Brevet FR2835565A1 — publié le 20030808

La présente invention est relative à un procédé de décolmatage, par chauffage, d'un filtre à particules destiné à purifier des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile. Un filtre à particules comporte classiquement des structures poreuses en nid d'abeille formant des corps filtrants pour la filtration des particules émises par les véhicules Diesel. Généralement, ces corps filtrants sont en céramique (cordiérite, carbure de silicium,...). Ils peuvent être monolithiques ou bien constitués de différents blocs. Dans ce dernier cas, les blocs sont assemblés entre eux par collage au moyen d'un ciment céramique. Le tout est ensuite usiné pour lui conférer la section souhaitée, ronde ou ovoïde en général. Le corps filtrant résultant peut comporter une pluralité de canaux, obturés à l'une ou l'autre de leurs extrémités, qui peuvent avoir, en section transversale, des formes et des diamètres différents. Le corps filtrant est généralement inséré dans une enveloppe métallique, par exemple comme décrit dans FR-A-2 789 327. Au cours de l'utilisation, des suies s'accumulent dans les canaux du corps filtrant, en particulier dans les canaux d'entrée, ce qui augmente la perte de charge due au corps filtrant et altère ainsi les performances du moteur. Pour cette raison, le corps filtrant doit être régénéré régulièrement (par exemple tous les 500 kilomètres). La régénération, ou décolmatage , consiste à oxyder les suies. Pour ce faire, il est nécessaire de chauffer le filtre. En effet, la température d'autoinflammation des suies est de l'ordre de 600 C dans des conditions de fonctionnement classiques alors que la température des gaz d'échappement n'est, en moyenne, que de l'ordre de 300 C. Il est possible, cependant, d'ajouter des additifs dans le carburant qui permettent de catalyser la réaction d'oxydation des suies et d'abaisser la température d'auto-inflammation de 150 C environ. Le chauffage peut concerner les gaz d'échappement, le corps filtrant ou bien même directement les suies. Différentes techniques ont été développées. Une approche récente consiste à chauffer localement, en amont du corps filtrant, de manière à initier la combustion qui se propage alors progressivement dans l'ensemble du corps filtrant. Ce type de technique est par exemple décrit dans FR A 2 771 449 ou DE-A-19530749. Les moyens de chauffage sont généralement reliés à une source d'alimentation en énergie électrique du véhicule. Ils peuvent comporter des bougies céramiques, par exemple des bougies de préchauffage pour moteur Diesel, de simples résistances électriques, ou encore des allumeurs céramiques, comme décrits dans la demande de brevet français ? 0013998 déposée le 31 octobre 2000 par la Demanderesse. Le régime moteur peut varier considérablement entre le déclenchement du processus de régénération, c'est-àdire la commande de la mise en marche des moyens de chauffage, par exemple l'allumage des allumeurs céramiques, et le moment où les suies s'enflamment effectivement. Or une variation de régime peut fortement dégrader cette efficacité. Le but de l'invention est de fournir un procédé de décolmatage permettant de limiter cette dégradation de l'efficacité de la régénération du filtre. On atteint ce but au moyen d'un procédé de décolmatage, par chauffage, d'un filtre à particules destiné à purifier des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, en particulier d'un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile, remarquable en ce qu'on commande la mise en marche de moyens de chauffage dudit filtre quand ledit moteur délivre un couple moteur inférieur à un seuil bas prédéterminé. On a constaté en effet que, dans ces conditions de fonctionnement du moteur, l'inflammation des suies accumulées dans le corps filtrant du filtre et la propagation de la combustion de ces suies étaient peu influencées par le régime du moteur. En gérant les moyens de chauffage selon l'invention, on assure donc une régénération efficace du filtre, sensiblement indépendamment des variations du régime du moteur. Selon d'autres caractéristiques du procédé selon l'invention, - on commande la mise en marche desdits moyens de chauffage pendant un fonctionnement au ralenti dudit moteur ou en l'absence de combustion dans ledit moteur ; - ledit seuil bas est inférieur ou égal à 10% du couple moteur maximal dudit moteur ; - on commande la mise en marche desdits moyens de chauffage après délivrance par ledit moteur d'un couple moteur supérieur à un seuil haut pendant au moins une durée prédéterminée ; - ledit seuil haut est supérieur ou égal à 30% du couple moteur maximal dudit moteur ; - ladite durée prédéterminée est supérieure ou égale à une minute ; - on commande la mise en marche desdits moyens de chauffage après détection d'une masse minimale de suies dans ledit filtre ; - on commande la mise en marche desdits moyens de chauffage au plus tard une minute après que ledit moteur a commencé à délivrer un couple moteur inférieur audit seuil bas ; - on maintient en marche lesdits moyens de chauffage pendant au moins 5 secondes après ladite mise en marche ; - on évalue ledit couple moteur délivré par ledit moteur, par mesure d'une position d'une pédale d'accélérateur. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé de décolmatage, ledit dispositif comportant des moyens de chauffage dudit filtre, des moyens de commande desdits moyens de chauffage et un calculateur de gestion desdits moyens de commande. Ce dispositif est remarquable en ce qu'il comporte en outre des moyens de détection de la délivrance par ledit moteur d'un couple moteur inférieur à un seuil bas prédéterminé, ledit calculateur commandant la mise en marche desdits moyens de chauffage en réponse à ladite détection. Selon d'autres caractéristiques du dispositif selon l'invention, - lesdits moyens de chauffage sont disposés de manière à chauffer, par contact direct, des particules déposées sur un corps filtrant dudit filtre ; - lesdits moyens de chauffage comportent au moins un allumeur céramique ; - des points chauds desdits moyens de chauffage sont disposés à l'intérieur dudit corps filtrant dudit filtre ; - le dispositif comporte des moyens de détection de la rotation dudit moteur. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à travers du dessin annexé dans lequel la figure unique représente schématiquement un dispositif selon l'invention, dans un mode de réalisation préféré de l'invention. Le dispositif selon l'invention représenté sur la figure 1 comporte des allumeurs céramiques 1 disposés de manière à pouvoir chauffer un filtre à particules F destiné à purifier des gaz d'échappement G d'un moteur à combustion interne M d'un véhicule V. Les allumeurs céramiques peuvent également être disposés de manière à chauffer directement les gaz G ou les suies. Les allumeurs céramiques 1 sont de petites pièces qui, lorsqu'elles sont traversées par un courant électrique, sont localement portées à une température très élevée (1200 à 1400 C). Ces allumeurs sont habituellement constitués d'un matériau céramique hautement résistif tel que le carbure de silicium, parfois en mélange avec d'autres composants céramiques. Des informations détaillées concernant la structure et la fabrication des allumeurs céramiques peuvent être trouvées dans les brevets des U. S. A. Nos. 5 191 508,5 085 804,5 045 237,4 429 003 et 3 974 106, tous propriété de la Société NORTON COMPANY. De préférence, les allumeurs céramiques 1 sont disposés de manière à chauffer des particules déposées sur un corps filtrant du filtre. De préférence encore, les points chauds des allumeurs céramiques 1 sont disposés à l'intérieur du corps filtrant du filtre F. Un tel positionnement permet avantageusement une transmission efficace de l'énergie calorifique aux suies accumulées dans le corps filtrant du filtre F. Pour une information plus détaillée sur la disposition des allumeurs céramiques, on pourra se reporter à la demande de brevet français ? 0013998. L'invention n'est cependant pas limitée au seul chauffage par contact direct des moyens de chauffage avec les particules formant la suie. Le chauffage peut en effet concerner les gaz d'échappement ou le corps filtrant. Les allumeurs céramiques 1 sont reliés par des fils électriques 3 à des moyens de commande 5 destinés à les alimenter sélectivement avec un courant électrique d'allumage. Selon l'invention, ce dispositif comporte en outre un calculateur 7 de gestion des moyens de commande 5 et des moyens d'évaluation 9 du couple moteur délivré par le moteur M, par exemple par mesure de la position d'une pédale d'accélérateur 10. Les moyens d'évaluation 9 du couple moteur sont relié par une ligne 11 au calculateur 7 de gestion. De préférence, le dispositif selon l'invention comporte encore des moyens 13 de mesure du degré de colmatage du filtre F et des moyens 15 de détection de la rotation du moteur M, transmettant leurs données au calculateur 7 par des lignes 17 et 19, respectivement. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant. Les moyens 13 de mesure du degré de colmatage du filtre F détectent un degré de colmatage nécessitant le déclenchement d'une opération de régénération et en informent le calculateur 7. Avantageusement, avant de commander l'allumage des allumeurs céramiques 1, le calculateur 7 vérifie que les conditions a) et b) suivantes sont remplies : a) Le moteur M tourne, ce qui permet de renouveler l'air dans le filtre F. En effet, faute de renouvellement de l'air, la combustion des suies s'arrêterait rapidement. Le calculateur 7 est informé par les moyens 15 de l'état tournant ou non tournant du moteur M. b) Le filtre est chaud, c'est-à-dire que sa température dépasse une température minimale. De préférence, le calculateur 7 considère que cette dernière condition est remplie quand le moteur M vient de fournir un couple moteur supérieur à un seuil haut Chaut prédéterminé, pendant une durée prédéterminée, par exemple pendant un roulage de quelques kilomètres du véhicule V. Le seuil haut Chaut est de préférence fixé à une valeur supérieure ou égale à 30% du couple moteur maximal Ca, que peut fournir le moteur M. La durée prédéterminée est de préférence d'au moins une minute. Selon l'invention, quand les deux conditions a) et b) sont remplies, le calculateur 7 attend qu'une troisième condition c) soit remplie, à savoir que le moteur M délivre un couple moteur inférieur à un seuil bas Cbas prédéterminé. De préférence, le seuil bas Cbas est inférieur ou égal à 10% du couple moteur maximal Cmax. Le moteur M délivre un couple moteur inférieur au seuil bas Cbas notamment dans deux situations principales : l'absence de combustion et le fonctionnement en régime de ralenti. On appelle absence de combustion dans le moteur, les phases de fonctionnement de ce moteur, pendant lesquelles aucune combustion ne se produit dans aucun des cylindres de ce moteur. Dans un véhicule propulsé par un moteur à combustion interne, ces phases se produisent notamment lors d'une coupure d'injection de carburant, lorsque le conducteur du véhicule cesse d'appuyer sur la pédale de l'accélérateur 10. Dans un véhicule hybride thermique- électrique , ces phases peuvent également se produire quand le moteur électrique fournit toute la puissance de propulsion du véhicule. Pour régénérer le filtre F, il conviendra néanmoins de maintenir le moteur thermique M tournant, conformément à la condition a). Les moyens d'évaluation 9 fournissent au calculateur 7 une estimation du couple moteur délivré par le moteur M en fonction de la position de la pédale d'accélérateur 10. Cette estimation permet au calculateur 7 de déterminer quand le moteur M délivre un couple moteur inférieur au seuil bas Cbas ou supérieur au seuil haut Chaut. La condition c) selon laquelle le moteur M doit délivrer un couple moteur inférieur au seuil bas Cbas est requise préalablement à l'allumage des allumeurs céramiques afin que les gaz G s'échappant du moteur M et entrant dans le filtre F conservent une teneur élevée en oxygène, de manière à favoriser l'inflammation des suies présentes dans le filtre F et la propagation de la combustion à l'ensemble des suies du corps filtrant. Le plus rapidement possible après la réalisation de la condition c), de préférence au plus tard dans un délai d'une minute, le calculateur 7 provoque l'envoi, par les moyens de commande 5, d'un courant électrique d'allumage à travers les allumeurs céramiques 1. Dans une variante de l'invention, le calculateur 7 commande l'allumage des allumeurs céramiques 1 dés que la condition c) est remplie, sans avoir nécessairement préalablement contrôlé le degré de colmatage du filtre, sa température ou la rotation du moteur. La probabilité de l'inflammation des suies en est réduite, mais l'architecture du dispositif en est simplifiée. Les allumeurs céramiques 1 ont un temps de réponse très court. En effet, alors que les bougies classiques mettent de 10 à 40 secondes pour atteindre 1000 C, les allumeurs céramiques 1 ne mettent que 3 à 6 secondes pour atteindre la même température. Ceci est crucial puisque si le chauffage n'est pas suffisamment rapide, les suies ont tendance à se consumer sans flamme plutôt qu'à s'enflammer, ce qui gêne la propagation de la combustion. Les phases de fonctionnement du moteur pendant lesquelles il délivre un couple moteur inférieur au seuil bas Cbas durent en général quelques secondes, par exemple le temps pour le véhicule V de ralentir et de s'arrêter. Pour que ces quelques secondes suffisent à mettre en marche les moyens de chauffage et à enflammer les suies, il est avantageux que ces moyens aient un temps de réponse très court. Les allumeurs céramiques 1 sont donc particulièrement adaptés au procédé de gestion selon l'invention, d'autant plus qu'ils permettent un positionnement des points chauds à l'intérieur du corps filtrant. Le calculateur 7 maintient le courant électrique d'allumage à travers les allumeurs céramiques 1 pendant une durée prédéterminée, de préférence d'au moins 5 secondes. De préférence, le courant électrique d'allumage est maintenu pendant toute cette durée prédéterminée, même si entre temps le couple moteur fourni par le moteur M dépasse à nouveau le seuil bas Cbas. Le procédé selon l'invention est applicable avantageusement à tout moyen de chauffage, mais il l'est particulièrement pour les moyens de chauffage dont le temps de réponse permet d'enflammer les suies dans le laps de temps que dure une phase d'absence de combustion, c'est-à-dire, par exemple pour un véhicule thermique, dans une durée maximale d'environ une dizaine de secondes. La combustion des suies se prolonge jusqu'à ce qu'à ce que toutes les suies aient été consumées ou que les conditions de cette combustion ne soient plus réunies. Dans ce dernier cas, les suies s'éteignent d'elles-mêmes. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté, fourni à titre d'exemple illustratif et non limitatif. En particulier, elle n'est pas limitée à un type de filtre particulier. Par exemple, elle est applicable que le filtre F soit catalysé ou non. Elle s'étend également à des filtres traversés par des gaz d'échappement résultant de la combustion d'un carburant dans lequel a été ajouté un ou plusieurs additifs, notamment un additif destiné à catalyser la réaction d'oxydation des suies et/ou à abaisser leur température d'auto-inflammation. REVENDICATIONS 1. Procédé de décolmatage, par chauffage, d'un filtre à particules (F) destiné à purifier des gaz d'échappement (G) d'un moteur à combustion interne (M), en particulier d'un moteur à combustion interne équipant un véhicule automobile (V), caractérisé en ce qu'on commande la mise en marche de moyens de chauffage (1) dudit filtre (F) quand ledit moteur (M) délivre un couple moteur inférieur à un seuil bas (Cbas) prédéterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on commande la mise en marche desdits moyens de chauffage (1) pendant un fonctionnement au ralenti dudit moteur (M). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on commande la mise en marche desdits moyens de chauffage (1) en l'absence de combustion dans ledit moteur (M). 4. Procédé selon l'une des quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit seuil bas (Cbas) est inférieur ou égal à 10% du couple moteur maximal (Cmax) dudit moteur (M). S. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on commande la mise en marche desdits moyens de chauffage (1) après délivrance par ledit moteur (M) d'un couple moteur supérieur à un seuil haut (Chaut) pendant au moins une durée prédéterminée. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que' ledit seuil haut (Chaut) est supérieur ou égal à 30% du couple moteur maximal (Cmax) dudit moteur (M). 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite durée prédéterminée est supérieure ou égale à une minute. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on commande la mise en marche desdits moyens de chauffage (1) après détection d'une masse minimale de suies dans ledit filtre (F). 9. Procédé selon l'une des quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on commande la mise en marche desdits moyens de chauffage (1) au plus tard une minute après que ledit moteur (M) a commencé à délivrer un couple moteur inférieur audit seuil bas (Cbas)- 10. Procédé selon l'une des quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on maintient en marche lesdits moyens de chauffage (1) pendant au moins 5 secondes après ladite mise en marche. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on évalue ledit couple moteur délivré par ledit moteur (M), par mesure d'une position d'une pédale d'accélérateur (10). 12. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé de décolmatage conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, ledit dispositif comportant des moyens de chauffage (1) dudit filtre (F), des moyens de commande desdits moyens de chauffage (5) et un calculateur (7) de gestion desdits moyens de commande (5), caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de détection (9,10) de la délivrance par ledit moteur (M) d'un couple moteur inférieur à un seuil bas (Cbas) prédéterminé, ledit calculateur (7) commandant la mise en marche desdits moyens de chauffage (1) en réponse à ladite détection. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage (1) comportent au moins un allumeur céramique. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que lesdits moyens de chauffage (1) sont disposés de manière à chauffer, par contact direct, des particules déposées sur un corps filtrant dudit filtre (F). 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 13 à 14, caractérisé en ce que des points chauds desdits moyens de chauffage (1) sont disposés à l'intérieur dudit corps filtrant dudit filtre (F). 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (15) de détection de la rotation dudit moteur (M).