Brevet FR2879671A1 — publié le 20060623

Procédé et dispositif de mise en condition de régénération d'un filtre à particules de moteur Diesel de véhicule automobile L'invention concerne la régénération d'un filtre à particules de moteur Diesel de véhicule automobile. Les filtres à particules s'encrassent et ne peuvent être nettoyés qu'à partir d'une température suffisamment élevée. Cette température étant supérieure à la température normale de fonctionnement au niveau de l'échappement, on a proposé divers aménagements permettant d'augmenter la température dans le filtre à particules et permettre ainsi d'éliminer les suies contenues dans le filtre, par combustion. On a notamment proposé l'injection de gasoil en post-injection. C'est-à-dire que l'on injecte du gasoil longtemps après le point mort haut (PMH) du cycle. Ce gasoil ne brûlera pas dans la chambre de combustion, mais dans la partie catalytique de la ligne d'échappement, élevant ainsi la température des gaz d'échappement qui traversent le filtre à particules jusqu'à la température de combustion des suies qu'il contient. On a également proposé l'injection retardée, consistant à injecter du gasoil après le point mort haut lors de la phase de détente, ce qui a également pour effet d'augmenter la température des gaz à l'échappement. Toutefois, ces techniques se sont heurtées au problème résultant d'une augmentation non souhaitable de la quantité de gasoil dans l'huile de lubrification du moteur par rapport à un fonctionnement avec une injection normale. En effet, avec ces techniques, le gasoil touche les parois du cylindre, favorisant le mélange de l'huile recouvrant le cylindre. L'augmentation du taux de gasoil dans l'huile, appelée "dilution", peut entraîner la destruction du moteur. Pour élever la température du filtre à particules en vue de sa régénération, on a également proposé de placer une résistance chauffante sur le filtre à particules lui-même ou en entrée de celui-ci (WO 02 10 12 08). L'inconvénient d'une telle résistance chauffante provient de son coût, des limites quant à la température qu'elle est susceptible de fournir, et de son ergonomie. On notera sur ce point que la résistance chauffante a souvent été proposée en conjonction avec la post-injection. On a également proposé d'activer un organe auxiliaire lors d'une régénération, cet organe auxiliaire constituant une charge sur le moteur et provoquant de ce fait un réchauffement de celui-ci. Toutefois cette approche est restée jusqu'à présent insuffisante en efficacité quant à l'élévation de température. Le but de l'invention est de proposer un procédé de régénération de filtre à particules qui n'occasionne aucun effet néfaste en matière de dilution. Un but de l'invention est même de proposer un moyen de compensation de l'effet négatif d'une éventuelle post- injection ou injection retardée sur la dilution en présence. Dans le cadre de l'invention, on propose un dispositif de charge de moteur Diesel de véhicule automobile lors d'une régénération de son filtre à particules, comprenant un organe formant une charge mécanique additionnelle du moteur et des moyens d'activation sélective de cette charge mécanique additionnelle. Il peut comprendre typiquement un réchauffeur électrique placé sur le circuit d'admission d'air du moteur. La charge mécanique additionnelle est alors constituée par un alternateur électrique alimentant ce réchauffeur électrique. Les moyens d'activation sélective de la charge 2879671 3 additionnelle sont dans ce cas des moyens de commande d'alimentation du réchauffeur électrique. De préférence, le réchauffeur électrique est placé en sortie d'un refroidisseur d'air de suralimentation. Le dispositif de l'invention peut comprendre notamment un moyen d'asservissement de la puissance d'alimentation électrique du réchauffeur électrique en fonction d'une valeur de consigne de charge électrique appliquée à l'alternateur. La valeur de consigne du moyen d'asservissement est par exemple la charge maximale admissible en fonctionnement de l'alternateur. L'ensemble d'asservissement peut inclure un convertisseur d'une valeur de dérive à la consigne en un signal à modulation de largeur d'impulsion, et un module de puissance placé en alimentation du réchauffeur électrique et piloté par ce signal à modulation de largeur d'impulsion. Le dispositif selon l'invention comprend, de préférence, un moyen d'asservissement de la puissance fournie au réchauffeur électrique en fonction d'une valeur de consigne de température relevée sur le filtre à particules. Il peut comprendre aussi typiquement des moyens d'activation de l'alimentation du réchauffeur électrique en cas de c.