Brevet FR2816357A1 — publié le 20020510

La présente invention concerne un système d'aide à la régénération d'un filtre à particules intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile. On sait que la réduction des émissions polluantes liées au fonction- nement des moteurs des véhicules automobiles et en particulier des moteurs Diesel est un souci permanent des constructeurs. Différents systèmes ont déjà été développés dans l'état de la techni- que pour réduire le niveau de ces émissions polluantes en particulier en utilisant un filtre à particules intégré dans la ligne d'échappement. Cependant, la gestion du fonctionnement de celui-ci et en particulier la gestion de sa régénération génère encore des difficultés. Le but de l'invention est donc de les résoudre. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'aide à la régénération d'un filtre à particules intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens d'acquisition d'informations relatives aux conditions d'utilisation du véhicule, et - des moyens d'analyse de ces informations pour identifier un type de roulage actuel du véhicule, associés à des moyens de stockage d'un historique des conditions d'utilisation du véhicule et à des moyens de calcul d'informations statistiques relatives à la probabilité que le véhicule adopte un type de roulage plus favorable au déclenchement d'une régénération du filtre que le type de rou- lage actuel, afin de retarder en conséquence ce déclenchement. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente un schéma synoptique illustrant un moteur Diesel de véhicule automobile, et les différents organes associés à celui-ci, - la Fig.2 illustre la détection d'un type de roulage, et - la Fig.3 illustre un calcul de probabilité. On a en effet représenté sur la figure 1, un moteur Diesel de véhicule automobile qui est désigné par la référence générale 1. Ce moteur Diesel est associé à des moyens d'admission d'air en en- trée de celui-ci, qui sont désignés par la référence générale 2. En sortie, ce moteur est associé à une ligne d'échappement qui est désignée par la référence générale 3. Des moyens de recyclage de gaz d'échappement du moteur en entrée de celui-ci sont également prévus et sont désignés par la référence générale 4. Ces moyens sont alors interposés par exemple entre la sortie du mo- teur et les moyens 2 d'admission d'air dans celui-ci. La ligne d'échappement peut également être associée à un turbocom- presseur désigné par la référence générale 5 et plus particulièrement à la portion de turbine de celui-ci, de façon classique. Enfin, la ligne d'échappement comporte un catalyseur d'oxydation dé- signé par la référence générale 6, disposé en amont d'un filtre à particules dési- gné par la référence générale 7, disposé dans la ligne d 'échappement. Le moteur est également associé à un système d'alimentation par exemple commune en carburant des cylindres de celui-ci. Ce système est dési- gné par la référence générale 8 sur cette figure et comporte par exemple des in- jecteurs à haute pression à commande électrique associés à ces cylindres. Bien entendu, d'autres systèmes d'alimentation à haute pression comme par exemple par injecteurs-pompes peuvent être envisagés. Dans l'exemple de réalisation représenté, le moteur est un moteur à quatre cylindres et comporte donc quatre injecteurs à commande électrique, res- pectivement 9,10,11 et 12. Ces différents injecteurs sont associés par exemple à une rampe d'alimentation commune en carburant désignée par la référence générale 13 et reliée à des moyens d'alimentation en carburant désignés par la référence géné- rale 14, comprenant par exemple une pompe à haute pression. Ces moyens d'alimentation sont reliés à un réservoir de carburant dé- signé par la référence générale 15 et par exemple à des moyens d'ajout à ce carburant d'un additif destiné à se déposer sur le filtre à particules pour abaisser la température de combustion des particules piégées dans celui-ci. En fait, cet additif peut par exemple être contenu dans un réservoir auxiliaire désigné par la référence générale 16 associé au réservoir de carburant pour permettre l'injection d'une certaine quantité de cet additif dans le carbu- rant. D'autres moyens pour abaisser cette température peuvent également être utilisés