Brevet FR2781251A1 — publié le 20000121

Procédé et dispositif de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules. La présente invention concerne le domaine de l'épuration des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, par exemple de véhicule automobile, et plus particulièrement un procédé et un dispositif pour déterminer le chargement en suies d'un filtre à particules. La présence d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne en particulier d'un moteur diesel, permet de diminuer considérablement la quantité des particules, poussières et autres suies émises dans l'atmosphère et de satisfaire ainsi aux normes anti-pollution, Au cours du fonctionnement du moteur à combustion interne, le filtre à particules se charge progressivement d'hydrocarbures imbrûlés dont l'accumulation finit par dégrader les performances du filtre et celles du moteur car se traduisant par une augmentation de la pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre et donc de la contre pression d'échappement du moteur. Il s'avère donc nécessaire de régénérer périodiquement le filtre, opération qui est effectuée par la mise en combustion des particules dans le filtre. Cette régénération thermique est de préférence effectuée seulement lorsque le filtre atteint une certaine charge qui peut être déterminée en fonction de la perte d'efficacité du filtre, en fonction de l'augmentation de la pression différentielle ou en fonction d'un risque de destruction du filtre par échauffement excessif lors de la régénération par combustion d'une quantité trop importante de particules de suies. Classiquement, une opération de régénération est déclenchée au bout d'un certain intervalle de temps, ou de distance parcourue, mais sans tenir compte de la charge réelle du filtre, ce qui aboutit à tenir compte des conditions les pires pouvant survenir et à régénérer le filtre fréquemment. Des procédés et des dispositifs ont donc été développés pour optimiser les opérations de régénération utilisant une estimation du chargement réel du filtre, estimation de la charge notamment déduite de la nature de la pression différentielle régnant entre l'amont et l'aval du filtre. On connaît ainsi par le document EP-587146, un procédé de régénération d'un filtre à particules équipant un moteur atmosphérique ou turbochargé. Selon ce document, la régénération du filtre est déclenchée sitôt que le chargement du filtre excède une valeur prédéterminée. Ce chargement est déduit de la pression différentielle régnant entre l'entrée et la sortie du filtre, notée A P, par la relation suivante A P = c. A, c = chargement du filtre A = grandeur caractéristique de l'écoulement des gaz à travers le moteur. A étant en fonction du rapport entre le produit du régime du moteur par la pression dans le collecteur d'admission et par la température moyenne entre l'amont et l'aval du filtre à particules, et le produit de la température dans le collecteur d'admission par la pression en amont du filtre à particules. Il est apparu à la demanderesse que la grandeur retenue comme caractéristique de l'écoulement des gaz à travers le moteur n'est pas réellement représentative des gaz traversant le filtre à particules, notamment en cas de recirculation des gaz d'échappement, et que par conséquent l'estimation du chargement du filtre ne pouvait en être déduiteavec précision. Par ailleurs, ce document EPl? 587 146 ne mentionne aucune méthodologie sur l'acquisition des informations nécessaires au calcul du chargement du filtre or compte-tenu des dispersions de mesure des divers capteurs requis, il apparaît important d'adopter une procédure précise pour garantir la fiabilité de la méthode retenue. La présente invention a pour objet de déterminer le chargement d'un filtre à particules de façon plus précise que l'art antérieur connu et pour des types variés de moteurs à combustion interne. Le procédé de détermination du chargement en suies, selon l'invention, est destiné à un filtre à particules, du type utilisé en aval d'un moteur à combustion interne, le filtre devant être régénéré périodiquement par combustion des suies avant d'atteindre un chargement trop élevé. On déduit le chargement c de la pression différentielle A P amont-aval du filtre à particules et d'une grandeur A représentative de l'écoulement des gaz dans le moteur. Ladite grandeur A est représentative du seul débit de gaz traversant le filtre à particules et est obtenue à partir du débit massique d'air frais entrant dans le moteur Mair et du débit massique de carburant Mc alimentant le moteur. On peut déduire le chargement des formules suivantes (I) AP=cA +b (II) A=(Mair+ Mc) T N P avec b constante T: température des gaz d'échappement en amont du filtre P pression des gaz d'échappement en amont du filtre N régime moteur; La pression des gaz d'échappement en amont du filtre peut être donnée par À P=AP+Po Po = pression atmosphérique On peut ainsi déterminer le chargement en