émarrage du moteur. Le dispositif comprend avantageusement des moyens d'injection multiple telle qu'injection retardée ou post injection, activables simultanément à l'activation du réchauffeur électrique par l'alternateur lors d'une régénération du filtre à particules. On prévoit aussi un procédé de régénération de filtre à particules de moteur Diesel de véhicule automobile, fa:sant appel à une activation d'une charge mécanique additionnelle du moteur Diesel lors de la régénération. On adopte pour cela, en tans que charge mécanique additionnelle du moteur, préférentiellement un alternateur alimentant un réchauffeur électrique placé sur le circuit d'admission 2879671 4 d'air du moteur, l'activation sélective de l'alternateur consistant en une commande d'alimentation du réchauffeur électrique. L'utilisation d'une charge additionnelle de ce type dans un moteur Diesel de véhicule automobile en tant que charge additionnelle de réduction d'une dilution de gasoil dans l'huile lors d'une régénération d'un filtre à particules dudit moteur Diesel, est également visée ici. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux figures annexées, sur lesquelles: -la figure 1 illustre la disposition des principaux organes associés à un moteur Diesel et une ligne d'échappement, conformément à une variante de l'invention; -la figure 2 est un schéma qui représente fonctionnellement un système de commande d'un réchauffeur électrique conforme à cette même variante de l'invention; -la figure 3 est un schéma qui représente un système de commande selon une variante; -la figure 4 est un tracé illustrant une relation entre la dilution du gasoil dans l'huile et la charge mécanique d'un moteur Diesel. L'ensemble des organes illustrés à la figure 1 se répartit autour d'un cylindre 100 d'un moteur Diesel de véhicule automobile. On y distingue une conduite d'admission d'air 110 et une conduite d'échappement 120. La conduite d'échappement 120 est équipée d'une turbine 210 entraînée par les gaz d'échappement. Cette turbine 210 fait partie d'un turbocompresseur 200 comprenant également, monté sur le même arbre que la turbine 210, un compresseur 220 sous la forme d'un arbre à ailettes au sein de la conduite d'admission 110. Ce turbocompresseur 200 compresse l'air admis dans la conduite 110 en vue de la suralimentation du moteur. La conduite d'échappement 120 comporte, en aval du compresseur 220, un dispositif catalyseur 300 et un filtre à particules 400 sur lequel est représenté un capteur de température 410, dont les 2879671 5 valeurs de prélèvement seront exploitées conformément à l'approche décrite ci- après. La conduite d'admission 110 comporte, entre le compresseur 220 et le cylindre 100, un refroidisseur d'air de suralimentation (RAS) 500, de type connu en soi. Elle est en outre équipée d'un débitmètre 114. On trouve également, au sein de l'ensemble représenté, un ensemble 600 reliant la conduite d'échappement 120 à la conduite d'admission 110 pour prélever une partie des gaz d'échappement et les recycler dans l'air d'admission. Cet ensemble 600 est connu en soi sous la dénomination EGR (Exhaust Gaz Recycle). Cet ensemble 600 est équipé d'un système de refroidissement des gaz d'échappement 615 (refroidisseur EGR) situé sur une conduite associée 610 en jonction entre les conduites d'admission 110 et d'échappement 120. La conduite refroidie 610 et la conduite directe 620 sont toutes deux équipées d'une vanne 640 d'entrée qui répartit les gaz d'échappement recyclés dans ces deux conduites. L'ensemble 600 de recyclage des gaz d'échappement est également muni d'une vanne de sortie adaptée 630. Conformément à la présente variante de l'invention, l'ensemble illustré comporte également un réchauffeur électrique 700 sur la conduite d'admission 110, ici spécifiquement en aval direct du refroidisseur d'air de suralimentation 500. Le réchauffeur électrique 700 se présente ici sous la forme d'une résistance