Brevet FR2915769A1 — publié le 20081107

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de régulation de la régénération d'un filtre à particules dans un système de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne selon lequel on con-trôle la combustion des particules dans le filtre à particules au cours d'une opération de régénération par la régulation de la teneur en oxygène des gaz d'échappement, et/ou on régule la température des gaz d'échappement ou d'au moins un composant d'un système de post-traitement des gaz d'échappement. Elle concerne également une application de ce procédé. Etat de la technique Selon le document DE-103 33 441-Al on connaît un pro-cédé de commande d'un système de post-traitement des gaz d'échappement notamment d'un filtre à particules d'un moteur à corn- bustion interne selon lequel on prédéfinit une valeur de consigne (LAS) d'un signal lambda (L) ou une variation d'un signal lambda L et on saisit la valeur réelle du signal lambda (L) et partant de la comparaison entre la valeur réelle et la valeur de consigne on prédéfinit un signal de commande pour un élément d'actionnement pour commander la réac- tion dans le système de post-traitement des gaz d'échappement pour que la valeur réelle se rapproche de la valeur de consigne. On peut prédéfinir la valeur de consigne (LAS) pour que s'établisse une vitesse de combustion prédéfinie des particules d'un filtre à particules du système de post-traitement des gaz d'échappement et/ou pour obtenir une température prédéfinie dans le système de post-traitement des gaz d'échappement. Par un tel mode de régénération régulé, limité en oxygène pour le filtre à particules on peut contrôler efficacement la vitesse de combustion du noir de fumée et ainsi également l'augmentation de la température conditionnée par cette réaction exothermique dans le filtre à particules. Il est particulièrement nécessaire de limiter la température maximale produite au cours d'une phase de régénération, notamment si par comparaison avec des matériaux standards tels que SiC, on utilise des matériaux plus coûteux tels que de la Cordiérite comme matériau pour le filtre à particules, car ces matériaux ont une moindre résistance thermique. Ainsi pour de tels matériaux coûteux, la température du filtre à particules en cours de régénération ne doit pas dépasser une va-leur maximale de l'ordre de 850 C à 1000 C. Le document DE-103 33 441-Al décrit en outre un dis- positif de commande d'un système de post-traitement des gaz d'échappement notamment d'un filtre à particules d'un moteur à combustion interne comportant des moyens prédéfinissant une valeur de consigne LAS pour le signal lambda L ou une variation du signal lambda L, des moyens qui saisissent la valeur réelle du signal lambda L ou la variation du signal lambda L et des moyens qui, partant de la comparaison entre la valeur réelle et la valeur de consigne LAS du signal lambda L ou de la variation du signal lambda L, prédéfinissent un signal de commande pour un élément d'actionnement avec lequel on commande la réaction dans le système de post-combustion des gaz d'échappement de façon que la valeur réelle se rapproche de la valeur de consigne. A l'aide de l'élément d'actionnement on peut influencer la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement. L'élément d'actionnement peut être une soupape de recyclage des gaz d'échappement, le volet d'étranglement ou encore un moyen pour in- fluencer un turbo-compresseur de gaz d'échappement ; il peut égale-ment s'agir d'un système de dosage de carburant qui effectue au moins une post-injection de carburant dans le moteur à combustion interne. L'efficacité des actions de régulation décrites dépend fortement des conditions de fonctionnement du moteur à combustion in- terne. C'est ainsi que par exemple il faut définir des moyens de régulation du coefficient lambda dans le système d'injection, par exemple sous la forme d'une post-injection qui brûle avec un couple neutre dans le moteur à combustion interne. Au cas contraire, des émissions trop importantes d'hydrocarbures imbrûlés peuvent produire une réac- tion exothermique excessive dans le système de post-traitement des gaz d'échappement notamment dans le catalyseur d'oxydation se traduisant par une forte augmentation de la température et ainsi dans l'exemple cité, un endommagement du catalyseur d'oxydation. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro-cédé permettant d'éviter avec certitude toute élévation inacceptable de la température du système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne engendrée par des actions de régulation pour commander la combustion des particules de suie ou de noir de fumée au cours de la régénération des filtres à particules. Exposé et avantages de l'invention Ce problème est résolu selon l'invention par un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on effectue une action de régulation pour réguler la teneur en oxygène et/ou la température des composants du système de post-traitement des gaz d'échappement seulement pour des conditions de combustion stables du moteur à combustion interne. Dans de telles conditions de combustion stable, une action de régulation évite par exemple toute émission de niveau inacceptable d'hydrocarbures imbrûlés. C'est pourquoi, l'action de régulation ne produit pas une réaction trop fortement exothermique dans le système de post-traitement des gaz d'échappement du moteur à combus- tion interne en particulier dans le catalyseur d'oxydation. En outre on évite en toute sécurité que du fait de la forte émission d'hydrocarbure, la mesure du coefficient lambda dans le conduit des gaz d'échappement ne soit faussée par la sensibilité transversale de la sonde lambda vis-à-vis des hydrocarbures. La régulation de la teneur en oxygène au cours de la phase de régénération du filtre à particules se fonde sur le signal lambda tel que mesuré. Une forte concentration d'hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement fausse le signal lambda mesuré dans le sens d'une composition de gaz d'échappement maigre, ce qui produit à son tour une action de régulation pour réduire la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement ; cela augmente d'autant la con-centration d'hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement. Le procédé selon l'invention permet d'éviter en toute sécurité une telle con-séquence. On peut éviter en sécurité les actions de régulation non autorisées pendant que règnent des conditions de combustion non suf- fisamment stables en ce que la régénération du filtre à particules ne se fait que si les conditions de combustion du moteur à combustion in-terne sont stables. En particulier dans le cas d'un moteur à combustion in- terne froid, il peut arriver que l'on utilise l'état de mise en oeuvre du système de préchauffage pour fixer l'état de conditions de combustion stables du moteur à combustion interne. Comme l'ont confirmé des me-sures faites sur les moteurs à combustion interne, pour un moteur à combustion interne très froid, à -20 C, on peut avoir une combustion suffisamment stable pour une action de régulation si l'installation de préchauffage est activée. En revanche, si la combustion du moteur se fait alors que le préchauffage est coupé, la concentration en hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement augmente avec les effets déjà décrits sur la régulation du coefficient lambda. Ainsi les actions de régulation dans le cas d'un moteur à combustion interne froid doivent se limiter aux phases au cours desquelles le préchauffage est mis en oeuvre. Selon une variante de réalisation préférentielle de l'invention, la stabilité de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne s'utilise pour détecter les conditions de combustion stables du moteur. La stabilité de la vitesse de rotation permet de détecter directement la stabilité de la combustion du moteur. Si l'irrégularité de la vitesse de rotation dépasse un seuil prédéfini, on peut en conclure que la stabilité de la combustion est insuffisante pour effectuer une action sur le système de post-traitement des gaz d'échappement. De façon générale la vitesse de rotation d'une commande subordonnée du moteur à combustion interne est disponible comme signal de vitesse de rotation. Le procédé peut s'appliquer de façon particulièrement avantageuse pour réguler la régénération de filtres à particules ayant un corps de base en cordiérite. L'utilisation de la cordiérite comme matière pour le filtre à particules permet de réduire significativement les coûts de fabrication des filtres à particules. Cela nécessite le respect précis des contraintes de température maximale du filtre à particules et ainsi l'utilisation de régulateurs de coefficient lambda et de tempéra- ture. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de l'environnement technique dans lequel s'inscrit l'invention ; - la figure 2 montre un premier diagramme montrant la relation entre la stabilité de la combustion et le préchauffage ; - la figure 3 montre un second diagramme du signal lambda en fonction 10 du préchauffage ; - la figure 4 montre un troisième diagramme avec le chronogramme de la grandeur de régulation lambda en fonction du préchauffage ; et - la figure 5 montre un diagramme avec une courbe de températures d'un catalyseur d'oxydation en fonction d'une action de régulation. 