suies d'un moteur à combustion interne, y compris d'un moteur équipé d'un système de recirculation des gaz de combustion grâce au fait que l'on prend en compte les gaz entrant réellement dans le filtre à particules. En effet, à fort taux de recirculation des gaz d'échappement, le débit qui arrive sur le filtre à particules est représenté par le débit d'air entrant ajouté au débit de carburant. Plus le taux de recirculation des gaz d'échappement est fort, plus le débit d'air frais diminue et donc plus le débit des gaz arrivant sur le filtre à particules diminue. Dans un mode de réalisation de l'invention, on compare le paramètre c à une valeur maximale prédéterminée cmax et on déclenche une régénération du filtre si le paramètre c est supérieur à ladite valeur maximale prédéterminée cmax. On peut déclencher une régénération du filtre si, en plus, des conditions de température d'échappement, de régime du moteur et de débit de carburant sont respectées, et ce afin d'obtenir une bonne combustion des suies. Dans un mode de réalisation de l'invention, le calcul du paramètre de proportionnalité c est effectué à partir d'au moins ceux points de mesure distincts. Avantageusement, on choisit chaque point de mesure de façon à disposer de deux valeurs de la pression différentielle AP, chacune de ces valeurs étant mesurée dans une plage prédéterminée du paramètre A, les plages étant prévues sans recouvrement. Dans un mode de réalisation de l'invention, on mesure la durée At écoulée entre le premier point de mesure et le dernier point de mesure, on compare la durée At à une limite maximale, et si la durée At est inférieure à la limite maximale, on admet que le chargement en suies est resté constant du premier au dernier point de mesure. Le dispositif de détermination du chargement en suies, selon l'invention, est prévu pour un filtre à particules, du type utilisé en aval d'un moteur à combustion interne, le filtre devant être régénéré périodiquement par combustion des suies avant d'atteindre un chargement trop élevé. Le dispositif comprend un moyen pour déduire le chargement c de la pression différentielle A P amont-aval du filtre à particules et d'une grandeur A représentative de l'écoulement des gaz dans le moteur. Ladite grandeur A est représentative du seul débit de gaz traversant le filtre à particules et en ce que ladite grandeur A est obtenue à partir du débit massique d'air frais entrant dans le moteur Mair et du débit massique de carburant Mc alimentant le moteur. Le dispositif peut comprendre un moyen pour déduire le chargement des formules suivantes (I) AP=cA +b (II) A=(Mair+Mc) T N P avec b constante T température des gaz d'échappement en amont du filtre P pression des gaz d'échappement en amont du filtre N: régime moteur; La pression des gaz d'échappement en amont du filtre peut être donnée par: P = A P + Po Po = pression atmosphérique La présente invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un dispositif de détermination du chargement en suies du filtre à particules tel que ci-dessus. On dispose ainsi d'une détermination précise du chargement du filtre, qui permet de déclencher la régénération par combustion à bon escient, c'est-à-dire quand le filtre atteint la limite maximale de chargement fixée et ce, sans surestimation du chargement due à la recirculation des gaz d'échappement, ce qui permet de réduire la fréquence des régénérations par combustion et d'augmenter la durée de vie du filtre à particules. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'implantation d'un filtre à particules et des éléments disposés en amont; la figure 2 est une courbe représentant l'évolution de la pression différentielle en fonction du paramètre A; et la figure 3 est un schéma de fonctionnement d'un système conforme à l'invention. Comme on peut le voir sur la figure 1, un moteur 1 pourvu d'un collecteur d'admission 2, d'un collecteur d'échappement 3, et d'un système d'injection 4, est alimenté en air par un compresseur 5 en amont duquel se trouve disposé un débitmètre d'air 6 apte à mesurer le débit massique d'air frais entrant Mair. Le moteur 1 est équipé d'un système de recirculation des gaz d'échappement qui se présente sous la forme d'un bipasse 7 disposé entre le collecteur d'échappement 3 et le collecteur d'admission 2, qui permet d'introduire dans le collecteur d'admission 2 une fraction des gaz issus de la combustion se trouvant dans le collecteur d'échappement 3. Le bipasse 7 est commandé par une unité électronique de commande du moteur, non représentée, apte à faire varier le taux de recyclage des gaz d'échappement en fonction des besoins du moteur en vue de réduire la formation de composés polluants et en particulier des oxydes d'azote. Le collecteur d'échappement 3 est relié à une turbine 8 entraînant en rotation le compresseur 5. La turbine 8 et le compresseur 5 sont généralement coaxiaux. On les a représentés sur ce schéma de façon séparée pour en