WO2015040300A1 - Procede de diagnostic de l'absence d'un filtre a particules - Google Patents

Procede de diagnostic de l'absence d'un filtre a particules Download PDF

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WO2015040300A1
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Jean-Nicolas Lesueur
Priscilla MOUKOURI
Rodolphe COURTIAL
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Definitions

  • the invention lies in the field of the depollution of the exhaust gas of an internal combustion engine, in particular in the removal of particles. It relates to a device and a method of diagnosis of the absence of a particulate filter. She is particularly interested in particulate filters fitted to the exhaust line of gasoline internal combustion engines.
  • pollutants can be emitted into the exhaust line of the engine.
  • pollutants are mainly unburned hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (nitrogen monoxide NO and NO 2 ) and carbon oxides (including carbon monoxide CO).
  • the exhaust line of an engine is therefore generally at least provided with a catalyst, for example a three-way catalyst allowing the reduction of nitrogen oxides to nitrogen and carbon dioxide, the oxidation of carbon monoxides. carbon dioxide, and the oxidation of unburned hydrocarbons to carbon dioxide and water.
  • a catalyst for example a three-way catalyst allowing the reduction of nitrogen oxides to nitrogen and carbon dioxide, the oxidation of carbon monoxides. carbon dioxide, and the oxidation of unburned hydrocarbons to carbon dioxide and water.
  • Solid or liquid particles consisting essentially of carbon-based soot and / or oil droplets may also be emitted. These particles typically have a size between a few nanometers and a micrometer.
  • particulate filters usually consisting of a mineral matrix, ceramic type, honeycomb structure, defining channels arranged substantially parallel to the general direction of flow of the exhaust gas. in the filter, and alternately closed on the side of the inlet face of the filter gases and the side of the outlet face of the filter gases, as described in patent EP-2 426 326.
  • the particulate filter is alternately subjected to filtration and regeneration phases.
  • the filtration phases the particles accumulate in the filter, leading to the formation of a layer of soot on the walls.
  • the soot is removed, usually by combustion, temporarily raising the temperature of the exhaust gases passing through the filter.
  • the regeneration being continuous without specific intervention on the operation of the engine, because of the high temperatures of the exhaust gas to burn soot as it accumulates in the filter
  • the environmental standards evolve towards an obligation to verify the presence of a particulate filter in the exhaust line of an internal combustion engine. Indeed, a particulate filter tends to reduce the performance of an internal combustion engine. There is therefore a risk that the particulate filter is removed to gain performance.
  • a solution for checking the presence of a particulate filter in an exhaust line of an internal combustion engine is to measure the differential pressure between the inlet and the outlet of the particulate filter.
  • the inlet pressure is always higher than that at the outlet.
  • the pressure difference is zero or almost zero.
  • This solution requires the installation of two pressure sensors or a differential pressure sensor, pipes connecting the sensor inputs to the exhaust line, and an electrical harness connecting the pressure sensors to control means. , for example an on-board diagnostic system.
  • the implantation of the pressure sensors and the pipes is not without difficulty because of the small space available.
  • this solution is relatively expensive because of the presence of pressure sensors.
  • the architecture described in this patent provides a three-way catalyst upstream of the filter.
  • the filter for the solution to work, must be framed by two oxygen probes, and since it is necessary to also have an oxygen probe upstream of the three-way catalyst, we see that this solution, in the architecture considered requires three oxygen probes, with the cost and implantation difficulties already mentioned for the pressure probes of the other technical solution already envisaged.
  • a diagnosis of absence of a filter by measuring changes in oxygen levels may lose its reliability over time: the diagnosis may consider as absent a filter simply aged, worn, especially in the case of a significant aging of the filter, while the standards being finalized require a diagnosis of absence of the filter, regardless of a diagnosis of efficacy evaluation (or its loss of efficiency due to aging).
  • the object of the invention is therefore to propose a method of diagnosing the absence of particulate filter in an exhaust line of an internal combustion engine which is improved. It aims in particular a diagnostic process that is more reliable and / or easier to implement on the exhaust line.
  • the invention firstly relates to a method for diagnosing the absence of a particulate filter in an exhaust line of an internal combustion engine of a vehicle, said line of exhaust being equipped with a catalyst and a particle filter disposed downstream of the catalyst, said filter comprising a substrate at least partially coated and / or impregnated with a material with reversible oxygen storage properties as a function of the richness of the exhaust gas.
  • the process is such that the presence or absence of the particulate filter is deduced from the monitoring of the variation, as a function of the distance traveled by the vehicle, of the quantity of oxygen contained in the whole of the catalyst and particle filter using two oxygen sensors, one said upstream, arranged upstream of the catalyst and the other, said downstream, disposed downstream of the filter.
  • the amount of oxygen in the catalyst and the filter is measured by periodically modifying the richness of the exhaust gas, in particular by periodically passing it from a richness of less than 1 to a greater than 1 , to empty all of the catalyst and the filter of the oxygen they contain, and then to measure the time separating the fall of the oxygen level of the upstream probe from that of the downstream probe when the filter fills up again of oxygen, and relating this duration to a reference operating point of the engine.
  • it follows the drop in the amount of oxygen measured as a function of the distance traveled by the vehicle.
