Brevet FR2801641A1 — publié le 20010601

PROCEDE DE COMMANDE D'UN MOTEUR A COMBUSTION QUIPE FILTRE A PARTICULES La présente invention concerne un procédé de commande d'un moteur à combustion, tel qu'un moteur diesel, équipé d'un filtre à particules. Les normes concernant la pollution et la consommation des moteurs à combustion interne équipant notamment les véhicules automobiles ou routiers se sevérisent chaque jour davantage dans l'ensemble des pays industrialisés. L'industrie automobile est donc aujourd'hui occupée à trouver des solutions techniques pour répondre à ces obligations et ce, sans trop pénaliser ni les performances des moteurs ni leur prix de revient. Parmi les systèmes connus pour éliminer les particules émises par un moteur à combustion interne et en particulier un moteur diesel, on peut citer le filtre à particules inséré dans la ligne d'échappement, qui est adapté pour retenir toutes les particules contenues dans les gaz d'échappement. Des moyens d'aide à la régénération pilotés permettent de brûler périodiquement les particules de suie ainsi piégées et éviter le colmatage du filtre. En effet, les particules de suie brûlent à des températures de l'ordre de 550 à 600 C. De tels niveaux thermiques ne sont que rarement atteints par les gaz d'échappement d'un moteur diesel automobile puisque par exemple en ville la température des gaz d'échappement évolue entre 150 et 250 . D'où la nécessité de disposer de moyens appropriés d'aide à la régénération pour élever ponctuellement la température des gaz lorsque l'on souhaite régénérer un tel filtre à particules. Différents systèmes d'aide la régénération ont déjà été proposés. Des systèmes de chauffage par résistance électrique, notamment des grilles chauffantes, permettent de porter la température des gaz d'échappement à une valeur suffisante pour provoquer la combustion des particules dans le filtre. D'autres systèmes proposent d'augmenter la température des gaz d'échappement par injection d'une quantité supplémentaire de carburant dans au moins une des chambres de combustion sous la forme d'une post-injection. C'est-à-dire, qu'après avoir injecté la quantité de carburant nécessaire au fonctionnement classique du moteur, une quantité supplémentaire de carburant est injectée dans un second temps. Une partie de cette quantité de carburant additionnelle s'enflamme en produisant une augmentation de la température des gaz d'échappement, le reste de cette quantité est transformé en produits d'oxydations partielles comme le monoxydë de carbone Co et les hydrocarbures HC. Ce monoxyde et ces hydrocarbures peuvent également participer à l'augmentation des gaz d'échappement en réagissent par des réactions exothermiques avant leur arrivée dans le filtre à particules. Les réactions exothermiques sont notamment obtenues lors de la traversée d'un catalyseur d'oxydation disposé en amont du filtre à particules. Par ailleurs, pour minimiser la dépense énergétique nécessaire à la combustion des suies, il est également connu d'abaisser cette température de combustion des suies en utilisant des catalyseurs appropriés. Ainsi, il est connu d'ajouter dans le carburant un additif tel qu'un composé organo-métallique. Cet additif mélangé au carburant se retrouve dans les particules de suie ce qui lui permet de jouer un rôle catalytique lors de la combustion des particules de suie et d'abaisser les températures d'inflammation de ces dernières. La mise en action de ces différents systèmes d'aide à la régénération est pilotée par un système électronique de commande qui détermine en fonction d'un certain nombre de paramètres et notamment le chargement du filtre à particules, l'instant de la régénération. Ainsi le document, FR2774421 divulgue un tel système de gestion du fonctionnement d'un filtre à particules associé à un moteur diesel notamment de véhicule automobile, et décrit comment la mise en action des moyens d'aide à la régénération est déclenchée dès lors que la masse de suie dans le filtre est supérieure à une valeur de seuil, cette masse de suie étant déterminée à partir de la mesure de la perte de charge aux bornes du filtre à particules et conditions de fonctionnement du moteur. si filtre à particules permet de supprimer efficacement rejets de particules émises par un moteur, il présente toutefois l'inconvénient d'être un obstacle à l'écoulement gaz et donc de générer une contre-pression à l'échappement qui perturbe le fonctionnement du moteur et dégrade ses performances. En effet, lors de la phase échappement, le piston doit fournir un plus grand effort mécanique pour évacuer les gaz d'échappement remplissant la chambre de combustion. L'intensité de la contre-pression crée à l'échappement le filtre à particules évolue dans le temps de façon cyclique en fonction du chargement en particules qui évolue lui aussi de façon cyclique. Le chargement croît en effet après chaque régénération jusqu'à atteindre une valeur maximale à partir de laquelle on déclenche une nouvelle phase de régénération. I1 s'ensuit des dégradations cycliques des performances du moteur couple ou puissance réduits, montée en régime plus lente, temps de réponse de la turbine de suralimentation plus long (lorsque moteur est équipé d'un turbo), susceptibles