalliques ou des feuilles de métal tissé peuvent être utilisés, lorsqu'ils ont un tel comportement de filtration.
Dans une première variante, le filtre de détection 14 est placé dans un conduit de dérivation ou ligne secondaire d'échappement 16. La ligne secondaire est dimensionnée (section, forme, etc.) de sorte que seulement 0.1 à 70% du total des gaz d'échappement soit dérivé vers la ligne secondaire et le filtre de détection. De préférence, on limite la section de sorte que seulement 0,1 à 15%, de manière plus préférée 0,1 à 10%> ou 0,1 à 5%, du total des gaz d'échappement soit dérivé vers la ligne secondaire et le filtre de détection, pour limiter au mieux les conséquences sur le fonctionnement du moteur d'un encrassement du filtre de détection 14 lors d'une défaillance du filtre à particules 10.
Une entrée 17 de la ligne secondaire est reliée à la ligne principale 13 en aval du filtre à particules 10 de sorte que la dite entrée 17 soit soumise à la pression totale Ptotale des gaz. Selon une variante, une sortie de la ligne secondaire est reliée à la ligne principale d'échappement de sorte que, en sortie de la ligne secondaire, les gaz ne soient soumis qu'à la pression statique. Une sortie de la ligne secondaire est réalisée telle que, en sortie de la ligne secondaire, les gaz soient soumis à une pression inférieure ou égale à la pression statique Pstatique. Ainsi, la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la ligne secondaire est supérieure ou égale à la pression dynamique et une fraction des gaz est naturellement entraînée vers la ligne secondaire et le filtre de détection. Selon une variante, la sortie de la ligne secondaire est reliée à la ligne principale, les gaz sont ainsi soumis en sortie à la pression statique et la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la ligne secondaire est égale à Pdynamique = Ptotale - Pstatique. Selon une autre variante, la sortie de la ligne secondaire est laissée à l'air libre, les gaz sont ainsi soumis en sortie à la seule pression atmosphérique (inférieure à la pression statique) et la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la ligne secondaire est supérieure à la pression dynamique.
Le débit des gaz dans la ligne secondaire est fonction notamment :
· de la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la ligne secondaire,
• des pertes de charges dans la ligne secondaire, dues au filtre de détection et à la ligne secondaire (forme, section, longueur, rugosité des parois, etc.)
La forme, les dimensions, le raccordement sur la ligne principale de la ligne secondaire sont donc dimensionnés pour que le débit secondaire des gaz soit suffisant pour permettre une détection d'un paramètre des gaz par le moyen de détection 14. Si nécessaire, plusieurs solutions peuvent être envisagées pour augmenter le débit secondaire.
La ligne secondaire d'échappement réalise donc une déviation d'une portion des gaz d'échappement et constitue une ligne distincte du conduit principal s'étendant hors de celui-ci. Pour sa connexion à la ligne principale, elle peut être simplement raccordée au conduit principal, ou comprendre une section d'entrée (ou amorce) à l'intérieur de la ligne principale pour faciliter la déviation des gaz. La section d'entrée est préférablement sensiblement parallèle au flux de gaz.
Il est possible de réduire localement la section de la ligne principale au voisinage (en amont ou aval) de l'entrée de la ligne secondaire figure 2, rétrécissement 19. Ainsi, la vitesse des gaz, et donc également la pression dynamique, augmentent localement. Le débit secondaire, fonction de la pression dynamique, augmente en conséquence. L'autre possibilité consiste à placer cette restriction dans la ligne principale entre l'entrée 17 et la sortie 18 de la ligne secondaire 16 de sorte à forcer une partie de l'écoulement à passer par le filtre de détection 14. Cette restriction est préférablement limitée au minimum nécessaire pour assurer un débit de gaz suffisant vers le filtre de détection afin d 'assurer une mesure précise (figure 2bis). La restriction peut être une grille (19a) placée autour de la section d'entrée 17 de la ligne secondaire ou une simple restriction (19b) ou tout autre moyen pouvant augmenter la perte de charge dans la ligne d'échappement principale derrière la section d'entrée 17.
II est également possible de mettre une vanne sur la ligne principale au voisinage de l'entrée de la ligne secondaire (à la place du rétrécissement 19 - non montrée sur la figure), ce qui permet d'ajuster à volonté le débit secondaire. Mais l'installation d'une telle vanne est en général délicate et onéreuse à mettre en oeuvre.
