Brevet FR2879246A1 — publié le 20060616

Dispositif de régénération de filtre à particules pour véhicule automobile et procédé correspondant. La présente invention concerne, d'une manière générale, la régulation d'une phase de régénération d'un filtre à particules par combustion des particules accumulées dans le filtre, ledit filtre étant monté sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne et notamment d'un moteur Diesel. Les normes concernant la pollution et la consommation des moteurs à combustion interne équipant notamment les véhicules automobiles, deviennent chaque jour de plus en plus sévères. Parmi les systèmes connus pour éliminer les particules et suies émises par les moteurs à combustion interne et en particulier les moteurs Diesel, on peut citer les filtres à particules insérés dans les lignes d'échappement d'un moteur. Les filtres sont adaptés pour éliminer les particules de suie contenues dans les gaz d'échappement. Des dispositifs de régénération pilotés permettent de brûler périodiquement les particules piégées dans les filtres et d'éviter le colmatage de ces derniers. La combustion d'un filtre à particules doit se produire lorsque ce dernier est saturé de particules. Le problème est donc de déterminer à quel moment il est nécessaire de lancer la régénération du filtre à particules et à quel moment celle-ci doit être arrêtée. La plupart des méthodes utilisées actuellement consistent à estimer la masse de suie contenue dans le filtre à particules. Puis on déclenche et on arrête la régénération du filtre à particules à partir de seuils prédéterminés de masse de suie présente. Ces méthodes peuvent également inclure une estimation de la masse de suie produite par le moteur, ce qui implique l'élaboration d'une cartographie de chargement spécifique à chaque moteur. Le brevet FR 2 781 251 au nom de la Demanderesse illustre par 5 exemple une méthode utilisant la pression différentielle aux bornes du filtre pour estimer la masse de suie contenue dans le filtre à particules afin de déclencher et d'arrêter la régénération. Un autre brevet FR 2 829 798, également au nom de la Demanderesse, présente un dispositif comprenant des moyens d'aide à 10 la régénération, selon des critères déterminés. La méthode mise en oeuvre par ce dispositif comprend: une étape de détermination de l'état de chargement du filtre à particules, réalisée soit par une estimation de la quantité de suie piégée dans le filtre à partir d'un modèle, soit par une mesure de la quantité de suie piégée dans le filtre à partir de la mesure de la pression différentielle, le choix entre l'estimation ou la mesure de la quantité de suie piégée dépendant des conditions de roulage du véhicule, et une étape de surveillance en continu du déroulement des phases de régénération du filtre à particules. Cependant, les solutions présentées qui consistent à déclencher la régénération sur un seuil de masse de suie stockée dans le filtre à particules ne prennent pas en compte le fait que le chargement du filtre dégrade les performances du moteur; les deux phénomènes sont donc liés. En effet, lorsque le filtre à particules se remplit, la pression différentielle aux bornes du filtre et donc la pression en entrée du filtre augmente, pour un débit volumique de gaz d'échappement donné. La pression est d'autant plus importante que le débit d'air est important ce qui entraîne une augmentation de la pression en sortie du 20 cylindre et donc une dégradation des performances du moteur. Les solutions existantes ne prennent pas en compte cette dégradation lors de l'activation des phases de régénération. L'invention vise à apporter une solution à ce problème. L'invention a pour objet un dispositif de régulation des phases de régénération d'un filtre à particules tout en prenant en compte la dégradation des performances du moteur. À cet effet, l'invention propose un dispositif de régénération d'un filtre à particules pour véhicule automobile, monté sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne et comprenant un moyen de commande des phases de régénération. Selon une caractéristique générale de l'invention, le dispositif comprend un moyen pour mesurer au moins un paramètre représentatif du fonctionnement du moteur, un premier moyen pour mémoriser un modèle dudit paramètre du filtre à particules à vide, un moyen de comparaison entre la valeur mesurée et la valeur mémorisée dudit paramètre pour en déduire un écart de performance représentatif de la dégradation des performances du moteur qui est délivré au moyen de commande des phases de régénération. