Brevet FR2876737A1 — publié le 20060421

Système et procédé de contrôle d'une phase de régénération d'un filtre à particules de véhicule automobile. La présente invention concerne, d'une manière générale, le contrôle d'une phase de régénération d'un filtre à particules monté sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. L'hétérogénéité des processus de combustion dans les moteurs, en particulier dans les moteurs Diesel, a pour effet de générer des particules de carbone polluantes dont il convient de diminuer le rejet dans l'atmosphère. La présence d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement du moteur permet de diminuer considérablement la quantité de particules, poussières et autres suies, émises dans l'atmosphère, et de satisfaire aux normes antipollution. En effet, un tel filtre est conçu de manière à pouvoir retenir les particules contenues dans les gaz d'échappement qui traversent le filtre. Cependant, au fur et à mesure de l'utilisation du moteur, les particules s'accumulent dans le filtre et finissent par entraîner une contrepression importante à l'échappement du moteur, ce qui diminue considérablement ses performances. Des dispositifs de régénération pilotés permettent de brûler périodiquement les particules piégées dans le filtre et d'éviter une élévation trop importante de la contre-pression et le colmatage du filtre. Cette régénération est effectuée en élevant la température au sein du filtre à particules jusqu'à une température de l'ordre de 550 à 600 C, température à partir de laquelle les particules de carbone retenues dans le filtre s'enflamment instantanément. 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 après le point mort haut lors de la phase de détente, ce qui a pour effet d'augmenter la température des gaz d'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. Comme on le conçoit, la régénération d'un filtre à particules doit se produire lorsque la quantité de particules devient trop importante. La quantité de suies peut par exemple être estimée en surveillant la pression différentielle aux bornes du filtre. Cette technique est cependant difficile à mettre en oeuvre, car la pression différentielle n'est pas le seul paramètre représentatif de l'état de charge du filtre. En tout état de cause, s'il est difficile d'apprécier la quantité de suies présente dans le filtre avant de débuter la régénération, la connaissance de la masse de suies encore présente pendant la régénération afin de déterminer l'instant d'arrêt de la régénération est encore plus délicate. Il existe à ce jour plusieurs méthodes permettant de contrôler la régénération d'un filtre à particules afin de déterminer l'instant d'arrêt de la régénération. Certaines techniques se proposent de déterminer une durée de régénération en fonction de la température dans le filtre à particules ou de la puissance thermique dissipée dans celui- ci. On pourra, à cet égard, se référer à la demande de brevet français 2 802 972. D'autres techniques utilisent la pression différentielle de part et d'autre du filtre en fonction du débit volumique pour estimer l'état du filtre. Ces différentes techniques sont inadaptées pour déterminer de manière efficace et précise l'instant auquel il convient d'arrêter la régénération. En effet, les méthodes selon lesquelles on détermine une durée de régénération en fonction de la température dans le filtre ou de la puissance thermique dissipée sont très difficiles à calibrer de façon optimale. Les méthodes selon lesquelles on utilise la pression différentielle sont inadaptées car, lors de la régénération, la répartition des suies est inhomogène et donc la pression différentielle en fonction du débit volumique n'est plus corrélée avec la masse de suies effectivement présente dans le filtre. Il a été proposé de pallier ces inconvénients en utilisant des modèles de combustion de suies et d'arrêter la régénération à partir des calculs mis en oeuvre à partir de ces modèles. Cependant, les modèles de combustion de suies sont difficiles à mettre en place, nécessitent de nombreux tests de calibration et ne sont pas toujours très fiables. Au vu de ce qui précède, le but de l'invention est de pallier les inconvénients de l'état de la technique et d'arrêter la phase de régénération d'un filtre à particules lorsque toutes les particules présentes dans le filtre ont été brûlées. L'invention a donc pour objet un système de contrôle d'une phase de régénération