Brevet FR2897391A1 — publié le 20070817

Système et procédé de détection d'un colmatage par des particules incombustibles d'un filtre à particules de véhicule automobile L'invention porte sur des systèmes et procédés de détection d'un colmatage par des particules incombustibles d'un filtre à particules de véhicule automobile. Les moteurs à combustion interne produisent des gaz d'échappement qui contiennent des substances polluantes et des particules qu'il est nécessaire de traiter. Les seuils admis pour les émissions de gaz polluants et de particules des véhicules automobiles sont régulièrement revus à la baisse dans le cadre de l'évolution des réglementations sur la pollution. Ainsi, la présence de filtres à particules sur les véhicules automobiles se généralise. Ces filtres à particules permettent de filtrer les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne et retiennent les particules nocives. Les particules filtrées comprennent des particules combustibles, et des particules incombustibles. Des particules combustibles sont brûlées à intervalles réguliers par une régénération du filtre à particules gérée par une unité de commande électronique embarquée à bord du véhicule. Lors d'une phase de régénération, la température dans le filtre à particules est de l'ordre de 600 C minimum nécessaire à la combustion des suies. Les particules incombustibles sont issues de l'huile de lubrification du moteur. En effet, le moteur consomme, pour son 2 fonctionnement, une partie de l'huile de lubrification de ces différents organes Cette huile se retrouve dans les gaz d'échappement sous forme de particules qui sont filtrées par le filtre à particules. La régénération par combustion du filtre à particules ne permet pas de détruire les composés métalliques de cette huile. L'incapacité à déterminer si un filtre à particules est colmaté par des particules combustibles ou par des particules incombustibles, peut engendrer un remplacement injustifié du filtre à particules essentiellement colmaté par des particules combustibles, ou un maintien injustifié du filtre à particules colmaté par des particules incombustibles qui devrait être changé. Aussii, un but de l'invention est de remédier à ces problèmes. Ainsi, selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de détection d'un colmatage par des particules incombustibles d'un filtre à particules de véhicule automobile doté d'une unité de commande électronique interne. Le système comprend une unité de commande électronique externe apte à commander, en coopération avec ladite unité de commande électronique interne, une phase de pré-régénération et une phase de régénération par combustion du filtre à particules, à commander le fonctionnement du moteur de sorte que la température dudit filtre à particules est asservie sur un profil de températures prédéterminé durant lesdites phases de pré-régénération et de régénération, et à calculer la quantité de particules détruites lors de ladite phase de régénération par combustion dudit filtre à particules. Un tel système permet de déterminer de manière fiable s'il est nécessaire ou non de changer le filtre à particules. Ainsi, le filtre à particules n'est pas changé lorsque son colmatage est essentiellement dû à des particules combustibles, et le filtre à particules est changé lorsque son colmatage est essentiellement dû à des particules incombustibles. Selon un mode de réalisation, le système comprend des moyens de détection et des moyens d'alerte d'un colmatage du filtre à particules résistant à des phases de régénération par combustion effectuées lors de roulage du véhicule. Ainsi, le conducteur du véhicule est alerté de la présence d'un colmatage du filtre à particules qui résiste aux phases de régénération par combustion effectuées lors de roulage du véhicule. Selon un mode de réalisation, le système comprend des moyens de commande du fonctionnement du moteur adaptés pour asservir la température du filtre à particules sur ledit profil de températures prédéterminé lors desdites phases de pré-régénération et de régénération dudit filtre à particules. Selon un mode de réalisation, le système, dans lequel ladite unité de commande électronique externe est apte à calculer la quantité de particules détruites lors de ladite phase de régénération par combustion dudit filtre à particules à partir de la pression différentielle aux bornes dudit filtre à particules, du débit volumique de gaz d'échappement traversant ledit filtre à particules, et de valeurs de paramètres de fonctionnement du moteur transmis par ladite unité de commande électronique interne. Ainsi la masse de particules combustibles présente dans le colmatage du filtre est connue. Dans un mode de réalisation, lesdits paramètres de fonctionnement du moteur comprennent la masse de suies initiale détectée, le débit d'alimentation en air frais du moteur, le débit d'alimentation en carburant du moteur, la température des gaz en entrée du filtre à particules, la température des gaz en sortie du filtre à 4 particules, et le taux d'oxygène dans les gaz traversant le filtre à particules. Selon un mode de réalisation, les moyens de détection comprennent des moyens de déterminétion de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules, et/ou un premier débitmètre de mesure du débit d'alimentation en air frais du moteur, et/ou un premier débitmètre de mesure du débit d'alimentation en carburant du moteur, et/ou un premier capteur de mesure de la température des gaz en entrée du filtre à particules, et/ou un capteur de mesure du taux d'oxygène dans les gaz traversant le filtre à particules, et un deuxième capteur de mesure de la température des gaz en sortie du filtre à particules. Selon un mode de réalisation, ledit profil de températures prédéterminé, comprend des températures de l'ordre de 200 C durant la phase de pré-régénération, et des températures de l'ordre de 600 C durant la phase de régénération. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé une unité de commande électronique externe apte à commander, en coopération avec une unité de commande électronique interne de véhicule automobile, des phases de pré-régénération et de régénération par combustion du filtre à particules, à commander le fonctionnement du moteur de sorte que la température dudit filtre à particules est asservie sur un profil de températures prédéterminé durant lesdites phases de pré-régénération et de régénération, et à calculer la quantité de particules détruites lors de ladite phase de régénération par combustion dudit filtre à particules. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de détection d'un colmatage par des particules incombustibles d'un filtre à particules de véhicule automobile doté d'une unité de commande électronique interne. On effectue une phase de pré-régénération suivie d'une phase de régénération par combustion du filtre à particules à partir d'une unité de commande électronique externe gérant des valeurs de paramètres de fonctionnement du moteur de manière à asservir la température dudit filtre à particules sur un 5 profil de températures prédéterminé durant lesdites phases de pré-régénération et de régénération. On calcule la quantité de particules détruites lors de ladite phase de régénération par combustion dudit filtre à particules, en utilisant l'unité de commande électronique externe mise en coopération avec l'unité de commande électronique interne. Selon un mode de mise en oeuvre, on détecte précédemment un colmatage du filtre à particules résistant à des phases de régénération par combustion effectuées lors de roulage du véhicule. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, de quelques exemples nullement limitatifs, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un système selon un aspect de l'invention ; -la figure 2 est un schéma synoptique d'une unité de commande électronique externe selon un aspect de l'invention ; et - la figure 3 est un schéma synoptique illustrant un mode de mise en oeuvre du procédé selon un aspect de l'invention. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le système 1 de détection d'un colmatage par des particules incombustibles d'un filtre à particules 2 d'un véhicule automobile 3, comprend une unité de commande électronique externe 4. Le véhicule 3 est doté d'un moteur à combustion interne 5 comprenant une arrivée d'air 6 et une arrivée de carburant 7. Le véhicule automobile 3 est également muni d'une unité de commande électronique interne 8 et d'une ligne d'échappement 9 du moteur 5. Sur la ligne d'échappement 9, sont montés un catalyseur d'oxydation 10 et le filtre à particules 2 disposé en aval du catalyseur d'oxydation 10. Un premier débitmètre 11 est disposé dans l'arrivée d'air 6 du moteur 5 pour mesurer le débit d'alimentation en air frais du moteur 5 et transmettre la valeur de cette mesure à l'unité de commande électronique interne 8 par une connexion 12. Un deuxième débitmètre 13 est disposé dans l'arrivée de carburant 7 pour mesurer le débit d'alimentation en carburant du moteur 5 et transmettre cette valeur de mesure à l'unité de commande électronique interne 8, par une connexion 14. Les débitmètres 11 et 13 peut être remplacés par des moyens de détermination du débit d'alimentation en air frais du moteur 5, par exemple réalisés sous forme logicielle ou électronique. Un premier capteur de température 15 est disposé en amont du filtre à particules 2 pour mesurer la température des gaz en entrée du filtre à particules 2. La mesure de la température des gaz en entrée du filtre à particules 2 est transmise à l'unité de commande électronique interne 8 par une connexion 16. En outre, un deuxième capteur de température 17 est disposé dans la ligne d'échappement 9 en aval du filtre à particules 2, pour mesurer la température des gaz en sortie du filtre à particules 2. La valeur de la mesure de la température des gaz en sortie du filtre à particules 2 est transmise à l'unité de commande électronique interne 8 par une connexion 18. 