Il est encore possible, dans le cas d'une ligne principale comprenant en série un filtre à particules 10 et un élément additionnel (tel qu'un silencieux 20 ou un résonateur), de positionner l'entrée de la ligne secondaire entre la sortie du filtre à particules 10 et l'entrée de l'élément additionnel. La ligne secondaire est ainsi en dérivation par rapport à la ligne principale. Comme les pertes de charges dans la ligne principale sont augmentées par la présence de l'élément additionnel, le débit des gaz dans la ligne secondaire parallèle à la ligne principale est augmenté.
La sortie 18 de la ligne secondaire peut être laissée ouverte (figure 1), de sorte que les gaz d'échappement s'évacuent à l'air libre, de même que les gaz circulant dans la ligne principale. La sortie 18 peut également être reliée à la ligne principale en aval de l'entrée 17 (figures 2, 3). La sortie 18 peut encore être reliée à la ligne principale en aval de l'élément additionnel s'il y en a un (figure 4). Elle peut aussi être reliée à tout point de la ligne d'échappement ou d'admission d'air du moteur (non montré) pouvant présenter une différence de pression suffisante pour assurer un écoulement dérivé d'un débit approprié. Dans ce contexte, on pourra connecter la sortie 18 à la ligne d'admission d'air du moteur, notamment à une section basse pression (par exemple entre le papillon et le compresseur, le cas échéant). La ligne secondaire 16 peut être installée à l'intérieur d'un silencieux 20 pour un gain d'espace (figure 5).
Le filtre de détection 14 a des propriétés filtrantes similaires à celles d'un filtre à particules :
• si le filtre à particules 10 fonctionne normalement, le filtre de détection laisse passer toutes les particules que laisse passer le filtre à particules (c'est-à-dire les particules ou suies les plus petites et en très faible quantité résiduelle) ; le filtre de détection est ainsi quasi-transparent pour le flux de gaz qui le traverse,
· si le filtre à particules 10 est défaillant, le filtre de détection bloque toutes les particules que le filtre à particules aurait dû filtrer s'il avait fonctionné correctement. Comme le filtre de détection a des capacités de détection (en terme de volume et de nombres de particules qu'il est en mesure d'absorber), le filtre de détection se colmate progressivement jusqu'à ne pratiquement plus laisser passer les gaz.
II s'ensuit que :
• si le filtre à particules 10 fonctionne correctement, les paramètres du flux gazeux en sortie du filtre de détection suivent dans le temps une évolution similaire à celle des paramètres du flux de gaz sortant du filtre à particules (figure 6, courbe en pointillés). Pour un point de fonctionnement du moteur le débit vers le filtre de détection restera stable dans le temps (Figure 7 - sans fuites de suies).
• si le filtre à particules 10 est défaillant, il laissera passer une certaine quantité de suies plus ou moins importante selon l'importance de la défaillance. Cette fuite de suie va progressivement colmater le filtre de détection 14 augmentant ainsi sa résistance à l'écoulement. Les variations dans le temps des paramètres du flux gazeux en sortie du filtre de détection 14 ne suivent plus alors les variations des paramètres correspondant du flux en sortie du filtre à particules et le débit dévié va progressivement tendre vers zéro (figure 6, courbe en trait plein).
Cette réduction du débit de gaz vers le filtre de détection s'effectue plus ou moins rapidement selon la quantité de suies fuyant du filtre principal défaillant (Figure 7 - légères et importantes fuites de suies). En effet le filtre de détection se colmatera d'autant plus vite que la fuite de suie est importante ce qui entraînera une diminution rapide du débit des gaz déviés. L'évolution du débit des gaz déviés peut être mesurée à l'aide de capteurs connus tels que les capteurs de température ou de pression ou tout autre capteur. La figure 8 montre l'exemple de l'évolution du débit des gaz déviés suivie à l'aide d'un capteur de température placé en sortie du filtre de détection.
Lors du fonctionnement sur véhicule ou sur moteur, il suffit de :
1- Relever l'évolution du paramètre mesuré en sortie ou du gradient entrée/sortie du filtre détection en fonction du niveau de suie fuyant du filtre à particule et de la distance parcourue ou du temps de fonctionnement (Figure 9). Ces données seront considérées comme référence spécifique à l'application.