d'un filtre à particules d'un véhicule automobile par combustion des particules accumulées dans le filtre, le filtre étant monté sur une ligne d'échappement de moteur à combustion interne. Ce système comprend des moyens pour détecter une élévation de température en aval du filtre à particules au cours de la régénération, suite à un relâchement de la pédale d'accélérateur du véhicule et des moyens de comparaison pour comparer l'élévation de température détectée avec une valeur de seuil en dessous de laquelle on décide d'interrompre la régénération. Grâce à l'utilisation de la corrélation entre l'élévation de température et la quantité de suies présente dans le filtre lors de la régénération, suite à un relâchement de la pédale d'accélérateur, il est possible de déterminer l'instant où toutes les particules ont été brûlées et donc d'optimiser la phase de régénération. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens pour détecter l'élévation de température comportent un capteur monté sur la ligne d'échappement, en aval du filtre. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le système comporte des moyens de détection de conditions de fonctionnement du filtre à particules pour réaliser la comparaison entre l'élévation de température et la valeur de seuil lorsque les conditions de fonctionnement prédéterminées sont atteintes. Par exemple, ces moyens de détection comportent un capteur de mesure du taux d'02 dans le filtre à particules ou un modèle de détermination de ce taux. Ces moyens peuvent également comporter un capteur de débit d'air dans le filtre à particules ou un modèle de détermination de ce débit. Ces moyens peuvent encore comporter un capteur de mesure de température monté en amont du filtre ou un modèle de détermination de cette température. Le système de contrôle selon l'invention, tel que défini ci-dessus, peut avantageusement être monté dans un moteur de véhicule automobile équipé d'un turbocompresseur et de moyens pour réinjecter une partie des gaz d'échappement à l'admission. L'invention a également pour objet un procédé de contrôle d'une phase de régénération d'un filtre à particules d'un véhicule automobile par combustion des particules accumulées dans le filtre, ledit filtre étant monté sur une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que, pendant la phase de régénération, on détecte une élévation de température en aval du filtre à particules suite à un relâchement de la pédale d'accélérateur du véhicule et l'on compare l'élévation de température détectée avec une valeur de seuil, la régénération étant interrompue dès que l'élévation de température est inférieure à la valeur de seuil. Dans un mode de mise en oeuvre, on surveille l'évolution de paramètres représentatifs de conditions de fonctionnement du filtre à particules, la comparaison entre l'élévation de température et la valeur de seuil étant réalisée lorsque des conditions de fonctionnement prédéterminées sont atteintes. Par exemple, on surveille l'évolution de la température en amont du filtre, le débit d'air, ou le taux d'02. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur à combustion interne destiné à la propulsion d'un véhicule automobile; -la figure 2 est un schéma illustrant le principe d'élaboration d'un signal d'arrêt de régénération; et - la figure 3 est une courbe montrant l'évolution de la température du filtre à particules en fonction du temps, illustrant l'élévation de température suite à un relâchement de la pédale d'accélérateur lors d'une phase de régénération. Sur la figure 1, on a représenté un schéma synoptique illustrant la structure générale d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, ses moyens d'alimentation en air et d'échappement des gaz de combustion, ainsi que ses moyens de pilotage. Sur cette figure, la référence numérique générale 1 désigne de façon très schématique le moteur, lequel comprend une pluralité de chambres de combustion, telles que 2, 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 en obturant un 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 à l'intérieur de laquelle se trouve monté un débitmètre 11 qui mesure le débit de l'air dans la conduite 10. La pression de l'air est augmentée par un compresseur 12 monté dans la conduite 10. Le compresseur est monté sur un arbre 13 commun à une turbine 14, ici à géométrie variable, monté dans le conduit d'échappement 8. Les gaz d'échappement traversant la turbine 