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un deuxième moyen pour mémoriser un modèle apte à élaborer un seuil de régénération. En outre, le dispositif peut comprendre un troisième moyen pour mémoriser un modèle apte à élaborer un seuil d'arrêt. Selon un mode de réalisation, le moyen de commande est apte à comparer l'écart de performance au seuil de régénération et au seuil d'arrêt, de façon à délivrer une consigne de commande pour déclencher la phase de régénération si la valeur de l'écart de performance est supérieure au seuil de régénération ou l'arrêter si la valeur de l'écart de performance est inférieure au seuil d'arrêt. L'invention propose également un procédé de régénération d'un filtre à particules pour véhicule automobile, monté sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne. Selon une autre caractéristique générale de l'invention, on commande les phases de régénération du filtre à particules en fonction de la dégradation des performances du moteur, évaluée à l'aide d'au moins un paramètre représentatif du fonctionnement du moteur pour un point de fonctionnement donné. Selon un mode de mise en oeuvre, la dégradation du moteur se mesure par un écart de performance entre une valeur mesurée et une valeur modélisée et mémorisée dudit paramètre. Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé comprend à l'issue de la mesure de la valeur de l'écart de performance: une première étape d'élaboration d'un seuil de régénération pour le point de fonctionnement donné, une deuxième étape d'élaboration d'un seuil d'arrêt pour le point de fonctionnement donné, une troisième étape d'élaboration d'une consigne de commande où l'on compare les valeurs de l'écart de performance du seuil d'arrêt et du seuil de régénération, de manière à déclencher la phase de régénération si la valeur de l'écart de performance est supérieure au seuil de régénération et à l'arrêter si la valeur de l'écart est inférieure au seuil d'arrêt. On adapte de préférence Ies seuils de régénération et d'arrêt en fonction des conditions de conduite du véhicule automobile. 25 On adapte de préférence les seuils de régénération et d'arrêt en fonction des rapports de boîte de vitesse engagés. En effet, les dégradations des performances du moteur diffèrent si le conducteur conduit en ville ou sur autoroute, ou encore si le véhicule automobile roule à fort régime et/ou à forte charge. Dans ce cas, le débit d'air est plus élevé, et la dégradation est par conséquent beaucoup plus marquée. Il est donc préférable d'adapter les seuils de régénération et d'arrêt. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement les principaux éléments d'admission et d'échappement d'un moteur à combustion interne avec un filtre à particules dans la ligne d'échappement; et - la figure 2 illustre un mode de réalisation d'un dispositif de régénération du filtre à particules selon l'invention. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, 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 vers le conduit d'échappement 8. L'air 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. La pression de l'air est augmentée par un compresseur 12 monté dans la conduite 10. Le compresseur 12 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 1 comprend en outre un système de réinjection partielle des gaz d'échappement à l'admission (EGR). À 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 sont ainsi réinjectés par la conduite 17 dans le conduit d'admission 6 après avoir été convenablement mélangés dans la chambre de mélange 18. Un volet d'orientation réglable 19 est en outre monté dans la conduite d'air comprimé 10, en aval du compresseur 12 et en amont de la chambre de mélange 18. La ligne d'échappement 20 relie la sortie de la turbine 14 à l'atmosphère, la sortie des gaz d'échappement étant symbolisée par la flèche 21. Dans la ligne d'échappement 20, se trouve monté 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 23 est de type classique et comporte des moyens, par exemple électrostatiques, pour piéger les suies et les particules provenant du moteur 1 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. Différents capteurs sont placés à cet effet dans les conduites et leurs signaux sont amenés sur l'unité électronique de commande 24. Par ailleurs, un module 24a de l'unité électronique 24 assure plus particulièrement le fonctionnement du filtre à