15 Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement l'environnement technique dans lequel s'applique l'invention, montrant un moteur à combustion interne 10 tel qu'un moteur diesel équipé d'un système de dosage de carburant 11, d'une conduite d'alimentation en air 20 dans 20 lesquels passe un débit d'air d'alimentation 21 et un conduit de gaz d'échappement 30 dans lequel passe la veine de gaz d'échappement 32 du moteur à combustion interne 10. Dans la direction de passage de la veine d'air d'alimentation 21 dans le canal d'alimentation en air 20 il y a un étage de compression 23 d'un turbo-compresseur 22 et un volet 25 d'étranglement 24. Un moyen de recyclage de gaz d'échappement 25 relie par une vanne de recyclage de gaz d'échappement 26, le conduit d'alimentation en air 20 au conduit de gaz d'échappement 30. Dans le sens de passage de la veine de gaz d'échappement 32, après le moteur à combustion interne 10 il y a une turbine de gaz d'échappement 31 ap- 30 partenant au turbo-compresseur 22 ainsi que les composants d'un système de post-traitement des gaz d'échappement 40 à savoir une première sonde lambda 43, une alimentation en carburant 45, un catalyseur d'oxydation 41 sous la forme d'un catalyseur d'oxydation die-sel, une seconde sonde lambda 44 ainsi qu'un filtre à particules 42 sous la forme d'un filtre à particules diesel. Pour appliquer l'invention, il est prévu au moins une seconde sonde lambda 43, 44. Le conduit d'alimentation en air 20 alimente le moteur à combustion interne 10 en air frais. L'air frais est comprimé par l'étage de compression 23 du turbo-compresseur 22 entraîné par la turbine à gaz d'échappement 31 installée dans la veine de gaz d'échappement 32. Le volet d'étranglement 24 permet de régler la quantité d'air fournie. Pour réduire les émissions de matières polluantes, on mélange à la veine d'air d'alimentation 21, par le moyen de recyclage des gaz d'échappement 25, des quantités de gaz d'échappement venant de la conduite de gaz d'échappement 30 selon un mélange dépendant des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 10. Le coefficient de recyclage des gaz d'échappement se règle à l'aide de la soupape de recyclage de gaz d'échappement 26. Le système de post-traitement des gaz d'échappement 40 convertit ou filtre les matières polluantes émises par le moteur à combustion interne 10. C'est ainsi que dans le catalyseur d'oxydation 41 on oxyde les hydrocarbures alors que dans le filtre à particules 42 on retient les particules de suie (ou particules de noir de fumée). Du carburant peut être introduit dans le conduit de gaz d'échappement 30 par l'alimentation en carburant 45. Les unités de commande et de régulation, capteurs de température ainsi que des unités de diagnostic de charge du filtre à particules 32 nécessaires au fonctionnement du moteur à combustion interne 10 et du système de post-traitement des gaz d'échappement 40 ne sont pas représentés. Le fonctionnement du moteur à combustion interne 10 charge le filtre à particules 42 jusqu'à ce que soit signalé l'épuisement de sa capacité de stockage. Puis on lance une phase de régénération du filtre à particules 42 selon laquelle les particules accumulées dans le filtre à particules 42 sont brûlées par une réaction exothermique. Pour lancer cette réaction exothermique, il faut que le filtre à particules 42 soit à des températures de gaz d'échappement de l'ordre de 600 C à 650 C. Comme dans les conditions de fonctionnement normales du moteur à combustion interne 10 on atteint de telles températures qu'à proximité de la charge maximale, il faut produire l'élévation de température par des moyens complémentaires. En particulier dans le cas de faible charge du moteur et de vitesse de rotation, à côté des actions sur le système d'alimentation par exemple par l'intermédiaire du volet d'étranglement 24 on peut envisager d'autres mesures dans le domaine de l'injection de carburant à l'aide du système de dosage de carburant 11. Ces mesures peuvent être des mesures internes au moteur telles que le décalage dans le sens du retard de l'injection principale ou une post-injection PoI2 qui brûle de façon neutre pour le couple fourni par le moteur à combustion interne 10 ou encore une post-injection Poll introduite par le moyen d'alimentation en carburant 45 dans le conduit de gaz d'échappement 30 en amont du catalyseur d'oxydation 41 ou brûlant dans le catalyseur d'oxydation 41. On peut en outre modifier le coefficient