comme par exemple un filtre à particules catalysé. Enfin, ce moteur et les différents organes qui viennent d'être décrits sont également associés à des moyens de contrôle de leur fonctionnement dési- gnés par la référence générale 17 sur cette figure, comprenant par exemple tout calculateur approprié 18 associé à des moyens de stockage d'informations 19, et raccordé en entrée à différents moyens d'acquisition d'informations relatives à différents paramètres de fonctionnement de ce moteur et de ces organes, ce cal- culateur étant alors adapté pour contrôler le fonctionnement des moyens d'admission, des moyens de recyclage, du turbocompresseur et/ou du système d'alimentation pour contrôler le fonctionnement du moteur et notamment le cou- ple engendré par celui-ci en fonction des conditions de roulage du véhicule de façon classique. C'est ainsi par exemple que ce calculateur est relié à un capteur de pression différentielle 20 aux bornes du catalyseur et du filtre à particules, res- pectivement 6 et 7, à des capteurs de température 21,22 et 23, respectivement en amont du catalyseur, entre ce catalyseur et le filtre à particules et en aval de ce filtre à particules dans la ligne d'échappement. Le capteur de pression 20 peut également être relié aux bornes du filtre seul. Le calculateur peut également recevoir une information de teneur en oxygène des gaz d'échappement à partir d'une sonde Lambda X désignée par la référence générale 24 sur cette figure, intégrée dans la ligne d'échappement. En sortie, ce calculateur est adapté pour piloter les moyens d'admission d'air, les moyens de recyclage de gaz d'échappement, le turbocom- presseur, les moyens d'ajout au carburant de l'additif, les moyens d'alimentation en carburant de la rampe commune et les différents injecteurs associés aux cy- lindres du moteur. En particulier, ce calculateur est adapté pour déclencher une phase de régénération du filtre à particules par combustion des particules piégées dans celui-ci en enclenchant une phase d'injections multiples de carburant dans les cylindres du moteur pendant leur phase de détente. Les particules émises par le moteur au cours de son fonctionnement sont en effet piégées dans le filtre à particules. Il convient alors de régénérer ce- lui-ci régulièrement par combustion de ces particules. Les moyens de contrôle 17 sont également associés à des moyens de détermination de l'état d'activation du catalyseur d'oxydation 6 formés par le cal- culateur 18 de ceux-ci, pour, lors de la régénération du filtre, adapter de façon continue les conditions de déroulement de la phase d'injections multiples de car- burant dans les cylindres du moteur afin de tenir compte de l'état d'activation du catalyseur. Ceci est réalisé en commandant le phasage et/ou la quantité de carbu- rant injecté lors des injections multiples pour adapter de façon continue la quan- tité d'hydrocarbures produite lors de cette phase par le moteur, au niveau d'activité du catalyseur et optimiser le fonctionnement de celui- ci, par pilotage du système d'alimentation en carburant 8. Une surveillance en continu du niveau d'activité du catalyseur permet donc de commander en continu le phasage et/ou la quantité de carburant injecté pour optimiser en continu le fonctionnement du catalyseur et donc la température au sein de ce catalyseur en évitant toute dégradation de celui-ci, du filtre à parti- cules ou encore du moteur et toute production de fumées ou d'odeurs. L'état d'activation du catalyseur 6 peut être déterminé par le calcula- teur 18 par exemple à partir des informations délivrées par les capteurs de tem- pérature 21 en entrée du catalyseur et 22 en sortie de celui-ci, de façon classi- que. De préférence, le calculateur 18 est associé à une modélisation numé- rique intégrée du catalyseur pour connaître son état d'activité à partir des infor- mations fournies par les capteurs. Bien entendu, d'autres moyens peuvent être utilisés comme par exemple des moyens d'analyse de la composition chimique des gaz d'échappement en entrée et en sortie de ce catalyseur. Comme cela a été indiqué précédemment, le calculateur 18 est asso- cié à des capteurs permettant de relever des informations relatives aux condi- tions d'utilisation du véhicule comme par exemple sa vitesse, la position de