  • an absence of a particle filter is detected when the negative derivative of the quantity of oxygen relative to a distance traveled by the vehicle exceeds, in absolute values, a predetermined threshold.
  • the possible regenerations of the particulate filter can be taken into account, and the diagnosis of the absence of particle filter detection is deactivated momentarily or until the end of the regeneration when a regeneration is triggered.
  • the invention also relates to the application of the method described above particulate filters exhaust lines of gasoline internal combustion engines.
  • the invention also relates to an exhaust line of an internal combustion engine of a vehicle, said exhaust line being equipped with a catalyst and a particle filter disposed downstream of the catalyst. , said filter comprising a substrate at least partially coated and / or impregnated with a material with reversible oxygen storage properties as a function of the richness of the exhaust gases.
  • Said line is equipped with means for diagnosing the presence or absence of the particulate filter comprising: two oxygen probes, one said upstream, disposed upstream of the catalyst and the other, said downstream, disposed downstream of the filter; - Means for measuring the amount of oxygen in the catalyst assembly and the filter from the data provided by the oxygen sensors; means for detecting the absence of the particulate filter from the oxygen quantity measurements made by monitoring the variation of the quantity of oxygen in the catalyst and filter as a function of the distance traveled by the vehicle.
  • the exhaust line is such that the absence detection means detect an absence of particle filter when the negative derivative of the quantity of oxygen relative to a distance traveled by the vehicle exceeds, in absolute values, a predetermined threshold.
  • the absence detection means are momentarily deactivated in the event of misfiring of the engine and / or regeneration triggered by the particulate filter.
  • Regenerative regeneration is understood to mean a regeneration which has been deliberately provoked, in particular under the control of the motor control control, as opposed to a so-called continuous regeneration).
  • the oxygen level at the inlet of the entire catalyst and the filter can be regulated by the richness of the air-fuel mixture injected into the internal combustion engine.
  • the oxygen levels at the inlet and the outlet of the catalyst assembly and the particulate filter are for example determined by oxygen sensors placed in the exhaust line upstream and downstream. particle filter.
  • Figure 5 shows schematically a part of the exhaust line 2 collecting the exhaust gas of a gasoline type internal combustion engine 1 equipping a motor vehicle. It comprises a three-way catalyst 3 arranged upstream of a particulate filter 4.
  • the three-way catalyst 3 and the particulate filter 4 are grouped in the same casing 5 of substantially cylindrical shape and connecting to the rest of the line by means of substantially conical ends (the figure represents only half of the envelope 5 to make visible the catalyst and the filter).
  • the envelope 5 may take a shape other than a cylindrical shape: it may have an oval, ovoid, even square or rectangular section with possibly rounded edges.
  • the three-way catalyst reduces nitrogen oxides to nitrogen and carbon dioxide, to oxidize the carbon monoxide carbon dioxide, and unburned hydrocarbons carbon dioxide and water.
  • the particulate filter is based on a porous ceramic matrix, for example cordierite, mullite, aluminum titanate or silicon carbide, comprising capped channels alternately at their ends, in a known manner.
  • the matrix of the filter is impregnated with a composition comprising a material with reversible oxygen storage properties as a function of the richness of the exhaust gas, a material also known by the acronym "OSC” material for "Oxygen Storage Capacity" in English and so named later for brevity.
  • OSC Oxygen Storage Capacity
  • the OSC material of the particulate filter according to the invention is selected based on ceria, a cerium oxide capable of reversibly capturing oxygen.
  • Ceria can be associated in a given formulation with other passive compounds, for example to facilitate its implementation by impregnation ...
  • an amount sufficient to achieve in the filter an amount of about 10 to 40 grams per liter of filter. Note that one can choose to impregnate all of the particulate filter, or only a portion thereof, for example an upstream or downstream portion, or concentrated on the input or output channels.
  • the exhaust line is also provided with two oxygen sensors 6.7, also commonly called lambda probes, respectively disposed upstream and downstream of the envelope 5. These probes can be of known type, including type linear or stoichiometric.
  • FIG. 2 makes it possible to explain the measurement of the quantity of oxygen contained in the filter 4 which is used in the method of diagnosis of presence / absence of the filter according to the invention. This measure consists in controlling the operation of the engine to make richness slots, on the one hand to empty the catalyst 3 and the filter 4 of all the oxygen they contain, then on the other hand fill them with oxygen.
  • the time interval ⁇ between the changeover from a detection of a rich state to a lean state of the upstream oxygen sensor 6 and that of the probe to be measured is measured.
  • downstream oxygen 7. This time interval multiplied by the flow rate of oxygen present in the exhaust gas (related to the exhaust gas flow rate and the richness of these gases during this time interval (depending on the air-fuel mixture used to supply the motor) makes it possible to establish a measurement of the oxygen stored in the organ (s) under consideration.
  • the quantity of oxygen stored is in fact proportional to the interval ⁇ , to the gas flow rate and to their richness during this period. period of time.
  • the graph of FIG. 2 represents in abscissa the time (in seconds) and on the ordinate the measured richness at the level of the upstream oxygen sensor 6.