7 Un capteur 19 permet de mesurer le taux d'oxygène dans les gaz traversant le filtre à particules 2, et transmet la valeur correspondante à l'unité de commande électronique interne 8 par une connexion 20. Le capteur 19 peut être remplacé par des moyens de détermination du taux d'oxygène dans les gaz traversant le filtre à particules 2, par exemple réalisés sous forme logicielle ou électronique. En outre, un capteur 21 de mesure de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules 2 transmet à l'unité de commande électronique interne 8 la valeur de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules 2 par une connexion 22. La valeur de la pression différentielle aux bornes du filtre participe, lors de roulage du véhicule, à l'élaboration de la masse de suies présente dans le filtre à particules 2. Le fonctionnement du moteur à combustion interne 5 est commandé par l'unité de commande électronique interne 8 par l'intermédiaire d'un faisceau de connexion 23. L'unité de commande électronique externe 4 comprend un module de commande 24 et un module de calcul 25. L'unité de commande électronique externe 4 est connectée à l'unité de commande électronique interne 8 par une connexion 26, qui peut, par exemple, être réalisée sous la forme d'une connexion filaire ou d'une connexion radio. Le module de commande 24 permet de commander l'unité de commande électronique interne 8, et le module de calcul 25 permet de calculer la quantité de particules détruites lors d'une phase de régénération par combustion du filtre à particules 2 à température prédéterminée. 8 En outre, le véhicule 3 est muni d'un moyen d'alerte, réalisé sous la forme d'un voyant lumineux 27 dédié, pour alerter le conducteur lors de la détection par l'unité de commande électronique interne 8, d'un colmatage du filtre à particules 2 résistant à des phases de régénération par combustion effectuées lors de roulages du véhicule 3. La figure 2 représente l'unité de commande électronique externe 4 apte à être utilisée au sein d'un système de détection d'un colmatage par des particules incombustibles d'un filtre à particules de véhicule automobile, par exemple, tel que décrit précédemment (figure 1). La figure 3 illustre un exemple de fonctionnement d'un système selon la figure 1. L'unité de commande électronique interne 8 détecte un colmatage du filtre à particules 2 résistant à des phases de régénération par combustion effectuées lors de roulage du véhicule 3 (étape 30). Le conducteur du véhicule 3 est informé de ce colmatage, par allumage du voyant lumineux 27. Le conducteur peut alors amener son véhicule 3 à un centre de réparation de véhicules. L'unité de commande électronique interne 8 est alors connectée à l'unité de commande électronique externe 4 par la connexion 26. La connexion 26 peut, par exemple, être une liaison filaire ou une liaison sans fil. Le module de commande 24 de l'unité de commande électronique externe 4 commande alors l'unité de commande électronique interne 8, de manière à ce que l'unité de commande électronique interne 8 gère, sur commande, le fonctionnement du 9 moteur à combustion interne 5, de manière à asservir (étape 31) la température du filtre à particules 2 sur un profil de températures prédéterminé durant les phases de pré-régénération et de régénération. Par exemple, le profil de températures prédéterminé comprend un ensemble de températures successives de l'ordre de 200 C lors de la phase de pré-régénération (en début de profil), et un ensemble de températures successives de l'ordre de 600 C lors de la phase de régénération (en fin de profil). Il s'agit d'un profil de températures répétable, permettant de préparer la phase de régénération durant la phase de pré-régénération, les conditions de températures répétables permettant de pouvoir calculer la niasse de particules brulées durant la phase de régénération du filtre à particules 2. Le module de commande 24 commande alors, par l'intermédiaire et en coopération avec l'unité de commande électronique interne 8, une régénération par combustion du filtre à particules 2 à température stabilisée (étape 32). Les paramètres de fonctionnement du moteur 5 sont alors gérés de façon que la température du filtre à particules reste sensiblement stabilisée à la valeur prédéterminée durant toute la phase de régénération par combustion. Le module de calcul 25, après avoir reçu des informations de l'unité de commande électronique interne 8, comprenant la masse de suies initiale détectée, le débit d'alimentation en air frais du moteur 5, le débit d'alimentation en carburant du moteur 5, la température des gaz en entrée du filtre à particules 2, la température des gaz en sortie du filtre à particules 2, et le taux d'oxygène dans les gaz traversant le filtre à particules 2, calcule la quantité de particules détruites lors de 10 ladite phase de régénération par combustion du filtre à particules 2 (étape 33). Le module de calcul 25 met en oeuvre une méthode de calcul prédéterminée initialisée avec les valeurs des informations transmises par l'unité de commande électronique interne 8. A partir de cette quantité de particules détruites lors de cette régénération par combustion, le module de calcul 25 calcule directement un niveau d'encrassement du filtre représentatif de la quantité de particules incombustibles présentes dans le filtre à particules 2. Ainsi, l'invention permet de déterminer s'il est nécessaire ou non de changer un filtre à particules colmaté, dont le colmatage résiste à des phases