de recyclage des gaz d'échappement par la soupape de recy- clage des gaz d'échappement 26. Les moyens évoqués ci-dessus influencent non seulement la température des gaz d'échappement mais également la composition des gaz d'échappement en particulier leur teneur en oxygène. Comme la teneur en oxygène a une influence importante sur la vitesse de com- bustion des particules accumulées dans le filtre à particules 42 au cours de l'opération de régénération et ainsi sur l'énergie libérée par unité de temps, il est connu de réguler l'évolution de la combustion des particules et ainsi la température du filtre à particules par la régulation de la teneur en oxygène des gaz d'échappement à l'aide des moyens évoqués. Pour cela, le signal ou la variation de signal d'au moins l'une des deux sondes lambda 43, 44 d'une unité de régulation non représentée est comparée à une valeur prédéfinie et en fonction de la différence de régulation, on prend l'une des mesures évoquées ou une combinaison de celles-ci. Par la régulation de la température du filtre à particules 42 à l'aide de la teneur en oxygène des gaz d'échappement on peut limiter la température maximale du filtre à particules 42. Cela permet, par comparaison aux matériaux standards tels que SiC, d'utiliser des matériaux plus économiques tels que par exemple de la cordiérite mais qui ont une moindre résistance thermique. Les signaux représentés aux figures 2 à 5 concernent à titre d'exemple l'environnement technique représenté à la figure 1 et les références sont les mêmes. La figure 2 montre un premier diagramme 50 donnant la relation entre la stabilité de combustion d'un moteur à combustion in-terne par exemple du moteur à combustion interne 10 représenté à la figure 1 et le préchauffage comme indicateur possible d'une combustion stable aux faibles températures ambiantes ici à -20 C. On a représenté la vitesse de rotation 57 par rapport au premier axe de temps 51 ; la vitesse de rotation est représentée sur le premier axe d'ordonnées 52 du diagramme 50 et l'évolution de la dose injectée 58 prévue pour chaque injection de carburant est représentée sur le second axe d'ordonnées 53. Le diagramme 50 est divisé en un premier intervalle de temps 55 et en un second intervalle de temps 56 à partir du point de commutation 54. Au cours du premier intervalle de temps 55, le préchauffage du moteur à combustion interne 10 est en marche alors qu'il est coupé au cours du second intervalle de temps 56. Le diagramme 50 montre comment varie la vitesse de rotation 57 du moteur à combustion interne 10 en fonction de l'état du système de préchauffage pour une dose d'injection 58 constante comme le montre la coupure du préchauffage lorsque s'établit la combustion dans le moteur. Cela augmente la teneur en hydrocarbures dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 10. La figure 3 montre dans un second diagramme 60, le chronogramme du signal lambda 63 tel que mesuré représenté sur un troisième axe d'ordonnées 62 dans les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 10 en fonction de l'état de commutation de l'incandescence représentée à la figure 2, par rapport à un axe des temps 61 à deux pôles avec la même subdivision que celle représentée à la figure 2 pour le premier axe de temps 51. Le point de commutation 54 de la figure 2 est repris de manière correspondante. La mesure du coefficient lambda peut se faire avec une sonde lambda 43, 44 représentée à la figure 1. La mesure du signal lambda 63 a été faite pour un coeffi- cient lambda restant effectivement constant au passage du point de commutation 54. La montée du signal lambda 63 mesuré provient de la sensibilité transversale bien connue de la sonde lambda 43, 44 en fonction de l'augmentation de la teneur en hydrocarbures dans les gaz d'échappement après le point de commutation 54 et reposant ensuite sur un défaut de mesure de la sonde lambda 43, 44. La figure 4 montre un troisième diagramme 70 avec le chronogramme de la grandeur de réglage du coefficient lambda pour une post-injection 73 neutre du point de vue du couple fourni, en fonction de l'incandescence dans un circuit de régulation tel que décrit pour la combustion contrôlée des particules au cours de la régénération d'un filtre à particules 42. On a représenté l'évolution par rapport à un troisième axe de temps 71 avec la même division que dans la situation représentée à la figure 3 avec le premier axe de commutation 51, avec le point de commutation 54 ; sur le quatrième axe d'ordonnées 72 on a représenté la dose de carburant pour la post-injection anticipée 73. La post-injection anticipée 73 de