2- définir le niveau de suies à ne pas dépasser (10 mg/km dans l'exemple de la figure
9) ce qui déterminera aussi la distance parcourue (ou le temps de fonctionnement) à laquelle le paramètre en sortie ou le gradient entrée/sortie du filtre de détection aura atteint une certaine valeur - intersection de la ligne horizontale avec la ligne 10 mg/km sur la figure 9. On peut considérer cette valeur du paramètre comme un seuil à associer à 10mg/km de fuite de suies.
3- Si en cours d'utilisation du véhicule le relevé du paramètre en sortie du filtre de détection est supérieure à ce seuil, avant d'atteindre la distance à parcourir indiquée sur le graphe de la figure 9 (stockée dans le contrôleur et basée sur les données calibrées), alors on peut considérer que le niveau de suies critique est dépassé et qu'il faut envoyer un signal d'alerte.
La quantité de suies fuyant du filtre principal peut être déterminée en mesurant le gradient de températures des gaz entre l'entrée et la sortie du filtre de détection. En effet lorsque le débit des gaz déviés vers le filtre de détection diminue du fait du colmatage de ce dernier, la perte de température à travers le filtre de détection va avoir tendance à augmenter comme le montre la figure 10. Alors que sans fuite de suies du filtre principal, le gradient de température entre l'entrée et la sortie du filtre de détection reste constant. L'augmentation du gradient de température est directement liée au niveau de fuite de suies. Il suffit donc de caractériser le gradient de température à travers le filtre de détection dans le temps en fonction du débit des gaz déviés et du niveau d'émissions de suies, de stocker ces données de référence dans l'unité de contrôle du moteur pour ensuite les utiliser lors du fonctionnement du véhicule ou du moteur pour donner le signal d'alerte dès qu'un gradient de température correspondant au niveau de suie maximal toléré est atteint ou dépassé. On peut tout aussi envisager suivre la même méthodologie mais en utilisant d'autres capteurs tels que des capteurs de débit des gaz, de pression ou autre.
L'évolution des paramètres de l'écoulement vers le filtre de détection va bien entendu dépendre de la nature et de la taille de l'élément 14. Pour certaines applications il sera avantageux de réduire sa taille pour assurer une faible résistance à l'écoulement et ainsi augmenter le débit des gaz dérivés. Mais en réduisant sa taille il est alors possible que l'évolution de la température après le filtre de détection, lors de son colmatage progressif, ne soit pas suffisamment significative, ce qui réduira la précision de détection du niveau de suie fuyant du filtre principal 10. Pour pallier ce problème, une solution consiste à placer derrière le filtre de détection 14 un élément dissipateur 14bis présentant une faible perte de charge mais une importante capacité à absorber ou à échanger de la chaleur avec l'air ambiant, figure 11. Cela permet d'observer l'évolution de température existant avec le grand filtre de détection mais sans l'inconvénient d'une perte de charge importante.
Le filtre de détection peut être réalisé selon le même principe et avec les mêmes matériaux que le filtre à particules. Mais tout autre type de filtre peut être utilisé, pour autant qu'il ait les propriétés ci-dessus.
On rappelle qu'en fonctionnement normal du filtre à particules, les paramètres du flux gazeux en sortie du filtre à particules varient énormément en amplitude, en fonction du régime moteur, du type de moteur, etc.
Ceci est vérifié pour les paramètres du flux de gaz tels que la température, la pression, le débit, la vitesse d'écoulement, la concentration en oxygène, etc. placés en sortie ou/et à l'entrée du filtre de détection. Il est donc possible d'utiliser comme moyen de mesure en sortie du filtre de détection un capteur unique (figures 1, 2, 4, 5) tel qu'un capteur de température, de pression, un débitmètre, un anémomètre, une sonde à oxygène, etc. Tous ces capteurs sont largement connus, ils ont l'avantage d'être robustes, efficaces même dans un environnement difficile comme les gaz d'échappement et ne nécessitent pas d'électronique de commande complexe. Il est également possible d'utiliser un moyen de mesure différentiel, par exemple de pression ou de température différentielle (cf. figure 3), comprenant un premier capteur de pression (resp. température) 24 en amont du filtre de détection 14, un deuxième capteur de pression (resp. température) 25 en aval du filtre de détection et un comparateur 26 apte à déterminer une différence de pression (resp. température) entre l'amont et l'aval du filtre de détection.
