A PARTICULES DANS UNE LIGNE D'ECHAPPEMENT

[0001 ] L'invention porte sur un procédé de correction de diagnostic de fonctionnalité d'un catalyseur tenant compte d'une régénération d'un filtre à particules dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne ayant lieu lors du diagnostic.

[0002] De manière préférentielle mais non limitative, la ligne d'échappement concernée par la présente invention est une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne essence de véhicule automobile.

[0003] De manière non limitative, à la figure 1 , qui montre une ligne 1 d'échappement pour une motorisation essence, la ligne 1 d'échappement est équipée d'un filtre à particules 3 essence et d'un catalyseur trois voies 4. D'autres éléments de dépollution peuvent cependant être présents dans cette ligne 1 , par exemple mais pas uniquement des éléments de réduction catalytique sélective. A la figure 1 , le catalyseur trois voies 4 et le filtre à particules 3 essence sont regroupés dans un même système, ce qui n'est pas obligatoire. Le filtre à particules 3 est avantageusement positionné en aval du catalyseur trois voies 4.

[0004] De manière classique, il peut être prévu au moins une sonde à oxygène ou sonde lambda, à la figure 1 deux sondes à oxygène 5, 5a. Une 5a de ces deux sondes 5, 5a lambda peut être placée dans la ligne 1 d'échappement entre le collecteur d'échappement du moteur 2 et le catalyseur 4. Ses mesures peuvent être transmises à un calculateur d'injection prévu dans un contrôle-commande du moteur 2 afin de procurer la possibilité de détermination de la proportion du mélange air-carburant pour laquelle l'efficacité du moteur 2 est optimale.

[0005] Cela permet de maintenir à un faible niveau les rejets polluants et influe de manière positive sur une réduction de la consommation en carburant. Les sondes à oxygène 5, 5a peuvent être stœchiométriques ou linéaires.

[0006] L'autre sonde à oxygène 5 peut être prévue en aval du catalyseur 4 et du filtre à particules 3 dans la ligne 1 d'échappement. La fonction principale de cette sonde à oxygène 5 en aval du filtre à particules 3 est, pour un contrôle moteur de dernière génération, en plus de la sonde à oxygène 5a disposée en amont du filtre à particules 3, de permettre d'évaluer l'efficacité du filtre à particules 3 et du catalyseur trois voies 4 en permanence. Chaque sonde à oxygène 5, 5a délivre une information de richesse par le biais d'une différence de potentiel fournie par l'élément sensible qui la compose.

[0007] En résumé, la sonde à oxygène 5a disposée en amont du catalyseur 4 mesure la richesse en sortie du moteur, le catalyseur trois voies 4 oxyde les agents gazeux et la sonde à oxygène 5 disposé en aval du catalyseur 4 vérifie la fonctionnalité du catalyseur 4.

[0008] En ce qui concerne les figures 2 et 3 en se référant à la figure 1 pour certaines des références, U(A) est le voltage en millivolt d'une sonde à oxygène, t(s) le temps en seconde, la succession de R et P désigne les phases de richesse et les phases pauvres en carburant s'alternant, samc le signal de la sonde à oxygène en amont du catalyseur 4 et du filtre à particules 3, donc de la sonde amont 5a, le signal samc étant en trait plein et savc le signal de la sonde à oxygène en aval du catalyseur 4 et du filtre à particules, donc de la sonde aval 5, le signal savc étant en pointillés. [0009] A la figure 2, avec un catalyseur 4 fonctionnel, Il y a une oscillation du signal de la sonde à oxygène amont 5a reflétant la régulation de la richesse sur le moteur. Le signal de la sonde à oxygène aval 5 n'évolue quasiment pas car le catalyseur 4 oxyde les agents gazeux.

[0010] A la figure 3, avec un catalyseur hors service, il y a une oscillation du signal de la sonde amont 5a reflétant la régulation de la richesse sur le moteur. Le signal de la sonde aval 5 évolue quasiment comme la sonde amont 5 car le catalyseur 4 n'oxyde plus les agents gazeux.

