Brevet FR2917782A3 — publié le 20081226

FR 2917782 A3 20081226 FR 0755970 A 20070622 B 07-0675 FR - GK Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s Procédé et dispositif d'estimation de la température en amont d'un catalyseur d'oxydation en fonction de la température en amont d'une turbine Invention de : PLOTON Violaine SICARD Sonia Procédé et dispositif d'estimation de la température en amont d'un catalyseur d'oxydation en fonction de la température en amont d'une turbine La présente invention concerne le domaine du contrôle d'un groupe moto propulseur et plus particulièrement l'estimation d'une température à l'échappement pouvant être utilisée dans la surveillance des organes d'aide à la régénération de composants de dépollution de moteurs diesels. On peut prévoir un capteur de température à l'échappement. Toutefois un capteur est un composant coûteux et qui nécessite des câblages supplémentaires. Le document FR 2 864 155 décrit un procédé d'estimation de la température des gaz d'échappement comprenant un estimateur à réseaux de neurones pour fournir une estimation de la température des gaz d'échappement du moteur. Cette solution s'avère précise mais complexe et donc difficile et coûteuse à développer. L'invention vise à remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus. L'invention propose une estimation fiable et économique de la température des gaz d'échappement en sortie d'un moteur, plus particulièrement en amont d'un catalyseur d'oxydation. Le procédé d'estimation de la température de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comprend l'estimation de la température en amont d'un catalyseur d'oxydation en fonction d'une cartographie en fonction de la température en amont d'une turbine, du couple fourni par le moteur et du régime moteur. Le procédé peut s'appliquer à des moteurs diesels à turbocompresseur à géométrie fixe ou variable. Le procédé permet de se passer de la présence d'un capteur de température tout en offrant une estimation fiable et suffisamment précise, pour certaines applications/utilisations de la température, particulièrement de la température en amont d'un catalyseur d'oxydation. La température en amont d'un catalyseur d'oxydation peut servir à détecter le blocage en position ouverte d'un injecteur de carburant à l'échappement qui peut être mis en oeuvre pour faciliter la régénération d'un filtre à particules. Le traduit par une élévation de la température des gaz en amont du catalyseur d'oxydation. La détermination d'une élévation de température anormale permet de détecter un dysfonctionnement de l'injecteur de carburant à l'échappement. L'injecteur de carburant à l'échappement est particulièrement bien adapté aux moteurs diesels turbo compressés de petite cylindrée en facilitant la régénération sur une plage de fonctionnement correspondant à des faibles débits de gaz d'échappement ce qui s'avère particulièrement utile en circulation urbaine. Dans un mode de réalisation, on corrige la sortie de la cartographie en fonction de la pression atmosphérique ou de l'altitude. Dans un mode de réalisation, on corrige la sortie de la cartographie en fonction de la température ambiante. Les pertes thermiques entre les capteurs de température en amont de la turbine et l'entrée du catalyseur d'oxydation peuvent varier en fonction de la température extérieure et la pression atmosphérique. La correction liée à la pression atmosphérique est particulièrement utile dans le cas d'un turbo à géométrie variable. En effet, la position des ailettes vient compenser l'effet de l'altitude ou de la pression atmosphérique pour obtenir un niveau de suralimentation donnée, ce qui a pour conséquence de modifier les pertes thermiques dans la turbine. Dans un mode de réalisation, on met en oeuvre une première cartographie pour un état d'injection normal et une deuxième cartographie pour un état d'injection de régénération de filtre à particules. La régénération de filtre à particules est en général provoquée par une température élevée des gaz en amont dudit filtre à particules. La deuxième cartographie permet de prendre en compte le comportement particulier du groupe moto propulseur lors de la régénération du filtre à particules. Dans un mode de réalisation, la cartographie pour l'état d'injection de régénération de filtre à particules est mise en oeuvre avec un retard. L'augmentation de la température lors de l'injection de carburant en vue de la régénération de filtre à particules s'effectue avec un retard de quelques secondes à quelques dizaines de secondes qui est pris en compte afin d'éviter une estimation erronée. Dans un mode de réalisation, les cartographies sont établies en fonction de la température en amont d'une turbine et d'une interpolation. On peut établir des cartographies de base sur banc moteur en traçant des courbes de température en amont de