Brevet FR2879653A1 — publié le 20060623

Dispositif d'estimation d'une quantité de particules dans un filtre à particules de véhicule automobile La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'estimation en continu d'une quantité de particules non brûlées par régénération dans un filtre à particules de véhicule automobile, et plus particulièrement de véhicule automobile équipé d'un moteur diesel. Les moteurs à combustion interne, et plus particulièrement les moteurs de type Diesel, rejettent dans l'atmosphère des particules polluantes dont il convient de diminuer la quantité. Ces particules, qui sont constituées de suies produites lors d'une combustion imparfaite dans le moteur, peuvent être piégées dans les gaz d'échappement par l'implantation d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement en aval des chambres de combustion du moteur. Un tel filtre est conçu de façon à pouvoir retenir les particules se trouvant dans les gaz d'échappement qui traversent le filtre. Au fur et à mesure de l'utilisation du moteur, les particules s'accumulent dans le filtre et finissent par entraîner une contre-pression importante à l'échappement du moteur, ce qui diminue considérablement ses performances. Afin de rétablir les performances du moteur, on sait pratiquer une régénération du filtre par combustion des particules qui s'y sont accumulées. Cette opération de combustion est rendue possible par une élévation de la température interne du filtre à particules. Pour ce faire, on procède généralement à une injection retardée de carburant dans les chambres de combustion du moteur. On peut en particulier injecter du carburant juste après le point mort haut lors de la phase de détente, ce qui a pour effet d'augmenter la température des gaz à l'échappement. Il est également possible de prévoir une ou plusieurs injections tardives, c'est-à-dire nettement après le point mort haut. Le carburant ainsi injecté ne brûle pas dans la chambre de combustion du moteur, mais, par exemple, dans un dispositif catalytique également prévu dans la ligne d'échappement, augmentant ainsi la température des gaz traversant ensuite le filtre à particules. Le filtre à particules est en effet généralement associé à un dispositif catalyseur monté en amont du filtre, de façon à diminuer les émissions polluantes. Le dispositif catalytique peut être intégré dans le filtre à particules lui-même, qui peut alors comprendre un matériau catalytique, tel que du platine. Les hydrocarbures imbrûlés et l'oxyde de carbone provenant des injections retardées et des injections tardives dans les chambres de combustion, peuvent s'oxyder sur le matériau catalytique en augmentant la température au sein du filtre à particules. La régénération du filtre à particules peut être faite périodiquement au cours de phases de régénération, dès que la quantité de particules dans le filtre devient trop importante. Les phases de régénération s'effectuent lorsque le moteur fonctionne, sans que le conducteur du véhicule en ait conscience. Classiquement, les filtres à particules fonctionnent donc de manière périodique, en deux phases. Lors d'une première phase, le filtre stocke des particules émises par le moteur, et lors d'une deuxième phase, les particules stockées dans le filtre sont brûlées afin de régénérer le filtre. Cependant, les filtres à particules de moteur diesel ont une durée de vie limitée, notamment à cause d'émission de particules qui sont stockées dans le filtre à particules, mais qui ne sont pas brûlées lors des phases de régénération du filtre. Ces particules, également appelées résidus, proviennent essentiellement de l'huile de lubrification du moteur brûlée lors du fonctionnement du moteur. Ces résidus s'accumulent dans le filtre, et provoquent une augmentation de la pression en amont du filtre générant une dégradation des performances du moteur. En outre, la pression en amont du filtre ne devant pas dépasser une certaine limite, 1" accumulation de particules non brûlées lors de la régénération entraîne une augmentation de la pression en amont du filtre. La régénération du filtre est alors effectuée de plus en plus fréquemment, ce qui détériore le filtre et son fonctionnement. Des solutions existent pour estimer la quantité de ces résidus, ou particules non brûlées lors de la régénération du filtre, par exemple exposées dans les documents FR 2 804 169 et US 6 405 528, qui utilisent une différence de pression entre l'amont et l'aval du filtre à particules. Dans ces documents, on estime qu'à la fin d'une phase de régénération du filtre, seuls les résidus, ou particules non brûlées lors de la régénération du filtre, sont encore présents dans le filtre, et qu'à cet instant, la différence de pression ne correspond qu'à ces résidus. Cependant, dans ces documents, cette différence de pression