particules 23 par une connexion 24b. Sur la figure 1, on a représenté un capteur de pression 25 sur la conduite d'amenée d'air 10, monté en amont du volet 19. On a représenté également un capteur de pression 26 capable de mesurer la pression en amont de la turbine 14 et un capteur de température 27 apte à mesurer la température en amont de la turbine 14. Le signal de mesure du débitmètre 11 est amené par la connexion 28 à l'une des entrées de l'unité électronique de commande 24. De la même façon, le signal émis par le capteur de pression 25 est amené par la connexion 29 sur l'unité électronique de commande 24. Les signaux émis par les capteurs 26 et 27 sont également amenés par les connexions 30 et 31 sur des entrées de l'unité électronique de commande 24. L'unité électronique de commande 24 peut commander notamment la position de la vanne EGR 16 par la connexion 32 et la position du volet mobile 19 par la connexion 33. L'unité électronique de commande 24 guidera également les injecteurs de carburant 34 par la connexion 35. Pour la régulation pendant la phase de régénération du filtre à particules 23, le système, tel qu'il est illustré sur la figure 1, comprend plus particulièrement un capteur de pression 36 monté sur la ligne d'échappement 20, en sortie du filtre à particules 23. Le signal de pression de sortie mesuré par le capteur 36 est amené par la connexion 37 sur l'une des entrées de l'unité électronique de commande 24. Le système comprend également un capteur de température 38 à l'entrée du filtre à particules 23. Le signal de température mesuré par le capteur 38 est amené par la connexion 39 en entrée de l'unité électronique 24. Le système comprend en outre pour la régulation pendant la phase de régénération du filtre à particules 23, un capteur 40 de pression différentielle monté sur une conduite 41, parallèle au filtre à particules 23. La mesure de la pression différentielle est envoyée en entrée de l'unité électronique 24 par une connexion 42. Un capteur de pression 43 est monté en aval du filtre à particules. La mesure de la pression en entrée du filtre à particules 23 par le capteur 43 est délivrée par une connexion 44 à I'unité électronique 24. La figure 2 illustre de façon très schématique le module 24a compris dans l'unité 24. Le module 24a contient une cartographie ou un modèle 51, qui peut fournir une performance perfm utilisée à un point de fonctionnement donné pour un filtre à particules à vide. Cette cartographie 51 ainsi que toutes les cartographies ou modèles mentionnés ci-après sont élaborés à partir de tests réalisés hors-ligne. À titre d'exemple, la performance du moteur peut être évaluée à partir de la pression en amont de la turbine 14, de la pression en entrée du filtre à particules, du débit d'air en entrée du filtre à particules déterminé par exemple à l'aide d'un modèle (non représenté), ou encore du couple du moteur thermique du véhicule automobile. La performance perfm élaborée par le modèle 51 est délivrée par une connexion 52 à un comparateur 53. Le comparateur 53 reçoit également en entrée par une connexion 54 une performance perf qui représente la performance effectivement mesurée du moteur. Les valeurs des paramètres représentatifs de la performance perf, précités sont mesurées à l'aide des différents capteurs que comprend le dispositif de régénération. Le comparateur 53 délivre alors un écart de performance s, mesuré entre la performance modélisée perfm et la performance mesurée perf. Un moyen de commande 55 reçoit en entrée par une connexion 56 l'écart E. Le moyen 55 reçoit également, par une connexion 57, un signal rgn représentatif de l'état de la phase de régénération. Ce signal rgn permet d'indiquer si la phase de régénération est en cours ou non. Par ailleurs, le comparateur 55 reçoit par une connexion 58, un signal srgn élaboré par un deuxième modèle 59. Le signal srgn est un seuil de régénération qui permet de déclencher la phase de régénération si l'écart E est supérieur au seuil de régénération srgn. Le modèle 59 élabore le signal srgn en fonction de différents paramètres, tels que le cycle de conduite conducteur CY délivré au modèle 59 par une connexion 60, la pression PS en sortie du filtre 23 délivrée au modèle 59 par une connexion 61, le point de fonctionnement PtFt délivré au modèle 59 par une connexion 62, et la température TE en amont du filtre à particules 23 délivrée au modèle 59 par une connexion 63. Le cycle de conduite CY permet de prendre en compte les