Brevet FR2853009A1 — publié le 20041001

PROCEDE DE REGENERATION D'UN FILTRE A PARTICULES ET DISPOSITIF DE MISE EN îUVRE D'UN TEL PROCEDE La présente invention concerne un procédé destiné 5 à la régénération d'un filtre à particules inséré dans un circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne. L'invention concerne également un dispositif 10 permettant la mise en oeuvre de ce procédé de régénération. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans 15 le domaine automobile. Le fonctionnement d'un moteur à combustion interne génère toujours des rejets de particules car la combustion d'un hydrocarbure n'y est jamais totalement 20 complète, et ce quelle que soit la nature du combustible utilisé. Ces particules solides, appelées communément suies, sont composées principalement de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés et sont véhiculés par les gaz d'échappement. Pour éliminer ce type de rejets et ainsi diminuer la pollution du moteur, il est connu d'utiliser un filtre à particules inséré dans le circuit d'échappement. Le principe est classique, une 30 filtration purement mécanique qui consiste schématiquement à piéger les particules au passage des gaz d'échappement, en les bloquant et en les stockant par l'intermédiaire d'une structure poreuse. Pour assurer le bon fonctionnement d'un filtre à particules, et éviter notamment son colmatage par les suies, il est nécessaire de procéder périodiquement à une régénération. Cette opération consiste à brûler les 5 particules accumulées sur le filtre en procédant à une élévation de la température des gaz d'échappement aux environs des 600'C. En effet, dans cette plage de températures et en présence d'oxygène, la combustion des suies s'effectue naturellement. Un tel 10 accroissement de température est généralement obtenu en dégradant le rendement du moteur à combustion interne par des moyens appropriés. Un procédé actuel consiste à retarder l'injection 15 principale de carburant d'un angle Ce type de procédé de régénération présente toutefois l'inconvénient d'être défini pour des conditions d'utilisation données, qui sont fixées lors du paramétrage des différents moyens permettant la mise en oeuvre dudit procédé, par exemple à l'aide d'un banc 10 moteur. L'élévation de température est en fait préprogrammée indépendamment des conditions réelles d'utilisation, et à ce titre elle ne prend notamment en compte que des valeurs déterminées pour les facteurs extérieurs susceptibles d'avoir un impact sur la 15 température d'échappement. Il est à noter que dans l'ensemble de ce texte, un facteur extérieur désigne tout paramètre ou grandeur physique qui est externe au bloc moteur proprement dit, 20 comme par exemple la contre-pression d'échappement ou la température d'air d'admission. La valeur effective de ce facteur extérieur est celle qui correspond aux conditions réelles d'utilisation du moteur au moment de la régénération. Sa valeur théorique est quant à elle 25 celle qui correspond aux conditions d'utilisation prises en compte lors du paramétrage de la régénération. Quoi qu'il en soit, la valeur effective de chacun 30 de ces facteurs extérieurs peut varier à l'usage de manière importante par rapport à sa valeur théorique. Ce type de facteur extérieur est par conséquent en mesure de modifier la température des gaz d'échappement dans des proportions toutes aussi significatives, que ce soit à la baisse ou à la hausse. Or la plage de températures de régénération est relativement étroite, notamment dans le cas d'un filtre à particules catalytique. On peut ainsi être amené à ne pas 5 régénérer le filtre si la température des gaz d'échappement est trop basse, par exemple inférieure à 5700C dans le cas d'un filtre catalytique. Si par contre la température venait à être trop élevée, par exemple supérieure à 6500C dans le cas d'un filtre à 10 particules catalytique, certains éléments du circuit d'échappement pourraient être détériorés. On pense par exemple à la partie active d'un filtre catalytique et/ou à la turbine d'un dispositif de suralimentation. Il est à noter que dans le cas particulier o une 15 turbine serait présente dans le circuit d'échappement, il apparaît indispensable de respecter la température maximale admissible avant ladite turbine. En effet, comme elle est