Brevet FR2899932A1 — publié le 20071019

PROCEDE ET Dl SPOSI Tl F DE CONTROLE DE LA REGENERATI ON D'UN SYSTEME DE DEPOLLUTI ON La présente invention se situe dans le domaine des moteurs à combustion interne et plus particulièrement les moteurs type Diesel, puisqu'ils rejettent des particules. En effet, cette invention concerne notamment la gestion des filtres à particules ou FAP. Elle s'applique not amment sur t out véhicule équipé d'un f ilt re à particules, mais aussi dans le cas de l'utilisation d'un injecteur additionnel pour des stratégies de purge d'un piège à oxyde d'azote (NOxTrap), ou sa désulf at at ion. Contrairement à un catalyseur d'oxydation traditionnel, ces systèmes fonctionnent de manière discontinue ou alternative, c'est à dire qu'en fonctionnement normal ils piègent les polluants, pour les traiter uniquement lors de phases de régénération. Pour être régénérés, ces filtres, ou pièges, nécessitent des modes de combustion spécifiques, afin de garantir les niveaux de thermique et/ ou de richesse nécessaires. Pour régénérer les filtres à particules, on peut procéder à une ou plusieurs injections retardées dans les chambres de combustion du moteur, après le point mort haut (FMH), lors de la phase de détente, ces injections ayant pour effet d'augmenter la température des gaz à l'échappement. Le gasoil injecté longtemps après le FMH, ne brûle pas dans la chambre de combustion, mais dans la partie catalytique de la ligne d'échappement. Touj ours afin de diminuer les émissions polluantes, on peut en effet disposer en plus du FAP, soit un catalyseur d'oxydation (DOC) dans la ligne d'échappement, en amont du FAP, soit directement un matériau catalytique (tel que le platine) au sein du FAP. C est sur ces sites catalytiques, que les HC et CO des injections tardives s' oxydent, augmentant la température des gaz. Enfin, en augmentant le débit d'une post injection éloignée, celle-ci provoque de fortes émissions de HC et de CO en sortie du moteur. Ces agents réducteurs réagissent dans le catalyseur d'oxydation avec l'oxygène présent dans les gaz d'échappement, en produisant de la chaleur, qui contribue à augmenter la température des gaz d'échappement en entrée du filtre à particules. Ainsi, la régénération d'un filtre à particules peut utiliser la chaleur produite par un catalyseur d'oxydation généralement placé en amont du filtre à particules, et celle de la phase catalytique dont est revêtu le filtre à particules catalytique. Cette dernière réalise la fonction d'oxydation des hydrocarbures et du monoxyde de carbone non traités par le catalyseur d'oxydation. Elle peut aussi utiliser la chaleur produite par la phase d'oxydation du filtre à particules catalytique, lorsqu'il n' y a pas de catalyseur d'oxydation en amont de celui-ci. La mise en action des différents moyens d'aide à la régénération, est généralement pilotée par le calculateur de contrôle moteur, qui détermine, en fonction de plusieurs paramètres, dont le chargement en suies du filtre à particules, l'instant de la régénération, ainsi que sa durée et les paramètres d'injection pendant cette phase. Or, pour améliorer l'efficacité de la régénération, il est nécessaire de produire une température interne au filtre, favorable à l'oxydation des suies (570-650 C), supérieure à la température normale de l'échappement, et ce quel que soit le point de fonctionnement du moteur. De même, pour optimiser le traitement de l'ensemble des polluants, il est nécessaire de gérer au mieux les phases de stockage et de régénération de ces pièges. Ces opérations nécessitent donc de contrôler la température en entrée du filtre à particules, au moment des phases de régénération, et la dilution due à la post injection. Actuellement, la chaleur nécessaire à la régénération des éléments de stockage de particules, est générée au moyen d'injections supplémentaires, soit pendant la phase de détente du cylindre, soit directement dans la ligne d'échappement. Le réglage de l'injection s'effectue en général par un bouclage sur la température en sortie du catalyseur d'oxydation Tsooc au moyen d'un PI D (Proportionnel, Intégrateur, Dérivateur), qui applique une correction calculée pour réguler cette température. Les deux actionneurs dont on dispose pour réaliser l'exotherme attendu dans la phase catalytique de la ligne d'échappement, ne sont pas égaux devant le critère dilution de carburant dans l'huile de lubrif icat ion. L'utilisation d'une post-injection dans le cylindre crée un surcoût important en matière de dilution, alors que le recours à l'injection directe à l'échappement, peut permettre d'assouplir la mise au point du système sur cet aspect. La présente invention a pour objectif de maximiser les performances de régénération du filtre à particules, en privilégiant l'injection de réducteurs dans la ligne d'échappement à la post-injection, afin de limiter le coût dilution lié à l'ut ilisat ion de la post -inj ect ion. Dans ce but, elle propose que le débit