FR2939474A1

FR2939474A1 - Procede et dispositif de diagnostic de l'etat de fonctionnement d'un filtre a particules

Info

Publication number: FR2939474A1
Application number: FR0858273A
Authority: FR
Inventors: Nicolas Thouvenel; Cyril Pradeilles
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-06-11
Also published as: WO2010063972A1

Abstract

Le dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un filtre à particules monté dans une ligne d'échappement 9 de moteur à combustion interne 1, comprend : - des moyens 14 de détermination de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules, - des moyens 16 de détermination de l'état de chargement du filtre à particules, et - une unité centrale 11 pourvue de moyens 18 d'évaluation d'un paramètre de diagnostic à partir de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 10, et des moyens 19 de mémorisation dans lesquels est stocké un ensemble de valeurs de différence de pression entre l'entrée et la sortie d'un filtre à particules en fonctionnement normal, en fonction de son état de chargement et du débit volumique de gaz d'échappement, pour le calcul du paramètre de diagnostic à partir de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules et d'une valeur correspondante de différence de pression extraite des moyens de mémorisation.

Description

B08-2893FR / GBO/cec 9329/DC

Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Procédé et dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un filtre à particules Invention de : THOUVENEL Nicolas PRADEILLES Cyril Procédé et dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un filtre à particules

La présente invention concerne le domaine du traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, par exemple de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un filtre à particules monté dans la ligne d'échappement d'un tel moteur à combustion interne. On cherche à l'heure actuelle à diminuer au maximum les émissions polluantes de moteurs à combustion interne utilisés dans les véhicules automobiles, et en particulier à réduire ou à éliminer l'émission de particules de suie par les moteurs Diesel afin de satisfaire aux normes anti-pollution. A cet effet, on utilise généralement un filtre à particules qui permet de stocker les particules présentes dans les gaz d'échappement. La diminution de la capacité de stockage, inhérente à cette phase de chargement du filtre, entraîne une diminution de l'efficacité du filtre.

Afin de maintenir des efficacités de stockage élevées, il est donc nécessaire de purger périodiquement le filtre à particules. Cette purge peut être effectuée notamment par des moyens de régénération qui permettent de brûler périodiquement les particules piégées dans le filtre à particules, de manière à éviter le colmatage de ce dernier.

Cependant, les cycles de stockage et de purge peuvent entraîner une usure ou un vieillissement prématuré du filtre à particules qui présente alors une efficacité plus faible. Ainsi, les filtres sont généralement associés à des dispositifs de diagnostic permettant de détecter les éventuels dysfonctionnements dans le traitement des particules. Le document FR 2 886 347 décrit un dispositif de détection de présence d'un élément de traitement d'effluents gazeux. En particulier, le dispositif utilise des capteurs de température pour déterminer la présence ou non de l'élément de traitement.

Le document WO 2006/097646 décrit un dispositif de diagnostic du fonctionnement d'un filtre à particules, dans lequel le comportement du filtre est analysé durant les périodes de décélération du moteur. Cependant, le procédé ne peut être mis en oeuvre que lors de périodes de décélération du moteur. Or, les réglementations nécessitent des dispositifs présentant un taux d'occurrence de diagnostic de plus en plus élevé. Le document WO 2006/111675 décrit un dispositif de diagnostic d'un filtre à particules, dans lequel les paramètres dudit filtre sont comparés à ceux d'un filtre à particules efficace et non-chargé. Ici encore, le diagnostic ne peut être mis en oeuvre que lorsque le filtre est considéré comme non-chargé par le dispositif, c'est-à-dire après une purge des particules piégées. Par ailleurs, cela sous-entend également que les phases de purge du filtre sont toutes efficaces et conduisent à un filtre non-chargé, ce qui est rarement complètement le cas. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de fournir un procédé et un dispositif de diagnostic aptes à détecter des dysfonctionnements d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement du moteur à combustion interne, et ce, de manière fréquente et à tout moment, notamment lorsque le filtre à particules est partiellement chargé. A cet effet, dans un mode de réalisation, un dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un filtre à particules monté dans une ligne d'échappement de moteur à combustion interne, comprend : - des moyens de détermination de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules, et - une unité centrale pourvue de moyens d'évaluation d'un paramètre de diagnostic à partir de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules. Le dispositif comprend également des moyens de détermination de l'état de chargement du filtre à particules, et l'unité centrale comprend des moyens de mémorisation dans lesquels est stocké un ensemble de valeurs de différence de pression entre l'entrée et la sortie d'un filtre à particules en fonctionnement normal, en fonction de son état de chargement et du débit volumique de gaz d'échappement, pour le calcul du paramètre de diagnostic à partir de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules et d'une valeur correspondante de différence de pression extraite des moyens de mémorisation. Ainsi, le diagnostic peut être effectué pour différents états de chargement du filtre à particules, et il n'est plus nécessaire d'attendre un état de chargement particulier ou encore un régime moteur particulier pour déclencher une procédure de diagnostic. I1 est alors notamment possible d'augmenter la fréquence des diagnostics, c'est-à-dire qu'il est possible d'obtenir un diagnostic régulièrement et avec un résultat plus précis.