positionnée dans la ligne d'échappement entre le moteur et le filtre à particules, la turbine 20 subit systématiquement des températures plus élevées que celles dudit filtre à particules. Or comme on est par ailleurs obligé d'avoir des températures relativement importantes au niveau du filtre à particules pour pouvoir le régénérer, cela signifie que 25 la turbine va devoir résister à des contraintes thermiques encore plus importantes. Or aujourd'hui, on a atteint les limites de ce que peut supporter une turbine de technologie actuelle, de sorte qu'il est impératif de bien maîtriser la température pour de pas 30 l'endommager. Aussi le problème technique à résoudre, par l'objet de la présente invention, est de proposer un procédé de régénération d'un filtre à particules fonctionnant dans un circuit d'échappement d'un moteur à combustion interne, le procédé consistant à retarder l'injection principale de carburant d'un angle La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que le procédé comporte par ailleurs les étapes consistant à : - déterminer la valeur effective d'au moins un facteur extérieur susceptible d'influer sur la 20 température d'échappement moteur, - modifier le retard d'injection principale On connaît l'influence de chaque facteur extérieur sur la température des gaz d'échappement. On sait faire 30 varier la température d'échappement par des réglages d'injection, notamment de l'angle d'injection. Par conséquent, on sait corriger le retard d'injection principale pour ramener la température des gaz d'échappement dans une plage optimale pour la régénération. Par ailleurs, on connaît l'influence de l'angle d'injection sur le couple moteur. On sait également moduler le couple moteur en fonction de la quantité de carburant injectée. Par conséquent, on sait 5 corriger la quantité de carburant injectée de manière à maintenir le couple moteur constant. L'invention telle qu'ainsi définie présente l'avantage de tenir compte des conditions réelles 10 d'utilisation pour générer une température de gaz d'échappement compatible avec la régénération du filtre à particules. Elle permet d'apporter des corrections par rapport à des réglages standards préprogrammés, pour compenser les effets induits par des facteurs 15 extérieurs susceptibles d'influer sur la température des gaz d'échappement, et ainsi maintenir ladite température à la valeur désirée. L'invention peut s'appliquer aux filtres à 20 particules aussi bien classiques que catalytiques, même si son intérêt s'avère plus significatif dans le cas des derniers cités. La régénération d'un filtre catalytique exige en effet une plage de température plus réduite et donc mieux maîtrisée, afin de préserver 25 le catalyseur d'oxydation dont il est imprégné et qui lui permet d'obtenir une combustion spontanée des suies à des températures plus faibles. Il est à noter qu'actuellement, les filtres à particules sont essentiellement utilisés dans les moteurs diesel mais 30 il est parfaitement possible qu'ils se généralisent un jour aux motorisations essences, notamment à injection directe. Selon une particularité de l'invention, lorsque la différence entre la valeur effective d'un facteur extérieur et sa valeur théorique est telle qu'elle tend à entraîner une diminution de la température des gaz 5 d'échappement, la seconde étape consiste à commander un retard d'injection principale (' supérieur au retard d'injection principale Selon une autre particularité de l'invention, lorsque la différence entre la valeur effective d'un facteur extérieur et sa valeur théorique est telle qu'elle tend à entraîner une augmentation de la température des gaz d'échappement, la seconde étape 15 consiste à commander un retard d'injection principale q'' inférieur au retard d'injection principale Selon un mode de mise en oeuvre actuellement préféré de l'invention, la détermination de la valeur effective d'un facteur extérieur susceptible d'influer sur la température d'échappement est réalisée au moyen d'un capteur de mesure. Mais selon une variante de l'invention, la détermination de la valeur effective d'un facteur extérieur susceptible d'influer sur la température d'échappement peut être réalisée au moyen d'un modèle 30 mathématique. De manière particulièrement avantageuse, un facteur extérieur pris en compte par le