chauffante. Il est alimenté en courant électrique par un alternateur 800 entraîné par le moteur. Dans le schéma ci-dessus, le réchauffeur électrique 700 se trouve en amont d'un volet d'admission 115 qui peut être commandé, et qui est situé directement en amont d'une chambre 118 de mélange entre l'air d'admission et les gaz d'échappement recyclés tels que sortant de l'ensemble de recyclage: 600. Le réchauffeur électrique 700 peut être installé à n'importe quel autre endroit, préférentiellement entre le refroidisseur d'air de suralimentation 500 et la chambre de mélange 118. L'ajout du réchauffeur électrique 700 à l'admission 110 va améliorer la qualité des régénérations conformément à l'effet décrit ci- après. Aussi, lorsque l'on rentre en régénération, on va commander l'alimentation du réchauffeur 700 en sortie du refroidisseur d'air de suralimentation 800 pour charger au maximum l'alternateur électrique du moteur, qui à son tour va constituer une charge de nature mécanique sur le moteur. Le moteur devant produire plus d'effort mécanique, va de ce fait produire plus de chaleur. Enfin, comme le moteur est plus chargé, son point de fonctionnement va se déplacer vers des zones de fonctionnement d'une courbe dilution/charge où la dilution est plus faible. En référence à la figure 3, une telle courbe est représentée avec la dilution d en ordonnée et la charge moteur CM en abscisse. On passe, par une charge du moteur qui augmente de la valeur C, à la valeur C2, d'une dilution d, à une dilution d, qui est plus faible, de par le caractère décroissant d'une telle courbe. Cette réduction de la dilution est d'autant plus apparente que l'on considère notamment le point mort du cycle. On exploite donc, grâce au présent dispositif, le caractère qui s'avère décroissant de la courbe dilution/charge. On adopte de plus un moyen de commande d'alimentation du réchauffeur électrique sous la forme d'un système d'asservissement 900 de la puissance consommée par le réchauffeur électrique 700 sur une valeur de consigne de charge C0 A appliquée à l'alternateur 800. La consigne de charge de l'alternateur est ici égale à la charge maximum que peut accepter celui-ci. Cette consigne de puissance maximale acceptable est avantageusement considérée à chaque instant en fonction par exemple du régime du moteur, de sa température, etc. Cet asservissement permet ainsi de rester toujours à la charge maximum de l'alternateur 800 qu'elles que soient les perturbations. Par 2879671 7 exemple, lorsque l'utilisateur allume les phares du véhicule, l'asservissement permet de réduire automatiquement la puissance du réchauffeur électrique 600 afin de ne pas dépasser la charge maximale admissible pour l'alternateur 800 et donc d'éviter de faire chuter la tension de bord de véhicule, qui pourrait provoquer l'extinction des phares par exemple. L'asservissement permet de prendre en compte automatiquement l'allumage des feux, toute autre modification de l'état du réseau électrique de bord ou encore l'état de charge de La batterie. Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le système de commande par asservissement 900 consiste en une disposition en série de quatre organes principaux, parmi lesquels on trouve d'abord un régulateur 910, ici sous la forme d'un module PID (Proportionnel Intégral Dérivé), suivi par un convertisseur délivrant un signal à modulation de largeur d'impulsion (PWM) 920, suivi à son tour par un boîtier de puissance 930 alimentant directement le réchauffeur électrique 700. Ce système d'asservissement 900 présente deux entrées de commande, à savoir respectivement une entrée 940 réceptionnant une valeur de charge de l'alternateur 800 telle que mesurée en temps réel sur ce dernier, et une entrée 950 recevant la valeur de consigne de charge ConSA à appliquer à l'alternateur 800. L'entrée 940 est soustraite à l'entrée 950 recevant la consigne de charge ConSA, grâce à un soustracteur 970. La variable d'action de cet asservissement est ici le signal issu du convertisseur 920, envoyé au boîtier de puissance 930. Lorsque la charge mesurée de l'alternateur 800 est plus faible que la charge de consigne, le régulateur 610 augmente le signal PWM pour augmenter la puissance électrique et donc la charge mécanique de l'alternateur 800 sur le moteur. On peut en variante adapter un signal du type RCO (Rapport Cyclique d'Ouverture). Un contrôle de l'asservissement par un calculateur UCE 990 gérant le fonctionnement du moteur permet aisément d'augmenter la charge mécanique du moteur dans le cadre de la régulation thermique souhaitée pour la régénération du filtre. 