FR3069886B1 - Procede de diagnostic de la defaillance d'un filtre a particules et systeme de post-traitement de gaz d’echappement - Google Patents

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Abstract

Le procédé est mis en œuvre dans un système de post-traitement (1) des gaz d'échappement (EG) d'un moteur thermique, le système de post-traitement des gaz d'échappement comprenant un filtre à particules (31) et un catalyseur (4) disposé en aval du filtre à particules dans une ligne d'échappement de gaz (LE). Conformément à l'invention, le diagnostic de la défaillance du filtre à particules est effectué à partir d'une mesure d'une pression différentielle (dP) entre une entrée et une sortie du catalyseur.

Description

PROCÉDÉ DE DIAGNOSTIC DE LA DÉFAILLANCE D'UN FILTRE ÀPARTICULES ET SYSTÈME DE POST-TRAITEMENT DE GAZD’ÉCHAPPEMENT
[001] L’invention concerne de manière générale la dépollution des gaz d’échappementémis par le moteur thermique d’un véhicule. Plus particulièrement, l’invention se rapporte àun procédé de diagnostic de la défaillance d’un filtre à particules. L’invention se rapporteégalement à un système de post-traitement des gaz d’échappement incluant un filtre àparticules, dans lequel est mis en œuvre le procédé susmentionné.
[002] Dans les véhicules automobiles, les systèmes de post-traitement des gazd'échappement sont devenus aujourd’hui indispensables pour la conformité avec lesnormes environnementales. Les émissions polluantes réglementées sont notamment lemonoxyde de carbone (CO), les hydrocarbures imbrûlés (HC), les oxydes d'azote (NOx) etles particules de suies.
[003] Pour la suppression des particules de suies dans les gaz d’échappement, il estbien connu d’équiper les systèmes de post-traitement des gaz d’échappement avec unfiltre à particules. Les filtres à particules sont très présents dans les véhicules ayant unemotorisation de type Diesel et se généralisent aussi dans les motorisations de typeessence, notamment avec l’entrée en vigueur de la norme environnementale européennedite « Euro 6.3 >>.
[004] Le filtre à particules est efficace pour diminuer la pollution particulaire.Cependant, l’accumulation progressive des particules de suies retenues dans les couchesporeuses du filtre provoque une perte de charge dans la ligne d’échappement de gaz dumoteur thermique. Des régénérations périodiques à haute température sont nécessairespour éliminer par combustion les particules de suies accumulées. Durant la vie duvéhicule, des défaillances du filtre à particules peuvent survenir vis-à-vis de l’émission desparticules, par exemple, à la suite d’une phase de régénération particulièrement sévèreprovoquant une fissuration du filtre, d’une manipulation malveillante ou d’autres causes. Ladéfaillance du filtre se traduit par des émissions de particules qui dépassent le seuilmaximum fixé par la réglementation.
[005] Conformément à la réglementation, l’évènement « défaillance du filtre àparticules >> doit être détecté par le système de diagnostic embarqué, dit OBD pour « OnBoard Diagnostic >> en anglais. Cet évènement doit aussi être signalé à l’utilisateur du véhicule par l’activation d’un voyant sur le tableau de bord, tel que le voyant MIL pour« Malfunction Indicator Lamp » en anglais, pour l’informer qu’une réparation du véhiculeest nécessaire.
[006] Dans l’état de la technique, il est connu d’évaluer la perte d’efficacité de lafiltration à partir d’une mesure de la pression différentielle, dite contrepression, entrel’entrée et la sortie du filtre à particules. Cette méthode d’évaluation de la perte d’efficacitédu filtre à particules est suffisante pour la commande de ses phases de régénération, maispourrait encore être améliorée. L’adjonction d’un capteur de suies pour mesurer la quantitéde suies dans le filtre permettrait d’améliorer la précision de l’évaluation de sa perted’efficacité, mais un tel capteur présente des difficultés d’implantation et conduit à unaccroissement sensible du coût.