procédé selon l'invention est la contre-pression des gaz d'échappement. Conformément à une autre caractéristique 5 avantageuse du procédé selon l'invention, un facteur extérieur pris en compte est la température d'air d'admission. L'invention concerne également un dispositif 10 permettant la mise en oeuvre du procédé de régénération précédemment décrit. Il est remarquable en ce qu'il comporte: - des premiers moyens aptes à déterminer la valeur effective d'au moins un facteur extérieur susceptible 15 d'influer sur la température d'échappement moteur, - des seconds moyens aptes à modifier le retard d'injection principale p préprogrammé, en fonction de l'écart entre la valeur effective et la valeur théorique de chaque facteur extérieur, des troisièmes moyens aptes à modifier la quantité de carburant injectée de manière à maintenir le couple moteur constant. La présente invention concerne également les 25 caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 illustre schématiquement l'interdépendance entre un moteur à combustion interne doté d'un filtre à particules et son système de contrôle. La figure 2 représente un motif d'injection correspondant à un fonctionnement normal du moteur. La figure 3 fait apparaître un motif d'injection correspondant à un fonctionnement classique en cours de phase de régénération. La figure 4 montre un motif d'injection correspondant, en phase de régénération, à un premier type de correction conformément au procédé selon l'invention. La figure 5 illustre un motif d'injection 15 correspondant, en phase de régénération, à un second type de correction conformément au procédé selon l'invention. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont 20 été désignés par des références identiques. De même, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique. La figure 1 illustre un moteur à combustion interne qui est constitué, dans cet exemple particulier de réalisation, par un moteur à explosion 1 de type quatre cylindre turbo diesel. Quatre ensembles bielle/piston 2 coopérant respectivement avec quatre 30 injecteurs 3 ont en effet été représentés. On distingue également un collecteur d'admission 4 et un collecteur d'échappement 5 communiquant avec un filtre à particules 6. On remarque par ailleurs la présence d'un turbocompresseur 7 qui, de manière classique, se compose d'un compresseur 8 et d'une turbine 9. Un système de contrôle moteur 10 est également représenté. 5 Il comporte un calculateur d'injection 11, ainsi que différents capteurs et actionneurs respectivement symbolisés par des flèches rentrantes fl, f2, f3 et des flèches sortantes f4. Les informations susceptibles d'être mesurées par les capteurs peuvent être 10 *d'origines diverses: Vitesse de rotation du moteur (flèche f3), contre-pression échappement (flèche f2), température d'admission, position pédale (flèche fi) correspondant à la demande conducteur, etc. Les commandes contrôlées par le calculateur peuvent 15 également être multiples, et concerne par exemple le pilotage (flèche f5) des injecteurs 3. En entrée, le circuit d'admission est classiquement composé d'un filtre à air 20 chargé de 20 capter et de purifier l'air destiné à être admis dans le moteur 1, ainsi que d'un débitmètre 21 destiné à renseigner le calculateur 11 sur la quantité d'air frais qui entre dans ledit moteur 1. L'air d'admission est ensuite comprimé dans le compresseur 8 avant d'être 25 refroidi dans un échangeur thermique 22, puis d'atteindre le collecteur d'admission 4 via une vanne 23 de type EGR. Cette vanne 23, pilotée par calculateur 11, permet classiquement une recirculation des gaz du collecteur d'échappement 5 au collecteur d'admission 4. 