Brevet FR2872853A1 — publié le 20060113

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de gestion d'un filtre à particules installé dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Etat de la technique Le document DE 199 06 287 Al décrit un procédé et un dispositif de gestion ou de commande d'un moteur à combustion interne consistant à prévoir un dispositif de traitement des gaz d'échappement dans la zone des gaz d'échappement; ce dispositif comporte un filtre à particules pour retenir les particules contenues dans les gaz d'échappement. Pour que ce filtre à particules fonctionne correctement, il faut connaître l'état de charge en particules que l'on saisit indirectement grâce à la différence de pression au niveau du filtre à particules. Le document DE 102 48 431 Al décrit un procédé pour dé-terminer l'état de charge du filtre à particules. Selon ce procédé, on utilise la perte de charge ou perte aéraulique des gaz d'échappement comme me-sure de l'état de charge en particules. La perte de charge se détermine à partir de la différence de pression au niveau du filtre à particules et du débit volumique de gaz d'échappement. Le débit volumique de gaz d'échappement s'obtient à partir du débit massique de gaz d'échappement en tenant compte de la température des gaz d'échappement; ce débit massique se calcule à partir d'au moins un paramètre de fonctionnement connu du moteur à combustion interne, par exemple le signal d'air fourni par un capteur d'air permettant ainsi un calcul au moins approché. La différence de pression au niveau du filtre à particules se détermine à par-tir d'un signal de pression fourni par un capteur de pression installé en amont du filtre à particules et de la pression en aval du filtre à particules, celle-ci se déterminant à l'aide d'un modèle de pression de l'installation de gaz d'échappement en aval du filtre à particules; dans ce cas, on tient compte de la pression de l'air ambiant à l'extrémité du système de gaz d'échappement. La régénération d'un filtre à particules consiste à brûler les particules stockées dans le filtre; cette combustion se fait dans une plage de températures par exemple de l'ordre de 500 C à 650 C. Selon le document DE 101 08 720 A1, on connaît un procédé et un dispositif de gestion d'un filtre à particules installé dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Selon ce document, on utilise au moins un paramètre de fonctionnement correspondant à l'état du moteur à combustion interne et/ ou à celui du filtre à particules et on en déduit une grandeur caractéristique décrivant l'intensité de la combustion des particules. La grandeur caractéristique se compare à un seuil. Lorsqu'on dépasse le seuil on prend des mesures pour réduire la vitesse de réaction et éviter toute surchauffe du filtre à particules; ces mesures consistent à réduire la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Le document DE 196 02 599Aldécrit un procédé pour dé-terminer la quantité d'huile dans un moteur à combustion interne. Selon ce procédé, on mesure le niveau d'huile à l'aide d'un capteur d'huile. Le procédé permet de déterminer d'une manière relativement précise le ni-veau d'huile pendant que le véhicule circule. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un procédé de gestion d'un filtre à particules installé dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé permettant une détermination aussi précise que possible de l'état de charge en particules du filtre. Exposé et avantages de l'invention A cet effet selon la présente invention, le procédé du type défini ci-dessus est caractérisé en ce qu'on saisit le niveau d'huile du moteur à combustion interne à l'aide d'un capteur d'huile, une détermination de la consommation d'huile détermine à l'aide d'un signal d'huile (H) four-ni par le capteur d'huile, un signal de consommation d'huile comme me-sure de la consommation d'huile du moteur à combustion interne, et une détermination de charge en cendres détermine à partir du signal de con- sommation d'huile, une mesure du niveau de charge en cendres (mCen- dres) du filtre à particules. En d'autres termes selon le procédé de l'invention, on dé-termine le niveau d'huile du moteur à combustion interne à l'aide d'un capteur d'huile pour déterminer ainsi la consommation d'huile du moteur à combustion interne par un moyen de détermination de la consommation d'huile utilisant le signal d'huile fourni par le capteur d'huile et on détermine une mesure de l'état de