[001 1 ] Il est connu de procéder à un diagnostic de fonctionnalité d'un catalyseur selon des mesures des deux sondes à oxygène respectivement en amont et en aval du catalyseur.

[0012] Il est connu qu'un filtre à particules se remplit de particules et doit être vidé à intervalles réguliers. Il est alors procédé à une régénération du filtre à particules pendant laquelle les particules sont brûlées. Il est alors souhaité une forte augmentation de la température dans le système d'échappement près du filtre à particules. Le chauffage se continue alors tant que la régénération n'est pas détectée comme terminée. Un filtre à particules effectue donc ses régénérations de manière passive en présence d'un fort taux d'oxygène où s'opère une auto-combustion des particules. Un exemple de régénération pour un filtre à particules est donné par le document EP-A-1 281 843.

[0013] Quand une telle régénération se produit pendant un diagnostic de fonctionnalité d'un catalyseur, elle peut fausser le diagnostic en consommant de l'oxygène et en abaissant une valeur de capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur qui fait croire que le catalyseur est hors service alors qu'il peut être encore en état de fonctionnement.

[0014] L'objet de l'invention est d'optimiser le diagnostic du catalyseur en présence d'un filtre à particules en tenant compte pour l'élaboration d'un tel diagnostic d'un possible déroulement d'une régénération pendant le diagnostic, régénération qui peut fausser le diagnostic en consommant de l'oxygène.

[0015] Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l'invention un procédé de correction d'un diagnostic de fonctionnalité d'un catalyseur présent dans une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile comportant aussi un filtre à particules, le diagnostic du catalyseur se faisant selon des mesures de deux sondes à oxygène respectivement en amont du catalyseur et en aval du catalyseur et du filtre à particules, les pressions amont et aval aux bornes du filtre à particules étant détectées et une pression différentielle entre les pressions amont et aval étant calculée à des instants différents, caractérisé en ce que, lors d'un diagnostic du catalyseur, il est vérifié si la pression différentielle en fin du diagnostic n'est pas inférieure à la pression différentielle en début du diagnostic auquel cas aucune correction du diagnostic n'est effectuée et, dans le cas contraire, il est procédé à une correction du diagnostic.

[0016] L'effet technique est de prendre en compte un possible déroulement d'une régénération d'un filtre à particules pendant la tenue du diagnostic du catalyseur, une telle régénération faussant le diagnostic établi. [0017] En effet, lors du roulage du véhicule, si un apport d'oxygène arrive en amont du filtre à particules en quantité suffisante, donc en richesse pauvre, une régénération du filtre à particules s'amorce. Elle s'accompagne d'une consommation d'oxygène et d'une élévation de température en phase de régénération. Du fait que le filtre à particules va consommer de l'oxygène pendant cette phase, on dégrade le calcul de la capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur et donc son diagnostic car le basculement de la sonde aval peut être avancé. [0018] Selon l'invention, il est statué sur la possible tenue d'une régénération du filtre à particules pour déduire une durée liée à la consommation d'oxygène provoquée par la régénération du filtre à particules.

[0019] Une possible régénération est détectée par la pression différentielle régnant aux bornes du filtre à particules qui quantifie la perte de charge entre l'amont et l'aval pour estimer le taux de suie stockée dans le filtre à particules. La quantité de suie stockée va augmenter la perte de charge du filtre à particules car une contre-pression va apparaître en amont du filtre à particules. Inversement, lors d'une régénération du filtre à particules, la pression différentielle chute car les suies sont brûlées. [0020] La présente invention propose donc de surveiller la pression différentielle en phase de diagnostic du catalyseur pour détecter si une possible régénération est en cours simultanément à la prise du diagnostic. Si le différentiel de pression du filtre à particules n'a pas évolué, on considère que la régénération filtre à particules n'a pas eu lieu et que donc le diagnostic n'a pas été faussé. Une telle régénération n'est en effet pas systématique lors d'une phase de richesse pauvre appropriée pour le déroulement d'un diagnostic du catalyseur.