turbine en fonction du couple sur des isorégimes. Les cartographies de base peuvent être établies en configuration de régénération et en injection normale. On peut ensuite construire les cartographies par interpolation exponentielle des cartographies de base et éventuellement les ajuster à l'aide de roulages réels sur véhicule. Le dispositif d'estimation de la température de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comprend un capteur de température en amont de la turbine, une cartographie de température en amont d'un catalyseur d'oxydation en fonction de la température en amont de turbine, du régime moteur et du couple fourni par le moteur, et un calculateur configuré pour mettre en oeuvre la cartographie et comprenant une entrée reliée au capteur de température en amont de turbine, une entrée de régime moteur et une entrée de couple fourni par le moteur. L'invention concerne également un véhicule comprenant un moteur à combustion interne équipée d'un turbocompresseur. Le turbocompresseur comprend une turbine montée sur la ligne d'échappement et un compresseur. Le véhicule comprend également un dispositif estimation de la température des gaz d'échappement tel que décrit ci-dessus. Le turbocompresseur peut être à géométrie fixe ou variable. Grâce à l'invention, on peut se passer de la présence d'un capteur de température en amont d'un catalyseur d'oxydation ce qui s'avère particulièrement économique. On met à profit de la présence d'un capteur de température en amont de la turbine de turbocompresseur pour estimer la température en amont du catalyseur d'oxydation à partir de la mesure de la température en amont de la turbine et en fonction du couple fourni par le moteur et du régime moteur. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une ligne d'échappement de groupe moto propulseur équipé d'un dispositif d'estimation de la température des gaz d'échappement en amont d'un catalyseur d'oxydation ; - la figure 2 est une courbe d'évolution de la température en fonction du temps avec et sans défaillance injecteur à l'échappement bloqué ouvert ; - la figure 3 est une vue schématique de la stratégie ; et - la figure 4 est un organigramme d'étapes de procédé. Comme on peut le voir sur la figure 1, une ligne d'échappement 1 de moteur à combustion interne, par exemple de type diesel, comprend une conduite 2 recevant les gaz d'échappement du moteur, par exemple d'un collecteur d'échappement. Un capteur de température 3 est disposé sur la conduite 2 pour mesurer la température des gaz d'échappement. La lignée d'échappement 1 comprend une turbine 4 destinée à prélever de l'énergie sur les gaz d'échappement et à la restituer par exemple à un compresseur d'air d'alimentation du moteur. La turbine 4 est montée en aval de la conduite 2. La ligne d'échappement 1 comprend également un catalyseur d'oxydation 6 et un filtre à particules 7 montés en aval de la turbine 4. Une conduite 5 relie la sortie de la turbine 4 et l'entrée du catalyseur d'oxydation 6. Le filtre à particules 7 est monté en aval du catalyseur d'oxydation 6. Une conduite 8 recueille les gaz d'échappement à la sortie du filtre à particules 7. Un injecteur de carburant 9 est monté sur la conduite 5 et est capable d'injecter du carburant à l'intérieur de la conduite 5, en amont du catalyseur d'oxydation 6. L'injecteur 9 est alimenté en carburant par une pompe basse pression 10. La pompe basse pression 10 peut faire partie d'un ensemble avec une pompe haute pression 11. Une électrovanne 12 peut être disposée entre la pompe basse pression 10 et l'injecteur 9. La pompe haute pression 11 peut servir à l'alimentation des cylindres du moteur. I1 est bien entendu possible de prévoir un capteur de température en amont du catalyseur d'oxydation. Toutefois, un tel capteur est onéreux et nécessite des câblages également onéreux. Or, l'injecteur 9 souvent appelé injecteur à l'échappement en raison de son positionnement sur la ligne d'échappement 1, en vue d'introduire du carburant en aval des cylindres du moteur, est prévu pour provoquer une augmentation de la température par combustion du carburant injecté dans la lignée d'échappement 1. La température des gaz d'échappement peut alors devenir suffisante pour amorcer la régénération du filtre à particules 7, en d'autres termes la combustion des particules présentes dans le filtre à particules. Toutefois, l'injecteur 9 peut présenter des dysfonctionnements, notamment rester en position ouverte d'injection. De tels dysfonctionnements se traduisent par une consommation élevée et inutile d'énergie. Un calculateur 13 est relié à la sortie du capteur de température 3, à la sortie d'un capteur 14 de température ambiante Ta, et à la sortie d'un capteur 15 de pression atmosphérique Pa. Le calculateur 13 est également relié à une ligne 16 fournissant le régime N du moteur. En se reportant à la