est très faible, donc très difficile à détecter précisément, ce qui entraîne d'importantes erreurs d'estimation pouvant entraîner un endommagement du filtre par surestimation de la quantité de résidus stockée dans le filtre ou une dégradation du moteur par sous-estimation de la quantité de résidus stockée dans le filtre. L'invention a pour but d'estimer plus précisément la quantité de résidus stockés dans le filtre à particules. Selon l'invention, il est proposé un dispositif d'estimation en continu d'une quantité de particules, non 'brûlées par régénération, présentes dans un filtre à particules de véhicule automobile, comprenant des moyens pour mesurer ou estimer la vitesse de rotation du moteur, des moyens pour mesurer ou estimer le couple résistant du moteur, et une unité de commande électronique. L'unité de commande électronique comprend: une première cartographie mémorisée de la consommation d'huile du moteur en fonction de la vitesse de rotation du moteur et du couple résistant du moteur; une deuxième cartographie mémorisée de la quantité de particules émises par le moteur et non brûlées par régénération du filtre à particules en fonction de la consommation d'huile instantanée du moteur; et un estimateur de la quantité de particules émises par le moteur et non brûlées par régénération du filtre à particules à partir de la vitesse de rotation du moteur, du couple résistant du moteur, et desdites première et deuxième cartographies mémorisées. Cette estimation permet, à tout instant, de connaître, de manière précise, la quantité de particules émises par le moteur et non brûlées lors de la régénération du filtre à particules. Dans un mode de réalisation préféré, l'estimateur comprend un premier moyen de calcul pour calculer la consommation d'huile instantanée du moteur par interpolation Linéaire de données comprises dans la première cartographie mémorisée. Dans un mode de réalisation avantageux, :l'estimateur comprend en outre des deuxièmes moyens de calcul pour estimer la quantité de particules émises par le moteur et non brûlées par régénération du filtre à particules, à partir de ladite consommation d'huile instantanée du moteur calculée par lesdits premiers moyens de calcul, et de ladite deuxième cartographie mémorisée. Dans un mode de réalisation préféré, L'estimateur comprend en outre un intégrateur pour sommer les quantités de particules émises par le moteur et non brûlées par régénération du filtre à particules estimées par lesdits deuxièmes moyens de calcul. Il est alors possible de calculer la quantité de résidus accumulée dans le filtre, à tout instant, afin de pouvoir détecter le moment où il est nécessaire de remplacer le filtre à particules. Avantageusement, le dispositif comprend en outre des moyens d'alerte pour alerter le conducteur lorsque la somme calculée par ledit intégrateur dépasse un seuil prédéterminé. Le conducteur peut alors être informé qu'il est nécessaire de changer le filtre à particules. Selon l'invention, il est également proposé un procédé d'estimation en continu d'une quantité de particules, non brûlées 2879653 5 par régénération, présentes dans un filtre à particules de véhicule automobile. On estime la quantité de particules émises par le moteur et non brûlées par régénération du filtre à particules à partir de la vitesse de rotation du moteur, du couple résistant du moteur, et de la consommation d'huile du moteur Par exemple, la consommation d'huile du moteur est une fonction de la vitesse de rotation du moteur et du couple résistant du moteur. Dans un mode de mise en oeuvre avantageux, on somme les quantités estimées de particules émises par le moteur et non brûlées par régénération du filtre à particules. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, on alerte le conducteur lorsque la somme calculée par ledit intégrateur dépasse un seuil prédéterminé. Par exemple, on utilise un dispositif selon l'invention pour la régénération d'un filtre à particules. En effet, on va tenir compte de l'estimation de la quantité de particules, non brûlées par régénération, présentes dans un filtre à particules, pour commander le début d'une phase de régénération du filtre à particules. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée suivante du mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif, et illustrée par le dessin annexé représentant un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Tel qu'il est illustré sur la figure, le moteur à combustion interne 1, représenté schématiquement, comprend une pluralité de chambres de combustion, telles que la chambre de combustion 2 illustrée sur la figure dans la partie haute d'un cylindre 3 à l'intérieur duquel se déplace un piston 4. Une soupape d'admission 5 permet de commander l'admission en ouvrant ou obturant le conduit d'admission 6, en communication avec la chambre de combustion 2. Une soupape d'échappement 7 permet, quant à elle, d'obturer ou d'ouvrir le passage des gaz d'échappement en provenance de la chambre de combustion 2 dans le conduit d'échappement 8. L'air frais à la pression atmosphérique, dont le flux est symbolisé par la flèche 9, pénètre dans une conduite 10. La pression de l'air est augmentée par un compresseur 11 monté dans la conduite 10. Le compresseur est monté sur un arbre 12 commun à une turbine 13, ici à géométrie variable, montée dans le conduit d'échappement 8. Les gaz d'échappement traversant la turbine 13 entraînent ainsi le compresseur 11, de façon à augmenter la pression de l'air admis dans la chambre de combustion 2 par le conduit d'admission 6. Dans l'exemple illustré, le moteur comprend en outre un système de réinjection partielle des gaz d'échappement à l'admission. A cet effet, une conduite de dérivation 14 est piquée sur la conduite d'échappement 8 en amont de la turbine 13. Une vanne de régulation 15, dite vanne EGR , commande la quantité de gaz d'échappement qui peut ainsi être réinjectée par une conduite 16 dans le conduit d'admission 6 après avoir été convenablement mélangés dans une chambre de mélange 17. Un volet d'orientation réglable 18 est en outre monté dans la conduite d'admission d'air comprimé 10 en aval du compresseur 11 et en amont de la chambre de mélange 17. La ligne d'échappement 19 relie la sortie de la turbine 13 à l'atmosphère, la sortie des gaz d'échappement étant référencée 20. Dans la ligne d'échappement 19, se trouvent montés un dispositif catalyseur 21 directement en aval de la turbine 13, et un filtre à particules 22 en aval du dispositif catalytique 21. Le filtre à particules est de type classique et comporte des moyens, par exemple électrostatiques, pour piéger les suies et le; particules provenant du moteur et véhiculées par les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement 19. Une unité électronique de commande 23 assure le fonctionnement du moteur 1 et reçoit à cet effet un certain nombre d'informations sur le fonctionnement du moteur. Différents capteurs, non représentés sur la figure, sont placés dans les conduites et leurs signaux sont amenés sur l'unité électronique de commande 23. L'unité électronique de commande 23 peut commander notamment la position de la vanne EGR 15 par une connexion 24, et la position du volet mobile 18 par une connexion 25. L'unité électronique de commande pilote également les injecteurs de carburant 26 par la connexion 27. Pour l'estimation en continu d'une quantité de particules, non brûlées par régénération, présentes dans le filtre à particules 22, le dispositif comprend un capteur 28 de mesure de la vitesse de rotation du moteur et un capteur 29 de mesure du couple résistant du moteur, également appelé charge du moteur. Les vitesse de rotation du moteur et couple résistant sont transmis à un estimateur 30, respectivement par des connexions 31 et 32. Dans une variante, les capteurs 2 8, 29 de mesure de la vitesse de rotation et du couple résistant du moteur peuvent être remplacés par des modules d'estimation de la vitesse de rotation et du couple résistant du moteur. L'unité de commande électronique 23 comprenant l'estimateur 30, comprend également une cartographie mémorisée 33 de la consommation d'huile du moteur 1 en fonction de la vitesse de rotation du moteur et du couple résistant du moteur. L'unité de commande électronique 23 comprend en outre une cartographie mémorisée 34 de la quantité de particules émises par le moteur et non brûlées par régénération du filtre à particules en fonction de la consommation d'huile instantanée du moteur 1. L'estimateur 30 comprend un premier moyen de calcul 35 permettant de calculer la consommation d'huile instantanée du moteur, par exemple par interpolation linéaire de données comprises dans la cartographie mémorisée 33 de la consommation d'huile du moteur 1 en fonction de la vitesse de rotation du moteur 1 et du couple résistant du moteur 1. L'estimateur 30 comprend également des deuxièmes moyens de calcul 36 permettant d'estimer la quantité de particules émises par le moteur 1 et non brûlées par régénération du filtre à particules 22, à partir de la consommation d'huile instantanée du moteur 1 calculée par les premiers moyens de calcul 35 et de la cartographie mémorisée 34 de la quantité de particules émises par le moteur et non brûlées par régénération du filtre à particules en fonction de la consommation d'huile du moteur 1. De plus, l'estimateur 30 comprend un intégrateur 37 capable de sommer les quantités estimées de particules émises par le moteur 1 et non brûlées par régénération du filtre à particules 22. Cela permet de connaître à tout instant la quantité de particules non brûlées lors de la régénération du filtre à particules 