L'unité centrale peut comprendre également des moyens de traitement du paramètre de diagnostic évalué pour la détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules. Préférentiellement, les moyens de traitement comparent le paramètre de diagnostic à une valeur seuil qui varie, par exemple qui augmente, en fonction de l'état de chargement du filtre à particules. Ainsi, on tient compte notamment de l'évolution du comportement du filtre à particules, en fonction de son état de chargement. Avantageusement, les moyens de détermination de l'état de chargement du filtre à particules comprennent des moyens de détermination de la quantité de particules émises par le moteur à combustion interne. Ces moyens de détermination de l'état de chargement du filtre à particules peuvent comprendre un capteur de particules monté en amont du filtre à particules ou un modèle des émissions de particules par le moteur à combustion interne.

Avantageusement, les moyens de détermination de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules comprennent un capteur de pression monté en amont du filtre à particules et éventuellement un capteur de pression monté en aval du filtre à particules. En particulier, lorsque les moyens de détermination de la différence de pression comprennent uniquement un capteur de pression monté en amont du filtre à particules, un seul piquage sur la ligne d'échappement du moteur à combustion interne est nécessaire pour obtenir une mesure de pression différentielle, ce qui non seulement diminue les coûts de fabrication du moteur ainsi que les coûts d'installation d'un dispositif associé, mais augmente également la fiabilité de fonctionnement de la ligne d'échappement. Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un filtre à particules monté dans une ligne d'échappement de moteur à combustion interne, dans lequel : - on détermine la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules, - on évalue un paramètre de diagnostic à partir de la valeur déterminée de différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules, - on détermine l'état de chargement du filtre à particules, - on extrait, à partir d'un ensemble de valeurs mémorisées de différence de pression entre l'entrée et la sortie d'un filtre à particules en fonctionnement normal, en fonction de son état de chargement et du débit volumique de gaz d'échappement, une valeur correspondante de différence de pression et - on calcule le paramètre de diagnostic à partir de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules et la valeur extraite.

Préférentiellement, le paramètre de diagnostic évalué est comparé à un seuil dépendant de l'état de chargement du filtre à particules, pour la détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules. Selon un mode de mise en oeuvre, on calcule le paramètre de diagnostic pour différentes valeurs de débit volumique de gaz d'échappement, et on compare les paramètres de diagnostic évalués à des seuils dépendant de l'état de chargement du filtre à particules, pour la détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules.

L'invention sera mieux comprise à l'étude d'un mode de réalisation particulier, pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'une ligne d'échappement pourvue d'un filtre à particules associé à un dispositif de diagnostic selon l'invention ; et - la figure 2 illustre schématiquement les différentes étapes de fonctionnement du dispositif de diagnostic de la figure 1. Sur la figure 1, on a représenté, de manière schématique, la structure générale d'un moteur à combustion interne, désignée par la référence numérique générale 1. Dans l'exemple considéré, le moteur 1 est pourvu de quatre cylindres 2 en ligne. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir un moteur 1 présentant un nombre différent de cylindres 2. Les cylindres 2 sont alimentés en air par l'intermédiaire d'un répartiteur d'admission 3, qui est alimenté par une conduite 4 pourvue d'un filtre à air (non représenté) et d'un turbocompresseur 5 de suralimentation en air. Le turbocompresseur 5 est relié au collecteur d'admission 3 par l'intermédiaire d'une conduite 6.

Les cylindres 2 sont également reliés à un collecteur d'échappement 7 récupérant les gaz d'échappement issus de la combustion et évacuant ces derniers par l'intermédiaire d'une conduite 8 jusqu'au compresseur 5, lesdits gaz étant ensuite évacués vers l'extérieur par une ligne d'échappement 9 reliée au compresseur 5 et comprenant un filtre à particules 10 et éventuellement un catalyseur monté en amont du filtre à particules 10 par exemple. Le filtre à particules 10 peut comprendre tout type de milieu capable de filtrer les particules émises par le moteur à combustion interne, tel que par exemple la cordiérite, le carbure de silicium ou un filtre catalytique. Par ailleurs, le filtre à particules pourra être placé à tout endroit dans la ligne d'échappement 9, soit à proximité du collecteur d'échappement 7, soit à proximité de l'extrémité libre de la ligne d'échappement.

Le moteur 1 est associé à une unité centrale 11 assurant le contrôle de fonctionnement du moteur, notamment le réglage de ses paramètres de fonctionnement, ainsi que le contrôle de fonctionnement du filtre à particules 10, et le diagnostic de son état de fonctionnement. Pour procéder au contrôle du fonctionnement du moteur, celui-ci est pourvu d'un capteur de débit 12 monté sur la conduite d'alimentation 4, en amont du turbocompresseur 5. Le capteur 12 est raccordé à l'unité centrale 11, par l'intermédiaire d'une connexion référencée 13, et illustrée schématiquement en pointillés. En ce qui concerne le contrôle du fonctionnement du filtre à particules 10 ou, de manière générale, de la ligne d'échappement 9, et, en particulier, le diagnostic de son état de fonctionnement, la ligne d'échappement 9 est pourvue d'un premier capteur de pression 14 apte à mesurer la pression en amont du filtre à particules 10. Le premier capteur de pression 14 est monté ici immédiatement en amont du filtre à particules 10. En outre, un second capteur de pression et de température (non représenté) est destiné à mesurer la pression atmosphérique, notamment pour réaliser une mesure de pression différentielle entre la pression détectée en amont du filtre à particules 10 par le premier capteur 14, et celle détectée par ledit second capteur. Le second capteur peut, par exemple, être monté au niveau de la conduite d'alimentation 4.