[007] Par les documents de brevet KR20070062309 et FR2950108, il est connu desdispositifs de diagnostic de filtre à particules faisant appel à un filtre de détection implantéen aval du filtre à particules dans la ligne d’échappement de gaz d'un moteur thermique.La pression différentielle entre l’entrée et la sortie du filtre de détection est mesurée pourdétecter une défaillance du filtre à particules à partir d’un niveau d’encrassement du filtrede détection. Dans KR20070062309, le filtre de détection est un deuxième filtre àparticules qui est monté dans la ligne d’échappement de gaz. Dans FR2950108, le filtre dedétection est placé dans une conduite en dérivation de la conduite d’échappementprincipale. Ces dispositifs de diagnostic ont l’inconvénient de requérir un moyen de filtragede particules supplémentaire qui est dédié au diagnostic de défaillance du filtre àparticules et impacte le coût.
[008] Il existe donc un besoin pour un procédé de diagnostic fiable et précis de ladéfaillance d’un filtre à particules qui ne présente pas les inconvénients susmentionnés dela technique antérieure.
[009] Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de diagnostic de ladéfaillance d'un filtre à particules dans un système de post-traitement des gazd’échappement d'un moteur thermique, le système de post-traitement des gazd’échappement comprenant un filtre à particules et un catalyseur disposé en aval du filtreà particules dans une ligne d’échappement de gaz. Conformément à l’invention, lediagnostic de la défaillance du filtre à particules est effectué à partir d’une mesure d’unepression différentielle entre une entrée et une sortie du catalyseur.
[0010] Selon une caractéristique particulière, le procédé est mis en œuvre parl’exécution d’instructions de code de programme dans une unité électronique decommande du système de post-traitement des gaz d’échappement.
[0011] Selon un autre aspect, l’invention concerne aussi un système de post-traitementdes gaz d'échappement d’un moteur thermique de véhicule comprenant un dispositif detraitement des émissions d’oxydes d’azote, une unité électronique de commande, un filtreà particules et un catalyseur de conversion d’ammoniac disposé en aval du filtre àparticules dans une ligne d’échappement de gaz. Conformément à l’invention, le systèmecomprend un dispositif capteur de pression différentielle monté entre une entrée et unesortie du catalyseur de conversion d’ammoniac, le dispositif capteur de pressiondifférentielle ayant pour fonction de fournir une mesure de la pression différentielle entreune entrée et une sortie du catalyseur de conversion d’ammoniac, la mesure de pressiondifférentielle étant destinée à un diagnostic de défaillance du filtre à particules.
[0012] Selon une forme de réalisation particulière, le dispositif de traitement desémissions d’oxydes d’azote comporte un catalyseur de type à réduction catalytiquesélective.
[0013] Selon une autre forme de réalisation particulière, le catalyseur de type à réductioncatalytique sélective et le filtre à particules sont inclus dans un même dispositif compact.
[0014] Selon une autre forme de réalisation particulière, le dispositif de traitement desémissions d’oxydes d’azote comporte également un accumulateur passif d’oxydes d’azotecontenu dans un catalyseur d’oxydation.
[0015] Selon encore une autre forme de réalisation particulière, le dispositif de traitementdes émissions d’oxydes d’azote comporte un piège à oxydes d’azote.
[0016] L’invention concerne aussi un véhicule équipé du système décrit brièvement ci-dessus pour un post-traitement des gaz d’échappement émis par le moteur thermique duvéhicule.
[0017] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plusclairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs modes deréalisation particuliers de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig.1 est vue d’ensemble d’une forme de réalisation particulière d’un systèmede post-traitement des gaz d’échappement mettant en œuvre le procédé selonl’invention ; les Figs.2A et 2B sont des courbes montrant des détections négative et positivede la défaillance d’un filtre à particules, respectivement, dans le procédé selonl’invention.