d'être ressenties, de façon plus ou moins désagréablement, par le conducteur. présente invention vise donc à pallier ce problème, en proposant une commande corrective des paramètres de contrôle moteur de façon à délivrer les mêmes performances quel que soit le niveau d'encrassement du filtre à particules. procédé de commande selon l'invention concerne un moteur à combustion interne dont la ligne 'échappement est munie d'un filtre à particules générant une contre- pression d'intensité variable en fonction niveau de chargement dudit filtre. Selon l'invention, le procédé de commande est caractérisé en ce que les paramètres de controle du couple délivré par le moteur sont corrigés en fonction du niveau de contre-pression générée par le filtre de façon à ce que le moteur délivre un couple sensiblement constant quel que soit ledit niveau de la contre-pression générée par le filtre, c'est-à-dire quel que soit le chargement du filtre. Selon une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, la quantité de carburant injectée et/ou le phasage de l'injection du carburant dans le cycle moteur et/ou la pression de suralimentation sont corrigés en fonction du niveau de la contre-pression générée par le filtre. Selon une autre caractéristique du procédé et de 1 invention, la correction des paramètres de contrôle du couple est déduite du point de fonctionnement du moteur et niveau de chargement du filtre. Selon une autre caractéristique du procédé objet de l'invention, la correction des paramètres de controle du couple est déduite de la perte de charge aux bornes du filtre et du débit des gaz d'échappement. Selon une autre caractéristique du procédé et de 1 invention, la correction des paramètres de contrôle du couple est déduite de la perte de charge aux bornes du filtre, des quantités d'air et de carburant admises dans le moteur, ainsi que de la température et de la pression des d'échappement mesurées en amont du filtre. on comprendra mieux les buts, aspects et avantages de la présente invention, d'après la description présentée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un filtre à particules, mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension l'invention ont été représentés. En se reportant sur l'unique figure, on voit la structure générale d'un moteur à combustion interne référence 1, par exemple un moteur diesel pour véhicule automobile à quatre cylindres et injection directe de carburant, équipé d'un système d'échappement permettant filtration des particules émises. Le moteur peut, par ailleurs, être suralimenté. De façon classique, le moteur 1 est alimenté en air travers un circuit d'admission 2. Des capteurs appropriés équipent ce circuit d'admission pour fournir à un calculateur de contrôle moteur des informations concernant la pression, la température ou encore le débit de l'air d'admission. L'alimentation en carburant est assurée par des injecteurs électromagnétiques non figurés débouchant dans les chambres de combustion et pilotés par le calculateur de contrôle moteur 3 à partir d'un circuit de carburant sous pression 4 de type common rail encore appelé système d'alimentation haute pression à rampe commune. En sortie du moteur 1, les gaz d'échappement évacués dans la ligne 5 traversent un filtre à particules 6. Différents capteurs 7, tels que des capteurs de pression et de température, placés en amont et en aval du filtre, fournissent au calculateur de contrôle moteur 3 des informations correspondantes. Le calculateur d'injection 3 se compose essentiellement d'un microprocesseur ou unité centrale CPU, de mémoires vives RAM, de mémoires mortes ROM, de convertisseurs analogiques-numériques A/D, et différentes interfaces d'entrées et de sorties. Le microprocesseur du calculateur d'injection 3 comporte des circuits électroniques et des logiciels appropriés pour traiter les signaux en provenance de différents capteurs adaptés, en déduire les états du moteur et générer les signaux de commande appropries à destination notamment des différents actuateurs pilotés. Le calculateur d'injection 3 commande donc à partir des informations délivrées par les différents capteurs et en particulier de la masse d'air admise et régime moteur ainsi qu'à partir de formules et de calibrations mémorisées permettant le réglage optimal du moteur, le fonctionnement des injecteurs et notamment l'instant de début d'injection et la durée d'ouverture des injecteurs qui correspond à une quantité de carburant injectée et donc à richesse du mélange remplissant les chambres de combustion. Le calculateur 3 est également adapté pour assurer la gestion du fonctionnement du système échappement et notamment du filtre à particules 6. En particulier, le calculateur 3 déduit à partir des informations fournies notamment par les capteurs 7, le niveau remplissage du filtre à particules en particules et selon notamment la valeur du chargement, déclenche selon des stratégies adaptées une phase de régénération. Cette phase de régénération consiste essentiellement à augmenter la température des gaz d'échappement traversant le filtre 6 de façon à enflammer les particules piégées. Cette augmentation de la température est initiée par la mise en action de moyens d'aide à la