de carburant introduit, soit affecté aux injections directes dans la ligne d'échappement et/ou aux injections retardées dans les chambres de combustion, selon la valeur de la température de la paroi. De préférence, l'injection de carburant dans la ligne d'échappement est limitée à une zone des plus faibles charges, et à une zone des plus fortes charges du moteur, et le débit de carburant injecté dans la ligne d'échappement est limité à un débit maximum, au delà duquel le carburant inj ecté ne serait pas complètement oxydé dans celle-ci. L'invention propose aussi un dispositif comprenant un premier capteur de température en amont de la turbine, un catalyseur d'oxydation, un deuxième capteur de température mesurant la température en entrée d'un système de dépollution, le système de dépollution, et un moyen de détermination de température de paroi de la ligne d'échappement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante, d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins, sur lesquels : - la f figure 1 montre un exemple d'application de l'invention, - la figure 2 montre la répartition des injections en fonction des conditions à l'échappement, - la figure 3 présente la méthode de détermination de la température de paroi, - la f igure 4 est un schéma bloc de la commande, et la figure 5, présente des tracés de saturation de la quantité de carburant injecté dans la ligne d'échappement (cinquième injecteur), pour trois températures de paroi. La figure 1 illustre de façon non limitative l'application de l'invention sur un moteur de véhicule. Elle f ait apparaître un moteur à quatre cylindres 1, la turbine 2 et le compresseur 3 d'un turbocompresseur, ainsi qu'une boucle EGR et son ref roidisseur 4. Dans la ligne d'échappement, on trouve un catalyseur d'oxydation 7 (DOC), suivi d'un filtre à particules 8 (FAP). Un injecteur de carburant à l'échappement 9, dit cinquième injecteur, est placé en amont du catalyseur 7. Les différents capteurs associés, sont un capteur de température avant turbine (Tayt) 11, un capteur de température d'entrée de filtre à particules (Tefap) 13, un capteur de température en sortie de filtre à particules (Tesfap) 14, une sonde à oxygène 16, et un capteur de pression différentielle 17, ou capteur de pression relative, entre l'amont du f ilt re et l'atmosphère. Enf in, le schéma mentionne le papillon d'admission du moteur 8, la valve EGR 19, et les moyens d'isolation de la ligne d'échappement 21. Le calculateur moteur associé 22, reçoit et traite les signaux émis par les capteurs mentionnés, ainsi que d'autres informations en provenance de consommateurs électriques 23, du groupe moto ventilateur 25, d'un thermostat piloté 26, et de capteurs de température et de pression atmosphérique 27, 28. Dans le cadre de l'invention, l'injecteur supplémentaire positionné dans la ligne d'échappement, ou cinquième injecteur 9, peut cependant être placé, soit en amont soit en aval de la turbine, sans que cet emplacement ait d'incidence sur la stratégie proposée. Le dispositif concerné par l'invention comprend donc les éléments suivants : un injecteur à l'échappement 9, un premier capteur de température 11 en amont de la turbine, un catalyseur d'oxydation 8, un deuxième capteur de température 12 mesurant la température Tefap en entrée d'un système de dépollut ion, le système de dépollut ion 8, et un moyen de détermination de température de paroi Tparoi, de la ligne d'échappement. Conformément à l'invention, le moyen de température de paroi peut être un modèle de calcul intégré dans le calculateur, ou un capteur de température de paroi (non représenté). Enfin, le système de dépollution 8 peut être, soit un filtre à particules, soit un autre système tel qu'un piège à oxydes d'azotes, et l'injecteur à l'échappement 9 peut être positionné en amont, ou en aval, de laturbine. Comme indiqué plus haut, l'invention prévoit de répartir la quantité du carburant Qred, permettant d'atteindre la température désirée en entrée du filtre à particule, entre un injecteur supplémentaire implanté dans le passage des gaz d'échappement, et la post-inj ect ion. Rus précisément, la quantité de réducteurs Qred commandée par la stratégie de contrôle de température en entrée du filtre à particules sera affectée à l'injecteur supplémentaire, Q5inj, en premier lieu et/ ou à la post injection Qpoi, selon la valeur instantanée de la température de la paroi Tparoi, de la ligne d'échappement . L'invention part du principe que l'injecteur à l'échappement ne peut pas être utilisé sur l'ensemble de la plage de fonctionnement du moteur. En effet , la zone caractérisée par un faible débit des gaz à l'échappement et une faible température de la paroi, ne permet pas une vaporisation satisfaisante du carburant injecté. Par sécurité, il peut aussi être préférable de ne pas utiliser l'injecteur à l'échappement dans les zones caractérisées par un fort débit des gaz à l'échappement et une température de paroi élevée, ceci