  • the curve in solid line corresponds to the variation of the richness of the upstream sensor. 6 and the dotted line curve to the variation of the richness detected by the downstream probe 7. It can be seen that these two curves have slot shapes corresponding to the slots of wealth imposed on the motor, with a time lag ⁇ explained above. between the onset of the loss of wealth measured by the downstream probe relative to the beginning of the loss of wealth measured by the upstream probe. It is possible that, under other measurement conditions, these curves do not have as open a slot shape, but this does not affect the measurements, as long as they are always done in the same way .
  • FIGS. 3 to 5 The principle of the invention, illustrated by FIGS. 3 to 5, is as follows: by impregnating the particulate filter 4 with a composition containing an OSC material, it is possible to set up a diagnosis of the presence of the filter at from the following findings:
  • the measured amount of oxygen contained in the overall three-way catalyst 3 and filter 4 is greater than the amount of oxygen contained in the three-way catalyst alone, since the filter contains additional OSC material to that contained in the three-way catalyst;
  • the amount of oxygen in the assembly will also be greater than that contained in the three-way catalyst alone;
  • a "standard” aging the amount of oxygen contained in the catalyst assembly and the filter will gradually decrease during the life of the vehicle in a more or less steep slope depending on driving conditions. It is this progressive decrease in normal operation which is illustrated in FIG.
  • the particulate filter 4 disappears during the life of the vehicle, it necessarily disappears very quickly and in its entirety (because even if it is not deliberately completely disassembled, but it breaks, as soon as that a filter portion disappears, there is no mechanical strength of the remaining elements, which then disappear very quickly). This rapid disappearance will cause a sudden change in the amount of oxygen contained in the catalyst plus filter (as well as in the filter alone naturally), for a short time, and it is on this sudden drop that the principle of diagnosis of the invention. It is indeed, according to the invention, the negative derivative of the quantity of oxygen with respect to a distance traveled by the vehicle which is monitored, and that a disappearance of the filter is diagnosed as soon as this derivative exceeds, in values absolute, a predetermined threshold.
  • the electronic / computer processing means which, according to the invention, treat the data provided by the two probes 6.7 to deduce the absence or the presence of the filter are connected to the engine control means which detect / manage the misfires, so as to deactivate the diagnostic process momentarily as soon as a misfire is detected / reported.
  • the deactivation can be extended until the end of the failed phase or maintained over a predetermined period of time. We thus gain in diagnostic reliability.
  • a regeneration of the filter can cause temperature rises having on the amount of oxygen measured effects similar to those of misfires.
  • the filter can also be provided to disable the diagnosis when triggering a regeneration (triggering also controlled by the command control of the engine based, including , filter fouling rate and vehicle running conditions).

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Abstract

L'invention concerne un procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules (4) dans une ligne d'échappement (2) d'un moteur (1) à combustion interne d'un véhicule, ladite ligne d'échappement étant équipée d'un catalyseur (3) et d'un filtre à particules (4) disposé en aval du catalyseur, ledit filtre comportant un substrat au moins partiellement enduit et/ou imprégné d'un matériau aux propriétés de stockage réversible d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement. Selon le procédé, on déduit la présence ou l'absence du filtre à particules (4) à partir du suivi de la variation, en fonction de la distance parcourue par le véhicule, de la quantité d'oxygène contenue dans l'ensemble du catalyseur et du filtre à l'aide de deux sondes à oxygène (6,7), l'une, dite amont, disposée en amont du catalyseur (3) et l'autre, dite aval, disposée en aval du filtre (4).

Description

PROCEDE DE DIAGNOSTIC DE L'ABSENCE D'UN FILTRE A PARTICULES
[0001 ] L'invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, en particulier dans l'élimination des particules. Elle concerne un dispositif et un procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules. Elle s'intéresse plus particulièrement aux filtres à particules équipant la ligne d'échappement de moteurs à combustion interne de type essence.
[0002] Lors de la combustion d'un mélange d'air et de carburant dans un moteur à combustion interne, des polluants peuvent être émis dans la ligne d'échappement du moteur. Ces polluants sont principalement des hydrocarbures imbrûlés (HC), des oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2) et des oxydes de carbone (dont le monoxyde de carbone CO).
[0003] Les normes environnementales en matière de dépollution des gaz d'échappement imposent l'installation de systèmes de post-traitement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement des moteurs. La ligne d'échappement d'un moteur est donc généralement au moins munie d'un catalyseur, par exemple un catalyseur à trois voies permettant la réduction des oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, l'oxydation des monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau. [ooo4] Des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone, et/ou de gouttelettes d'huile peuvent également être émises. Ces particules ont typiquement une taille comprise entre quelques nanomètres et un micromètre.