la pédale d'accélérateur, le régime de rotation du moteur, etc... Ce calculateur 18 est alors adapté pour analyser ces informations afin d'identifier un type de roulage du véhicule et déterminer si celui-ci est ou non fa- vorable au déroulement de la régénération. On sait en effet que l'augmentation de la température des gaz d'échappement et la température atteinte naturellement par ceux-ci sont plus im- portantes si le moteur du véhicule est utilisé sur un point de fonctionnement chargé. Le calculateur est alors adapté pour détecter un tel type de roulage favorable, comme par exemple sur autoroute. Ce calculateur est en effet adapté pour identifier un type de roulage actuel du véhicule parmi des types de roulage en ville, sur route, en montage ou sur autoroute, en calculant un critère de roulage instantané du véhicule selon la relation Cr inst = V(1 + k Pp) Avec Cr inst: Critère de roulage instantané V: Vitesse du véhicule Pp Position de la pédale d'accélérateur K: Facteur de correction. Ce critère de roulage instantané est alors lissé et comparé par le cal- culateur à des seuils prédéterminés correspondant aux différents types de rou- lage afin de déterminer le type de roulage actuel, comme cela est illustré sur la figure 2. En fonction du type de roulage actuel détecté, la régénération du filtre à particules est déclenchée ou non par le calculateur selon que celui-ci est favo- rable ou non à cette régénération. Ainsi, si le véhicule roule sur autoroute, on sait que les conditions se- ront optimales pour la régénération du filtre dans la mesure o le moteur est chargé. Ceci permet d'améliorer le taux de réussite de la régénération et de diminuer la surconsommation induite par exemple par la post-injection. Le critère de roulage instantané peut par exemple être obtenu par fil- trage ou calcul d'une moyenne glissante sur une période de temps T. Bien entendu, d'autres variantes de réalisation peuvent être envisa- gées, par exemple en modifiant les paramètres pris en compte pour le calcul du critère instantané. A partir du critère de roulage instantané, le calculateur 18 est adapté pour construire un historique des conditions d'utilisation du véhicule et pour dé- clencher le stockage de celui-ci dans les moyens 19. Cet historique permet de calculer la probabilité de rencontrer des conditions d'utilisation du véhicule plus favorable que les conditions d'utilisation actuelles. Ces informations statistiques sur les conditions d'utilisation du véhicule donnent une indication sur l'opportunité de différer ou non le déclenchement de la régénération. Une indication statistique favorable autorise un report de ce dé- clenchement dans le cas o les conditions à court terme ne sont pas favorables. Une indication statistique défavorable interdit par contre un report de ce déclenchement dans le cas o les conditions à court terme sont favorables. La construction de l'historique est donc réalisée par le calculateur qui est adapté pour calculer une distribution actuelle de types de roulage DA suivant la relation da, da2 DA= da3 daN avec dax qui représente le nombre d'occurrences pour un type de roulage donné, et'N le nombre de types de roulage différents possibles, puis pour calculer la probabilité d'avoir un type de roulage donné sur un nombre d'événements donné afin de mettre à jour une distribution historique DH selon la relation: DH(n+1) = oc DH(n) + (1-cx)DAnorm Avec o: Facteur d'oubli, coE[0,1] DH: Distribution historique DAnorm: Distribution actuelle normalisée (probabilité) et enfin pour calculer une probabilité P que le véhicule adopte un type de roulage plus favorable que le type actuel, selon la relation N P= EDH, RoulActu+l avec DH qui représente la distribution historique et RoulActu, le type de roulage actuel parmi les N types de roulage possibles. Les informations de types de roulage construites par exemple à partir d'informations relatives à la charge et au régime de rotation du moteur, repré- sentent des utilisations du véhicule telles que des utilisations en ville, sur route ou autoroute, etc... A chaque type d'utilisations correspond un taux de réussite et/ou un coût de régénération. DH représente donc la probabilité d'apparition du type de roulage spé- cifique i sur une période fonction de ca et de la période de rafraichissement