faciliter la compréhension. La turbine 8 est pourvue d'un bipasse 9. Un filtre à particules 10 est disposé en sortie de la turbine 8. L'amont du filtre 10 porte la référence 10a et l'aval du filtre 10 porte la référence lOb. La partie aval lOb est reliée à d'autres dispositifs tels qu'un pot d'échappement, non représenté. Du côté de la partie amont 1 Oa, est installé un capteur de température amont 11. Un capteur 12 de pression différentielle AP entre la partie amont a et la partie aval lOb du filtre 10 est également prévu et relié auxdites 1 5 parties amont 10Oa et aval 10Ob. Un calculateur électronique, non représenté, est également prévu, qui reçoit les informations en provenance du débitmètre d'air 6, du système d'injection 4 qui lui fournit une grandeur relative au débit massique de carburant Mc, du capteur de température 11, et du capteur de pression différentielle 12. Bien entendu, à la place du capteur de pression différentielle 12, on pourrait prévoir un capteur de pression amont et un capteur de pression aval et calculer ensuite la pression différentielle AP. Le calculateur comporte des moyens de mémorisation et des moyens de calcul par lesquels il exploite les informations précitées pour estimer le chargement du filtre à particules et déclencher des moyens de régénération non figurés de ce dernier lorsque ce chargement excède une valeur prédéterminée. Selon l'invention, cette estimation du chargement du filtre est donnée par la formule: (I) A P = c. A + B o A P est la pression différentielle amont-aval du filtre à particules. c: chargement du filtre A: débit volumique des gaz traversant le filtre b: offset du capteur de pression différentielle A étant défini par (II) A = (Mair + Mc): T N p Mc: débit de carburant T température des gaz d'échappement en amont du filtre P: pression des gaz d'échappement en amont du filtre. Dans le cas o l'on ne dispose pas d'un capteur de pression amont on prend: (III) P = A P + Po o Po est la pression atmosphérique considérée comme étant la pression en aval du filtre à particules. Le chargement du filtre à particules étant déduit du seul débit des gaz traversant le filtre et non du débit des gaz traversant le moteur, on obtient une valeur très précise de ce chargement et ce donc quelque soit les taux de recirculation des gaz d'échappement. Bien entendu, cette détermination pourra aussi être effectuée pour un moteur dépourvu de système de recirculation des gaz d'échappement et/ou dP= e type atmosphérique. Le chargement du filtre étant donné par la formule (I) A P = c A + B On voit donc qu'il suffit de deux points de mesure (AP1 A1) (A P2 A2), voire même d'un seul si b est prédéterminé pour obtenir c. Pour augmenter la précision sur c, on peut également prendre un plus grand nombre de points de mesure et obtenir c par régression linéaire. Selon l'invention, le chargement est déduit d'au moins deux points de mesure correspondants à des valeurs de A sensiblement distinctes. Il est à noter que quelque soit le nombre de points de mesure retenu, ces points de mesure doivent être suffisamment rapprochés dans le temps pour bien correspondre au même chargement. En effet, le chargement du filtre augmente continument pendant le fonctionnement du moteur. Sur la figure 2, sont représentés trois points de mesure 13, 14 et , disposés dans un repère à deux axes, avec le paramètre A en abscisse et la pression différentielle AP en ordonnée. Chacun des points 13 à 15 a été pris dans une plage de variations du paramètre A limitée par des valeurs 16 à 19. On pourrait bien entendu prévoir des plages séparées les unes des autres. Mais on évitera de choisir des plages se recoupant qui rendraient difficile le tracé d'une droite approchant le plus possible les points 13 à 15. On en déduit alors l'équation du premier degré: AP= c*A+b. b est représentatif d'un décalage à l'origine et c est représentatif du chargement en suies du filtre à particules. La droite 20 que l'on a tracée à partir des points 13 à 15 est disposée sous une droite limite 21 représentative de la charge limite admissible du filtre à particules. Tant que la droite 20 reste disposée sous la droite 21, le filtre est apte à fonctionner sans régénération. Au contraire, si les trois points de mesure définissaient une droite, par exemple la droite 22 disposée au-dessus de la droite théorique 21, on déclencherait alors la régénération du filtre de particules qui serait excessivement chargé. Les étapes du procédé de détermination du chargement en suies du filtre à particules sont représentées sur la figure 3. Le démarrage du véhicule a lieu à l'étape 23. Une acquisition du paramètre A a lieu à l'étape 24. A l'étape 25, on vérifie si cette acquisition a eu lieu dans la première zone de mesure, c'est-à-dire entre les valeurs 16 et 17 de la figure 2. Sinon on passe à l'étape 26 dans laquelle on vérifie si cette acquisition a été effectuée dans la deuxième zone de mesure, c'est- à-dire entre les valeurs 