Pour être efficace, le filtre à particules est régénéré régulièrement lorsque le moteur thermique fonctionne. Pour régénérer le filtre à particules, on élève fortement la température des gaz d'échappement pour brûler les suies absorbées par le filtre à particules. Comme une partie des gaz d'échappement sortant du filtre à particules traverse le filtre de détection, ce dernier est peut être automatiquement régénéré chaque fois que le filtre à particules est régénéré.
Dans certains cas, le filtre à particules est régénéré de temps en temps même s'il est défaillant. Dans ce cas, le filtre de détection doit être dimensionné pour se colmater rapidement en cas de défaillance du filtre à particules, pour qu'il soit possible de détecter cette défaillance avant la régénération du filtre à particules. On utilise dans un tel cas un filtre de détection de petite taille.
Il est aussi possible d'améliorer la régénération du filtre de détection en le plaçant dans la section d'entrée de la ligne secondaire, c'est à dire la partie de la dérivation entourée de l'écoulement principal provenant du filtre à particule, figure 12. On profitera ainsi de toute l'énergie disponible dans le flux gazeux pour le régénérer.
On peut alternativement envisager une régénération à l'aide d'une alimentation électrique utilisant le réseau électrique du véhicule (non montrée sur la figure). Cette solution est cependant moins recommandée sachant qu'elle entraine une surconsommation de carburant. Le présent dispositif de diagnostic comprend avantageusement également un moyen d'alerte (non représenté), pour surveiller les variations dans le temps du paramètre mesuré par le moyen de mesure et produire un signal d'alerte si le profil du signal mesuré est différent d'un profil de référence.
Dans un mode de réalisation, le moyen d'alerte est un comparateur, qui compare l'amplitude du paramètre de sortie à un seuil de référence et produit le signal d'alerte lorsque l'amplitude du paramètre de sortie est inférieure au seuil de référence.
Dans un autre mode de réalisation, le moyen d'alerte comprend une mémoire et un comparateur. Dans la mémoire est mémorisé un profil de référence correspondant à l'évolution du paramètre détecté en fonction du temps dans le cas d'un fonctionnement normal du filtre à particules. Le profil de référence est par exemple obtenu par des essais sur le véhicule dans lequel est installé de dispositif de diagnostic, avant sa mise dans le commerce. Lors du fonctionnement du moteur thermique, le comparateur compare en continu le signal fourni par le moyen de mesure avec le profil de référence, et fourni le signal d'alerte lorsque le signal mesuré s'écarte de plus de X % du profil de référence. X est un pourcentage dont la valeur est à ajuster en fonction de propriétés souhaitées pour le dispositif de diagnostic (rapidité de détection d'une défaillance du filtre à particules, garantie qu'une alerte correspond effectivement à une défaillance du filtre à particules, etc.).

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour le diagnostic d'un filtre à particules fixé sur une ligne principale d'échappement d'un moteur à combustion interne, le dispositif de diagnostic comprenant, en aval du premier filtre à particules, un filtre de détection et un moyen de mesure d'un paramètre de sortie du filtre de détection,
le filtre de détection étant traversé par une première partie des gaz issus du filtre à particules, une deuxième partie des gaz issus du filtre à particules suivant la ligne principale d'échappement.,
caractérisé en ce que le filtre de détection est placé dans une ligne secondaire d'échappement s'étendant au moins partiellement hors de la ligne principale, la ligne secondaire d'échappement ayant une entrée de gaz et une sortie de gaz, l'entrée de gaz étant reliée à la ligne principale d'échappement en aval du filtre à particules.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première partie des gaz correspond à 0.1 à 70% des gaz issus du filtre à particules.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la première partie des gaz correspond à 0.1 à 5 %, 10 ou 15%, des gaz issus du filtre à particules.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, adapté pour une ligne principale d'échappement comprenant un élément additionnel tel qu'un silencieux ou un résonateur en aval du filtre à particules, dans lequel l'entrée de gaz de la ligne secondaire d'échappement est reliée à la ligne principale en aval de l'élément additionnel.