figure 2, l'on voit les deux courbes de température amont du filtre à particules, la courbe supérieure correspondant à un injecteur défaillant bloqué en position ouverte, la courbe inférieure correspondant à un injecteur en fonctionnement normal. Une différence d'environ 600 peut-être constatée entre le fonctionnement normal et la défaillance de l'injecteur. Comme illustré sur la figure 3, le calculateur 13 comprend un module d'estimation de température 17 recevant en entrée la température en amont de turbine Tat mesurée par le capteur 3 et le régime du moteur en provenance de la ligne 16. Le module d'estimation de température 17 comprend deux cartographies, l'une pour le fonctionnement normal de la ligne d'échappement, l'autre pour le fonctionnement en régénération du filtre à particules. Les cartographies sont obtenues sur un banc moteur sur des courbes de régime constant avec une instrumentation permettant de mesurer la température en amont de la turbine et la température en amont du catalyseur d'oxydation. Les cartographies sont construites par interpolation exponentielle entre les valeurs de régime ayant fait l'objet de mesures sur banc. Les cartographies fournissent une estimation Te de température amont du catalyseur pour chaque régime du moteur et chaque température en amont de turbine avec une résolution suffisante, par exemple 50 tours/minute pour le régime et 10 pour la température en amont de turbine. Le calculateur 13 comprend également un module de correction de température d'air 18 recevant en entrée la température d'air mesurée par le capteur 14. Le module de correction de température d'air 18 calcule une correction Ct à apporter à l'estimation Te de température amont du catalyseur. En effet, les pertes thermiques entre le capteur de température en amont de la turbine et l'entrée du catalyseur d'oxydation peuvent varier en fonction de la température extérieure. Le module de correction de température d'air 18 permet d'affiner l'estimation de température amont du catalyseur. Le calculateur 13 comprend un soustracteur 19 pourvu d'une entrée positive recevant l'estimation Te de température amont du catalyseur provenant du module cartographique 17, d'une entrée négative recevant la correction Ct provenant du module de correction de température d'air 18, et d'une sortie fournissant une température d'air corrigée Tce. En outre, le calculateur 13 comprend un module de correction de pression d'air 20 recevant en entrée la pression ambiante mesurée par le capteur 15. Le module de correction de pression d'air 20 calcule une correction Cp à apporter à la température d'air corrigé Tce. Les pertes thermiques entre le capteur de température en amont de turbine et l'entrée du catalyseur d'oxydation, notamment dans la turbine et dans la ligne d'échappement, peuvent varier en fonction de la pression atmosphérique. La correction liée à la pression atmosphérique est particulièrement souhaitable dans le cas d'un turbocompresseur à géométrie variable. La position des ailettes du turbocompresseur à géométrie variable vient compenser l'effet de l'altitude pour obtenir un niveau de suralimentation donné, ce qui a pour conséquence de modifier les pertes thermiques dans la turbine. La correction Cp peut être stockée dans le module de correction de pression d'air 20 sous la forme d'une fonction ou encore d'un tableau de données fournissant une valeur de correction Cp pour chaque valeur de pression d'air fournie par le capteur de pression 15. À titre d'exemple, on peut prévoir une correction pour les pressions d'air couramment rencontrées entre zéro et 3000 m d'altitude. Le module de correction de pression d'air 20 permet d'affiner l'estimation de la température amont du catalyseur. Le calculateur 13 comprend un soustracteur 21 pourvu d'une entrée positive recevant la température d'air corrigé Tce, d'une entrée négative recevant la correction Cp provenant du module de correction de pression d'air 20, et d'une sortie fournissant l'estimation de température Teadox en amont du catalyseur d'oxydation. En d'autres termes, le calculateur 13 détermine la cartographie à utiliser selon l'état de fonctionnement normal ou de régénération, applique la cartographie choisie, en corrige le résultat en fonction de la pression et la température pour fournir en sortie une estimation de température Teadox en amont du catalyseur d'oxydation. L'estimation de température Teadox permet de remplacer un capteur de température et de déterminer si l'injecteur à l'échappement présente un fonctionnement normal ou non. La différence de température en amont du catalyseur d'oxydation entre un fonctionnement normal et un dysfonctionnement est de l'ordre de plusieurs centaines de degrés comme le montre la figure 2. Les cartographies et les corrections mises en oeuvre par le calculateur 13 peuvent être étalonnées sur des bancs d'essais