[0021 ] Si le différentiel de pression filtre à particules a évolué, il est considéré que la régénération du filtre à particules a eu lieu et que donc le diagnostic a été faussé. Il est alors procédé à la correction du diagnostic du catalyseur en appliquant une compensation de l'oxygène consommé par le filtre à particules.

[0022] Avantageusement, pour le diagnostic du catalyseur, il est calculé une capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur, le catalyseur étant diagnostiqué non fonctionnel quand sa capacité de stockage de l'oxygène est inférieure à un seuil prédéterminé. Cette capacité de stockage de l'oxygène est le meilleur paramètre pour le diagnostic d'un catalyseur, la capacité de stockage de l'oxygène diminuant avec le vieillissement du catalyseur jusqu'à devenir insuffisante pour un catalyseur hors d'usage.

[0023] Avantageusement, la ligne d'échappement est associée à un moteur à combustion interne fonctionnant selon plusieurs intervalles successifs de richesse dont un intervalle de richesse pauvre, la capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur étant calculée en phase pauvre par intégration d'un signal de la sonde à oxygène aval entre un instant d'une valeur nulle du signal de la sonde à oxygène amont et un instant d'une valeur nulle du signal de la sonde à oxygène aval. [0024] Une phase de richesse pauvre est ainsi créée en amont du catalyseur, ce qui provoque un basculement de la sonde aval un certain délai après le basculement de la sonde amont. La durée est mesurée entre l'instant de basculement de la sonde amont et celui de la sonde aval. [0025] On intègre le résultat par calcul et on obtient ainsi la capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur. La capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur est l'aptitude du catalyseur à stocker de l'oxygène. Plus le catalyseur vieillit, plus la capacité de stockage de l'oxygène chute dans le temps. A partir d'une certaine valeur, on considère le catalyseur non fonctionnel car la capacité de stockage de l'oxygène est trop basse. [0026] Sans correction par le procédé selon l'invention, un catalyseur peut être considéré comme non fonctionnel bien qu'en parfait état de marche du fait d'une capacité de stoclage de l'oxygène trop faible, ce qui est dû à un calcul faussé par le déroulement d'une régénération du filtre à particules simultanément à une prise de diagnostic, la régénération consommant de l'oxygène qui est alors soustrait dans le calcul de la capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur et conduit à une fausse mesure de cette capacité.

[0027] Avantageusement, les signaux des sondes à oxygène aval et amont sont filtrés avant intégration du signal de la sonde à oxygène aval. Ces signaux peuvent en effet osciller selon les pulsations du moteur. Il peut aussi être possible de moyenner les capacités de stockage de l'oxygène prises pendant des richesses pauvres successives.

[0028] Avantageusement, pour la correction du diagnostic, il est effectué une correction de la capacité de stockage de l'oxygène calculée en lui ajoutant un correctif de capacité de stockage de l'oxygène estimé selon une cartographie donnant, en fonction de la pression différentielle, la quantité d'oxygène consommée par le filtre à particules se régénérant pendant la phase pauvre au cours de laquelle s'effectue le calcul de la capacité de stockage de l'oxygène.

[0029] Cette cartographie, avantageusement en deux dimensions, lie le différentiel de pression du filtre à particules consommé pendant la phase de capacité de stockage de l'oxygène au taux d'oxygène consommé pour la régénération. En fonction du différentiel de pression aux bornes du filtre à particules, il est estimé un taux d'oxygène consommé par le filtre à particules. Le taux d'oxygène consommé par le filtre à particules peut alors être injecté dans le calcul par intégration de l'oxygène pour un réajustement de la capacité de stockage de l'oxygène. [0030] Avantageusement, la cartographie est établie pendant une phase de caractérisation du filtre à particules lors du développement d'un moteur à combustion interne associé à la ligne d'échappement.

[0031 ] Avantageusement, il est procédé à une purge du catalyseur au début du procédé.