régénération appropriés. Différents moyens d'aide à la régénération peuvent être employés, on peut par exemple citer des moyens de chauffage électrique ou encore, comme dans l'exemple illustré, une élévation de la température des gaz d'échappements. Cette élévation de la température des gaz d'échappement est réalisée par simple commande des injecteurs par exemple en injectant en phase détente une quantité additionnelle de carburant et ce, pendant un nombre donne de cycles moteur. Le calculateur 3 est également adapté pour corriger le couple du moteur en fonction du chargement filtre à particules et ce, de façon à fournir les mêmes performances du moteur quel que soit le niveau en chargement filtre. Cette correction est avantageusement intégrée aux stratégies de contrôle de la quantité de carburant injectée et/ou du phasage de cette quantité injectée dans cycle. De façon classique la quantité carburant injectée (Qinj) est déterminée, à partir de cartographies adaptées (f), de la demande conducteur, c'est-a-dire de la position de la pédale d'accélérateur, et des conditions de fonctionnement du moteur (débit d'air, régime, température...). On a ainsi Qinj=f(demande conducteur, conditions moteur) Selon l'invention, la quantité de carburant injectée déterminée de façon "classique" est augmentée par un terme correctif corr destiné à compenser la perte de couple due au filtre à particules Qinj=f(demande conducteur, conditions moteur) + corr déchéance de couple lié au filtre) Le terme correctif corr est dans l'exemple illustré un terme additif, il peut bien évidemment prendre une forme multiplicative. Le terme correctif destiné à compenser la perte de couple liée au filtre est par exemple cartographié en fonction de la perte de charge aux bornes du filtre et du point de fonctionnement considéré. En effet, la perte de couple due au filtre, peut être déduit en première approximation du travail nécessaire pour forcer les gaz d'échappement au travers du filtre. travail estimé comme le produit du débit des gaz par perte de charge aux bornes du filtre Travail = OP x Déch avec différence entre la pression amont et aval prises aux bornes du filtre, Dech : débit des gaz d'échappement. Dech peut être donné par la formule suivante Déch = (Dair + Dcarburant) * R * Téch/Péch avec Dair : débit massique d'air d'admission, Dcarburant : débit massique de carburant, R : constante massique des gaz d'échappement, Tech : température des gaz d'échappement en amont du filtre, Pech : pression des gaz d'échappement en amont filtre. On pourrait également utiliser le débit volumique des gaz d'échappement en divisant ce dernier par le régime de rotation du moteur. a ainsi, le terme correctif qui peut être cartographie en fonction de la OP, des débits volumiques du régime ou bien en fonction de la OP, des débits massiques de la température et de la pression des d'échappement en amont du filtre. De même puisque le chargement du filtre est déduit de la AP et du débit des gaz, le terme correctif peut être exprimé non pas en fonction de la AP mais du chargement. Bien entendu, l'invention est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. Ainsi la correction destinée à compenser la perte de couple peut affecter également le phasage de l'injection de carburant et/ou la pression de suralimentation dans le cas d'un moteur suralimenté et/ou le taux de recirculation des gaz d'échappement dans le cas ou le moteur est équipé d'un tel circuit de recirculation des gaz d'échappement (circuit EGR)..., c'est-à-dire tout paramètre agissant sur le couple du moteur. REVENDICATIONS [1] Procédé de commande d'un moteur combustion interne (1) dont la ligne d'échappement est munie d'un filtre particules (6) générant une contre-pression d'intensité variable en fonction du niveau de chargement dudit filtre (6), caractérisé en ce que les paramètres de contrôle du couple délivré par le moteur sont corrigés en fonction dudit niveau de contre-pression de façon à ce que le moteur (1) délivre un couple sensiblement constant quel que soit ledit niveau de la contre-pression générée par le filtre (6). [2] Procédé de commande d'un moteur à combustion interne (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de carburant injectée et/ou le phasage de l'injection du carburant dans le cycle moteur et/ou la pression de suralimentation sont corrigés en fonction dudit niveau de contre-pression. [3] Procédé de commande d'un moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ladite correction des paramètres de contrôle du couple est déduite du point de fonctionnement du moteur et du niveau de chargement du filtre. [4] Procédé de commande d'un moteur à combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite correction des paramètres de contrôle du couple est déduite de la perte de charge aux bornes du filtre (6) et du débit des gaz d'échappement. [5] Procédé de commande d'un moteur combustion interne (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite correction des paramètres de contrôle du couple est déduite de la perte de charge aux bornes du filtre (6), des quantités d'air et de carburant admises dans le moteur, ainsi que de la température et de la pression des gaz d'échappement mesurées en amont du filtre.