[0005] Pour les piéger, on peut avantageusement prévoir des filtres à particules, usuellement constitués d'une matrice minérale, de type céramique, de structure alvéolaire, définissant des canaux disposés sensiblement parallèlement à la direction générale d'écoulement des gaz d'échappement dans le filtre, et alternativement obturés du côté de la face d'entrée des gaz du filtre et du côté de la face de sortie des gaz du filtre, comme décrit dans le brevet EP - 2 426 326. [0006] Dans le cas des moteurs diesel, où les gaz d'échappement ont généralement des températures inférieures aux gaz d'échappement des moteurs essence, le filtre à particules est soumis alternativement à des phases de filtration et de régénération. Lors des phases de filtration, les particules s'accumulent dans le filtre, conduisant à la formation d'une couche de suie sur les parois. Lors des phases de régénération, les suies sont éliminées, en général par combustion en élevant momentanément la température des gaz d'échappement qui traversent le filtre. Dans le cas des moteurs essence, notamment, il est possible de s'affranchir de ces phases de régénération, la régénération se faisant en continu sans intervention spécifique sur le fonctionnement du moteur, du fait des températures élevées des gaz d'échappement permettant de brûler les suies au fur et à mesure de leur accumulation dans le filtre
[0007] Les normes environnementales évoluent en direction d'une obligation de vérification de la présence d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne. En effet, un filtre à particules tend à diminuer les performances d'un moteur à combustion interne. Il existe donc un risque que le filtre à particules soit retiré afin de gagner en performances.
[0008] Une solution pour vérifier la présence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne consiste à mesurer la pression différentielle entre l'entrée et la sortie du filtre à particules. En présence d'un filtre à particules, la pression en entrée est toujours plus élevée que celle en sortie. En revanche, si le filtre à particules a été retiré, l'écart de pressions est nul ou quasi nul. Cette solution nécessite l'implantation de deux capteurs de pression ou d'un capteur de pression différentielle, de canalisations reliant les entrées des capteurs à la ligne d'échappement, et d'un faisceau électrique reliant les capteurs de pression à des moyens de contrôle, par exemple un système de diagnostic embarqué. L'implantation des capteurs de pression et des canalisations n'est pas sans difficulté du fait du faible espace disponible. En outre, cette solution est relativement coûteuse à cause de la présence des capteurs de pression.
[0009] Une autre solution a été proposée dans le brevet FR- 2 958 971 : elle s'applique à un filtre à particules imprégné d'un catalyseur d'oxydation, de façon à compacter le système de traitement des gaz d'échappement en un seul organe assurant à lui seul le traitement par oxydation de certains gaz polluants et la filtration des suies. Il est prévu une sonde à oxygène en amont du filtre et une sonde à oxygène en aval du filtre. (On comprend dans tout le présent texte les termes « entrée »/« sortie », ou encore « amont »/« aval » en référence à la direction générale d'écoulement des gaz d'échappement destinés à traverser le filtre à particules, une fois celui-ci monté sur une ligne d'échappement d'un moteur thermique, depuis la sortie moteur jusqu'à la sortie des gaz à l'air libre en bout de ligne.) Le procédé de diagnostic de présence du filtre selon ce brevet consiste à déterminer l'évolution du taux d'oxygène au niveau de l'entrée du filtre sur une durée prédéterminée, à déterminer l'évolution du taux d'oxygène au niveau de la sortie du filtre sur cette durée prédéterminée, puis à déterminer si le filtre est absent par comparaison des évolutions de ces deux taux d'oxygène. Cette solution est intéressante mais susceptible d'améliorations. En effet, l'architecture décrite dans ce brevet prévoit un catalyseur trois voies en amont du filtre. Comme le filtre, pour que la solution fonctionne, doit être encadré par deux sondes à oxygène, et comme il est nécessaire d'avoir également une sonde à oxygène en amont du catalyseur trois voies, on voit que cette solution, dans l'architecture considérée, nécessite trois sondes à oxygène, avec les difficultés de coût et d'implantation déjà évoquées pour les sondes de pression de l'autre solution technique déjà envisagée. En outre, un tel diagnostic d'absence de filtre par mesure des évolutions de taux d'oxygène peut perdre de sa fiabilité au cours du temps : le diagnostic pourra considérer comme absent un filtre simplement vieilli, usé, notamment dans le cas d'un vieillissement important du filtre, alors que les normes en cours de finalisation demandent un diagnostic d'absence du filtre, indépendamment d'un diagnostic d'évaluation d'efficacité (ou de sa perte d'efficacité due à un vieillissement).
[ooi o] L'invention a alors pour but de proposer un procédé de diagnostic d'absence de filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne qui soit amélioré. Elle vise notamment un procédé de diagnostic qui soit plus fiable et/ou plus facile de mise en œuvre sur la ligne d'échappement. [ooi i ] L'invention a tout d'abord pour objet un procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule, ladite ligne d'échappement étant équipée d'un catalyseur et d'un filtre à particules disposé en aval du catalyseur, ledit filtre comportant un substrat au moins partiellement enduit et/ou imprégné d'un matériau aux propriétés de stockage réversible d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement. Le procédé est tel qu'on déduit la présence ou l'absence du filtre à particules à partir du suivi de la variation, en fonction de la distance parcourue par le véhicule, de la quantité d'oxygène contenue dans l'ensemble du catalyseur et du filtre à particules à l'aide de deux sondes à oxygène, l'une, dite amont, disposée en amont du catalyseur et l'autre, dite aval, disposée en aval du filtre.
