Brevet FR2916229A1 — publié le 20081121

PROCEDE DE CONTROLE DES EMISSIONS POLLUANTES D'UN MOTEUR DIESEL. La présente invention concerne le domaine de la 5 dépollution pour moteur diesel, notamment en phase dite de post-traitement d'une ligne d'échappement. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de contrôle des émissions polluantes d'un moteur diesel équipé d'un filtre à particules, comprenant les étapes 10 consistant à : - estimer la masse de suies instantanée d'un filtre à particules, à partir d'un modèle comprenant une correspondance entre une masse de suies instantanée (mi) donnée et une consigne d'injection (Qinj) de carburant 15 donnée, mémoriser la masse de suies instantanée estimée, réitérer les étapes précédentes et calculer la masse de suies totale par intégration de chaque estimation instantanée, et 20 - régénérer le filtre à particule lorsque la masse de suies totale atteint une valeur seuil. Au regard notamment des normes de pollution visant à diminuer les seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles, en particulier pour les moteurs à 25 mélange pauvre, des systèmes de traitement sont disposés le long de la ligne d'échappement. Des tels systèmes fonctionnent classiquement de manière discontinue ou alternative, c'est-à-dire qu'en fonctionnement normal ils piègent les polluants (suies, particules), mais ne 30 traitent ces polluants qu'en phase de régénération du système. Pour régénérer les pièges, ces systèmes nécessitent d'être soumis à des modes de combustion spécifiques afin de garantir le niveau thermique et/ou le niveau de richesse nécessaire. Un exemple classique de tel système de piège est le filtre à particules. La régénération d'un filtre à particules se déclenche automatiquement lorsque la masse de suie stockée dans celui-ci atteint une valeur seuil. Or si le déclenchement ne se fait pas au moment opportun, le véhicule automobile équipé du filtre à particule est confronté à la double problématique suivante : Dans le cas où le déclenchement de la régénération est effectué trop tôt (pas suffisamment de suies), le rendement du moteur est pénalisé par surconsommation et dilution d'huile. Dans le cas où le déclenchement de la régénération est effectué trop tard (trop de suies), l'intégrité du filtre à particule peut être menacée. En l'espèce, le moteur risque de ne plus être conforme aux normes de pollution. Classiquement, la masse de suie est estimée au moyen d'un modèle dont l'un des paramètres est le débit de carburant injecté dans les cylindres. Or dans un moteur, le carburant est injecté sous 25 l'effet d'une consigne d'injection, cette consigne étant contrôlable. Cependant, il existe souvent une erreur entre la valeur de la consigne d'injection et la quantité de carburant réellement injectée, d'autant plus que le moteur est âgé. 30 Cette différence provient de la dispersion des injecteurs, c'est-à-dire que les conditions au sein d'une chambre de combustion lors de l'utilisation d'un moteur (fortes températures, fortes pression, etc.), altèrent les propriétés physiques de l'injecteur correspondant au cours du temps, et par conséquent les doses injectées pour une même valeur de consigne d'injection. Les procédés de l'état de l'art, mentionnés en début de description, sont donc soumis à des dispersions, voire des dérives, par exemple au cours du vieillissement d'un véhicule automobile, ou entre deux véhicules. Les dispersions sont dues notamment aux écarts sur les injecteurs, combinés aux écarts sur les débits d'air dans le moteur. Le rapport entre le débit d'air et la quantité de carburant injecté donne la richesse du mélange air/carburant. Pour remédier à de telles dispersions, il existe certaines solutions basées sur l'utilisation d'une sonde de riche-sse dans la ligne d'échappement. Une telle sonde donne une indication de l'état de vieillissement des actionneurs, responsables de l'émission des particules. Cependant une telle sonde a un coût dont il est préférable, selon l'invention, de se passer. La présente invention a pour but de remédier à ces 20 inconvénients en proposant un procédé tenant compte de la dérive des injecteurs. Avec cet objectif en vue, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend en outre une 25 étape consistant à : estimer la quantité de carburant réellement injectée (Qinj R) en réponse à la consigne d'injection (Qinj), et en ce que : l'étape d'estimation de la masse de suies est 30 réalisée à partir de l'estimation de la quantité de carburant réellement injectée (Qinj R). Grâce à cette caractéristique, la masse réelle de suies est estimée au plus près de sa valeur réelle. Donc le déclenchement de la régénération du filtre à particule peut être mise en oeuvre de manière optimale. De préférence, l'étape consistant à estimer la quantité de carburant réellement injectée en réponse à la consigne d'injection de carburant est mise en oeuvre par l'estimation du couple moteur (Cm), le couple moteur étant proportionnel à la quantité de carburant réellement injectée (Qinj_R) selon l'équation Qinj R = Cm / a, avec a une constante dépendant du type de moteur. De préférence également, l'estimation du couple moteur (Cm) est fonction du régime moteur (N). Dans un mode de réalisation, la consigne d'injection de 15 carburant (Qinj) est l'estimation de la quantité de carburant réellement injectée (Qinj_R). Dans un- autre mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape consistant à compenser une dérive dans le temps entre la consigne 20 d'injection de carburant (Qinj) donnée et la quantité de carburant réellement injectée (Qinj_R) estimée, de sorte à conserver la masse de suies (mi) donnée en adaptant la consigne d'injection de carburant donnée (Qinj) à cette dérive. 