14 entraînent ainsi le compresseur 12, 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 recirculation de gaz d'échappement (EGR). A cet effet, une conduite de dérivation 15 est piquée sur la conduite d'échappement 8 en amont de la turbine 14. Une vanne de régulation 16, dite vanne EGR , commande la quantité de gaz d'échappement qui peuvent être réinjectés par la conduite 17 dans le conduit d'admission 6 après avoir été convenablement mélangés dans une chambre de mélange 18. Un volet d'orientation réglable 19 est en outre monté dans la conduite d'admission d'air comprimé 10 en aval du compresseur 12 et en amont de la chambre de mélange 18. En ce qui concerne la ligne d'échappement 20, celle-ci relie la sortie de la turbine 14 à l'atmosphère, la sortie des gaz d'échappement étant référencée 21. Dans la ligne d'échappement, se trouve montés un dispositif catalyseur 22 directement en aval de la turbine 14, et un filtre à particules 23 en aval du dispositif catalytique 22. Le filtre à particules est de type classique et comporte des moyens, par exemple électrostatiques, pour piéger les suies et les particules provenant du moteur et véhiculées par les gaz d'échappement dans la ligne d'échappement 20. Une unité électronique de commande 24 assure le fonctionnement du moteur 1 et reçoit à cet effet un certain nombre d'informations sur le fonctionnement du moteur. Différents capteurs sont placés dans les conduits et leurs signaux sont fournis à l'unité électronique de commande 24. Ainsi, par exemple, des capteurs de pression 25 et 26, raccordés à l'unité centrale 24, peuvent être prévus respectivement en aval du volet 19 et en amont de la turbine 14. Un capteur de température 27 peut également être prévu pour mesurer la température en amont de la turbine 14. L'unité électronique de commande 24 pilote en particulier la position de la vanne EGR 16, la position du volet mobile 19 ainsi que les injecteurs de carburant 28. Par ailleurs, pour contrôler le fonctionnement du filtre à particules 23, et en particulier pour contrôler la phase de régénération mise en oeuvre lorsque la charge du filtre en suies devient trop importante, des capteurs de température 29 et 30 sont placés de part et d'autres du filtre, en amont et en aval. De même, un capteur de mesure de débit d'air 31, par exemple placé en entrée du filtre 23, mesure le débit d'air dans le filtre. Enfin, l'unité de commande 24 utilise des données issues d'un capteur 32 de mesure de taux d'02 dans le filtre 23, par exemple placé en amont du filtre 23. En référence à la figure 2, dans le but de contrôler la phase de régénération, et en particulier afin de provoquer l'arrêt de la régénération dès que les particules ont été convenablement brûlées, un système de contrôle, désigné par la référence numérique générale 33, surveille l'évolution de la quantité de suies présente dans le filtre au cours de la régénération et interrompt la régénération dès que cette quantité de suies passe en dessous d'une valeur de seuil S prédéterminée, pour délivrer un signal d'arrêt A. Un tel signal est alors interprété par l'unité de commande 24 pour stopper la régénération. Comme on le voit sur la figure 2, ce système 33 comporte essentiellement un modèle 34 incorporé à l'unité de commande 24 et les capteurs 29, 30, 31 et 32, afin de délivrer au modèle 34 une valeur TeFap de mesure de la température en amont du filtre, une valeur dTsFap représentative de la différence de température de part et d'autres du filtre à particules, une valeur O2 représentative du taux d'02 dans le filtre et une valeur D correspondant au débit d'air dans le filtre. En se référant maintenant à la figure 3, ces données d'entrée sont alors traitées par le modèle 34 pour détecter le passage de la quantité de suies en dessous d'une valeur de seuil prédéterminée. En effet, comme on le voit sur cette figure 3, lors d'une phase de régénération, à chaque relâchement de la pédale d'accélérateur, une élévation brusque de température se produit dans le filtre à particules, due à un apport soudain d'oxygène en excès dans le filtre se traduisant par un emballage de la régénération. Cette élévation de température est fortement liée à la masse de suies présente dans le filtre à particules. Ainsi, par exemple, sur la figure 3, on a représenté l'évolution de la température en sortie d'un filtre à particules chargé de suies lors d'un relâchement de la pédale d'accélérateur en cours de régénération. On