5. Dispositif selon la l'une quelconque des revendications 1 à 3, adapté pour une ligne principale d'échappement comprenant un élément additionnel tel qu'un silencieux ou un résonateur en aval du filtre à particules, dans lequel l'entrée de la ligne secondaire d'échappement est reliée à la ligne principale entre le filtre à particules et l'élément additionnel.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sortie de la ligne secondaire est reliée à la ligne principale en aval du filtre de détection ou à une ligne d'admission d'air du moteur, ou est laissée à l'air libre.
7. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la ligne secondaire, l'entrée de la ligne secondaire et la sortie de la ligne secondaire sont situées à l'intérieur de l'élément additionnel.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sortie de la ligne secondaire est reliée à la ligne principale en aval de l'entrée de la ligne secondaire.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'entrée de la ligne secondaire et éventuellement la sortie de la ligne secondaire sont reliées à la ligne principale de sorte que la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la ligne secondaire soit supérieure à une pression dynamique des gaz dans la ligne principale d'échappement.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel une section de la ligne principale présente un rétrécissement au voisinage de l'entrée de la ligne secondaire.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel l'entrée de gaz de la ligne secondaire est définie par une section d'entrée placée dans la ligne principale.
12. Dispositif de diagnostic selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le filtre de détection a des propriétés de fïltration telles que le filtre de détection est colmaté lorsque le taux de particules contenues dans les gaz issus du premier filtre est supérieur à un seuil d'alerte.
13. Dispositif de diagnostic selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un élément dissipateur thermique (14bis) présentant une faible perte de charge placé en aval du filtre de détection.
14. Dispositif de diagnostic selon la revendication 1, dans lequel la ligne secondaire d'échappement présente une section d'entrée de gaz, et dans lequel : la section d'entrée de gaz est positionnée dans la ligne principale d'échappement en aval du filtre à particules, le filtre de détection est agencé dans la section d'entrée de gaz, et un élément dissipateur thermique (14bis) présentant une faible perte de charge est placé en aval du filtre de détection dans la section de la ligne secondaire hors de la ligne principale.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de mesure est :
• un capteur de température, de débit, de vitesse découlement ou de concentration en oxygène des gaz d'échappement, positionné en sortie du filtre de détection ; ou
• un moyen de mesure différentiel, comprenant un premier capteur en amont du filtre de détection, un deuxième capteur en aval du filtre de détection et un comparateur apte à déterminer une différence de pression entre une entrée et une sortie du filtre de détection.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moyen de mesure comprend un capteur en aval du filtre de détection dans une portion de la ligne secondaire hors de la ligne principale.
17. Dispositif de diagnostic selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant également un moyen d'alerte, pour produire un signal d'alerte si un profil du paramètre de sortie du filtre de détection est différent d'un profil de référence.
18. Méthode de diagnostic d'un filtre à particules dans une ligne principale d'échappement d'un moteur à combustion interne, le dispositif de diagnostic comprenant, en aval du premier filtre à particules, un filtre de détection et un moyen de mesure d'un paramètre de sortie du filtre de détection, le filtre de détection étant placé de sorte à ne pouvoir être traversé que par une portion prédéterminée du flux total de gaz d'échappement, méthode dans laquelle : on surveille l'évolution du paramètre de sortie du filtre de détection ; et on conclut à une défaillance du filtre à particules lorsque le paramètre de sortie s'écarte d'une valeur de référence calibrée.
19. Méthode selon la revendication 18, dans laquelle on conclut à une défaillance du filtre à particules lorsque le paramètre de sortie s'écarte de la valeur de référence calibrée dans une période de surveillance dont la durée est inférieure à une durée calibrée.
20. Méthode selon la revendication 19, dans laquelle ladite durée calibrée est représentative d'une durée d'utilisation temporelle ou d'un kilométrage parcouru.
21. Méthode selon l'une quelconque des revendications 18 à 20, dans laquelle le paramètre de sortie est indicatif d'une valeur mesurée ou estimée ou d'un gradient de valeurs mesurées ou estimées.
22. Méthode selon l'une quelconque des revendications 18 à 21, dans laquelle lequel le filtre de détection est placé dans une ligne secondaire d'échappement, la ligne secondaire d'échappement ayant une entrée de gaz et une sortie de gaz, l'entrée de gaz étant reliée à la ligne principale d'échappement en aval du filtre à particules.
23. Moteur à combustion interne comprenant une ligne principale d'échappement équipée d'un dispositif de diagnostic selon l'une quelconque des revendications 1 à 17.
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