[0032] L'invention concerne aussi un ensemble d'une ligne d'échappement de moteur à combustion interne dans un véhicule automobile et d'un système de contrôle commande de la dépollution dans la ligne d'échappement, la ligne d'échappement comportant un filtre à particules avec des capteurs de pression respectivement amont et aval par rapport au filtre à particules et à un écoulement des gaz d'échappement et des sondes à oxygène disposées respectivement en amont et en aval d'un catalyseur, caractérisé en ce que le système de contrôle commande de la dépollution comprend un superviseur de diagnostic de fonctionnalité du catalyseur pour la mise en œuvre d'un tel procédé.

[0033] Avantageusement, le superviseur comprend des moyens de calcul d'une capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur, des moyens de calcul d'une pression différentielle aux bornes du filtre à particules et des moyens de correction de la capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur quand la pression différentielle a baissé pendant le diagnostic de fonctionnalité du catalyseur.

[0034] Avantageusement, le catalyseur est un catalyseur trois voies et le filtre à particules est un filtre à particules pour moteur à essence. [0035] D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur et d'une partie d'une ligne d'échappement d'un véhicule automobile selon l'état de la technique,

- les figures 2 et 3 sont des représentations schématiques de deux courbes en voltage selon le temps respectivement pour la sonde oxygène amont et la sonde oxygène aval pour une ligne d'échappement comprenant au moins un filtre à particules et un catalyseur respectivement fonctionnel ou hors service, ceci pendant une succession de richesse égale à un et de richesse pauvre, une portion de la ligne d'échappement montrant le positionnement des sondes à oxygène dans la ligne étant montrée à la figure 2 au-dessus des courbes, - la figure 4 est une représentation schématique de deux courbes en voltage pour respectivement la sonde à oxygène en amont et la sonde à oxygène en aval du catalyseur étant fonctionnel, ces deux courbes étant associées à une courbe de richesse du moteur, une portion de la courbe illustrant le déroulement d'un diagnostic lors d'une phase de richesse par le calcul d'une capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur, ce calcul pouvant être faussé par le déroulement d'une régénération du filtre à particules pendant le diagnostic, le diagnostic pouvant être alors corrigé conformément à un procédé selon l'invention,

- la figure 5 montre une cartographie donnant une pression différentielle aux bornes d'un filtre à particules en fonction d'un taux d'oxygène consommé, une telle cartographie servant pour établir une correction de la capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur conformément à un procédé de correction selon la présente invention.

[0036] Il est à garder à l'esprit que les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions des différents éléments illustrés ne sont pas représentatives de la réalité.

[0037] Dans ce qui va suivre, il est fait référence à toutes les figures prises en combinaison. Quand il est fait référence à une ou des figures spécifiques, ces figures sont à prendre en combinaison avec les autres figures pour la reconnaissance des références numériques désignées. Dans ce qui suit, les termes amont et aval sont à prendre dans le sens d'écoulement des gaz dans la ligne d'échappement. Pour simplification les sondes à oxygène respectivement en amont et en aval du catalyseur seront dénommées respectivement sonde à oxygène amont ou aval. [0038] En se référant à toutes les figures et plus particulièrement aux figures 1 à 3, la présente invention concerne un procédé de correction d'un diagnostic de fonctionnalité d'un catalyseur 4 présent dans une ligne 1 d'échappement d'un moteur 2 à combustion interne de véhicule automobile qui comprend aussi un filtre à particules. La ligne 1 d'échappement peut comprendre pour un polluant sélectif d'autres éléments de dépollution que le filtre à particules 3 et le catalyseur 4, par exemple d'autres catalyseurs d'oxydation ou à trois voies, un système de réduction catalytique sélective ou un système de piège à oxydes d'azote.

[0039] Le filtre à particules 3 peut être aussi de plusieurs types, comme par exemple un filtre à particules 3 pour moteur Diesel aussi connu sous la dénomination de FAP ou un filtre à particules 3 pour moteur à essence aussi connu sous la dénomination de FPE pour filtre à particules 3 essence, ce qui correspond à la dénomination anglo-saxonne de GPF pour « gasoline particle filter » précédemment mentionnée.