30 Le circuit d'échappement est tout aussi classiquement composé du collecteur d'échappement 5 chargé de rassembler les gaz issus du fonctionnement du moteur 1, ainsi que de la turbine 9 destinée à mettre il en oeuvre le compresseur 8 grâce au passage desdits gaz d'échappement. On retrouve ensuite le filtre à particules 6 qui précède encore d'autres éléments de la ligne d'échappement, non représentés ici pour des 5 raisons de clarté. On pense surtout à des catalyseurs et autres silencieux. Le système de contrôle moteur 10, et plus précisément le calculateur 11, comporte tout d'abord 10 des premiers moyens qui sont en mesure de déterminer la valeur effective de la contre-pression des gaz d'échappement, c'est-à-dire la pression dans la ligne d'échappement entre le moteur 1 et le filtre à particules 6. Cette grandeur est variable car au fur et 15 à mesure que le filtre 6 se remplit, il devient de moins en moins perméable, de sorte que la pression en sortie moteur augmente. Dans cet exemple de réalisation, la détermination 20 de la valeur effective de la contre-pression des gaz d'échappement s'effectue au moyen d'un capteur de mesure connecté au calculateur 11. Le capteur de pression en question est ici placé entre la turbine 9 et le filtre à particules 6, mais il est bien évident 25 qu'il pourrait être positionné en tout autre endroit de la ligne d'échappement. Par ailleurs, selon une variante de réalisation, il serait parfaitement envisageable de quantifier la contrepression des gaz d'échappement par l'intermédiaire d'un modèle 30 mathématique mémorisé dans le calculateur 11. Un tel outil est en effet capable de reconstituer ce type d'information pertinente au moyen d'équations physiques et à partir d'informations de base. Le système de contrôle moteur, et plus précisément le calculateur 11, est en outre pourvu de seconds moyens qui sont chargés de modifier le retard d'injection principale cp préprogrammé, en fonction de 5 l'écart entre la valeur effective et la valeur théorique de la contre-pression des gaz d'échappement. C'est ici le calculateur l1 qui pilote les injecteurs 3. Or il connaît l'influence de la contre-pression sur la température des gaz d'échappement. Il sait par 10 ailleurs faire varier la température d'échappement en retardant plus ou moins l'injection. Par conséquent, le calculateur l1 est en mesure de ramener la température des gaz d'échappement dans la plage optimale de régénération. Le système de contrôle moteur, et plus précisément le calculateur 11, est enfin doté de troisièmes moyens qui sont aptes à modifier la quantité de carburant injectée de manière à maintenir le couple moteur 20 constant. Là encore, le calculateur il pilotant les injecteurs 3 connaît l'influence de l'angle d'injection sur le couple moteur et sait moduler ledit couple moteur en fonction de la quantité de carburant injectée. Par conséquent, le calculateur est 25 parfaitement capable de corriger la quantité de carburant injectée afin de maintenir le couple moteur constant. Les figures 2 à 5 constituent des schémas relatifs 30 à différents motifs d'injection applicables à un cylindre de moteur diesel. Ainsi, dans l'exemple particulier choisi ici pour illustrer l'invention, l'injection s'effectue sous forme de séquence. Elle se compose d'une pré-injection 30 qui, en injection normale, a uniquement pour but de diminuer le bruit moteur, ainsi que d'une injection principale 31 qui est destinée à réaliser le couple moteur demandé (flèche fl) par le conducteur. L'axe horizontal X correspond à 5 l'angle d'injection sur un cycle moteur et pour un cylindre. L'axe vertical Y marque quant à lui le passage au point mort haut, et constitue à ce titre un repère. La figure 2 illustre une séquence d'injection au cours d'un cycle normal de fonctionnement. On observe très bien que toute la séquence d'injection, regroupant la pré-injection 30a l'injection principale 31a, est réalisée dans cet exemple avant le passage au point 15 mort haut matérialisé par l'axe Y, c'est-à-dire dans la zone de rendement optimal. La figure 3 montre quant à elle une séquence d'injection retardée, du type de celle effectuée au 20 cours de la régénération du filtre à particules 6. On remarque que la séquence d'injection est ici complètement décalée après le point mort haut. On note cependant que les quantités de carburant injectées, symbolisées par la longueur des rectangles, ont un peu 25 augmenté par rapport à leurs homologues de la figure 2. En ce qui concerne la pré-injection 30b, cette augmentation est justifiée par des raisons de stabilité moteur. Pour l'injection principale 31b, il s'agit en fait de compenser la perte de couple moteur engendrée 30 par le décalage de l'injection dans une zone o le rendement moteur est moindre. Il est en effet impératif de répondre uniformément à la demande du conducteur en terme de couple moteur, que ledit moteur 1 soit en phase normal de fonctionnement ou en phase