25 De préférence, l'étape de compensation est mise en oeuvre par un algorithme de recalage d'injection. Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape consistant à analyser la richesse du mélange issu de la combustion, et corriger 30 valeur de la consigne d'injection de carburant (Qinj) en fonction du résultat de l'analyse de richesse. De préférence, l'analyse de richesse est mise en oeuvre par une sonde à oxygène. Avantageusement, le modèle utilisé pour l'estimation de la masse de suies d'un filtre à particules, comprend en outre au moins l'un des paramètres suivants : quantité ou débit d'air, température de l'air. Dans un mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape consistant à recirculer les gaz d'échappement. Dans ce cas, le modèle utilisé pour l'estimation de la masse de suies d'un filtre à particules comprend avantageusement comme paramètre le taux de recirculation des gaz d'échappement. La présente invention est avantageusement mise en ouvre dans le cadre des normes européennes EURO5. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 illustre un mode de réalisation du procédé selon l'invention, et la figure 2 illustre un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention. En référence à la figure 1, le procédé selon 25 l'invention comprend une étape consistant à estimer la masse de suies d'un filtre à particules. Cette étape est mise en ouvre à partir d'un modèle comprenant une correspondance entre une masse de suies M donnée et une consigne d'injection de carburant Qinj donnée. 30 Le modèle définit le débit instantané de particules en fonction d'au moins un paramètre moteur égal à une consigne d'injection de carburant donnée. L'estimation de la masse de suies correspond à l'intégration mathématique de la somme des débits instantanés sur une période de temps considérée. Le modèle permet de réaliser une étape consistant à 5 calculer la masse de suies M donnée en fonction de la consigne d'injection de carburant Qinj donnée. La correspondance est initialisée avant la mise en service du moteur. Cependant, comme vu précédemment, le modèle est 10 sensible aux dispersions, en particulier aux dispersions dues aux injecteurs. Or la quantité réelle de carburant injecté n'est pas connue, seule la valeur de la consigne d'injection est connue. 15 Selon l'invention, le procédé comprend en outre une étape consistant à estimer la quantité de carburant réellement injectée en réponse à la consigne d'injection. Sur un moteur diesel, l'effet d'une injection sur le couple moteur est direct et proportionnel (approximation 20 linéaire). C'est-à-dire que C = a.Qinj Avec C le couple moteur, Qinj le débit de carburant injecté, et a une constante dépendant notamment du type de moteur. 25 La présente invention vise donc à estimer la quantité de carburant injecté par l'estimation du couple moteur. A cet effet, dans un mode de réalisation, l'estimation du couple moteur est mise en œuvre par le procédé décrit dans la demande de brevet FR 2818740 déposée par la demanderesse. 30 Dans ce mode de réalisation, des moyens de calcul calculent le couple moteur à partir de la mesure de la vitesse angulaire du volant moteur, connaissant les couples résistants entrant en jeu au niveau du volant moteur : J dw/dt = Cm(e)-(Cr.nTM + Ca) ça = n . N / 15 • = de/dt avec N le régime moteur (Tr/min), w la vitesse angulaire du volant moteur, 6 l'angle vilebrequin, J l'inertie du système, Cm le couple moteur, Cr le couple résistif à la roue, Ca l'ensemble des couples résistants restants, et r1TM le rendement de la transmission. La vitesse angulaire au niveau du volant moteur est mesurée grâce à un capteur approprié, optique ou autre. Le signal délivré par ce capteur représente le régime moteur instantané et permet de calculer le couple moteur Cm instantané. Le couple résistif à la roue (aux roues) Cr comprend tous les couples liés aux frottements (aérodynamique, 20 contacts pneus/route, etc.) Le couple accessoire Ca comprend tous les consommateurs d'énergie entraînés directement par le vilebrequin (compresseur de climatisation, alternateur, etc.). De préférence, le couple global Cm est également estimé 25 à partir du régime moteur. Le couple global Cm est lui-même relié au débit de carburant Qinj injecté dans un cylindre par la relation Cm = a Qinj susmentionnée. La constante a étant connue, le débit de carburant 30 Qinj _R réellement injecté est alors calculé par la relation Qinj _R = Cm / a. La présente invention renvoie vers la demande FR 2818740 pour de plus amples informations sur l'estimation du couple moteur global. Dans un autre mode de réalisation, l'estimation du 5 couple moteur est mise en œuvre par la mesure de pression cylindre, connue de l'homme du métier. Selon une première variante de l'invention, le procédé comprend une étape consistant à compenser