[0012] Cette solution technique est très intéressante, puisqu'elle peut être mise en œuvre sans capteur/sonde supplémentaire : deux sondes à oxygène suffisent, qui sont généralement déjà présentes sur la ligne d'échappement pour assurer le suivi de l'efficacité, notamment, de catalyseurs de traitement des polluants gazeux comme des catalyseurs trois voies. Elle ne nécessite pas de modifier l'architecture de la ligne d'échappement et des dispositifs de traitement des gaz d'échappement qui l'équipent, outre le filtre à particules. Elle peut être mise en œuvre en ayant recours à des moyens électroniques/informatiques connectés aux sondes et déjà présents, par exemple connectés ou intégrés au calculateur de contrôle commande du moteur. Le type de revêtement en matériau de stockage réversible d'oxygène est connu et son dépôt maîtrisé sur des matrices poreuses, donc son utilisation pour imprégner un filtre à particules ne nécessite pas de développement particulier. Cette solution est donc simple, fiable et robuste. Elle repose sur l'exploitation, par les inventeurs, des propriétés connues des matériaux de stockage réversible en oxygène pour une nouvelle fonction : en fonctionnalisant le filtre avec ce matériau, on peut suivre l'évolution de la quantité d'oxygène ainsi stockée dans l'ensemble du catalyseur et du filtre, et détecter que le filtre est cassé/absent quand on observe une chute brutale de cette quantité d'oxygène mesurée. On ne détecte donc pas, ici, le vieillissement d'un catalyseur par exemple, mais le retrait/la disparition/la destruction d'un filtre à particules, dont la fonction première, de façon bien connue, réside dans une filtration mécanique, pas dans un traitement d'effluent gazeux par catalyse. C'est donc une nouvelle utilisation, originale et efficace, de ce matériau à propriétés de stockage réversible d'oxygène, qui fonctionne parfaitement avec un filtre à particules par ailleurs dépourvu de revêtement catalytique, notamment dépourvu ou quasiment dépourvu des métaux précieux potentiellement utilisés dans les revêtements catalytiques.
[0013] On mesure avantageusement la quantité d'oxygène dans l'ensemble du catalyseur et du filtre en modifiant périodiquement la richesse des gaz d'échappement, notamment en la faisant passer périodiquement d'une richesse inférieure à 1 à une richesse supérieure à 1 , pour vider l'ensemble du catalyseur et du filtre de l'oxygène qu'ils contiennent, puis à mesurer la durée séparant la chute du taux d'oxygène de la sonde amont de celle de la sonde aval quand le filtre se remplit à nouveau d'oxygène, et en rapportant cette durée à un point de fonctionnement de référence du moteur.
[0014] De préférence, on suit la chute de la quantité d'oxygène mesurée en fonction de la distance parcourue par le véhicule.
[0015] De préférence, on détecte une absence de filtre à particules quand la dérivée négative de la quantité d'oxygène par rapport à une distance parcourue par le véhicule dépasse, en valeurs absolues, un seuil prédéterminé.
[0016] Avantageusement, on peut prendre en compte la détection de ratés de combustion du moteur, et on désactive momentanément le diagnostic de détection d'absence de filtre à particules quand un raté de combustion est détecté.
[0017] Avantageusement, on peut prendre en compte les régénérations éventuelles du filtre à particules, et on désactive le diagnostic de détection d'absence de filtre à particules momentanément ou jusqu'à la fin de la régénération quand une régénération est déclenchée.
[0018] L'invention a également pour objet l'application du procédé décrit plus haut aux filtres à particules de lignes d'échappement de moteurs thermiques à combustion interne à essence.
[0019] L'invention a également pour objet une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule, ladite ligne d'échappement étant équipée d'un catalyseur et d'un filtre à particules disposé en aval du catalyseur, ledit filtre comportant un substrat au moins partiellement enduit et/ou imprégné d'un matériau aux propriétés de stockage réversible d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement. Ladite ligne est équipée de moyens de diagnostic de présence ou d'absence du filtre à particules comprenant : - deux sondes à oxygène, l'une, dite amont, disposée en amont du catalyseur et l'autre, dite aval, disposée en aval du filtre ; - des moyens de mesure de la quantité d'oxygène dans l'ensemble du catalyseur et du filtre à partir des données fournies par les sondes à oxygène ; - des moyens de détection d'absence du filtre à particules à partir des mesures de quantité d'oxygène faites, par le suivi de la variation de la quantité d'oxygène dans l'ensemble du catalyseur et du filtre en fonction de la distance parcourue par le véhicule. [0020] De préférence, la ligne d'échappement est telle que les moyens de détection d'absence détectent une absence de filtre à particules quand la dérivée négative de la quantité d'oxygène par rapport à une distance parcourue par le véhicule dépasse, en valeurs absolues, un seuil prédéterminé.
[0021 ] De préférence, les moyens de détection d'absence sont désactivés momentanément en cas de ratés de combustion du moteur et/ou de régénération déclenchée du filtre à particules. (On comprend par régénération déclenchée une régénération qui a été provoquée volontairement, notamment sous pilotage du contrôle commande du moteur, par opposition à une régénération dite continue).
[0022] Le taux d'oxygène au niveau de l'entrée de l'ensemble du catalyseur et du filtre peut être régulé par la richesse du mélange air-carburant injecté dans le moteur à combustion interne.