[0040] De manière connue, le moteur 2 à combustion thermique fonctionne selon plusieurs valeurs de richesse R, P dont une richesse pauvre P, une valeur moyenne de concentration d'oxygène étant établie pour chacune de ces valeurs de richesse R, P. Ceci a été montré notamment aux figures 2 et 3.

[0041 ] Le diagnostic du catalyseur 4 se fait selon des mesures de deux sondes à oxygène 5a, 5 respectivement en amont du catalyseur 4 et en aval à la fois du catalyseur 4 et du filtre à particules. Les pressions amont et aval aux bornes du filtre à particules 3 sont détectées et une pression différentielle, référencée ΔΡ à la figure 5, entre les pressions amont et aval est calculée à des instants différents. Cette pression différentielle est représentative de la charge en particules du filtre à particules, une pression différentielle très haute selon les normes du filtre à particules 3 étant synonyme d'une charge en particules très élevée et d'une obligation de procéder à une régénération du filtre à particules 3.

[0042] Selon l'invention, lors d'un diagnostic du catalyseur 4, il est vérifié si la pression différentielle en fin du diagnostic n'est pas inférieure à la pression différentielle en début du diagnostic auquel cas aucune correction du diagnostic n'est effectuée. Dans le cas contraire, il est procédé à une correction du diagnostic.

[0043] Pour établir un diagnostic du catalyseur 4, il peut être calculé une capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur 4, le catalyseur 4 étant diagnostiqué non fonctionnel quand sa capacité de stockage de l'oxygène est inférieure à un seuil prédéterminé. Ce seuil est déterminé lors de la conception du catalyseur 4 pour chaque type de catalyseur. [0044] La ligne 1 d'échappement est associée à un moteur 2 à combustion interne fonctionnant selon plusieurs intervalles successifs de richesse R, P dont un intervalle de richesse pauvre P. La capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur 4 est calculée en phase pauvre par intégration d'un signal de la sonde à oxygène aval 5 entre un instant d'obtention d'une valeur nulle du signal de la sonde à oxygène amont 5a et un instant d'obtention d'une valeur nulle du signal de la sonde à oxygène aval 5.

[0045] Ceci est montré à la figure 4 tout en se référant à la figure 1 pour certaines des références. La courbe avec des sinusoïdes illustre une courbe de la sonde à oxygène amont 5a et l'autre courbe illustre une courbe de la sonde à oxygène aval 5. Il est connu qu'une sonde à oxygène délivre un voltage inversement proportionnel à la concentration d'oxygène présent dans les gaz d'échappement. Une courbe de richesse se présentant sous une succession de créneaux est aussi montrée, un créneau positif correspondant à une richesse supérieure à 1 et référencée R et un créneau négatif correspondant à une richesse pauvre et référencée P.

[0046] Sans que cela soit limitatif, pour une sonde oxygène binaire, le point d'équilibre pour une sonde en respiration naturelle est à 450 mV point à lambda égale à 1 environ. La plage s'étale en général de 50 à 800 mV. En présence d'un catalyseur en état de marche, la plage de la sonde aval peut s'étaler environ de 400 à 500 mV. Le point d'équilibre est à 450 mV mais la performance du moteur 2 peut décaler faiblement cette moyenne. La régénération du filtre à particules 3 entraîne une consommation d'oxygène supplémentaire, qui peut être quantifiée en pourcentage d'oxygène supplémentaire ou %02. Le décalage peut être de quelques dizaines de millivolts au niveau du signal de la sonde 5a par rapport au signal moyen précédemment obtenue ou attendue, précédemment référencé savc aux figures 2 et 3.

[0047] La fréquence de régulation d'une sonde qui caractérise son aptitude à passer d'un milieu riche/pauvre/riche R, P, R est d'environ 3Hz à 4Hz. Il peut être donc judicieux de considérer plusieurs basculements pour les moyenner. Il en résulte que l'acquisition de la valeur moyenne précédemment obtenue ou attendue peut donc être de quelques secondes. Le superviseur peut comparer des périodes d'acquisition de quelques secondes pour identifier la phase en présence d'un décalage. Les signaux des sondes peuvent aussi être filtrés.