constate une élévation de 80 C en 20 secondes. Or, si le filtre avait été vide de suies, il n'y aurait pas eu d'élévation de température. Ainsi, le modèle 34 surveille l'apparition d'une élévation de température en sortie du filtre à particules lors d'un relâchement de la pédale d'accélérateur et, en particulier, le passage de cette élévation en dessous de la valeur de seuil pour provoquer la régénération. A cet effet, le modèle 34 procède à un traitement des entrées TeFap, 02 et D afin de déterminer que ces paramètres de fonctionnement du filtre à particules correspondent bien au moment d'une phase de régénération au cours de laquelle le conducteur relâche la pédale d'accélérateur du véhicule. Un tel traitement de ces paramètres pour détecter le relâchement de la pédale d'accélérateur est un traitement de type classique, à la portée d'un homme du métier, et ne sera donc pas décrit davantage par la suite. On notera cependant qu'un tel traitement peut par exemple être basé sur la surveillance de l'évolution de ces paramètres et sur une comparaison des valeurs surveillées avec des valeurs de seuil obtenues par apprentissage préalable et correspondant à un relâchement de la pédale d'accélérateur au cours de la régénération. Comme on le conçoit, l'invention qui vient d'être décrite, qui utilise la surveillance d'une décroissance d'un gradient de température de part et d'autres d'un filtre à particules lorsque la pédale d'accélérateur est relâchée, permet de détecter la régénération complète du filtre et donc d'arrêter la phase de régénération dès que toutes les particules ont été brûlées. REVENDICATIONS 1-Système de contrôle d'une phase de régénération d'un filtre à particules (23) d'un véhicule automobile par combustion des particules accumulées dans le filtre, le filtre étant monté sur une ligne d'échappement (20) d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (29, 30, 33) pour détecter une élévation de température en aval du filtre à particules au cours de la régénération suite à un relâchement de la pédale d'accélérateur du véhicule et des moyens (33) de comparaison pour comparer l'élévation de température détectée avec une valeur de seuil en dessous de laquelle on décide d'interrompre la régénération. 2-Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour détecter l'élévation de température comportent au moins un capteur (29, 30) monté sur la ligne d'échappement en aval du filtre (23). 3-Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection (31, 32) de conditions de fonctionnement du filtre à particules pour réaliser la comparaison entre l'élévation de température et la valeur de seuil lorsque les conditions de fonctionnement prédéterminées sont atteintes. 4-Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent un capteur (31) de mesure du taux d'O2 dans le filtre à particules ou un modèle de détermination de ce taux. 5-Système selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens de détection comportent un capteur (32) de débit d'air dans le filtre à particules ou un modèle de détermination de ce débit. 6-Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de mesure de température (30) monté en amont du filtre ou un modèle de détermination de cette température. 7-Utilisation d'un système de contrôle selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans un moteur de véhicule automobile équipé d'un turbocompresseur et de moyens pour réinjecter une partie des gaz d'échappement à l'admission. 8-Procédé de contrôle d'une phase de régénération d'un filtre à particules (23) d'un véhicule automobile par combustion des particules accumulées dans le filtre, ledit filtre étant monté sur une ligne d'échappement (20) d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce que pendant la phase de régénération, on détecte une élévation de température en aval du filtre à particules (23) suite à un relâchement de la pédale d'accélérateur du véhicule et l'on compare l'élévation de température détectée avec une valeur de seuil (S), la régénération étant interrompue dès que l'élévation de température est inférieure à la valeur de seuil. 9-Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on surveille l'évolution de paramètres représentatifs de conditions de fonctionnement du filtre à particules (23), la comparaison entre l'élévation de température et la valeur de seuil étant réalisée lorsque des conditions de fonctionnement prédéterminées sont atteintes.