2879671 8 On prévoit également en variante (figure 3) une correction de la charge appliquée à l'alternateur 700 en fonction d'un écart de la température prélevée en entrée du filtre à particules 400 par le capteur 410 par rapport à une température de consigne. Pour cela, le système d'asservissement 900 présente une troisième entrée 960 qui reçoit une valeur d'écart de température égale à la différence entre la température du filtre à particules 400 et une valeur de consigne de température. Cet écart de température tel que délivré sur l'entrée 960 du système d'asservissement 900, se soustrait à la consigne de charge ConSA par l'intermédiaire d'un soustracteur 980, puis est véhiculé par l'intermédiaire d'un régulateur PII) référencé 985 avant soustraction par le soustracteur 970. La valeur représentative de l'écart de température du filtre à particules 400 telle que délivrée sur l'entrée 960 est donc une correction de température à appliquer sur le filtre à particules en vue de faire atteindre à ce dernier sa température de régénération. Par exemple, si la température du filtre est trop importante, l'écart de température est soustrait, en pratique à la valeur de consigne de charge de l'alternateur ConSA. La valeur de commande de la température du réchauffeur 700 telle que délivrée sous la forme du signal PWM au boîtier de puissance 930, tend alors à diminuer. La baisse de température du réchauffeur électrique 700 se traduit alors par une baisse de charge sur l'alternateur 800 jusqu'à attendre la nouvelle consigne de charge qui est moindre car diminuée par l'écart de température. Consécutivement l'alternateur 700, moins chargé, réduit la charge mécanique qu'il appliquait jusqu'à présent au moteur. Les effets précédemment exposés sur le fonctionnement du moteur s'en trouvent alors plus limités. Le réchauffement moteur est donc alors plus faible et la réduction de dilution est moins ample. Il existe ici une deuxième fonction au réchauffement électrique 700: on exploite sa capacité à réchauffer l'air en amont des cylindres 100 lors des démarrages à froid. Cette fonction est actuellement assurée par des bougies de préchauffage disposées dans les chambres 2879671 9 de combustion des cylindres. Le réchauffeur d'air 700 sur le conduit d'admission 110 remplace avantageusement les bougies. Ainsi, l'utilisation du réchauffeur d'air électrique 700 à l'admission sur le moteur équipé du filtre à particules 400 permet d'économiser le coût élevé des bougies de préchauffage. [1 s'avère en outre plus fiable. Lors de la phase de démarrage, le calculateur du moteur qui contient une cartographie et/ou un modèle, fournit au moteur un niveau de consigne de température à appliquer dans la conduite d'admission. Ce niveau de consigne de température est envoyé au boîtier de puissance 930 du réchauffeur électrique 700 sous forme PWM par l'intermédiaire du convertisseur 920. La résistance 700 réchauffe alors l'air d'admission comme le feraient les bougies de préchauffage. En variante, on adopte pour la phase de démarrage une consigne de puissance cartographiée en fonction de la température de l'air extérieur et de la température de l'eau de refroidissement du moteur. La puissance est ainsi adaptée à chaque instant aux conditions de fonctionnement du moteur et de l'environnement et optimise alors le démarrage. Il est possible de placer le réchauffeur électrique 700 plus en aval et le plus près possible du cylindre 100. Comme il est plus près des cylindres, il est plus performant lors du démarrage à froid car le délai nécessaire à l'arrivée des gaz jusqu'au cylindre 100 est plus faible. De plus, le fait de disposer un réchauffeur électrique 700 sur le circuit d'admission 110 permet de chauffer plus vite le moteur et son circuit de refroidissement d'eau immédiatement après le démarrage avant de commencer une régénération. Cela se fait via l'augmentation de la charge du moteur et via le réchauffage de l'air d'admission. Les moyens décrits ci-dessus permettent