Brevet FR2840644A1 — publié le 20031212

gaz d'echappement. L' invention concerne un procede destine a la determination d'un etat de charge d'un filtre de particules a revetement catalytique diun moteur a combustion interne, notamment d'un moteur diesel, qui est alimente par les gaz d'echappement du moteur a combustion interne. Il est connu d'utiliser des filtres de particules pour ['elimination de particules solides contenues dans les gaz d'echappement de moteurs a combustion interne, notamment pour l 'elimination de composes de noir de carbone contenus dans les gaz d'echappement de moteurs diesel, afin que celles-ci ne puissent pas parvenir dans l'environnement. Les filtres de particules remplissent par ailleurs la fonction de proteger un catalyseur place en aval contre des impuretes qui pourraient deteriorer ce dernier, ou du moins affecter son efficacite. Pour le maintien de leur capacite de fonctionnement, des filtres de particules doivent etre soumis a intervalles reguliers a un processus de regeneration afin de retablir une capacite de charge initiale. Differentes methodes de regeneration vent connues a cet effet. Dans le cas de la regeneration thermique, la temperature du filtre de particules diesel est augmentee a un point tel que les particules accumulees dans le filtre s'enflamment et brulent. L' elevation de la temperature est par exemple obtenue par le chauffage d'une zone dans la partie initiale du filtre de particules. Une autre methode consiste en une elevation de la temperature des gaz d'echappement, qui peut etre effectuee, soit par le chauffage d'un flux de gaz d'echappement en amont du filtre de particules au moyen diun dispositif de chauffage, soit par une influence appropriee exercee sur l'etat de marche du moteur, par exemple une reinjection, une modification de la position d'un clapet d'etranglement et/ou une modification d'un taux de recyclage de gaz d'echappement. La regeneration peut par 3s ailleurs etre effectuee a l 'aide d'un additif, un additif dose ajoute au carburant ou une injection d'additif en amont du filtre de particules provoquant une reduction de la temperature d' inflammation du noir de carbone, ou le filtre de particules diesel est revetu d'un catalyseur approprie. Une commande de la regeneration d'un filtre de particules peut fonctionner de facon passive ou active. Dans le cas de la realisation passive, une charge elevee en particules du filtre conduit a une forte augmentation de la pression en amont du filtre, jusqu'a ce que la temperature lo des gaz d'echappement soit finalement portee a un niveau tel qu'une combustion spontanee des particules soit declenchee. L' augmentation extreme de la temperature des gaz d'echappement, et la combustion des particules se deroulant parfois tres brutalement lors de la regeneration fonctionnant de facon passive, representent un risque de deterioration irreversible du filtre de particules. Dans le cas de procedes simples fonctionnant de facon active, la regeneration du filtre a intervalles fixes est generalement basee sur un trajet parcouru ou sur une duree de fonctionnement du moteur a combustion interne. Le cycle des regenerations est en l' occurrence concu de telle sorte que la capacite de fonctionnement du filtre de particules soit assuree, meme dans des conditions de fonctionnement extremes dans lesquelles un rejet accru de noir de carbone est engendre. La regeneration est par consequent effectuee plus frequemment que ce qui serait necessaire pour une valeur de charge reelle du filtre. Cela conduit a une usure thermique amplifiee du filtre de particules, ainsi qu'a une consommation plus elevee de carburant. Avec les procedes connus, et a defaut de la connaissance de l'etat de charge reel du filtre de particules, le processus de regeneration est dans liensemble effectue, soit trop rarement, comme dans le cas du fonctionnement passif, soit trop frequemment, comme dans le cas du procede actif. Pour prendre connaissance de lietat de charge du filtre de particules, le document DE-A-199 61 159 propose de calculer a intervalles de temps predetermines une masse de noir de carbone passee pendant un intervalle de temps reel, et ce sur la base de la detection d'au moins un parametre de fonctionnement reel du moteur a combustion interne, et de calculer une charge integrale en noir de carbone du filtre de particules par la totalisation des masses de noir de carbone pendant les intervalles de temps. La necessite d'une regeneration peut ainsi etre decidee par une comparai son entre la charge integral e en noir de carbone calculee et une valeur de seuil predeterminee. Les flux massiques de noir de carbone necessaires pour le calcul de la masse de noir de carbone vent calcules en tent que fonction du ou des parametres de fonctionnement, a l' aide de modeles theoriques ou de valeurs empiriques qui vent repertoriees dans des courbes caracteristiques appropriees. Pour des filtres de particules diesel munis d'un revetement catalytiquement