[0023] Les taux d'oxygène au niveau de l'entrée et de la sortie de l'ensemble du catalyseur et du filtre à particules sont par exemple déterminés par des sondes à oxygène placées dans la ligne d'échappement en amont et en aval du filtre à particules.
[0024] L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard de dessins annexés qui représentent : • En figure 1 , une partie de ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, qui comporte un filtre à particules auquel est appliqué le procédé de diagnostic de présence de filtre selon l'invention ;
• En figure 2, une représentation graphique de la mesure de la quantité d'oxygène dans l'ensemble du catalyseur et du filtre utilisée dans le procédé de diagnostic selon l'invention ;
• En figure 3, une représentation graphique de l'évolution de la quantité d'oxygène dans le catalyseur et dans l'ensemble du catalyseur et du filtre en fonction du kilométrage parcouru par le véhicule, en fonctionnement normal du filtre ;
• En figure 4, la même représentation graphique qu'à la figure 3, en présence d'un raté de combustion du moteur ;
• En figure 5, la même représentation graphique qu'aux figures 3 et 4, avec détection de la perte du filtre. [0025] La figure 1 représente schématiquement une partie de ligne d'échappement 2 collectant les gaz d'échappement d'un moteur 1 à combustion interne de type essence équipant un véhicule automobile. Elle comporte un catalyseur trois voies 3 disposé en amont d'un filtre à particules 4. Le catalyseur trois voies 3 et le filtre à particules 4 sont regroupés dans une même enveloppe 5 de forme substantiellement cylindrique et se raccordant au reste de la ligne par des extrémités substantiellement coniques (la figure ne représente que la moitié de l'enveloppe 5 pour rendre visibles le catalyseur et le filtre). Naturellement, l'enveloppe 5 peut prendre une autre forme qu'une forme cylindrique : elle peut avoir une section ovale, ovoïde, voire carrée ou rectangulaires aux bords éventuellement arrondis. [0026] Le catalyseur trois voies permet de réduire les oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, d'oxyder les monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et les hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau.
[0027] Le filtre à particules est à base d'une matrice céramique poreuse, par exemple en cordiérite, mullite, titanate d'aluminium ou carbure de silicium, comportant des canaux bouchés alternativement à leurs extrémités, de façon connue. Selon l'invention, la matrice du filtre est imprégnée d'une composition comportant un matériau aux propriétés de stockage réversible d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement, matériau connu également sous l'acronyme de matériau « OSC » pour « Oxygen Storage Capacity » en anglais et ainsi désigné par la suite par soucis de concision. Ce matériau permet de stocker l'oxygène lorsque le moteur fonctionne en régime pauvre (rapport air/carburant supérieur à 1 ) pour le restituer en régime riche (rapport air/carburant inférieur ou égal à 1 ). Il fait habituellement partie de la composition du catalyseur trois voies, et il en assure le bon fonctionnement, car il contribue à assurer en permanence l'oxydation du monoxyde de carbone CO et des hydrocarbures imbrûlés HC et la réduction des NOx. Ce matériau est également un indicateur de vieillissement du catalyseur trois voies : plus le catalyseur vieillit, moins il contient de matériau OSC actif et moins il est capable de stocker de l'oxygène. Ici, dans le cadre de l'invention, on va ajouter du matériau OSC hors du catalyseur trois voies, dans le filtre à particules pour lui faire jouer un autre rôle (ou tout au moins un rôle supplémentaire).
[0028] A titre d'exemple, le matériau OSC du filtre à particules selon l'invention est choisi à base de cérine, un oxyde de cérium apte à capter réversiblement de l'oxygène. La cérine peut être associée dans une formulation donnée à d'autres composés passifs, par exemple pour faciliter sa mise en œuvre par imprégnation ...
[0029] On prévoit de préférence une quantité suffisante pour atteindre dans le filtre une quantité d'environ 10 à 40 grammes par litre de filtre. A noter qu'on peut choisir d'imprégner la totalité du filtre à particules, ou uniquement une portion de celui-ci, par exemple une portion amont ou aval, ou concentrée sur les canaux d'entrée ou de sortie.
[0030] La ligne d'échappement est également munie de deux sondes à oxygène 6,7, appelées également couramment sondes lambda, disposées respectivement en amont et en aval de l'enveloppe 5. Ces sondes peuvent être de type connu, notamment de type linéaire ou stœchiométrique. [0031 ] La figure 2 permet d'expliquer la mesure de la quantité d'oxygène contenue dans le filtre 4 qui est utilisée dans le procédé de diagnostic de présence/absence du filtre selon l'invention. Cette mesure consiste à piloter le fonctionnement du moteur pour faire des créneaux de richesse, pour d'une part vider le catalyseur 3 et le filtre 4 de tout l'oxygène qu'ils contiennent, puis d'autre part les remplir d'oxygène. Lorsque le/les organes de traitement se remplissent d'oxygène, on mesure l'intervalle de temps Δί entre le basculement d'une détection d'un état riche à un état pauvre de la sonde à oxygène amont 6 et celui de la sonde à oxygène aval 7. Cet intervalle de temps multiplié par le débit d'oxygène présent dans les gaz d'échappement (lié au débit des gaz d'échappement et à la richesse de ces gaz pendant cet intervalle de temps (dépendant du mélange air - carburant utilisé pour alimenter le moteur) permet d'établir une mesure de l'oxygène stocké dans le/les organes considérés. La quantité d'oxygène stockée est en effet proportionnelle à l'intervalle Δί, au débit des gaz et à leur richesse pendant cette période de temps.