[0018] Une forme de réalisation particulière 1 d’un système de post-traitement de gazd’échappement dans lequel est mis en œuvre le procédé selon l’invention pour lediagnostic de la défaillance du filtre à particules est maintenant décrite en référence auxFigs. 1 et 2A, 2B.
[0019] Le système de post-traitement de gaz d’échappement 1 décrit ici est destiné aupost-traitement des gaz d’échappement EG d’un moteur thermique de type Diesel dans unvéhicule.
[0020] Comme montré à la Fig.1, le système de post-traitement de gaz d’échappement 1comprend essentiellement une ligne d’échappement de gaz LE et une unité électroniquede commande 5. La ligne d’échappement de gaz LE comprend ici un catalyseurd’oxydation 2, un dispositif compact 3 de réduction catalytique sélective et de filtrage departicules de suies et un catalyseur de conversion d’ammoniac 4.
[0021] Le catalyseur d’oxydation 2 est typiquement un catalyseur d’oxydation de typeDOC (pour « Diesel Oxydation Catalyst >> en anglais) incorporant ici un accumulateurpassif de NOx (non représenté), dit PNA pour "Passive NOx Adsorber" en anglais.
[0022] Le dispositif compact 3 comprend un catalyseur de type à réduction catalytiquesélectif (SCR) 30 et un filtre à particules 31. Le catalyseur SCR 30 et le filtre à particules31 sont représentés à la Fig.1 comme deux composants séparés. On notera toutefois quele dispositif compact 3 pourra avantageusement être du type dit « Système CompactLiquide » et intégrer la couche catalytique SCR, dite «washcoat», sous une formeimprégnée dans le filtre à particules. Le catalyseur SCR 30 détruit les Nox en les faisantréagir avec l’ammoniac (NH3) comme agent réducteur. Le NH3 est contenu dans unesolution aqueuse d’urée, telle que lAdBlue (marque déposée), introduite dans la ligned’échappement de gaz LE par l’injecteur 300. Des capteurs NOx 20 et 301 sont prévusdans la ligne d’échappement de gaz LE, en entrée du catalyseur 20 et en sortie dudispositif compact 3, pour la commande du catalyseur SCR 30 et d’une vanne EGR (non représentée). Le filtre à particules 31 est équipé de manière classique d’un dispositifcapteur de pression différentielle (non représenté) utilisé notamment pour la commandedes phases de régénération du filtre 31.
[0023] Dans l’architecture de ligne d’échappement de gaz de la Fig.1, l’accumulateurPNA contenu dans le catalyseur d’oxydation 2 et le catalyseur SCR 30 forment undispositif de traitement d’oxydes d’azote.
[0024] L’invention pourra aussi être mise en œuvre dans une architecture de ligned’échappement de gaz ne comprenant pas de catalyseur SCR, mais un piège à NOx, ditLNT pour « Lean NOx Trap » en anglais, qui est associé à un catalyseur ASC disposéen aval du filtre à particules. Dans un tel cas, la ligne d’échappement de gaz necomprendra pas d’accumulateur PNA et le dispositif de traitement d’oxydes d’azote seraformé uniquement du piège à NOx.
[0025] L’invention pourra aussi être mise en œuvre dans une architecture de ligned’échappement de gaz comprenant un catalyseur SCR et un piège à NOx qui sontassociés à un catalyseur ASC disposé en aval du filtre à particules. Dans un tel cas, laligne d’échappement de gaz ne comprendra pas d’accumulateur PNA et le dispositif detraitement d’oxydes d’azote sera formé du catalyseur SCR et du piège à NOx.
[0026] Le catalyseur de conversion d’ammoniac 4, dit ASC pour « Ammonia SlipConverter » en anglais, a pour fonction de réduire la quantité de rejet de NH3, rejet deNH3 qui découle de l’injection d’urée associée au catalyseur SCR 30 dans l’architecturede la Fig. 1 et/ou d’une génération de NH3 dans la phase de purge du piège à NOx dansles architectures avec piège à NOx susmentionnées.
