[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 NO ₂ ) 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 NO _x . 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).