de ce fait de réduire le temps nécessaire à la montée en température de l'eau de refroidissement du moteur immédiatement après le démarrage. En effet, afin de ne pas endommager le moteur, il est préférable de ne débuter la régénération que lorsque la température de l'eau du moteur 2879671 10 dépasse un certain seuil fixé habituellement à 60 C. Or, lorsque le véhicule fait de nombreux petits trajets successifs, le moteur ne dépasse que très rarement le seuil de température. Ainsi, il devient difficile de régénérer le filtre à particules qui peut alors se boucher et nécessiter un retour au garage. A cet effet, on pilote ici le réchauffage de l'air d'admission de manière à atteindre sensiblement aussitôt après le démarrage, les conditions de température de l'eau du moteur souhaitées, et ce, même pour des utilisations brèves du véhicule. A nouveau, on peut utiliser le système d'asservissement 600 pour fonctionner toujours à la charge maximale de l'alternateur et ce quelles que soient les perturbations sur le réseau électrique du véhicule. REVENDICATIONS 1-Dispositif de charge de moteur Diesel de véhicule automobile lors d'une régénération de son filtre à particules (400), comprenant un organe formant une charge mécanique additionnelle (800) du moteur et des moyens d'activation sélective de cette charge mécanique additionnelle, caractérisé en ce qu'il comprend un réchauffeur électrique (700) placé sur le circuit d'admission d'air (110) du moteur et en ce que la charge mécanique additionnelle est constituée par un alternateur électrique (800) alimentant ce réchauffeur électrique (700), les moyens d'activation sélective de la charge additionnelle étant des moyens de commande (900) de l'alimentation du réchauffeur électrique (700). 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réchauffeur électrique (700) est placé en sortie d'un refroidisseur d'air de suralimentation (500). 3-Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'asservissement (900) de la puissance d'alimentation électrique du réchauffeur électrique (700) en fonction d'une valeur de consigne de charge électrique appliquée à l'alternateur (800). 4-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la valeur de consigne du moyen d'asservissement (900) est la charge maximale admissible en fonctionnement de l'alternateur (800). 5-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ensemble d'asservissement (900) inclut un convertisseur (920) d'une valeur de dérive à la consigne en un signal à modulaticn de largeur d'impulsion (PWM), et un module de puissance (930) placé en alimentation du réchauffeur électrique (700) et piloté par ce signal à modulation de largeur d'impulsion. 6-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'asservissement (900) de la puissance fournie au réchauffeur électrique en fonction d'une valeur de température relevée sur le filtre à particules (400). 7-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'activation de l'alimentation du réchauffeur électrique (700) en cas de démarrage du moteur. 8-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'injection multiple telle qu'injection retardée ou post injection, activables simultanément à l'activation du réchauffeur électrique (700) par l'alternateur lors d'une régénération du filtre à particules (400). 9-Procédé de régénération de filtre à particules de moteur Diesel de véhicule automobile, le procédé faisant appel à une activation d'une charge mécanique additionnelle (800) du moteur Diesel lors de la régénération, caractérisé en ce que l'on adopte, en tant que charge mécanique additionnelle du moteur, un alternateur (800) alimentant un réchauffeur électrique (700) placé sur le circuit d'admission d'air (110) du moteur, l'activation sélective de l'alternateur consistant en une commande de l'alimentation du réchauffeur électrique (700). 10-Utilisation d'une charge additionnelle (800) de moteur Diesel de véhicule automobile en tant que charge additionnelle de réduction d'une dilution de gasoil dans l'huile lors d'une régénération d'un filtre à particules dudit moteur Diesel de véhicule automobile, ladite charge additionnelle se présentant sous la forme d'un alternateur électrique (800) alimentant un réchauffeur électrique (700;1 placé sur le circuit d'admission d'air (110).