climatique et altimétrique avec un véhicule ayant une définition technique représentative, notamment la distance entre la turbine et le catalyseur d'oxydation, l'implantation du catalyseur d'oxydation, et plus généralement toutes les caractéristiques techniques susceptibles d'influencer la température en amont du catalyseur d'oxydation. L'étalonnage peut également être effectué sur un banc moteur en simulant les conditions environnementales dans une chambre à température dirigée et dont les conditions de pression peuvent être reconstituées par un vannage de l'air d'admission. Les corrections peuvent être validées lors d'essais extérieurs. Comme illustré sur la figure 4, le calculateur 13 met en oeuvre une étape 22 de détermination de la cartographie à utiliser en fonction de l'état de régénération. En effet, la régénération du filtre à particules pouvant être obtenue par une ouverture de l'injecteur à l'échappement, les relations entre la température en amont du catalyseur d'oxydation, la température en amont de la turbine et le régime sont différentes selon l'état de régénération ou non du filtre à particules. Par ailleurs, la régénération du filtre à particules peut également être obtenue par une injection supplémentaire et/ou tardive de carburant dans les cylindres du moteur afin de provoquer une postcombustion dans la ligne d'échappement et une forte élévation de température permettant d'amorcer la régénération du filtre à particules. La formation d'état de régénération du filtre à particules peut être obtenue en provenance d'un autre capteur de température ou d'un autre calculateur. Si le filtre à particules n'est pas en état de régénération, le calculateur 13 met en oeuvre l'étape 23 d'estimation de température par la cartographie normale. Si le filtre à particules est en état de régénération, le calculateur 13 met en oeuvre une étape d'attente 24 puis l'étape 25 d'estimation de la température par la cartographie spéciale de régénération. L'étape 24 est souhaitable pour permettre une homogénéisation et une montée en température. La durée de l'étape d'attente 24 peut être comprise entre 1 et 10 secondes afin d'atteindre les températures de régénération réelle avant de prendre en compte la valeur fournie par la cartographie. L'invention permet ainsi d'estimer de façon économique la température en amont du catalyseur d'oxydation pour surveiller le fonctionnement de l'injecteur échappement et détecter un éventuel dysfonctionnement. La précision obtenue par l'estimation peut être de l'ordre de quelques dizaines de degrés, par exemple de l'ordre de 35 à 70 ce qui est suffisant en comparaison de la différence de plusieurs centaines de degrés illustrés sur la figure 2 entre le cas où l'injecteur échappement fonctionne convenablement et le cas de dysfonctionnement. REVENDICATIONS 1. Procédé d'estimation de la température de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, dans lequel on estime la température en amont d'un catalyseur d'oxydation (6) en fonction d'une cartographie fonction de la température en amont d'une turbine (4), et du régime moteur. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on corrige la sortie de la cartographie en fonction de la pression atmosphérique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on corrige la sortie de la cartographie en fonction de l'altitude. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on corrige la sortie de la cartographie en fonction de la température ambiante. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on met en oeuvre une première cartographie pour un état d'injection normal et une deuxième cartographie pour un état d'injection de régénération du filtre à particules (7). 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la cartographie pour état d'injection de régénération de filtre à particules est mise en oeuvre avec un retard. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la ou lesdites cartographie(s) est établie en fonction de la température en amont d'une turbine (4), et d'une interpolation. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'interpolation est exponentielle. 9. Dispositif d'estimation de la température de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, caractérisé par le fait qu'il comprend un capteur de la température (3) en amont d'une turbine (4), une cartographie de température en amont d'un catalyseur d'oxydation (6) en fonction de la température en amont de la turbine (4), et du régime moteur, et un calculateur (13) configuré pour mettre en oeuvre lacartographie et comprenant une entrée reliée audit capteur (3) et une entrée de régime moteur. 10. Véhicule comprenant un moteur à combustion interne équipé d'un turbocompresseur, le turbocompresseur comprenant une turbine montée sur la ligne d'échappement et un compresseur et un dispositif selon la revendication 9.