la dérive entre la consigne d'injection de carburant donnée Qinj et la quantité 10 de carburant réellement injectée estimée Qinj R, de sorte à conserver la masse de suies donnée. En l'espèce, l'étape de compensation est mise en oeuvre par un algorithme de recalage d'injection. A titre d'exemple, le modèle est initialisé avec une 15 relation de correspondance entre une consigne de débit de carburant initiale Qin] _1 et une masse de suies correspondante mi_ i. L'estimation du couple moteur permet d'estimer la valeur réelle du débit d'injection Qinj_R. 20 Lors de sa mise en service, un moteur est calibré de sorte que la valeur réelle du débit d'injection Qinj_R soit égale à la consigne de débit de carburant initiale Qinj_i. Si le moteur a subi des dispersions, alors Qinj_i et Qinj_R ont des valeurs différentes, et l'application de la 25 consigne du débit d'injection réel Qinj_R en entrée du modèle aboutira à une masse de suies correspondante m _R différente de mi i. L'algorithme de compensation permet, en fonction de l'écart (du rapport) entre Qinj_i et Qinj_R de compenser la 30 dispersion, de sorte à conserver la production d'une masse de suies mi i alors que le débit d'injection est le débit d'injection réel Qinj R. Dans ce mode de réalisation, la dérive des injecteurs est corrigée au niveau du moteur. Selon une deuxième variante, illustrée figure 2, ne nécessitant pas d'intrusion dans le réglage moteur, la consigne d'injection de carburant est l'estimation de la quantité de carburant réellement injectée Qinj_R. Le modèle est ainsi informé de la dérive de fonctionnement des injecteurs. En outre, la richesse du mélange issu de la combustion peut être analysée par une sonde à oxygène, de sorte à corriger valeur de la consigne d'injection de carburant en fonction du résultat de l'analyse de richesse. De préférence, le modèle utilisé pour l'estimation de la masse de suies d'un filtre à particules, comprend en outre au moins l'un des paramètres suivants . quantité ou débit d'air Qair, température de l'air Tair, taux de recirculation des gaz d'échappement EGR. Le procédé selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre sous forme d'algorithme. 10 REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle des émissions polluantes d'un moteur diesel équipé d'un filtre à particules, comprenant les 5 étapes consistant à : - estimer la masse de suies instantanée d'un filtre à particules, à partir d'un modèle comprenant une correspondance entre une masse de suies instantanée (mi) donnée et une consigne d'injection (Qinj) dé carburant donnée, 10 -mémoriser la masse de suies instantanée estimée, - réitérer les étapes précédentes et calculer la masse de suies totale par intégration de chaque estimation instantanée, et - régénérer le filtre à. particule lorsque la masse de 15 suies totale atteint une valeur seuil, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape consistant à : - estimer la quantité de carburant réellement injectée (Qinj_R) en réponse à la consigne d'injection (Qinj), et en ce 20 que : - l'étape d'estimation de la masse de suies est réalisée à partir de l'estimation de la quantité de carburant réellement injectée (Qinj_R). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape 25 consistant à estimer la quantité de carburant réellement injectée en réponse à la consigne d'injection de carburant est mise en œuvre par l'estimation du couple moteur (Cm), le couple moteur étant proportionnel à la quantité de carburant réellement injectée (Qinj_R) selon l'équation Qinj_R = Cm / a, 30 avec a une constante dépendant du type de moteur. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'estimation du couple moteur (Cm) est fonction du régime moteur (N). 10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la consigne d'injection de carburant (Qinj) est l'estimation de la quantité de carburant réellement injectée (Qinj R). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, comprenant en outre une étape consistant à compenser une dérive dans le temps entre la consigne d'injection de carburant (Qinj) donnée et la quantité de carburant réellement injectée (Qinj_R) estimée, de sorte à conserver la masse de suies (mi) donnée en adaptant la consigne d'injection de carburant donnée (Qinj) à cette dérive. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'étape de compensation est mise en œuvre par un algorithme de recalage d'injection. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape consistant à analyser la richesse du mélange issu de la combustion, et corriger valeur de la consigne d'injection de carburant (Qinj) en fonction du résultat de l'analyse de richesse. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel 20 l'analyse de richesse est mise en oeuvre par une sonde à oxygène. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le modèle utilisé pour l'estimation de la masse de suies d'un filtre à particules, comprend en 25 outre au moins l'un des paramètres suivants quantité ou débit d'air, température de l'air. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape consistant à recirculer les gaz d'échappement, le modèle utilisé pour 30 l'estimation de la masse de suies d'un filtre à particules comprenant comme paramètre le taux de recirculation des gaz d'échappement. 11