de régénération par combustion effectuées lors de roulages du véhicule, ou si cette phase de régénération est suffisante pour prolonger la durée d'utilisation du filtre à particules. REVENDICATIONS 1. Système (1) de détection d'un colmatage par des particules incombustibles d'un filtre à particules (2) de véhicule automobile (3) doté d'une unité de commande électronique interne (8), caractérisé en ce qu'il comprend une unité de commande électronique externe (4) apte à commander, en coopération avec ladite unité de commande électronique interne (8), une phase de pré-régénération et une phase de régénération par combustion du filtre à particules (2), à commander le fonctionnement du moteur (5) de sorte que la température dudit filtre à particules (2) est asservie sur un profil de températures prédéterminé durant lesdites phases de pré-régénération et de régénération, et à calculer la quantité de particules détruites lors de ladite phase de régénération par combustion dudit filtre à particules (2). 2. Système selon la revendication 1, comprenant des moyens de détection et des moyens d'alerte (27) d'un colmatage du filtre à particules (2) résistant à des phases de régénération par combustion effectuées lors de roulages du véhicule (3). 3. Système selon la revendication 2, comprenant des moyens de commande (24) du fonctionnement du moteur adaptés pour asservir la température du filtre à particules (2) sur ledit profil de températures prédéterminé lors desdites phases de pré-régénération et de régénération dudit filtre à particules (2). 4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite unité de commande électronique externe (4) est apte à calculer la quantité de particules détruites lors de ladite phase de régénération par combustion dudit filtre à particules (2) à partir de la pression différentielle aux bornes dudit filtre à particules (2), du débit volumique de gaz d'échappement traversant ledit filtre à particules (2), et de valeurs de paramètres de fonctionnement du moteur (5) transmis par ladite unité de commande électronique interne (8). 5. Système selon la revendication 4, dans lequel lesdits paramètres de fonctionnement du moteur (5) comprennent la masse de suies initiale détectée, le débit d'alimentation en air frais du moteur (5), le débit d'alimentation en carburant du moteur (5), la température des gaz en entrée du filtre à particules (2), la température des gaz en sortie du filtre à particules (2), et le taux d'oxygène dans les gaz traversant le filtre à particules (2). 6. Système selon la revendication 5, dans lequel lesdits moyens de détection comprennent des moyens de détermination de la pression différentielle (21) aux bornes du filtre à particules (2), et/ou un premier débitmètre (11) de mesure du débit d'alimentation en air frais du moteur (5), et/ou un deuxième débitmètre (13) de mesure du débit d'alimentation en carburant du moteur (5), et/ou un premier capteur (15) de mesure de la température des gaz en entrée du filtre à particules (2), et/ou un capteur (19) de mesure du taux d'oxygène dans les gaz traversant le filtre à particules(2), et un deuxième capteur (17) de mesure de la température des gaz en sortie du filtre à particules (2). 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit profil de températures prédéterminé, comprend des températures de l'ordre de 200 C durant la phase de pré- régénération, et des températures de l'ordre de 600 C durant la phase de régénération. 8. Unité de commande électronique externe (4) apte à commander, en coopération avec une unité de commande électronique interne (8) de véhicule automobile (3), des phases de pré-régénération et de régénération par combustion du filtre à particules (2), à commander le fonctionnement du moteur (5) de sorte que la température dudit filtre à particules (2) est asservie sur un profil de températures prédéterminé durant lesdites phases de pré-régénération et de régénération, et à calculer la quantité de particules détruites lors de ladite phase de régénération par combustion dudit filtre à particules (2). 9. Procédé de détection d'un colmatage par des particules incombustibles d'un filtre à particules (2) de véhicule automobile (3) doté d'une unité de commande électronique interne (8), caractérisé en ce que : on effectue une phase de pré-régénération suivie d'une phase de régénération (32) par combustion du filtre à particules (2) à partir d'une unité de commande électronique externe (4) gérant des valeurs de paramètres de fonctionnement du moteur (5) de manière à asservir la température dudit filtre à particules (2) sur un profil de températures prédéterminé durant lesdites phases de pré-régénération et de régénération ; et on calcule (33) la quantité de particules détruites lors de ladite phase de régénération par combustion dudit filtre à particules (2), en utilisant l'unité de commande électronique externe (4) mise en coopération avec l'unité de commande électronique interne (8). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on détecte (30) précédemment un colmatage du filtre à particules résistant à des phases de régénération par combustion effectuées lors de roulages du véhicule.