actif, la methode de calcul decrite ci-dessus de la charge en noir de carbone conduit a des resultats imprecis en raison des effete d'oxydes d'azote, NOx, contenus dans les gaz d'echappement. L'objectif de l' invention consiste par consequent a proposer un procede ameliore pour la determination de la charge, notamment de la charge en noir de carbone et en cendre, ainsi qu'un procede pour la regeneration et la maintenance d'un filtre de particules muni d'un revetement catalytique. L' invention propose a cet effet un procede comportant les phases suivantes: a) determination de la masse de noir de carbone accumulee de facon primaire dans le filtre de particules, b) determination de la masse de noir de carbone convertie dans le filtre de particules par une reaction avec du NO2 entre les particules accumulees et du NO2 engendre dans le filtre de particules diesel, et c) determination de l 'accumulation integrale de noir carbone a partir des phases a) et b). L' invention propose egalement un procede destine a la regeneration et a la maintenance d'un filtre de particules a revetement catalytique d'un moteur a combustion interne, selon loquel une regeneration du filtre de particules est effectuee loreque laccumulation integrale de noir de carbone est superieure ou egale a une valeur de seuil predeterminee de charge en noir de carbone, et une maintenance du filtre de particules est demandee lorsque le residu de cendre dans le filtre de particules depasse une valeur de seuil de cendre. La masse de noir de carbone accumulee de facon primaire peut notamment etre determinee a partir d'un champ caracteristique. Pour la determination de la masse de noir de carbone convertie par la reaction entre des particules accumulees et du NO2 engendre, il est en outre possible de calculer la proportion en NO2 qui est engendree dans le f il tre de part icul es a revetement catalyt ique par le NO engendre par le moteur et entralne dans le filtre de particules, la proportion en NO2 etant calculee dans un mode de realisation prefere a partir diun champ caracteristique. A partir de la proportion en NO2 engendree dans le filtre de particules, il est de preference calcule une proportion active en NO2 pour la reaction entre des particules accumulees et du NO2 engendre, qui tient compte de la reduction de cette reaction due au SO2 contenu dans les gaz d'echappement. Dans un autre mode de realisation prefere, le residu de cendres subsistent apres une regeneration du filtre de particules est integre en tent que fonction du nombre de regenerations effectuees. Il est de ce fait avantageusement possible de generer par exemple un signal de maintenance, par lequel le proprietaire du vehicule est informe dans le cadre d'un OBD (On Board Diagnosis) que le filtre de particules ne sera bientot plus en etat de fonctionner en raison des residue de cendres, et qu'il convient par consequent de proceder a une maintenance. Un mode de realisation prefere de l' invention est explique ci-apres en detail a ['aide diun filtre de particules destine a un moteur a combustion interne diesel. Dans le cas de moteurs a combustion interne diesel, le NO2 contenu dans les gaz d'echappement conduit dans le filtre de particules a une combustion du carbone accumule en monoxyde de carbone, ce qui signifie qu'une reaction a lieu, qui consomme une partie du noir de carbone accumule dans le filtre de particules diesel. Dans le cas de filtres lo de particules diesel revetus, une proportion plus elevee en NO est oxydee en NO2, qui est consommee pour la conversion des particules, que s'il etait par exemple engendre a partir du NO contenu dans les gaz d'echappement bruts par l'intermediaire d'un catalyseur d'oxydation diesel place en amont. Cela est du au fait que du NO2 contenu dans le filtre de particules diesel est reproduit selon la formule suivante: 2 NO + O2 NO2 Le NO2 ainsi engendre dans le filtre de particules diesel reagit a nouveau avec le C accumule: NO2 + C -> CO + NO moyen par loquel la charge en noir de carbone du filtre de particules est reduite. Lors d'une generation separee de NO2, se deroulant par 2s exemple dans un pre-catalyseur, la proportion active de NO2 pour la reaction entre des particules accumulees et du NO2 engendre serait de 50 % maximum, dans le cas d'un filtre de particules diesel revetu de metal precieux, cette proportion est comprise entre 50 et 99 %. Pour la detection de l 'accumulation de noir de carbone dans le filtre de particules diesel, il est opportun de determiner ['accumulation de noir de carbone pour un filtre de particules diesel revetu, de telle sorte que - a partir d'un champ caracteristique enregistre auparavant, la teneur en noir de carbone entralnee de facon primaire dans le filtre de particules diesel soit integree (somme_C_primaire), - a partir d'un champ caracteristique enregistre auparavant, soit calculee la proportion en NO2 qui est s formee dans le filtre de particules diesel revetu a partir du NO engendre par le