de la distribution actuelle (DAnorm). Comme cela est illustré sur la figure 3, un facteur d'oubli faible fait évoluer rapidement la distribution historique en fonction de la distribution actuelle, c'est à dire que l'historique est faible. Inversement, un fac- teur d'oubli important favorise l'historique (DH évolue lentement). On conçoit alors que grâce à une telle structure, on optimise le dé- clenchement de la régénération. REVENDICATIONS 1. Système d'aide à la régénération d'un filtre à particules intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens (18) d'acquisition d'informations relatives aux conditions d'utilisation du véhicule, et des moyens (18) d'analyse de ces informations pour identifier un type de roulage actuel du véhicule, associés à des moyens (19) de stockage d'un historique des conditions d'utilisation du véhicule et à des moyens (18) de calcul d'informations statistiques relatives à la probabilité que le véhicule adopte un type de roulage plus favorable au déclenchement d'une régénération du filtre que le type de roulage actuel, afin de retarder en conséquence ce déclenchement. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (18) sont adaptés pour identifier un type de roulage actuel du véhicule parmi des types de roulage en ville, sur route, en montage ou sur auto- route. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (18) sont adaptés pour calculer un critère de roulage instantané du vé- hicule, selon la relation: Cr inst = V(1 + k Pp) Avec Cr inst: Critère de roulage instantané V: Vitesse du véhicule Pp: Position de la pédale d'accélérateur K: Facteur de correction, pour lisser ce critère de roulage instantané et pour le comparer à des seuils pré- déterminés correspondant aux différents types de roulage afin de déterminer le type de roulage actuel. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (18) sont adaptés pour piloter le fonctionnement de moyens (14) d'alimentation commune en carburant des cylin- dres du moteur afin de déclencher la phase de régénération du filtre à particules par combustion des particules piégées dans celui-ci, en enclenchant une phase d'injections multiples de carburant dans les cylindres du moteur pendant leur phase de détente. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moteur est associé à différents organes parmi lesquels des moyens (2) d'admission d'air dans le moteur, des moyens (3) de recyclage de gaz d'échappement du moteur en entrée de celui-ci, un turbocompresseur (5), un catalyseur d'oxydation (6) dis- posé en amont du filtre à particules (7) dans la ligne d'échappement, et des moyens (16) pour abaisser la température de combustion des particules piégés dans celui-ci. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de calcul (18) sont adaptés pour calculer une distribution actuelle de types de roulage DA suivant la relation: da1 da2 DA = da3 daN avec dax qui représente le nombre d'occurrences pour un type de roulage donné, et N le nombre de types de roulage différents possibles, puis pour calculer la probabilité d'avoir un type de roulage donné sur un nombre d'événements donné afin de mettre à jour une distribution historique DH selon la relation DH(n+1I) = a DH(n) + (1-cx)DAnorm Avec ox Facteur d'oubli, cxE[0,1] DH: Distribution historique DAnorm: Distribution actuelle normalisée (probabilité) et enfin pour calculer une probabilité P que le véhicule adopte un type de roulage plus favorable que le type actuel, selon la relation: N P= -DH, RoulActu+l avec DH qui représente la distribution historique et RoulActu, le type de roulage actuel parmi les N types de roulage possibles. 7. Système selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation commune comprennent un système d'alimentation à rampe commune à haute pression d'alimentation des cylindres du moteur. 8. Système selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation commune comprennent des injecteurs-pompes. 9. Système selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens pour abaisser la température de combustion des particules comprennent des moyens (16) d'ajout au carburant d'un additif destiné à se déposer sur le filtre à particules. 10. Système selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le filtre à particules est un filtre catalysé.