en raison de temps de séjour des réducteurs dans le catalyseur d'oxydation trop faibles, pour permettre d'oxyder la totalité des réducteurs. Conf ormément à la figure 2, l'injection de carburant dans la ligne d'échappement est donc utilisée uniquement dans certaines plages de fonctionnement du moteur, et limitée par exemple à une zone des plus faibles charges, et à une zone des plus fortes charges du moteur. La température de la paroi peut être déterminée, soit par un capteur, soit par un modèle intégré dans le calculateur du moteur, en fonction de différents paramètres. Afin de déterminer la température de la paroi Tparoi, il est en effet possible d'utiliser un capteur ou un modèle de calcul, intégré par exemple dans le calculateur de contrôle moteur, qui permet de donner une valeur instantanée de Tparoi. Cette température est une fonction de différent s paramètres mentionnés sur la figure 3, incluant la température des gaz d'échappement avant la turbine d'un turbocompresseur Tay,, la température d'eau Teau du moteur, le débit des gaz d'échappement Qech, et le débit d'air Qair (mesuré par exemple à l'admission). Le modèle peut utiliser tous ces paramètres, ou seulement une partie d'entre eux, en fonction du point de fonctionnement moteur. La quantité de carburant à injecter Qred dépend de la température de la paroi, de la température en sortie du catalyseur d'oxydation DOC ou de la température en entrée du FAP Tefap, et du point de fonctionnement moteur (débit des gaz d'échappement). La quantité de carburant Qred est calculée au moyen d'un module intégré dans le calculateur contrôle moteur. Ce module, illustré par la figure 4, est composé d'un réglage de base du débit de réducteur à injecter (supposé indépendant de l'actionneur), cartographié par point de fonctionnement régime/couple moteur, et d'une correction généré par un correcteur de type PI D (Proportionnel Intégrateur Dér ivat eur) dépendant de l'écart de la mesure de température d'entrée du filtre à particules à la température de consigne Tons. La capacité de conversion du DOC, qui dépend de la température de la paroi et du débit des gaz le traversant, définit un débit maximum pour le cinquième injecteur, au-delà duquel une partie des réducteurs injecté à l'échappement ne sera pas oxydée. Pour tenir compte de cette contrainte, l'invention prévoit que le débit de carburant QSinj injecté dans la ligne d'échappement soit limité à un débit maximum Qinjmax, au delà duquel le carburant injecté ne serait pas complètement oxydé dans celle-ci. Rus précisément, le carburant est injecté en priorité dans la ligne d'échappement, tant que le débit injecté Qin; est inférieur au débit maximum oxydable complètement dans celle-ci Qinjmax• La figure 5 illustre le principe de saturation haute de débit du cinquième injecteur, pour différentes températures de paroi Tparoil, Tparoi2, Tparoil. Dans les deux zones où cet injecteur ne peut pas être utilisé, la post-injection sera autorisée, si la stratégie de contrôle de température à l'entrée du FAP requiert la production d'un exot herme dans le DOC. Lorsque l'utilisation du cinquième injecteur est autorisée, il est saturé en premier, de manière à privilégier son utilisation jusqu'à saturation, en reportant le surplus commandé sur la post-injection : - si Qred En cas d'activation simultanée de l'injection à l'échappement et de la post injection, il est préférable que la totalité du carburant injectée suive une rampe de progression, pour rej oindre la valeur de consigne, de manière à éviter qu'une partie du carburant injectée traverse le catalyseur sans avoir réagi. Avec un tel prof il d'injection, les réducteurs traversant le catalyseur, en cas de f ort débit des gaz à l'échappement et de température de paroi élevée, ont plus de chance de s'oxyder. Le modèle de stratégie d'injection de réducteurs dans la ligne d'échappement est intégré à l'ECU du véhicule. Les principales étapes de la stratégie sont les suivantes : • le modèle détermine tout d'abord une quantité supplémentaire de carburant à injecter (Qred) pour le point de fonctionnement considéré, à partir d'une cartographie. • la mesure de la température en sortie du DOC (ou en entrée du FAP) permet de corriger cette quantité de réducteur, afin de se rapprocher le plus près possible de la température désirée (température consigne) en ent rée du FAP (Tsooc = TEFAP)• • la commande gère ensuite la répartition du carburant supplémentaire entre le cinquième injecteur (Q5inj) et la post injection (Qpoi1) suivant les caractéristiques des gaz d'échappement (Tparoi et QECH)• I1 est possible que seul le cinquième injecteur, ou que seule l'injection tardive, ne fonctionne. En dernier lieu, il faut préciser que la précision du modèle de calcul de température de paroi, peut limiter l'utilisation de la stratégie proposée. En effet, il est important de pouvoir utiliser l'injecteur additionnel sur la plage de régime charge la plus importante possible, mais il est également important de ne pas l'utiliser, lorsque la température de paroi est trop faible. La marge prise sur la valeur de la Tparoi, va directement impacter le champ régime/charge accessible. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de la régénération d'un système de dépollution (8), reposant sur l'introduction de carburant dans les gaz d'échappement par des injections retardées de carburant dans certaines chambres de combustion du moteur et/ou par injections directes dans la ligne d'échappement en amont du filtre, en fonction de la température en entrée du système, caractérisé en ce que le débit de carburant (Qred) introduit est affecté aux injections directes dans la ligne d'échappement et/ou aux injections retardées dans les chambres de combustion selon la valeur la température de la paroi (Tparoi) de la ligne d'échappement. 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injection de carburant dans la ligne d'échappement est utilisée uniquement dans certaines plages de fonctionnement du moteur. 3. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injection de carburant dans la ligne d'échappement est limitée à une zone des plus f aibles charges et à une zone des plus f ort es charges du moteur. 4. Procédé de contrôle selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la t empér at ur e de la paroi est déterminée par un capteur. 5. Procédé de contrôle selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la température de paroi (Tparoi) est déterminée par un modèle intégré dans le calculateur du moteur, en fonction de paramètres incluant la température des gaz d'échappement avant la turbine d'un turbocompresseur (Tayt), la température d'eau (Teau), le débit des gaz d'échappement (Qech), et le débit d'air (Qair). 6. Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débit de carburant (Qin;) injecté dans la ligne -11 - d'échappement est limité à un débit maximum (Qinjmax) au delà duquel, le carburant injecté ne serait pas complètement oxydé dans celle-ci. 7. Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce le carburant est injecté en priorité dans la ligne d'échappement tant que le débit injecté (Qinj) est inférieur au débit maximum oxydable complètement dans celle-ci (Qinjmax). 8. Procédé de contrôle selon la revendication 7, caractérisé en ce que le surplus de carburant (Qpoi) par rapport au débit oxydable dans la ligne d'échappement (Qinjmax) est introduit par des injections retardées dans les chambres de combustion du moteur. 9. Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le débit total de carburant (Qred) est corrigé sur chaque point de fonctionnement du moteur par un facteur dépendant de l'écart entre la température d'entrée du filtre à particule (Tefap) et la température de consigne de régénération (Tons). 10. Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calculateur (22) du moteur commande le débit de carburant (Qred) dans injecteur dédié de la ligne d'échappement (9) jusqu'à un niveau de saturation d'un catalyseur d'oxydation (7), avant de reporter le surplus commandé par la régénération du filtre (8) sur des injections retardées de carburant dans les chambres de combustion du moteur. 11. Procédé de contrôle selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système dépollution (8) est un filtre à particules 12. Dispositif de contrôle de la régénération d'un système de dépollution (8) disposé dans la ligne d'échappement d'un moteur selon un procédé conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un injecteur à l'échappement (9), un premier capteur de température (11) en amont de la turbine, un catalyseur d'oxydation (8), un deuxième capteur- 12 - de température (12) mesurant la température (Tefap) en entrée d'un système de dépollution, le système de dépollution (8), et un moyen de détermination de température de paroi (Tparo;) de la ligne d'échappement. 13. Dispositif de contrôle selon la revendication 12, caractérisé en ce 5 que le moyen de température de paroi est un modèle de calcul intégré dans un calculateur (22). 14. Dispositif de contrôle selon la revendication 12, ou 13, caractérisé en ce que l'injecteur de carburant (9) est disposé en amont d'une turbine de turbo compresseur (2). 10 15. Dispositif de contrôle selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'injecteur de carburant (9) est disposé en aval d'une turbine de turbo compresseur (2). 16. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le premier capteur de température (11) est disposé en 15 amont d'une turbine de turbo compresseur (2). 17. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte un quatrième capteur (14) de température en sortie du système de dépollution (Tsfap). 18. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 12 à 16, 20 caractérisé en ce que le système de dépollution (8) est un filtre à particules. 19. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que le système de dépollution (8) est un piège à oxydes d'azote.