[0048] En richesse supérieure à 1 référencée R, les deux courbes montent au maximum, la courbe de la sonde à oxygène aval 5 suivant avec un léger décalage en retard la courbe de la sonde à oxygène amont 5a qui monte à son maximum presque immédiatement. En richesse supérieure à 1 référencée R, il peut être procédé à la purge du catalyseur, ce qui est référencé 6 puis au maintien de la purge, ce qui est référencé 7.

[0049] Lors du passage en richesse pauvre P, la courbe de la sonde à oxygène amont 5a suit presque immédiatement ce passage tandis que la courbe de la sonde à oxygène aval 5a ne décroît que très lentement. L'intégration du débit d'oxygène se fait pendant l'intervalle 8 entre le temps de passage à une valeur nulle (équivalent au 450mV ) du signal de la sonde à oxygène amont 5a et le temps de passage à une valeur nulle (équivalent au 450mV ) du signal de la sonde à oxygène aval 5, la durée entre ces deux temps de passage respectifs pour les sondes à oxygène amont 5a et aval 5 étant référencée 8.

[0050] Il se trouve que cette durée de diagnostic pour le calcul d'une capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur 4 par intégration est aussi une durée possible pour la mise en œuvre d'une régénération du filtre à particules 3. Une telle régénération consomme de l'oxygène et peut fausser le calcul de la capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur 4.

[0051 ] Selon un mode préférentiel de réalisation de la présente invention, pour la correction du diagnostic, il peut être effectué une correction de la capacité de stockage de l'oxygène calculée en lui ajoutant un correctif de capacité de stockage de l'oxygène. Ce correctif de capacité de stockage de l'oxygène peut être estimé selon une cartographie donnant, en fonction de la pression différentielle, la quantité d'oxygène consommée par le filtre à particules 3 se régénérant pendant la phase pauvre P au cours de laquelle est effectué le calcul de la capacité de stockage de l'oxygène. [0052] Une telle cartographie est illustrée à la figure 5. La relation entre pression différentielle ΔΡ et quantité d'oxygène %02 consommée peut être linéaire. Cette cartographie peut être établie pendant une phase de caractérisation du filtre à particules 3 lors du développement d'un moteur 2 à combustion interne associé à la ligne 1 d'échappement. [0053] En se référant à toutes les figures et notamment aux figures 1 et 5, l'invention concerne aussi un ensemble d'une ligne 1 d'échappement de moteur 2 à combustion interne dans un véhicule automobile et d'un système de contrôle commande de la dépollution dans la ligne 1 d'échappement. La ligne 1 d'échappement comporte un filtre à particules 3 et un catalyseur 4. [0054] La ligne 1 d'échappement comprend des capteurs de pression respectivement amont et aval par rapport au filtre à particules 3 et à un écoulement des gaz d'échappement et des sondes à oxygène 5, 5a disposées respectivement en amont et en aval du catalyseur 4.

[0055] La ligne 1 d'échappement peut aussi comporter d'autres éléments de dépollution qu'un filtre à particules 3 et un catalyseur 4. Le système de contrôle commande de la dépollution qui peut lancer les régénérations comprend, comme précédemment mentionné, un superviseur de diagnostic de fonctionnalité du catalyseur 4 pour la mise en œuvre du procédé tel que précédemment décrit.

[0056] Le superviseur peut comprendre des moyens de calcul d'une capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur 4, des moyens de calcul d'une pression différentielle ΔΡ aux bornes du filtre à particules 3 et des moyens de correction de la capacité de stockage de l'oxygène du catalyseur 4 quand la pression différentielle ΔΡ a baissé pendant le diagnostic de fonctionnalité du catalyseur 4.

[0057] Dans une application préférentielle mais non limitative de la présente invention, le catalyseur 4 est un catalyseur trois voies. Le filtre à particules 3 peut être un filtre à particules pour moteur 2 à essence.

[0058] L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples.