Brevet FR2888617A1 — publié le 20070119

La présente invention concerne un système de détermination de la quantité de suies brûlée lors de la régénération d'un filtre à particules intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile. Les polluants issus de la combustion d'un moteur Diesel sont majoritairement les hydrocarbures imbrûlés, les oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde NO2), les oxydes de carbone (monoxyde de carbone CO) et des particules. Afin de respecter les normes environnementales internationales, la maîtrise des émissions de HC, de CO, de NOx et des particules, sont impérati- ves, et des technologies de post-traitement des gaz d'échappement sont indispensables. La maîtrise des émissions de particules peut être réalisée par l'introduction d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement des moteurs Diesel. Les particules sont piégées dans les canaux d'entrée d'un média filtrant et elles sont brûlée périodiquement par élévation de la température des gaz d'échappement à l'entrée du filtre ou par chauffage de ce dernier, afin d'éviter un colmatage du filtre. Ce dispositif permet une filtration efficace des particules mais entraîne une contre-pression à l'échappement qui augmente avec le débit gazeux et qui est la cause d'une baisse de performances en forte charge et d'une surconsommation en carburant du moteur. Sur des points à forte charge, par exemple lors d'un roulage sur autoroute, la température des gaz d'échappement du moteur est suffisante pour brû-25 ler en continu les particules accumulées dans le filtre. En revanche, à plus faible charge du moteur, il est nécessaire d'avoir recours à des moyens de chauffage (post-injections, exotherme sur un catalyseur d'oxydation, ...) pour brûler les particules accumulées dans le filtre. Les post-injections permettent en effet une élévation du niveau thermique des gaz d'échappement en provoquant notamment une post-combustion dans la phase de détente du cycle moteur et une post-combustion catalytique des hydrocarbures imbrûlés sur un catalyseur d'oxydation qui est placé en amont du filtre à particules. Cependant, au-delà d'une certaine quantité de suies stockées dans le filtre, il existe un risque de casse de celui-ci. Afin d'éviter cette casse (en limitant les contraintes thermomécaniques lors de la régénération), on définit une quantité maximale de suies par litre de filtre à ne pas dépasser, cette quantité étant appelée MSL pour Masse de Suies Limite . Afin de respecter ce critère MSL, il est nécessaire d'estimer la quantité de suies stockée dans le filtre à particules, pour déclencher la régénération de celui-ci au moment approprié. Or, pour connaître la quantité de suies présente dans le filtre à particules, il faut connaître la quantité de suies brûlée dans celui-ci pendant une régénération. On a déjà proposé dans l'état de la technique différentes solutions pour estimer cette quantité de suies brûlée. Ainsi par exemple, on a utilisé la contre-pression aux bornes du filtre à particules qui donne une image de la charge en suies de ce filtre. Cependant, ces systèmes présentent un certain nombre d'inconvénients dans la mesure où pour une même contre-pression, on peut avoir plusieurs charges en suies différentes suivant le type de roulage effectué. De plus, il arrive souvent que les suies des canaux du centre du filtre brûlent et que la contre-pression chute rapidement sans pour autant que le filtre soit complètement régénéré. On a également développé dans l'état de la technique, des moyens mettant en oeuvre un bilan thermique moyen pendant la régénération qui indique si la régénération est échouée, partielle ou totale. On estime dans de tels systèmes, que deux régénérations partielles sont équivalentes à une régénération totale, ce qui est souvent loin de la réalité. Le but de l'invention est de proposer un système de détermination de la quantité de suies brûlée qui soit le plus fiable possible. A cet effet, l'invention a pour objet un système de détermination de la quantité de suies brûlée lors de la régénération d'un filtre à particules intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens d'estimation d'une première quantité intermédiaire de suies brûlée à partir de la teneur en oxygène des gaz d'échappement et de la température de ceux-ci en entrée du filtre à particules, - des premiers moyens de correction de cette première quantité en 5 fonction du débit massique des gaz dans la ligne d'échappement pour délivrer une deuxième quantité intermédiaire de suies brûlée, et - des seconds moyens de correction de cette seconde quantité de suies en fonction de la masse de suies estimée présente dans le filtre à particules pour déterminer une quantité instantanée de suies brûlée. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - il comporte des moyens de cartographie d'oxygène en modes de ré-génération et hors régénération, permettant de délivrer une information de teneur en oxygène des gaz d'échappement à partir de la charge et du régime du moteur; et - il comporte des moyens de coupure de la régénération lorsque celle-ci a atteint un seuil d'efficacité prédéterminé. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement d'un système de détermination selon l'invention; - la Fig.2 illustre l'intégration d'un tel système dans une chaîne de traitement d'informations; et - la Fig.3 représente une courbe d'efficacité de régénération en fonc-25 tion du temps. On a en effet illustré sur la figure 1, un système de détermination de la quantité de suies brûlée lors de la régénération d'un filtre à particules intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile. Ce système est désigné par la référence générale 1 et comporte des moyens d'estimation d'une première quantité intermédiaire de suies brûlée à partir de la teneur en oxygène des gaz d'échappement et de la température de ceux-ci en entrée du filtre à particules. Ces moyens d'estimation sont désignés par la référence générale 2 sur cette figure 1 et comportent en fait des cartographies préétablies d'estimation de quantité de suies brûlée en fonction des informations de teneur en oxygène et de température d'entrée des gaz dans le filtre à particules. Ces moyens d'estimation délivrent alors une première quantité intermédiaire de suies brûlée à des moyens de correction 3 de celle-ci en fonction du débit massique des gaz dans la ligne d'échappement pour délivrer une seconde quantité intermédiaire de suies brûlée à des moyens de correction 4 de celle-ci par la masse de suies présente dans le filtre à particules, issue d'un autre modèle d'estimation de quantité de suies. On conçoit alors que ces moyens permettent d'obtenir une quantité estimée de suies brûlée. Ce système désigné par la référence générale 1 peut par exemple être intégré dans une chaîne de traitement illustrée sur la figure 2, permettant de sur-veiller la masse de suies. Ce système reçoit alors en entrée la teneur en oxygène et la tempéra- ture des gaz en entrée du filtre à particules, le débit massique de ces gaz et la masse de suies initiale estimée. La teneur en oxygène peut quant à elle être délivrée par des moyens de cartographie d'oxygène en modes de régénération et hors régénération, désignés respectivement par les références 5 et 6 sur cette figure 2, associés à des moyens de détection d'une demande de régénération issue par exemple d'un superviseur du filtre à particules et désignée par la référence générale 7 pour délivrer l'information correspondante au système 1. Les moyens de cartographie 5 et 6 reçoivent en entrée des informations de régime et de charge du moteur. Ces moyens de cartographie peuvent être établis systématiquement lors de la calibration du moteur, et ne nécessitent donc pas de travail supplémentaire. Le système de détermination selon l'invention peut également être associé à des moyens de coupure de la régénération lorsque celle-ci atteint un seuil prédéterminé d'efficacité. Une forme de courbe d'efficacité est illustrée sur la figure 3. Il peut en effet être intéressant, afin d'optimiser la durée des régénérations, de ne pas viser 100% d'efficacité, mais de fixer la coupure de la régénération lorsque l'efficacité atteint un seuil prédéterminé. Ceci permet de réduire l'impact négatif des régénérations sur la consommation en carburant et sur la dilution de gazole dans l'huile de lubrification du moteur. A titre d'exemple, si on fixe le seuil d'efficacité prédéterminé à 75% et un temps Ti de 350 secondes par rapport à un temps T2 de 600 secondes pour une efficacité de 100%, alors on obtient un gain en consommation de 22%. On conçoit alors qu'un tel système présente un certain nombre d'avantages car on peut alors mettre en oeuvre un paramétrage unique d'un modèle commun à tous les projets. Il permet par ailleurs de fiabiliser la détermination de la charge du filtre et d'optimiser les temps de post-injection et donc de réduire la consommation en carburant et la dilution. Bien entendu, d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés et ce système est applicable à un filtre à particules additivé, catalysé, .. REVENDICATIONS 1. Système de détermination de la quantité de suies brûlée lors de la régénération d'un filtre à particules intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens (2) d'estimation d'une première quantité intermédiaire de suies brûlée à partir de la teneur en oxygène des gaz d'échappement et de la température de ceux-ci en entrée du filtre à particules, - des premiers moyens (3) de correction de cette première quantité en fonction du débit massique des gaz dans la ligne d'échappement pour délivrer une deuxième quantité intermédiaire de suies brûlée, et -des seconds moyens (4) de correction de cette seconde quantité de suies en fonction de la masse de suies estimée présente dans le filtre à particules pour déterminer une quantité instantanée de suies brûlée. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (5,6,7) de cartographie d'oxygène en modes de régénération et hors régénération, permettant de délivrer une information de teneur en oxygène des gaz d'échappement à partir de la charge et du régime du moteur. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de coupure de la régénération lorsque celle-ci a atteint un seuil d'efficacité prédéterminé.