Cependant, de manière alternative, on pourra également utiliser, à la place des premier et second capteurs, un capteur de pression différentielle monté entre l'entrée et la sortie du filtre à particules. Le premier capteur 14 est raccordé à l'unité centrale 11 par l'intermédiaire d'une connexion 15. D'une manière analogue, le second capteur est connecté à l'unité centrale 11. La ligne d'échappement 9 peut comprendre également un troisième capteur 16. Le troisième capteur 16 est monté en amont du filtre à particules 10, et permet de mesurer la quantité de particules (ou suie) entrant dans le filtre à particules 10, et donc théoriquement stockée dans celui-ci si son état de fonctionnement est correct. Le troisième capteur 16 permet donc d'estimer l'état de chargement du filtre à particules 10. I1 peut d'ailleurs être remplacé par exemple par un modèle des émissions de particules par le moteur à combustion interne, en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur. Le troisième capteur 16 est raccordé à l'unité centrale 11 par l'intermédiaire d'une connexion 17. Ladite unité centrale 11 comprend, stockés en mémoire, tous les moyens matériel et logistique permettant de procéder au contrôle du fonctionnement du filtre à particules 10, en particulier à partir de la pression différentielle entre la pression régnant en amont du filtre à particules et la pression atmosphérique, détectées respectivement par le premier capteur 14 et le second capteur, en calculant, à partir de cette valeur de pression différentielle et de valeurs mémorisées, la valeur d'un paramètre de diagnostic et en traitant la valeur de ce paramètre pour détecter tout dysfonctionnement susceptible de se produire, comme cela sera décrit par la suite. En particulier, l'unité centrale 11 comprend des moyens 18 d'évaluation du paramètre de diagnostic, des moyens 19 de mémorisation dans lesquels sont stockés un ensemble de valeurs de différence de pression entre l'entrée et la sortie d'un filtre à particules en fonctionnement normal, et des moyens 20 de traitement. On va maintenant décrire, en référence à la figure 2, les principales étapes du procédé de diagnostic mises en oeuvre au sein de l'unité centrale 11. On détermine d'une part la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 10, ainsi que le débit volumique de gaz d'échappement et la quantité de particules contenues dans le filtre à particules. Ces grandeurs peuvent être déterminées par l'unité centrale 11 à partir du mode de fonctionnement du moteur, et/ou par des capteurs positionnés dans le véhicule, tels que les capteurs 12, 14 et 16. On considère dans la suite de la description que l'unité centrale 11 reçoit des signaux de capteurs mesurant la pression Pabs en amont du filtre à particules 10, la pression atmosphérique Patm, le débit volumique Quoi de gaz d'échappement et la quantité Qpart de particules entrant dans le filtre à particules 10. Lors d'une étape 22, l'unité centrale 11 détermine, à partir de la pression Pabs en amont du filtre à particules 10 et de la pression atmosphérique Patm, la différence de pression AP entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 10. Parallèlement, lors d'une étape 21 mise en oeuvre notamment par les moyens 19, l'unité centrale 11 détermine, à partir du débit volumique Quoi de gaz d'échappement et de la quantité Qpart représentative de l'état de chargement théorique du filtre à particules 10, la différence de pression théorique APth devant s'établir entre l'entrée et la sortie d'un filtre à particules en fonctionnement normal, présentant l'état de chargement théorique déterminé et traversé par un débit Qäoi. En particulier, la différence de pression APth est déterminée à partir d'un ensemble de valeurs mémorisées dans les moyens 19. Les valeurs de différence de pression AP et de différence de pression théorique APth sont transmises aux moyens 18 qui calculent, lors d'une étape 23, le paramètre de diagnostic PDD qui est égal à la différence entre APth et AP PDD = APth - AP. Le paramètre de diagnostic PDD permet d'évaluer l'écart entre le fonctionnement du filtre à particules 10 et celui d'un filtre à particules en fonctionnement normal. Lorsque le paramètre PDD est proche de zéro, cela signifie que la différence de pression AP est équivalente à la différence de pression APth, et donc que le filtre à particules 10 présente un état de fonctionnement correct. Par contre, si l'écart entre la différence de pression APth et la différence de pression AP est important, c'est-à-dire si le paramètre PDD est élevé, alors le filtre à particules 10 peut être considéré comme dégradé. Le paramètre de diagnostic PDD est transmis aux moyens 20 de traitement qui reçoivent également la quantité Qpart de particules entrant dans le filtre à particules 10. Les moyens de traitement 20 déterminent lors d'une étape 24, la valeur d'un seuil S(Qpart) de détection de dysfonctionnement du filtre à particules 10. En particulier, plus la quantité de particules entrant dans le filtre à particules 10 est élevée, c'est-à-dire plus l'état de chargement du filtre à particules 10 est élevé, plus la valeur du seuil S(Qpart) sera grande.

On procède alors à un test par comparaison de la valeur de paramètres de diagnostic PDD avec le seuil S(Qpart) de détection de dysfonctionnement du filtre à particules, lors de l'étape 25. En particulier, la comparaison est effectuée pour des valeurs de différence de pression AP et APth correspondant à un même débit volumique Q,ol de gaz d'échappement. Ainsi, s'il est détecté, lors de cette étape 25, que le paramètre de diagnostic PDD est supérieur à la valeur seuil, on décide, lors de l'étape 26 suivante, que le filtre à particules est endommagé. Au contraire, si la valeur du paramètre de diagnostic est inférieure à cette valeur de seuil de détection de dysfonctionnement, on décide, lors de l'étape 27 suivante, que le filtre à particules a conservé son intégrité. Si le filtre à particules est endommagé, on peut alors procéder à un test par comparaison de la valeur du paramètre de diagnostic avec un second seuil de détection de dysfonctionnement du filtre à particules, afin de déterminer si le filtre à particules peut être régénéré ou s'il peut continuer à fonctionner sans régénération. Bien entendu, il est également envisageable de prévoir un nombre différent de comparaisons du paramètre de diagnostic avec des seuils de détection de dysfonctionnement, permettant ainsi d'utiliser un filtre à particules partiellement dégradé, mais permettant tout de même une élimination satisfaisante des particules, poussières et autres, suies, contenues dans les gaz d'échappement du moteur. De même, il est également possible de mettre en oeuvre le procédé décrit à la figure 2 sur une ou sur plusieurs zones correspondant à plusieurs valeurs du débit volumique Q,ol. Ainsi, dans le cas où le procédé est mis en oeuvre sur plusieurs zones correspondant à plusieurs valeurs du débit Q,ol, on pourra modifier la valeur du seuil de détection de dysfonctionnement du filtre à particules 10 en fonction de la valeur de débit Qäoi et considérer l'ensemble des résultats de comparaison sur les différentes zones avant de prendre une décision sur l'état de fonctionnement du filtre à particules 10.