[0027] Conformément à l’invention, le catalyseur ASC 4 est équipé d’un dispositifcapteur de pression différentielle 40 qui mesure une pression différentielle entre l’entrée etla sortie du catalyseur ASC 4. Le dispositif capteur 40 comprend des capteurs de pression400 et 401 en entrée et sortie du catalyseur ASC 4 et délivre le signal de mesure depression différentielle dP.
[0028] On notera que différents autres capteurs et composants équipent le système 1 etne sont pas décrits ici, n’étant pas nécessaires à la compréhension de l’invention.
[0029] La pression différentielle dP, comme d’autres signaux de mesure des capteurs dusystème 1, est fournie à un port d’entrée/sortie 50 de l’unité électronique de commande 5.
Conformément à l’invention, la pression différentielle dP mesurée entre l’entrée et la sortiedu catalyseur ASC 4 est utilisée pour le diagnostic de défaillance du filtre à particules 31.
[0030] L’unité électronique de commande 5 est typiquement l’unité de contrôle moteurdu véhicule. L’unité 5 comporte notamment un port d’entrée/sortie 50, comme indiqué plushaut, à travers lequel transitent les différents signaux nécessaires à la commande descomposants fonctionnels du système de post-traitement de gaz d’échappement 1 et unport de communication 51 avec un réseau CAN du véhicule. Un module logiciel dédié estimplanté dans l’unité 5 pour la mise en oeuvre du procédé de diagnostic de défaillance defiltre à particules selon l’invention, par l’exécution d’instructions de code de programme parun processeur de l’unité 5.
[0031] L’entité inventive a constaté que la pression différentielle entre l’entrée et la sortied’un catalyseur est inférieure, par conception, à celle obtenue aux bornes d’un filtre àparticules (d’un facteur égal à quatre environ). Il en découle que la pression différentielled’un catalyseur augmente rapidement à partir du moment où sa surface frontale d’entréecommence à être obstruée par des particules de suies. Un gradient important existe doncentre l’état obstrué et l’état non obstrué d’un catalyseur, par rapport à un filtre à particules.On notera qu’un catalyseur ayant une densité élevée du nombre de canaux dans sonsubstrat en céramique engendrera un gradient plus élevé. De plus, dans les motorisationsDiesel, la présence de particules de suies grasses due à une température des gazd’échappement plus basse que celle existant dans les motorisations essence participefavorablement à l’obtention d’un gradient élevé.
[0032] Les constatations ci-dessus de l’entité inventive ont été mises à profit dans leprocédé selon invention pour améliorer la précision du diagnostic de défaillance d’un filtreà particules dans une ligne d’échappement de gaz, en utilisant non pas la pressiondifférentielle dP entre l’entrée et la sortie du filtre à particules objet du diagnostic, maiscelle d’un catalyseur situé en aval du filtre à particule.
[0033] Ainsi, dans l’architecture de la Fig.1, la pression différentielle dP entre l’entrée etla sortie du catalyseur ASC 4 est mesurée au moyen du dispositif capteur de pressiondifférentielle 40 et est utilisée pour élaborer le diagnostic de défaillance du filtre àparticules 31. Lorsque le filtre à particules 31 est défaillant, une proportion des suies ensortie du filtre 31 est captée par le catalyseur ASC 4 situé en aval et affecte la pressiondifférentielle dP, qui fournit donc indirectement une information sur l’état du filtre àparticules 31.
[0034] Dans ce mode de réalisation, la décision sur l’état défaillant ou pas du filtre àparticules 31 est établie par une comparaison directe de mesures de la pressiondifférentielle dP à un seuil. En variante, on pourra faire appel à une intégration desmesures des pressions différentielles dP successives pour prendre la décision sur ladéfaillance du filtre à particules à partir d’un niveau de stockage des particules de suies.