charge en cendres du filtre à particules à partir de la consommation d'huile. En plus des particules engendrées par la combustion du carburant dans les cylindres du moteur à combustion interne, on a également des cendres produites par la combustion de l'huile du moteur en particulier des additifs d'huile du moteur. Les cendres qui s'accumulent dans le filtre à particules ne peuvent être éliminées par la régénération du filtre à particules qui enlève les particules accumulées. La connaissance de l'état de charge en cendres peut être avantageusement prise en compte pour la gestion du filtre à particules. Selon un développement, une détermination de la charge en particules détermine le niveau de charge en particules du filtre à particules en tenant compte de l'état de charge en cendres. Ce moyen est notamment avantageux si l'état de charge en particules se détermine à partir de la différence de pression au niveau du filtre à particules. L'influence de l'état de charge en cendres sur la pression différentielle peut par exemple se déterminer de manière expérimentale et s'utiliser ensuite pour corriger l'état de charge en particules. Un développement prévoit de saisir la pression des gaz d'échappement en amont du filtre à particules à l'aide d'un capteur de pression et la pression des gaz d'échappement en aval du filtre à particu- les à l'aide d'un modèle de pression de l'installation des gaz d'échappement en aval du filtre à particules, tenant compte de la pression de l'air ambiant à l'extrémité du système ou installation de gaz d'échappement. Un autre développement prévoit de tenir compte d'une me- sure de la température dans le filtre à particules pour déterminer l'état de charge en particules. La température peut par exemple se calculer à l'aide d'un modèle de température de gaz d'échappement. On peut en outre saisir la température à l'aide d'au moins un capteur de température installé au niveau du filtre à particules. Le capteur de température peut être installé en amont et/ou en aval et/ou dans le filtre à particules. Un développement particulièrement avantageux prévoit de fixer pour le filtre à particules un seuil pour l'état de charge maximum en particules autorisé ou une bande de tolérance en fonction de l'état de charge en cendres, obtenu. Ce développement tient compte de ce qu'avec l'augmentation d'état de charge en cendres il faut diminuer l'état de charge maximum autorisé en particules pour des raisons de sécurité. En fonction de la réalisation mécanique du filtre à particules, et pour un même niveau d'accumulation de particules, l'épaisseur de la couche de particules accumulées augmente avec l'état de charge en cendres. Lors de la régénération nécessaire à la combustion des particules, du fait de l'augmentation de l'épaisseur de la couche de particules, on risque une surchauffe que l'on peut réduire en diminuant l'état de charge maximum autorisé en particules. Un autre développement du procédé de l'invention prévoit un moyen de détermination de la durée de vie du filtre à particules, indiquant un remplacement nécessaire du filtre à particules par un signal de remplacement de filtre à partir de l'état de charge en cendres, obtenu. Le dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du pro-cédé de l'invention concerne tout d'abord un appareil de commande pour l'exécution du procédé. Le dispositif comporte de préférence un capteur d'huile qui fournit un signal d'huile constituant au moins une mesure du niveau d'huile. Dans le dispositif selon l'invention on prévoit en outre de réaliser le capteur de pression installé en amont du filtre à particules sous la forme d'un capteur de différence de pression déterminant la différence de pression entre la pression des gaz d'échappement en amont du filtre à particules et la pression de l'air ambiant. L'appareil de commande comporte de préférence au moins une mémoire électrique dans laquelle sont enregistrées les fonctions sous la forme d'un programme d'ordinateur. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre l'environnement technique du procédé de l'invention, - la figure 2 montre la relation fonctionnelle entre l'état de charge en cendres et une différence de pression, - la figure 3 montre les relations fonctionnelles entre l'état de charge en particules et une pression différentielle ou différence de pression. Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 montre un moteur à combustion interne 10 dont la zone d'admission est équipée d'un capteur d'air 11 et d'un volet d'étranglement 12. Dans la zone des gaz d'échappement du moteur à combustion interne 10, en aval d'un filtre à particules 20 on a un capteur de température 21 et un capteur de pression 22. Le filtre à particules 20 est suivi d'un autre dispositif de traitement des gaz d'échappement 23. Le moteur à combustion interne 10 comporte un système de dosage de carburant 25. Le niveau d'huile 26 du moteur à combustion interne 10 est détecté par un capteur d'huile 27. Le capteur d'air 11 transmet un signal d'air ml à un appa- reil de commande 20; le moteur à combustion interne 10 transmet un signal de vitesse de rotation au signal de régime N, le capteur d'huile transmet un signal d'huile H, le capteur de température d'huile transmet une température de gaz d'échappement T et le capteur de pression 22 transmet un signal de pression p. L'appareil de commande 30 fournit un signal de volet d'étranglement DR pour le volet D et un signal de carburant mE pour le dispositif de dosage de carburant 25. Le capteur de pression 22 fournit le signal de pression p en fonction de la pression des gaz d'échappement pvPF du débit massique de gaz d'échappement msabg en amont du filtre à particules 20 et de la pres- Sion de l'air ambiant pU. En aval du filtre à particules 20, on a la pression des gaz d'échappement pnPF du débit massique de gaz d'échappement msabg. A l'extrémité du système de gaz d'échappement ou zone de gaz d'échappement, on a la pression de l'air ambiant pU. L'appareil de commande 30 comporte un moyen de déter- mination de la consommation d'huile 31 fournissant un signal de con- sommation d'huile 32 à un moyen de détermination de la charge en cendres 33. Le moyen de détermination de la charge en cendres 33 fournit un état ou niveau de charge en cendres mCendres à un moyen de détermination de charge en particules 34, à un moyen de fixation de seuil 35 et à un moyen de détermination de durée de vie de filtre à particules 41. La détermination de la durée de vie de particules fournit un signal de remplacement de filtre 42. Le moyen de détermination de la charge en particules 34 détermine le niveau de charge en particules mParticules en fonction d'une différence de pression dp et de la température T des gaz d'échappement. La différence de pression dp est fournie par un moyen de détermination de différence de pression 36 en fonction du signal de pression p et de la pression ambiante pU; cette dernière est fournie par un capteur de pression d'air ambiant 37. Le niveau de charge de particules mParticules et un seuil Lim sont appliqués à un coordinateur de régénération 38 qui fournit un signal de régénération 39 à une commande de régénération 40. La figure 2 montre la relation fonctionnelle entre le niveau de charge en cendres mCendres et la différence de pression dp valable pour un débit volumique constant Vs de gaz d'échappement. La figure 3 montre les relations fonctionnelles entre le ni- veau de charge en particules mParticules et la différence de pression dp. Le niveau de charge en cendres mCendres est donné en unités de pourcentage. Une première courbe caractéristique 50 s'applique à un niveau de charge en cendres mCendres égal à zéro % ; une seconde courbe caractéristique 51 représente le niveau de charge en cendres mCendres de 20 0/0 et une troisième courbe caractéristique 52 représente un niveau de charge en cendres mCendres de 50 %. On a également représenté la valeur limite ou seuil Lim. Le procédé selon l'invention fonctionne de la manière sui-vante: L'appareil de commande 30 fixe le signal de carburant mE fourni au dispositif de dosage de carburant 25, ainsi que le signal de volet d'étranglement DR, tout d'abord en fonction du signal d'air ml et/ou du signal de vitesse de rotation ou régime N et/ou du signal de consigne de couple MFa. Pendant le fonctionnement normal du moteur à combustion interne 10, le débit massique de gaz d'échappement msabg entraîne des particules engendrées par la combustion du carburant dans le moteur à combustion interne 10 en particulier par la combustion des additifs de carburant. Les particules s'accumulent dans le filtre à particules 20. L'autre dispositif de traitement des gaz d'échappement 23 en aval du filtre à particules 20 est par exemple un catalyseur ou un silencieux d'échappement. Au moins le niveau d'huile 26 de l'huile nécessaire au fonctionnement du moteur à combustion interne 10 est surveillé par le capteur d'huile 27. Le capteur d'huile 27 