de régénération. La figure 4 représente une première séquence 5 d'injection retardée qui est corrigée conformément au procédé de régénération selon l'invention. Le retard de l'injection principale 31c est modulé en fonction de la valeur effective de la contre-pression des gaz d'échappement qui est ici supérieure à sa valeur 10 théorique. Cette particularité étant de nature à engendrer une augmentation de la température des gaz d'échappement, les seconds moyens ont commandé, d'une part, un retard d'injection principale À'' inférieur au retard d'injection principale y préprogrammé, et 15 d'autre part, une diminution de la quantité de carburant injectée. Le but est ici de faire redescendre la température d'échappement, pour atteindre la valeur optimale retenue pour la régénération. Comme l'injection principale 31c est moins retardée que dans le cas de la régénération de base de la figure 3, le rendement moteur est moins dégradé. Par conséquent, la quantité de carburant de l'injection principale 31c doit être moindre pour réaliser le 25 couple demandé par le conducteur. Car malgré les contraintes thermiques liées à la régénération du filtre à particules 6, l'objectif premier est toujours de faire ce que demande le conducteur (flèche fi). Il faut que la réalisation de couple soit maintenue durant 30 la régénération et ce de manière totalement transparente pour le conducteur. Il n'y a par contre pas d'incidence au niveau de la pré-injection 30c. La figure 5 illustre quant à elle une seconde séquence d'injection retardée, également corrigée conformément au procédé de régénération selon l'invention. Le retard de l'injection principale 31d 5 est ici toujours modulé en fonction de la valeur effective de la contre-pression des gaz d'échappement. Mais dans le cas présent, comme cette valeur effective est inférieure à sa valeur théorique, la température des gaz d'échappement va implicitement être inférieure 10 à celle initialement retenue pour la régénération. Pour faire remonter cette température d'échappement à une valeur optimale, les seconds moyens vont avantageusement commander, d'une part, un retard d'injection principale Y' supérieur au retard 15 d'injection principale p préprogrammé, et d'autre part, une augmentation de la quantité de carburant injectée. En effet, comme l'injection principale 31d est plus retardée que dans le cas de la régénération de base de la figure 3, le rendement moteur est plus 20 dégradé. Par conséquent, la quantité de carburant de l'injection principale 31d doit ici être accrue pour réaliser le couple demandé par le conducteur. Par contre, là encore, la quantité de carburant correspondant à la pré-injection 30d n'est pas 25 modifiée. Dans ce mode particulier de réalisation, c'est la contre-pression des gaz d'échappement qui a été pris en compte pour corriger l'injection en phase de 30 régénération. Il serait cependant tout aussi avantageux d'utiliser, en alternative ou en complément, la température d'air d'admission. Bien entendu, l'invention peut être mise en òuvre en prenant en compte tout autre facteur extérieur susceptible d'influer sur la température des gaz d'échappement, dans la mesure o l'impact des variations dudit facteur extérieur sur la température des gaz d'échappement est connu du système de contrôle moteur 10, et plus précisément le calculateur 11. Bien entendu, l'invention concerne également tout véhicule automobile comportant un dispositif de régénération tel que précédemment décrit. REVENDICATIONS 1. Procédé de régénération d'un filtre à particules (6) fonctionnant dans un circuit d'échappement d'un 5 moteur à combustion interne (1), le procédé consistant à retarder l'injection principale (31b) de carburant d'un angle q qui est déterminé par rapport au point mort haut et qui dépend du point de fonctionnement moteur (1), caractérisé en ce que ledit procédé 10 comporte par ailleurs les étapes consistant à - déterminer la valeur effective d'au moins un facteur extérieur susceptible d'influer sur la température d'échappement moteur, - modifier le retard d'injection principale q 15 préprogrammé, en fonction de l'écart entre la valeur effective et la valeur théorique de chaque facteur extérieur, - modifier la quantité de carburant injectée de manière à maintenir le couple moteur constant. 