[0035] Comme montré aux Figs.2A et 2B, il est utilisé une courbe de seuil TH qui fournit,en fonction du débit D des gaz d’échappement EG dans le catalyseur ASC 4, la pressiondifférentielle dP caractéristique relevée aux bornes du catalyseur ASC 4 lorsque celui estchargé avec les particules de suies d’un filtre à particules 31 défaillant. Typiquement, cettecourbe de seuil TH est obtenue en réalisant des essais sur une pluralité de lignesd’échappement LE.
[0036] La Fig.2A montre le cas d’une décision négative sur le diagnostic de défaillancedu filtre à particules 31. Les mesures effectuées MdP de la pression différentielle dP pourdifférents débits D des gaz d’échappement restent inférieures aux valeurs de seuilcorrespondantes de la courbe TH. Le filtre à particules 31 fonctionne normalement etaucune défaillance n’est à signaler.
[0037] La Fig.2B montre le cas d’une décision positive sur le diagnostic de défaillance dufiltre à particules 31. Les mesures effectuées MdP de la pression différentielle dP pourdifférents débits D des gaz d’échappement sont supérieures aux valeurs de seuilcorrespondantes de la courbe TH. Le filtre à particules 31 est défaillant.
[0038] Bien que l’invention ait été décrite ici dans le cadre d’applications à des véhiculeséquipés d’une motorisation Diesel, on notera que l’invention trouvera aussi desapplications dans des véhicules équipés d’une motorisation essence.
[0039] L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation particuliers qui ont étédécrits ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention,pourra y apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée desrevendications ci-annexées.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
  2. 1. Procédé de diagnostic de la défaillance d'un filtre à particules (31) dans unsystème de post-traitement (1) des gaz d’échappement (EG) d'un moteurthermique, ledit système de post-traitement (1) des gaz d’échappement (EG)comprenant un filtre à particules (31) et un catalyseur (4) disposé en aval duditfiltre à particules (31) dans une ligne d’échappement de gaz (LE), caractérisé en ceque ledit diagnostic de la défaillance du filtre à particules (31) est effectué à partird’une mesure d’une pression différentielle (dP) entre une entrée et une sortie duditcatalyseur (4). 2. Système de post-traitement (1) des gaz d'échappement (EG) d’un moteurthermique de véhicule comprenant un dispositif de traitement des émissionsd’oxydes d’azote (30), une unité électronique de commande (5), un filtre àparticules (31) et un catalyseur de conversion d’ammoniac (4) disposé en avaldudit filtre à particules (31) dans une ligne d’échappement de gaz (LE), caractériséen ce qu’il comprend un dispositif capteur de pression différentielle (40, 400, 401)monté entre une entrée et une sortie dudit catalyseur de conversion d’ammoniac(4), ledit dispositif capteur de pression différentielle (40, 400, 401) ayant pourfonction de fournir une mesure de la pression différentielle (dP) entre une entrée etune sortie dudit catalyseur de conversion d’ammoniac (4), ladite mesure depression différentielle (dP) étant destinée à un diagnostic de défaillance dudit filtreà particules (31).
  3. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif detraitement des émissions d’oxydes d’azote comporte un catalyseur de type àréduction catalytique sélective (30).
  4. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit catalyseur de type àréduction catalytique sélective (30) et ledit filtre à particules (31) sont inclus dansun même dispositif compact (3).
  5. 5. Système selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que ledit dispositif detraitement des émissions d’oxydes d’azote comporte également un accumulateurpassif d’oxydes d’azote contenu dans un catalyseur d’oxydation (2).
  6. 6. Système selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce queledit dispositif de traitement des émissions d’oxydes d’azote comporte un piège àoxydes d’azote.
  7. 7. Véhicule comportant un moteur thermique, caractérisé en ce qu’il comprend unsystème (1) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6 pour un post-traitement des gaz d’échappement émis par ledit moteur thermique.
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