moteur (f_NO2), - compte tenu de l 'inhibition de cette reaction entre des particules accumulees et du NO2 engendre, due a du SO2, du CO ou des hydrocarbures contenus dans les gaz d'echappement, la proportion active en NO2 corrigee soit calculee (f_NO2*), et - compte tenu du rapport ideal NO2/C pour la reaction entre des particules accumulees et du NO2 engendre, la teneur en noir de carbone convertie dans le filtre de particules diesel avec du NO2 soit calculee (f_CRT). Il en resulte ['accumulation integrale de noir carbone dans le filtre de particules diesel revetu somme_C_DPF par rapport a: somme_C_DPF = somme_C_primaire - f_CRT avec f_CRT = f_NO2* À somme_C_primaire, et somme_C_DPF = (l - f_NO2*) À somme_C_primaire. La proportion en SO2, qui inhibe la reaction entre des particules accumulees et du NO2 engendre, peut etre 2s parametree a partir de donnees du carburant ou generee a partir d'un detecteur de carburant. La proportion active de NO2, designee ci-dessus par f_NO2*, peut alors etre determinee a partir de donnees enregistrees dans le champ caracteristique, telles que la temperature des gaz d' echappement, le flux volumique des gaz d' echappement et la temperature du filtre de particules diesel. L' accumulation integrale de noir carbone dans le filtre de particules diesel, qui peut etre calculee de cette facon, est de ce fait une grandeur pour la masse de 3s noir de carbone pouvant bruler qui s'est accumulee dans le filtre de particules diesel, et sert de base pour la demande de declenchement d'une regeneration. En d'autres termes, des que l 'accumulation integrale de noir carbone depasse une valeur de seuil predeterminee de noir de carbone, une regeneration du filtre de particules est declenchee, et les particules de noir de carbone accumulees dans le filtre de particules vent brulees selon l'un des procedes connus, et exposes ci-dessus. La combustion de la charge accumulee du filtre de particules n'est cependant pas totale car, outre la masse de noir de carbone pouvant etre brulee, une teneur en cendre augmentant avec le nombre de regenerations effectuees s'accumule dans le filtre de particules diesel. Cette proportion de cendre ne peut pas etre brulee, et encrasse de plus en plus le filtre de particules diesel. Afin de pouvoir definir un moment pour la maintenance du filtre de particules diesel, cette proportion de cendre provenant des regenerations doit egalement etre integree en tent que residu de cendre. Cela signifie qu'un signal de maintenance est par exemple genere lorsque le residu de cendre depasse un seuil predetermine. La cendre dans le filtre de particules diesel peut provenir de plusieurs sources: - de proportions imbrulees du carburant diesel (f_CD) - de proportions imbrulees de lihuile de lubrification (f_Huile) - d'abrasion metallique (f_AM), et - de sels provenant de la combustion de l'additif eventuellement ajoute au carburant (f_Add). La proportion integrale de cendre somme_cendre peut etre determinee approximativement de deux manieres: Le residu moyen non combustible cendre_R de la cendre accumulee dans le filtre de particules diesel est exprime en tent que proportion de l 'accumulation integrale de noir de carbone accumule, et est exprime par un facteur f_R. Exprime en d'autres termes: Cendre_R = f R À somme C DPF_ _ La proportion integrale de cendre sur un nombre i de regenerations somme_cendre resulte alors de l' integration du residu de cendre_R pour le nombre i de regenerations, i etant un nombre entier: Somme cendre = f R somme C DPF _ _ _ _ 2.) Integration detaillee des differentes teneurs en cendre en fonction de leurs sources: Pour une prise en compte possible de differentes teneurs en cendre, la proportion en cendre f_Add provenant d'additifs, ainsi que la proportion en cendre provenant du carburant diesel f_CD, vent notamment appropriees. Celles-ci peuvent etre integrees a partir de la consommation de carburant qui est accessible par l'intermediaire de champs caracteristiques, qui est a determiner par l'intermediaire de la masse injectee en carburant diesel CD et de la consommation d'additif. La consommation d'huile ainsi que l 'abrasion metallique vent plus difficiles a detecter. Celles-ci peuvent cependant etre determinees, au moins approximativement, a partir de mesures d' usure et de consommation d' huile, ainsi que d'une detection de charge et de la correlation avec les champs caracteristiques d'usure et de consommation d'huile enregistres a cet effet. Grace aux mesures precitees, l'etat de charge d'un filtre de particules a revetement catalytique peut etre determine de facon precise. De ce fait, le moment de la regeneration du filtre de particules peut etre determine de facon plus precise, ce qui conduit a une contrainte thermique plus faible du filtre de particules et a une reduction de la consommation de carburant. L'etat de charge en cendre du filtre de particules peut en outre etre determine, de sorte qu'une definition plus precise de l'intervalle de maintenance necessaire du filtre de particules soit possible. REVENDI CAT I ONS 1. Procede destine a la determination de la charge d'un filtre de particules a revetement catalytique d'un moteur a combustion interne, qui est alimente par les gaz d'echappement du moteur a combustion interne, le procede etant caracterise en ce qutil comporte les phases suivantes: a) determination de la masse de noir de carbone accumulee de facon primaire dans le filtre de particules, b) determination de la masse de noir de carbone convertie dans le filtre de particules par une reaction avec du NO2, entre des particules accumulees et du NO2 engendre, et c) determination de l' accumulation integrale de noir carbone a partir des phases a) et b). 2. Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que la masse de noir de carbone accumulee de facon primaire est determinee a partir d'un champ caracteristique. 3. Procede selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que, pour la determination de la masse de noir de carbone convertie par la reaction entre des particules accumulees et du NO2 engendre, on calcule la proportion de NO2 qui est engendree dans le filtre de particules a revetement catalytique, a partir du NO engendre par le moteur et entralne dans le filtre de particules. 4. Procede selon la revendication 3, caracterise en ce que la proportion de NO2 est calculee a partir d'un champ caracteristique. 5. Procede selon la revendication 3 ou 4, caracterise en ce que, a partir de la proportion de NO2 engendree dans le filtre de particules, on calcule une proportion active de NO2 pour la reaction entre des particules accumulees et du NO2 engendre, qui tient compte de la reduction de la reaction entre des particules accumulees et du NO2 engendre, due au SO2, au CO et aux hydrocarbures contenus dans les gaz d'echappement. 6. Procede selon la revendication 5, caracterise en ce que la proportion de SO2 contenue dans les gaz d'echappement est parametree a partir de donnees du carburant ou generee a partir d'un detecteur de carburant. 7. Procede selon la revendication 5 ou 6, caracterise en ce que la proportion active de NO2 est determinee a partir de donnees enregistrees dans un champ caracteristique, telles que par exemple la temperature des gaz d' echappement, le flux volumique des gaz d' echappement et la temperature du filtre de particules diesel. S. Procede selon la revendication 1 ou 2, caracterise en ce que la proportion active de NO2 est determinee a partir d'une mesure avec une sonde appropriee d'oxyde d'azote, ainsi que d'une mesure de la temperature d' entree des gaz d'echappement en amont du filtre de particules diesel ou d'une combinaison d'une mesure avec des donnees enregistrees auparavant d'un champ caracteristique. 9. Procede selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que la proportion de noir de carbone convertie par la reaction entre des particules accumulees et du NO2 engendre est calculee compte tenu du 2s rapport ideal NO2/C. 10. Procede selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que le residu de cendre subsistent apres une regeneration du filtre de particules est integre en tent que fonction du nombre de regenerations effectuees. 11. Procede selon la revendication 10, caracterise en ce que le residu de cendre par regeneration est determine en tent que fonction de la masse integrale de noir de carbone. 12. Procede selon la revendication 11, caracterise en ce que le residu de cendre par regeneration est determine en tent que proportion moyenne de la masse integrale de noir de carbone. 13. Procede selon la revendication 10, caracterise en ce que le residu de cendre par regeneration est determine a partir de l' integration proportionnelle des differents composants incombustibles de la charge du filtre de particules. 14. Procede selon la revendication 13, caracterise en ce que les differents composants incombustibles de la cendre vent constitues d'un ou de plusieurs elements de la quantite d'additif utilisee pour favoriser la combustion du noir de carbone, du carburant diesel, de l'huile de lubrification ainsi que de l' abrasion metallique. 15. Procede destine a la regeneration et a la S maintenance d'un filtre de particules a revetement catalytique d'un moteur a combustion interne, caracterise en ce que l'on effectue une determination de ['accumulation integrale de noir de carbone et du residu de cendre selon l'une quelconque des revendications precedentes, et une regeneration du filtre de particules, loreque l 'accumulation integrale de noir de carbone est superieure ou egale a une valeur de seuil predeterminee de charge en noir de carbone, et en ce qu'une maintenance du filtre de particules est demandee loreque le residu de cendre dans le filtre de particules depasse une valeur de seuil de cendre. 16. Procede selon la revendication 15, caracterise en ce que la demande de maintenance est effectuee par le declenchement d'un signal de maintenance qui est transmis a