17 et 18 de la figure 2. Sinon, on passe à l'étape 27 o on effectue la même vérification pour la troisième zone de mesure, c'est-à-dire entre les valeurs 18 et 19 de la figure 2. Sinon, on retourne à l'étape 24 d'acquisition du paramètre A. Si l'une des étapes 25, 26 ou 27 a permis une acquisition dans l'une des trois zones, on sauvegarde les valeurs courantes de pression différentielle AP et du paramètre A et on passe à l'étape 28. A l'étape 28, on vérifie si trois acquisitions dans trois zones différentes ont été effectuées pendant une durée At inférieure à une limite maximale et si le paramètre c qui est la pente de la droite 20 de la figure 2 est supérieur à une valeur prédéterminée cmax. Si l'une de ces deux conditions n'est pas satisfaite, on retourne à l'étape 24 d'acquisition du paramètre A. Si ces deux conditions sont satisfaites, on déclenche la régénération par combustion des suies piégées dans le filtre à particules (étape 29). Grâce à l'invention, on détermine précisément le chargement du filtre à particules, ce qui permet d'espacer les régénérations, sans risquer un chargement excessif du filtre conduisant à une détérioration des performances du moteur et à un dégagement thermique excessif lors de la combustion des suies susceptible de détériorer le filtre. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules, du type utilisé en aval d'un moteur à combustion interne, le filtre devant être régénéré périodiquement par combustion des suies avant d'atteindre un chargement trop élevé, par lequel le chargement (c) est déduit de la pression différentielle A P amont-aval du filtre à particules et d'une grandeur A représentative de l'écoulement des gaz dans le moteur, caractérisé en ce que ladite grandeur A est représentative du seul débit des gaz traversant le filtre à particules et en ce que ladite grandeur A est obtenue à partir du débit massique d'air frais entrant dans le moteur (Mair) et du débit massique de carburant (Mc) alimentant le moteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chargement est déduit des formules suivantes (I) A P = c A + b (II) A = (Mair+ Mc) T N P avec b constante T température des gaz d'échappement en amont du filtre P pression des gaz d'échappement en amont du filtre. N: régime moteur 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression des gaz d'échappement en amont du filtre est donné par: P = A P + Po Po = pression atmosphérique 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on compare le paramètre c à une valeur maximale prédéterminée cmax et on déclenche une régénération du filtre si le paralètre c est supérieur à ladite valeur maximale prédéterminée cmax. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel on déclenche une régénération du filtre si, en plus, des conditions de température d'échappement, de régime du moteur et de débit de carburant sont respectées. 1! 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le calcul du paramètre de proportionnalité c est effectué à partir d'au moins deux points de mesure distincts. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on choisit chaque point de mesure de façon qu'on dispose de deux valeurs de la pression différentielle A P, chacune des valeurs étant mesurée dans une plage prédéterminée du paramètre A, les plages étant prévues sans recouvrement. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel on mesure la durée At écoulée entre le premier point de mesure et le dernier point de mesure, on compare la durée At à une limite maximale, et si la durée At est inférieure à la limite maximale, on admet que le chargement en suies est resté constant du premier au dernier point de mesure. 9. Dispositif de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules, du type utilisé en aval d'un moteur à combustion interne, le filtre devant être régénéré périodiquement par combustion des suies avant d'atteindre un chargement trop élevé, comprenant un moyen pour déduire le chargement (c) de la pression différentielle A P amont-aval du filtre à particules et d'une grandeur A représentative de l'écoulement des gaz dans le moteur, caractérisé en ce que ladite grandeur A est représentative du seul débit des gaz traversant le filtre à particules et en ce que ladite grandeur A est obtenue à partir du débit massique d'air frais entrant dans le moteur (Mair) et du débit massique du carburant (Mc) alimentant le moteur. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen pour déduire le chargement des formules suivantes: (I) A P = c A + b (II) A = (Mair + Mc) T N P pu avec b constante T: température des gaz d'échappement en amont du filtre P: pression des gaz d'échappement en amont du filtre. N: régime moteur 11. Dispositif selon la revendication 10, caractériséen ce que la pression des gaz d'échappement en amont du filtre est donné par: P = A P + Po Po = pression atmosphérique 12. Véhicule comprenant un dispositif selon l'une des revendications 9 à 11.