l'exemple de réalisation est représentative des mesures envisagées pour réguler la teneur en oxygène dans les gaz de combustion du moteur à combustion interne 10, pour réguler la vitesse de combustion des particules au cours de la phase de régénération du filtre à particules 42. L'augmentation de la dose injectée après le point de commutation 54 se fait sur la base du signal lambda 63 déterminé comme sans défaut, exposée à la figure 3. La figure 5 montre un quatrième diagramme 80 avec la courbe de température 83 d'un catalyseur d'oxydation 41 en fonction d'une action de régulation pour contrôler la vitesse de combustion des particules au cours de la phase de régénération du filtre à particules 42. La température est représentée sur un cinquième axe d'ordonnées 82 par rapport au quatrième axe de temps 81. L'axe de temps 81 présente un intervalle de temps allongé par rapport à celui représenté sur les axes de temps 51, 61, 71 des figures 2, 3, 4. Le point de commutation 54 est reporté entre l'état de préchauffage activé et l'état de préchauffage coupé. Du fait du signal lambda 63 déterminé avec erreur comme représenté à la figure 3 et de l'augmentation lancée ensuite se- lon la figure 4 par la post-injection anticipée 73, on augmente la teneur en hydrocarbures imbrûlés contenus dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, en amont du catalyseur d'oxydation 41. On arrive ainsi à une forte réaction exothermique dans le catalyseur d'oxydation 41 de sorte que dans cet exemple de réalisation sa tempé- rature augmente jusqu'à 1000 C. Cette forte augmentation de la température dans le catalyseur d'oxydation 41 provoquée par le manque d'action du circuit de régulation sur la régulation de la vitesse de combustion des particules dans le filtre 42 au cours d'une opération de régénération risque d'endommager le catalyseur d'oxydation 41. L'action défectueuse du circuit de régulation repose sur une erreur de mesure de la sonde lambda 43, 44 provenant elle-même d'une stabilité insuffisante de la combustion du moteur à combustion interne 10. Ainsi selon l'invention, il est prévu de limiter les actions de régulation prévues ou la régénération du filtre à particules de manière générale aux phases de fonctionnement du moteur à combustion interne 10 dans des conditions de combustion stables du point de vue du moteur. Comme possibilité de détection indirecte d'une combustion stable on peut au démarrage à froid du moteur à combustion interne 10 utiliser l'état de mise en oeuvre du système de préchauffage. Une action de régulation ou une régénération du filtre à particules 42 peuvent se limiter à des intervalles de temps 55 au cours desquels le préchauffage est branché. Une autre possibilité consiste à saisir directement la stabi- lité de la combustion en exploitant l'irrégularité du signal de vitesse de rotation. Si l'irrégularité de la vitesse de rotation dépasse un certain seuil, on peut conclure que l'action de post-traitement des gaz d'échappement présente une stabilité insuffisante.30 REVENDICATIONS 1 ) Procédé de régulation de la régénération d'un filtre à particules (42) dans un système de gaz d'échappement d'un moteur à combustion in-terne (10) selon lequel : on contrôle la combustion des particules dans le filtre à particules (42) au cours d'une opération de régénération par la régulation de la teneur en oxygène des gaz d'échappement ; et/ ou on régule la température des gaz d'échappement ou d'au moins un composant d'un système de post-traitement des gaz d'échappement (40), caractérisé en ce qu' on effectue une action de régulation pour réguler la teneur en oxygène et/ou la température des composants du système de post-traitement des gaz d'échappement (40) seulement pour des conditions de combus- tion stables du moteur à combustion interne (10). 2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on effectue une régénération du filtre à particules (42) seulement si les 20 conditions de combustion du moteur à combustion interne (10) sont stables. 3 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 25 on utilise l'état de mise en ouvre du système de préchauffage pour fixer l'état de condition de combustion stable du moteur à combustion in-terne (10). 4 ) Procédé selon la revendication 1, 30 caractérisé en ce qu' on utilise la stabilité de la vitesse de rotation (57) du moteur à combustion interne (10) pour détecter des conditions de combustion stable du moteur à combustion interne (10).5 ) Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, pour réguler la régénération d'un filtre à particules (42) ayant un corps de base en Cordiérite.5