Ainsi, le dispositif permet de prendre en compte l'état de chargement du filtre à particules pour diagnostiquer son état de fonctionnement. En particulier, il n'est alors plus nécessaire d'attendre une purge du filtre à particules pour effectuer son diagnostic, ou d'autres conditions de roulage par exemple.10

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un filtre à particules (10) monté dans une ligne d'échappement (9) de 5 moteur à combustion interne, comprenant : - des moyens (14) de détermination de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules, et - une unité centrale (11) pourvue de moyens (18) d'évaluation d'un paramètre de diagnostic à partir de la différence de pression entre 10 l'entrée et la sortie du filtre à particules, caractérisé en ce que : - le dispositif comprend également des moyens (16) de détermination de l'état de chargement du filtre à particules, et - l'unité centrale (11) comprend des moyens de mémorisation (19) dans 15 lesquels est stocké un ensemble de valeurs de différence de pression entre l'entrée et la sortie d'un filtre à particules en fonctionnement normal, en fonction de son état de chargement et du débit volumique de gaz d'échappement, pour le calcul du paramètre de diagnostic à partir de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 20 et d'une valeur correspondante de différence de pression extraite des moyens de mémorisation.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel l'unité centrale (11) comprend également des moyens (20) de traitement du paramètre de diagnostic évalué pour la détection d'un dysfonctionnement 25 du filtre à particules.
3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel les moyens (20) de traitement comparent le paramètre de diagnostic à une valeur seuil qui varie, par exemple qui augmente, en fonction de l'état de chargement du filtre à particules (10).
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel les moyens (16) de détermination de l'état de chargement du filtre à particules comprennent des moyens de détermination de la quantité de particules émises par le moteur à combustion interne.
5. Dispositif selon la revendication précédente dans lequel les moyens (16) de détermination de l'état de chargement du filtre à particules comprennent un capteur de particules monté en amont du filtre à particules (10) ou un modèle des émissions de particules par le moteur à combustion interne.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel les moyens (14) de détermination de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules comprennent un capteur de pression monté en amont du filtre à particules et éventuellement un capteur de pression monté en aval du filtre à particules.
7. Procédé de diagnostic de l'état de fonctionnement d'un filtre à particules monté dans une ligne d'échappement (9) de moteur à combustion interne, dans lequel : - on détermine la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules (10), et - on évalue un paramètre de diagnostic à partir de la valeur déterminée de différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules (10), caractérisé en ce que : - on détermine l'état de chargement du filtre à particules (10), - on extrait, à partir d'un ensemble de valeurs mémorisées de différence de pression entre l'entrée et la sortie d'un filtre à particules en fonctionnement normal, en fonction de son état de chargement et du débit volumique de gaz d'échappement, une valeur correspondante de différence de pression et - on calcule le paramètre de diagnostic à partir de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules (10) et la valeur extraite.
8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel le paramètre de diagnostic évalué est comparé à un seuil dépendant de l'état de chargement du filtre à particules (10), pour la détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules (10).
9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel on calcule le paramètre de diagnostic pour différentes valeurs de débit volumique de gaz d'échappement, et on compare les paramètres de diagnostic évalués à des seuils dépendant de l'état de chargement du filtre à particules (10), pour la détection d'un dysfonctionnement du filtre à particules (10).