[0032] Le graphe de la figure 2 représente en abscisse le temps (en secondes) et en ordonnées la richesse mesurée au niveau de la sonde à oxygène amont 6. La courbe en trait continu correspond à la variation de la richesse de la sonde amont 6 et la courbe en traits pointillés à la variation de la richesse détectée par la sonde aval 7. On voit que ces deux courbes ont des formes de créneaux correspondant aux créneaux de richesse imposés au moteur, avec un décalage dans le temps Δί explicité plus haut entre l'amorce de la chute de richesse mesurée par la sonde aval par rapport à l'amorce de la chute de richesse mesurée par la sonde amont. Il est possible que, dans d'autres conditions de mesure, ces courbes n'aient pas une forme aussi franche de créneau, mais cela n'a pas d'incidence sur les mesures, tant qu'elles sont effectuées toujours de la même manière.
[0033] Le principe de l'invention, illustré par les figures 3 à 5, est le suivant : en imprégnant le filtre à particules 4 d'une composition contenant un matériau OSC, on peut mettre en place un diagnostic de présence du filtre à partir des constatations suivantes :
[0034] - A l'état neuf, la quantité mesurée d'oxygène contenue dans l'ensemble du catalyseur trois voies 3 et du filtre 4 est plus grande que la quantité d'oxygène contenue dans le catalyseur trois voies seul, puisque le filtre contient du matériau OSC supplémentaire à celui contenu dans le catalyseur trois voies ; [0035] - A l'état vieilli, la quantité d'oxygène dans l'ensemble sera également supérieure à celle contenue dans le catalyseur trois voies seul ; - lors d'un vieillissement « standard », la quantité d'oxygène contenue dans l'ensemble du catalyseur et du filtre va diminuer progressivement au cours de la vie du véhicule selon une pente plus ou moins franche en fonction des conditions de roulage. C'est cette diminution progressive en fonctionnement normal qui est illustrée à la figure 3, qui est un graphe indiquant en abscisse le nombre de kilomètres parcourus par le véhicule et en ordonnée la quantité d'oxygène contenue dans l'ensemble catalyseur plus filtre, rapportée à une valeur de référence (prenant en compte divers paramètres déjà mentionnés lors de la description de la figure 2, tels que le débit, la richesse des gaz et l'intervalle At considéré). La courbe en trait plein correspond à l'oxygène contenu dans le catalyseur 3 voies seul et la courbe en traits pointillés à l'oxygène contenu dans l'ensemble catalyseur 3 plus filtre 4. Il est à noter que, dans l'invention telle qu'on l'envisage en application série sur un véhicule, on ne mesure en fait que l'oxygène contenu dans l'ensemble catalyseur plus filtre, grâce à seulement deux sondes, et que le graphe de la figure 3 (et les suivants) suivent les deux quantités d'oxygène à titre explicatif seulement.
[0036] - Si le filtre à particules 4 disparaît au cours de la vie du véhicule, il disparaît nécessairement très rapidement et dans son intégralité (car même s'il n'est pas volontairement entièrement démonté, mais qu'il se brise, dès qu'une portion de filtre disparait, il n'y a plus de tenue mécanique des éléments restants, qui disparaissent alors très vite également). Cette disparition rapide va engendrer une variation brutale de la quantité d'oxygène contenue dans l'ensemble catalyseur plus filtre (ainsi que dans le filtre seul naturellement), sur une courte durée, et c'est sur cette chute brutale que repose le principe de diagnostic de l'invention. C'est en effet, selon l'invention, la dérivée négative de la quantité d'oxygène par rapport à une distance parcourue par le véhicule qui est surveillée, et qu'on diagnostique une disparition du filtre dès que cette dérivée dépasse, en valeurs absolues, un seuil prédéterminé.
[0037] - Mais il est apparu qu'une variation brutale de la quantité d'oxygène contenue dans l'ensemble catalyseur plus filtre, et tout particulièrement dans le catalyseur trois voies pouvait également survenir pour une autre raison, à savoir quand le catalyseur trois voies atteint de très fortes températures, ce qui peut arriver en cas de ratés de combustion du moteur, détectés par ailleurs par le contrôle commande du moteur.
[0038] C'est ce qu'on observe en comparant les graphes des figures 4 et 5 : en figure 4, on a le graphe avec les mêmes conventions qu'à la figure 3, représentatif d'une disparition du filtre vers 100 000 km (zone entourée d'un ovale sur le graphe) : on voit que la courbe en pointillés représentative de l'oxygène contenu dans le catalyseur plus le filtre chute brutalement. La figure 5, elle, (toujours avec les mêmes conventions) représente le graphe illustrant un raté de combustion, vers 60 000 km, dans la zone entourée d'un ovale, qui se traduit par la même chute brutale de la courbe en pointillés.