22 qui s'accumulent dans le filtre à particules 22. Cette quantité accumulée détériore la qualité de fonctionnement du filtre à particules 22, et nécessite de diminuer l'intervalle de temps séparant deux régénérations successives du filtre à particules 22. L'invention permet donc d'adapter cet intervalle de temps en fonction de la quantité cumulée de particules émises par le moteur 1 et non brûlées par régénération du filtre à particules 22. Le dispositif peut également comprendre un module d'alerte 38, relié à l'estimateur 30 par une connexion 39, adapté pour alerter le conducteur lorsque la quantité cumulée de résidus dépasse un seuil prédéterminé nécessitant le remplacement du filtre à particules 22. Le module d'alerte 38 comprend, par exemple, un voyant lumineux situé sur le tableau de bord du véhicule, une alarme sonore, ou une alarme vocale préenregistrée. Le conducteur est alors prévenu qu'il doit effectuer le remplacement du filtre à particules 22 avant que le filtrage ne soit fortement dégradé. L'invention permet d'estimer précisément la quantité de particules non brûlées par régénération du filtre à particules, d'adapter alors plus précisément l'intervalle de temps entre deux régénérations successives du filtre, et d'ainsi augmenter sa durée de fonctionnement. L'invention permet, en outre, de prévenir le conducteur de la nécessité de changer le filtre à particules. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'estimation en continu d'une quantité de particules, non brûlées par régénération, présentes dans un filtre à particules (22) de véhicule automobile, comprenant des moyens (28) pour mesurer ou estimer la vitesse de rotation du moteur, des moyens (29) pour mesurer ou estimer le couple résistant du moteur, et une unité de commande électronique (23), caractérisé en ce que l'unité de commande électronique (23) comprend: une première cartographie mémorisée (33) de la consommation d'huile du moteur (1) en fonction de la vitesse de rotation du moteur (1) et du couple résistant du moteur (1) ; une deuxième cartographie mémorisée (34) de la quantité de particules émises par le moteur (1) et non brûlées par régénération du filtre à particules (22) en fonction de la consommation d'huile instantanée du moteur (1) ; et un estimateur (30) de la quantité de particules émises par le moteur (1) et non brûlées par régénération du filtre à particules (22) à partir de la vitesse de rotation du moteur (1), du couple résistant du moteur (1) , et desdites première et deuxième cartographies mémorisées (33, 34). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit estimateur (30) comprend un premier moyen de calcul (35) pour calculer la consommation d'huile instantanée du moteur (1) par interpolation linéaire de données comprises dans ladite première cartographie mémorisée (33). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit estimateur (30) comprend en outre des deuxièmes moyens de calcul (36) pour estimer la quantité de particules émises par le moteur (1) et non brûlées par régénération du filtre à particules (22), à partir de ladite consommation d'huile instantanée du moteur (1) calculée par lesdits premiers moyens de calcul (35), et de ladite deuxième cartographie mémorisée (34). 4. Dispositif selon la revendications 3, caractérisé en ce que ledit estimateur (30) comprend en outre un intégrateur (37) pour sommer les quantités de particules émises par le moteur (1) et non brûlées par régénération du filtre à particules (22) estimées par lesdits deuxièmes moyens de calcul (36). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'alerte (38) pour alerter le conducteur lorsque la somme calculée par ledit intégrateur (37) dépasse un seuil prédéterminé. 6. Procédé d'estimation en continu d'une quantité de particules, non brûlées par régénération, présentes dans un filtre à particules (22) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'on estime la quantité de particules émises par le moteur (1) et non brûlées par régénération du filtre à particules (22) à partir de la vitesse de rotation du moteur (1), du couple résistant du moteur (1), et de la consommation d'huile du moteur (1). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite consommation d'huile du moteur (1) est une fonction de la vitesse de rotation du moteur (1) et du couple résistant du moteur (1). 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'on somme les quantités estimées de particules émises par le moteur (1) et non brûlées par régénération du filtre à particules (22). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on alerte le conducteur lorsque la somme calculée par ledit intégrateur (37) dépasse un seuil prédéterminé. 10. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour la régénération d'un filtre à particules (22) de véhicule automobile.