20 2. Procédé de régénération selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la différence entre la valeur effective d'un facteur extérieur et sa valeur théorique est telle qu'elle tend à entraîner une 25 diminution de la température des gaz d'échappement, la seconde étape consiste à commander un retard d'injection principale q' supérieur au retard d'injection principale q préprogrammé et à augmenter la quantité de carburant injectée. 30 3. Procédé de régénération selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque la différence entre la valeur effective d'un facteur extérieur et sa valeur théorique est telle qu'elle tend à entraîner une augmentation de la température des gaz d'échappement, la seconde étape consiste à commander un retard de d'injection principale À'' inférieur au retard d'injection principale cp préprogrammé et à diminuer la quantité de carburant injectée. 4. Procédé de régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la détermination de la valeur effective d'un facteur 10 extérieur susceptible d'influer sur la température d'échappement est réalisée au moyen d'un capteur de mesure. 5. Procédé de régénération selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la détermination de la valeur effective d'un facteur extérieur susceptible d'influer sur la température d'échappement est réalisée au moyen d'un modèle mathématique. 6. Procédé de régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un facteur extérieur pris en compte est la contrepression des gaz d'échappement. 7. Procédé de régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un facteur extérieur pris en compte est la température d'air d'admission. 8. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte: des premiers moyens aptes à déterminer la valeur effective d'au moins un facteur extérieur susceptible d'influer sur la température d'échappement moteur, - des seconds moyens aptes à modifier le retard 5 d'injection principale 9 préprogrammé, en fonction de l'écart entre la valeur effective et la valeur théorique de chaque facteur extérieur, - des troisièmes moyens aptes à modifier la quantité de carburant injectée de manière à maintenir le couple 10 moteur constant. 9. Dispositif de régénération selon la revendication 8, caractérisé en ce que lorsque la différence entre la valeur effective d'un facteur extérieur et sa valeur 15 théorique est telle qu'elle tend à entraîner une diminution de la température des gaz d'échappement, les seconds moyens sont aptes à commander un retard de d'injection principale 9' supérieur au retard d'injection principale 9 et à augmenter la quantité de 20 carburant injectée. 10. Dispositif de régénération selon la revendication 8, caractérisé en ce que lorsque la différence entre la valeur effective d'un facteur extérieur et sa valeur 25 théorique est telle qu'elle tend à entraîner une augmentation de la température des gaz d'échappement, les seconds moyens sont aptes à commander un retard de d'injection principale 9'' inférieur au retard d'injection principale 9 et à diminuer la quantité de 30 carburant injectée. 11. Dispositif de régénération selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que les premiers moyens comportent au moins un capteur de mesure apte à déterminer la valeur effective d'un facteur extérieur susceptible d'influer sur la température d'échappement moteur. 12. Dispositif de régénération selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que les premiers moyens comportent au moins un modèle mathématique apte à déterminer la valeur effective d'un facteur extérieur susceptible d'influer sur la 10 température d'échappement moteur. 13. Dispositif de régénération selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu'il est apte à prendre en compte la contrepression des gaz 15 d'échappement en tant que facteur extérieur susceptible d'influer sur la température desdits gaz d'échappement. 14. Dispositif de régénération selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il est 20 apte à prendre en compte la température d'air d'admission en tant que facteur extérieur susceptible d'influer sur la température desdits gaz d'échappement. 15. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il 25 comporte un dispositif de régénération selon l'une quelconque des revendications 8 à 14.