conditions de conduite, la charge ou encore les rapports engagés de la boîte de vitesses. En effet, ces paramètres influant fortement sur la dégradation des performances du moteur, il est particulièrement avantageux d'adapter dynamiquement le seuil de régénération en fonction de ces derniers. Le moyen de commande 55 reçoit également, par une connexion 64, un seuil d'arrêt sarr élaboré par un troisième modèle 65. Le seuil d'arrêt sarr permet de stopper la régénération du filtre à particules lorsque l'écart E lui est inférieur. En fonction du résultat de la comparaison avec les seuils de régénération srgn et d'arrêt sarr, le moyen 55 élabore alors une consigne de régénération consrgn adéquate, délivrée par une connexion 66. La consigne consrgn permet donc de stopper la régénération lorsque la régénération est en cour et que l'écart s est inférieur au seuil d'arrêt sarr, et de l'activer lorsque l'écart s est supérieur au seuil de régénération srgn. Ainsi, à l'aide de l'invention, on peut déclencher et arrêter de manière très précise les phases de régénération du filtre à particules en fonction de la dégradation des performances du moteur. Les seuils d'activation et d'arrêt de la phase de régénération étant fonction du régime du moteur thermique, ou encore de la charge du véhicule automobile, on peut adapter dynamiquement le déclenchement des phases de régénération en fonction de ces caractéristiques. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple. Ainsi, elle peut également s'étendre aux modèles basés sur les dégradations de débit d'injection, de couple, de régime moteur, mais également sur l'augmentation des frottements cylindriques. REVENDICATIONS 1. Dispositif de régénération d'un filtre à particules (23) pour véhicule automobile, monté sur la ligne d'échappement (20) d'un moteur (1) à combustion interne et comprenant un moyen de commande (55) des phases de régénération, ledit dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen pour mesurer au moins un paramètre représentatif du fonctionnement du moteur, un premier moyen (51) pour mémoriser un modèle dudit paramètre du filtre à particules à vide, un moyen de comparaison (53) entre la valeur mesurée et la valeur mémorisée dudit paramètre pour en déduire un écart de performance (a) représentatif de la dégradation des performances du moteur qui est délivrée au moyen de commande (55) des phases de régénération. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un deuxième moyen (59) pour mémoriser un modèle apte à élaborer un seuil de régénération (srgn). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un troisième moyen (65) pour mémoriser un modèle apte à élaborer un seuil d'arrêt (sarr). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le moyen de commande (55) est apte à comparer l'écart de performance au seuil de régénération (srgn) et au seuil d'arrêt (sarr), de façon à délivrer une consigne de commande (consrgn) pour déclencher la phase de régénération si la valeur de l'écart de performance (s) est supérieure au seuil de régénération (srgn) et à l'arrêter si la valeur de l'écart de performance (s) est inférieure au seuil d'arrêt (sarr). 5. Procédé de régénération d'un filtre à particules (23) pour véhicule automobile, monté sur la ligne d'échappement (20) d'un moteur (1) à combustion interne, caractérisé par le fait que l'on commande le déclenchement des phases de régénération en fonction de la dégradation des performances du moteur, évaluée à l'aide d'au moins un paramètre représentatif du fonctionnement du moteur (1) pour un point de fonctionnement donné. 6. Procédé de régénération selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la dégradation du moteur (1) se mesure par un écart de performance (E) entre une valeur mesurée et une valeur modélisée et mémorisée dudit paramètre. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend à l'issue de la mesure de la valeur de l'écart de performance (E) - une étape d'élaboration d'un seuil de régénération (srgn) pour le point de fonctionnement donné, - une étape d'élaboration d'un seuil d'arrêt (sarr) pour le point de fonctionnement donné, - une étape de comparaison entre les valeurs de l'écart de performance (E), du seuil d'arrêt (sarr) et du seuil de régénération (srgn) de manière à déclencher la phase de régénération si la valeur de l'écart de performance (E) est supérieure au seuil de régénération (srgn) et à l'arrêter si la valeur de l'écart (6) est inférieure au seuil d'arrêt (sarr).