fournit le signal d'huile H à l'appareil de commande 30 dans lequel le moyen de détermination de con-sommation d'huile 31 détermine le signal de consommation d'huile 32. La consommation d'huile se détermine à partir de la diminution du niveau d'huile 26. En exploitant une variation du niveau de remplissage 26, il faut tenir compte de l'augmentation du niveau d'huile 26 par le remplissage pour le complément d'huile consommée. Le moyen de détermination de la charge en cendres 33 utilise le signal de consommation d'huile 32 en appliquant la relation relative au niveau de charge en cendres mCendres du filtre à particules 20 enre- gistrée dans le moyen de détermination de la charge en cendres 33. La relation non détaillée se détermine de préférence de façon expérimentale. La connaissance du niveau de charge en cendres mCendres peut être prise en compte d'une manière particulièrement avantageuse pour la gestion du filtre à particules 20. L'augmentation du niveau de charge en cendres diminue la capacité de stockage et le fonctionnement du filtre à particules 20. Comme l'enlèvement des cendres n'est pas possible lorsque le filtre à particules 20 est installé, selon un développement on peut utiliser le niveau de charge en cendres mCendres pour signaler la nécessité du changement du filtre à particules 20. Le moyen de détermination de la durée de vie du filtre à particules 41 fournit le signal de changement de filtre 42 lorsque l'on atteint le niveau de charge en cendres prédéfini mCendres. Le niveau de charge en cendres mCendres peut en outre être pris en compte avantageusement pour la détermination du niveau de charge en particules mParticules du filtre à particules 20. Dans l'exemple de réalisation, le niveau de charge en particules mParticules est déterminé par le moyen de détermination de la charge en particules 34 en fonction de la différence de pression dp au niveau du filtre à particules 20 et en fonction de la température T des gaz d'échappement. L'état de charge en cendres mCendres influence la différence de pression dp comme représenté à la figure 2. La relation dépend de la réalisation du filtre à particules 20. A l'aide de calculs vérifiés de manière expérimentale on a constaté qu'il peut arriver que partant d'un niveau de charge en cendres faible mCendres, avec l'augmentation du niveau de charge en cendres mCendres, la différence de pression dp prend tout d'abord des valeurs plus faibles contrairement à toute prévision et ce n'est que si l'état de charge en cendres continue d'augmenter mCendres, que le niveau augmente vers des valeurs plus élevées. Une mesure de l'état de charge en particules mParticules du filtre à particules 20 est la résistance aéraulique ou perte de charge dans le filtre à particules 20; selon l'état de la technique énoncé ci-dessus, cette perte de charge est le quotient entre la différence de pression dp et le débit volumique en gaz d'échappement Vs. Le débit volumique de gaz d'échappement Vs se calcule à partir du débit massique de gaz d'échappement msabg en tenant compte de la température T des gaz d'échappement. Cette température est fournie par le capteur de température 21. Le débit massique des gaz d'échappement msabg est proportionnel au signal d'air ml selon une ap- proximation simplifiée. Pour une plus grande précision, on peut tenir compte du carburant brûlé dans le moteur à combustion interne 10 en utilisant le signal de carburant mE. Dans la mesure où il y a un recyclage des gaz d'échappement, on peut également tenir compte de l'influence du débit massique des gaz d'échappement msabg. Les trois courbes caractéristiques 50, 51, 52 représentées à la figure 3 montrent la relation entre la différence de pression dp et l'état de charge de particules mParticules donné en pourcentage. La relation représentée à la figure 2 entre l'état de charge en cendres mCendres et la différence de pression dp se traduit à la figure 3 en ce que, pour un faible état de charge en particules mParticules, la seconde courbe caractéristique 51 qui correspond à un état de charge en cendres mCendres de 20 %, se trouvera pour une faible différence de pression dp plus en avant que pour un niveau de charge en cendres faible mCendres représenté à la fi- gure 3 par la courbe caractéristique 50, et correspondant à un niveau d'occupation en cendres de zéro %. Selon la figure 2, la différence de pression dp augmente de nouveau seulement avec l'augmentation du niveau de charge en cendres mCendres. C'est