[0039] C'est la raison pour laquelle un mode de réalisation préféré de l'invention consiste à détecter ces chutes de la quantité d'oxygène dans l'ensemble catalyseur plus filtre pour en déduire l'absence du filtre, mais en tenant compte des ratés de combustion détectés par ailleurs, pour éviter des détections erronées d'absence de filtre : les moyens de traitement électroniques/informatiques qui, selon l'invention, traitent les données fournies par les deux sondes 6,7 pour en déduire l'absence ou la présence du filtre sont connectés aux moyens de contrôle commande du moteur qui détectent/gèrent les ratés de combustion, de façon à désactiver le procédé de diagnostic momentanément dès qu'un raté de combustion est détecté / signalé. La désactivation peut être prolongée jusqu'à la fin de la phase de raté ou être maintenue sur un intervalle de temps prédéterminé. On gagne ainsi en fiabilité de diagnostic.
[0040] A noter qu'une régénération du filtre peut provoquer des élévations de température ayant sur la quantité d'oxygène mesurée des effets similaires à ceux de ratés de combustion. Quand le filtre doit être régénéré thermiquement (ce qui est généralement inutile pour les filtres équipant des moteurs essence), on peut donc également prévoir de désactiver le diagnostic quand on déclenche une régénération (déclenchement également piloté par le contrôle commande du moteur en fonction, notamment, du taux d'encrassement du filtre et des conditions de roulage du véhicule).

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de diagnostic de l'absence d'un filtre à particules (4) dans une ligne d'échappement (2) d'un moteur (1 ) à combustion interne d'un véhicule, ladite ligne d'échappement étant équipée d'un catalyseur (3) et d'un filtre à particules (4) disposé en aval du catalyseur, ledit filtre comportant un substrat au moins partiellement enduit et/ou imprégné d'un matériau aux propriétés de stockage réversible d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement, caractérisé en ce qu'on déduit la présence ou l'absence du filtre à particules (4) à partir du suivi de la variation, en fonction de la distance parcourue par le véhicule, de la quantité d'oxygène contenue dans l'ensemble du catalyseur et du filtre à particules à l'aide de deux sondes à oxygène (6,7), l'une, dite amont, disposée en amont du catalyseur (3) et l'autre, dite aval, disposée en aval du filtre (4).
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on mesure la quantité d'oxygène dans l'ensemble du catalyseur et du filtre en modifiant périodiquement la richesse des gaz d'échappement, notamment en la faisant passer périodiquement d'une richesse inférieure à 1 à une richesse supérieure à 1 , pour vider le catalyseur et le filtre à particules de l'oxygène qu'ils contiennent, puis à mesurer la durée séparant la chute du taux d'oxygène de la sonde amont de celle de la sonde aval quand l'ensemble du catalyseur et du filtre se remplit à nouveau d'oxygène, et en rapportant cette durée à un point de fonctionnement de référence du moteur.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on suit la chute de la quantité d'oxygène mesurée en fonction de la distance parcourue par le véhicule.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détecte une absence de filtre à particules (4) quand la dérivée négative de la quantité d'oxygène par rapport à une distance parcourue par le véhicule dépasse, en valeurs absolues, un seuil prédéterminé.
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on prend en compte la détection de ratés de combustion du moteur (1 ), et en ce qu'on désactive momentanément le diagnostic de détection d'absence de filtre à particules (4) quand un raté de combustion est détecté.
6. Procédé selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce qu'on prend en compte les régénérations déclenchées éventuelles du filtre à particules (4), et en ce qu'on désactive le diagnostic de détection d'absence de filtre à particules momentanément ou jusqu'à la fin de la régénération quand une régénération est déclenchée.
7. Application du procédé selon l'une des revendications précédentes aux filtres à particules (4) de lignes d'échappement (2) de moteurs thermiques (1 ) à combustion interne à essence.
8. Ligne d'échappement (2) d'un moteur (1 ) à combustion interne d'un véhicule, ladite ligne d'échappement étant équipée d'un catalyseur (3) et d'un filtre à particules
(4) disposé en aval du catalyseur, ledit filtre comportant un substrat au moins partiellement enduit et/ou imprégné d'un matériau aux propriétés de stockage réversible d'oxygène en fonction de la richesse des gaz d'échappement, caractérisée en ce qu'elle est équipée de moyens de diagnostic de présence ou d'absence du filtre à particules (4) comprenant : - deux sondes à oxygène (6,7), l'une, dite amont, disposée en amont du catalyseur et l'autre, dite aval, disposée en aval du filtre ; - des moyens de mesure de la quantité d'oxygène de l'ensemble du catalyseur et du filtre à partir des données fournies par les sondes à oxygène ; - des moyens de détection d'absence du filtre à particules à partir des mesures de quantité d'oxygène faites, par le suivi de la variation de la quantité d'oxygène dans l'ensemble du catalyseur et du filtre en fonction de la distance parcourue par le véhicule.
9. Ligne d'échappement (2) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les moyens de détection d'absence détectent une absence de filtre à particules (4) quand la dérivée négative de la quantité d'oxygène par rapport à une distance parcourue par le véhicule dépasse, en valeurs absolues, un seuil prédéterminé.
10. Ligne d'échappement (2) selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce que les moyens de détection d'absence sont désactivés momentanément en cas de ratés de combustion du moteur (1 ) et/ou de régénération déclenchée du filtre à particules (4).
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