pourquoi, comme cela est prévu, la troisième courbe caractéristique 52 est au-dessus de la première courbe caractéristique 50 c'est-à-dire que le niveau de charge en cendres plus important, par exemple de 50 % comme indiqué, se traduit d'une manière prévisible pour un même niveau de charge en particules mParticules à une plus grande différence de pression dp. La figure 3 donne le seuil prédéfini Lim. Dans la mesure où le filtre à particules 20 n'accumule pas encore de cendres selon la première courbe caractéristique 50, on peut fixer le seuil Lim au niveau de charge en particules maximum, autorisé mParticules égal à 100 %. Lors-que le niveau de charge en cendres augmente mCendres, le seuil Lim autorisé du niveau de charge en particules mParticules, diminue. Dans l'exemple de réalisation représenté, selon la figure 3, le seuil Lim pour un niveau de charge en cendres mCendres de 50 % selon la troisième courbe caractéristique 52 est également diminué par exemple à 50 % du niveau de charge en particules, mParticules autorisé. La relation entre la réduction du niveau de charge en particules mParticules autorisé en fonction du présent niveau de charge en cendres mCendres peut se déterminer d'une manière théorique ou à l'aide d'essais. Le but est de garantir la combustion des particules pendant la phase de régénération sans risque de surchauffe du filtre à particules 20. La réduction du niveau de charge en particules, mParticules autorisé par rapport à l'état de charge en cendres existant mCendres peut différer considérablement du tracé donné à la figure 3. A titre d'exemple, pour un niveau ou état de charge en cendres de 50 %, le seuil Lim peut selon la troisième courbe caractéristique 52 se situer seulement à 20 % du niveau de charge maximum possible en parti-cules mParticules. Le seuil Lim fixé dans le moyen de fixation de seuil 35 en fonction du niveau de charge en cendres mCendres ainsi que le niveau de charge en particules mParticules déterminé par le moyen de détermination de la charge en particules 34 sont des informations fournies au coordinateur de régénération 38; celui-ci détermine s'il faut effectuer une régénération du filtre à particules 20. Si cela est le cas, le coordinateur de régénération 38 transmet le signal de régénération 39 à la commande de régénération 40 qui prend des mesures appropriées pour régénérer le filtre à particules 20. La commande de régénération 40 influence par exemple le signal de carburant mE fourni au dispositif de dosage de carburant 25. Le signal de carburant mE demande au dispositif de dosage de carburant 25 par exemple de fournir au moins une post-injection de carburant qui doit se faire après une injection principale. La dose de carburant ainsi post-injectée brûle si toutefois elle le fait, seulement en partie dans le cylindre du moteur à combustion interne 10. Dans tous les cas, du carburant imbrûlé arrive dans un catalyseur d'oxydation éventuellement examiné et non possible, installé en amont du filtre à particules 20. Le carburant non brûlé est converti par une réaction exothermique dans le catalyseur d'oxydation et participe à l'augmentation de la température des gaz d'échappement. Le filtre à particules 20 peut lui-même avoir un revêtement à effet catalytique au niveau duquel se produit la réaction exothermique ce qui permet directement le chauffage du filtre à particules 20. En outre, la commande de régénération 40 peut influencer le signal de volet d'étranglement DR destiné au volet d'étranglement 12 en fonction du signal d'air ml de façon à produire un étranglement de la veine d'air qui se traduit par la poursuite de l'augmentation de la température des gaz d'échappement T. L'augmentation de la température des gaz d'échappement passant par exemple à 500-650 C fait que l'on arrive à la température d'allumage des particules stockées dans le filtre à particules 20. Grâce à une action précise sur la teneur en oxygène des gaz d'échappement, on peut influencer la vitesse de combustion dans les gaz d'échappement. La commande de régénération 40 adapte la teneur en oxygène en influençant le signal de volet d'étranglement DR. Le moyen de détermination de la différence de pression 36 calcule la différence de pression dp produite au niveau du filtre à particu- les 20 à partir du signal de pression P fourni par le capteur de pression 22, de la pression de l'air ambiant pU mesurée par le capteur de pression d'air ambiant 37 et à l'aide d'un modèle de pression du système de gaz d'échappement en aval du filtre à particules 20. Le système de gaz d'échappement derrière le filtre à particules 20 comporte l'autre partie du dispositif de traitement de gaz d'échappement 23 équipé par exemple d'au moins un catalyseur et/ ou au moins un silencieux. En formant le modèle, on calcule par exemple la perte de charge (résistance aéraulique) de l'autre dispositif de traitement des gaz d'échappement 23 et la perte de charge ou résistance aéraulique dans les conduites de gaz d'échappement en fonc- tion du débit volumique de gaz d'échappement Vs, qui, comme déjà décrit, peut se déterminer en tenant compte de la température T des gaz d'échappement pour le débit massique de gaz d'échappement msabg. La pression pnPF des gaz d'échappement en aval du filtre à particules 20 qui est le but du calcul s'appuyant sur le modèle de pression, peut se déterminer à partir de la perte de charge, du débit volumique de gaz d'échappement Vs ainsi que de la pression de l'air ambiant pU. Le capteur de pression d'air ambiant 37 est par exemple installé dans l'appareil de commande 30, car on peut utiliser la pression de l'air ambiant en particulier pour influencer le signal de carburant mE. Le capteur de pression 22 est de préférence réalisé sous la forme d'un capteur de pression différentiel qui mesure la pression des gaz d'échappement pvPF en amont du filtre à particules 20 par comparaison avec la pression de l'air ambiant pU et fournit la différence de pression comme signal de pression p. REVENDICATIONS 1 ) Procédé de gestion d'un filtre à particules (20) installé dans la zone des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (10), caractérisé en ce qu' on saisit le niveau d'huile (26) du moteur à combustion interne (10) à l'aide d'un capteur d'huile (27), une détermination de la consommation d'huile (31) détermine à l'aide d'un signal d'huile (H) fourni par le capteur d'huile (27), un signal de consommation d'huile (32) comme mesure de la consommation d'huile du moteur à combustion interne (10), et une détermination de charge en cendres (33) détermine à partir du signal de consommation d'huile (32), une mesure du niveau de charge en cendres (mCendres) du filtre à particules (20). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une détermination de la charge en particules (34) détermine le niveau de charge en particules (mParticules) du filtre à particules (20), et cette détermination du niveau de charge en particules (mParticules) tient compte du niveau de charge en cendres (mCendres). 3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' on détermine le niveau de charge en particules (mParticules) à partir de la différence de pression (dp) produite au niveau du filtre à particules (20). 4 ) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on saisit la pression des gaz d'échappement (pvPF) en amont du filtre à particules (20) à l'aide d'un capteur de pression (22) et la pression des gaz d'échappement (pnPF) en aval du filtre à particules (20) à l'aide d'un modèle tenant compte de la pression de l'air ambiant (pU). 5 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la détermination du niveau de charge en particules (mParticules) tient compte d'une mesure de la température (T) dans le filtre à particules (20) . 6 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le niveau de charge en particules (mParticules) maximum autorisé dans le filtre à particules (20), on fixe un seuil prédéfini (Lim) suivant le niveau de charge en particules (mParticules), obtenu. 7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une détermination de la durée de vie d'un filtre à particules (41) détermine un signal de changement de filtre (42) à partir du niveau de charge en cendres (mCendres) et affiche ce signal. 8 ) Dispositif de gestion d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu' il comporte au moins un appareil de commande (30) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7. 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par un capteur d'huile (27) qui fournit un signal d'huile (H) qui est au moins une mesure du niveau d'huile (26) du moteur à combustion interne (10). 10 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu' un capteur de pression (22) en amont du filtre à particules (20) est un capteur de différence de pression qui détermine la différence de pression entre la pression des gaz d'échappement (pvPF) en amont du filtre à parti- cules (20) et la pression de l'air ambiant (pU).