Brevet FR2930290A3 — publié le 20091023

FR 2930290 A3 20091023 FR 0852599 A 20080417 L'invention concerne un procédé de gestion de cycles de régénération d'un filtre à particules faisant partie d'un système d'échappement de moteur à combustion, destiné à supprimer les rejets de particules émises par le moteur lors de son fonctionnement. Les normes concernant la pollution et la consommation des moteurs à combustion interne équipant les véhicules automobiles, par exemple, deviennent au fil du temps de plus en plus sévères dans l'ensemble des pays industrialisés. De ce fait, les constructeurs automobiles, et l'industrie automobile dans son ensemble, sont amenés aujourd'hui à trouver des solutions techniques pour répondre à ces obligations et ce, sans trop pénaliser ni les performances des moteurs, ni leurs prix de revient. Parmi les systèmes connus pour éliminer les particules émises par les moteurs à combustion internes et en particulier émises par les moteurs à combustion dits "Diesel", se trouvent les filtres à particules qui sont insérés dans les systèmes d'échappement, en particulier dans les lignes d'échappement desdits moteurs à combustion. Ces filtres à particules sont adaptés pour piégés les particules ou suies contenues dans les gaz d'échappement issues de la combustion. Des dispositifs de régénération pilotés permettent de brûler périodiquement les particules piégées dans les filtres et éviter ainsi le colmatage de ces derniers. Afin de répondre à la baisse des seuils admis des émissions de gaz polluants et en particulier de particules, les systèmes de post-traitement des gaz deviennent de plus en plus complexes. En particulier, ils permettent de réduire les émissions de particules d'une part, et d'oxyde d'azote en plus du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés. D'autre part, ces systèmes fonctionnent de manière discontinue ou alternative, c'est-à-dire qu'en fonctionnement normal, ils piègent les 3o polluants, mais ne les traitent que lors des phases de régénération. Ainsi pour être régénérés, ces pièges nécessitent des modes de combustion spécifiques afin de garantir les niveaux thermiques et/ou de richesse nécessaire tout en assurant un piégeage des polluants de manière optimale. Actuellement, les phases de régénération concernant le filtre à particules sont déclenchées lorsque la masse de particules piégées par le filtre à particules est estimée par un modèle d'émission de particules préétabli qui permet à un calculateur de relier des paramètres moteur à la production de particules de ces derniers. En effet, la quantité de particules émises lors du fonctionnement du moteur à combustion est 1 o directement reliée à la masse de particules piégées contenues dans le filtre à particules. Lorsque celle-ci atteint un niveau prédéfini, la régénération du filtre est déclenchée par le calculateur. Au-delà du niveau prédéfini de masse de particules piégées dans le filtre à particules, le moteur à combustion commence à présenter des dégradations dans ses 15 performances. D'autre part, le seuil de régénération est imposé également par les risques d'emballement du moteur à combustion lors de régénération avec des niveaux de masse de particules piégées dans le filtre à particules trop importants. De plus, des régénérations trop fréquentes engendrent une dilution 20 importante du gasoil dans l'huile de lubrification moteur, qui au-delà d'un certain seuil devient dangereuse pour l'intégrité du moteur à combustion et des régénérations trop espacées peuvent aboutir au colmatage du filtre, qui lui-même provoque la mise hors service du moteur. Comme l'estimation de la masse de particules piégées dans le filtre à 25 particules par un modèle d'émission de particules préétabli permet, a priori, de prendre en compte l'oxydation des particules par l'oxyde d'azote d'une part, et le stockage de résidus dans le filtre à particules, d'autre part. L'oxydation des particules est fonction de la concentration en NO2 et en oxygène, ainsi que de la température interne du filtre à particules et de la 30 masse de particules déjà piégées dans le filtre à particules. Ainsi, le modèle d'émission de particules préétabli permet de connaître la quantité de particules piégées dans le filtre à particules depuis la dernière régénération et de déclencher la régénération suivante au moment opportun. Par contre le modèle d'émission doit prendre aussi en compte des paramètres moteur, comme le régime et la charge, et est donc tributaire des dérives de ces paramètres. Ainsi, l'erreur d'estimation d'un modèle d'émission de particules est de plus en plus importante au fur et à mesure que le moteur à combustion s'use. 1 o Les erreurs d'estimation de la quantité de particules piégées dans le filtre à particules vont alors engendrer des régénérations soit trop fréquentes, soit trop espacées, ce qui, dans tous les cas, est susceptible de provoquer la mise hors service du filtre à particules ou encore du moteur à combustion lui-même. 15 Un but de l'invention est de fournir un procédé de gestion des cycles de régénération d'un filtre à particules pour un système d'échappement de moteur à combustion destiné à supprimer les rejets de particules émises par le moteur à combustion qui évite des régénérations trop fréquentes ou 2 o trop espacées. A cet effet, il est prévu, selon l'invention, un procédé de gestion de cycle de régénération d'un système d'échappement de moteur à combustion, destiné à supprimer les rejets de particules émises par le 25 moteur, comportant un filtre à particules, des moyens de calcul et des moyens de mesure d'un niveau de chargement en particules piégées dans le filtre à particules, le procédé de gestion comprenant des étapes de: a) estimation, par les moyens de calcul, d'un niveau estimé de chargement en particules piégées dans le filtre à particules à 3o partir d'un modèle d'émission de particules prédéterminé; b) détermination, par les moyens de calcul, d'un niveau réel de chargement en particules piégées dans le filtre à particules à partir d'informations fournies par les moyens de mesure; c) comparaison, par les moyens de calcul, du niveau estimé avec le niveau réel; d) correction, les moyens de calcul, du modèle d'émission de particules prédéterminé en fonction du résultat de la comparaison. Il est prévu aussi, selon l'invention, un procédé de gestion de cycle 1 o de régénération d'un système d'échappement de moteur à combustion, destiné à supprimer les rejets de particules émises par le moteur, comprenant un filtre à particules, des moyens de calcule et des moyens de mesure d'un niveau de chargement de particules piégées dans le filtre à particules, le procédé de gestion comprenant des étapes de: 15 a) estimation à un instant t, par les moyens de calcul, d'un niveau estimé de chargement en particules piégées dans le filtre à particules à partir d'un modèle d'émission de particules prédéterminé et d'un paramètre de correction déterminé à un instant tù6t; 20 b) détermination à l'instant t, par les moyens de calcul, d'un niveau réel de chargement en particules piégées dans le filtre à particules à partir d'informations fournies par les moyens de mesure; c) comparaison à l'instant t, par les moyens de calcul du 25 niveau estimé avec le niveau réel; d) détermination du paramètre de correction à l'instant t en fonction du résultat de la comparaison pour une utilisation lors de l'estimation de l'étape a) à un instant t+6t. 30 Ainsi, en déterminant le niveau réel d'un chargement en particules piégées du filtre à particules et en comparant ce niveau réel au niveau estimé à partir du modèle d'émission prédéterminé, il est possible de corriger ou de recaler, d'une manière simple et efficace, le modèle d'émission, ce qui permet de déclencher les cycles de régénération au moment opportun, tout en évitant que ces déclenchements soient trop fréquents ou trop espacés. Ainsi, la mise hors service du filtre à particules, ou encore du moteur, est évitée. Avantageusement, mais facultativement, le procédé présente au moins l'une des caractéristiques suivantes: - les moyens de mesure comportent un capteur de pression apte à relever une différence de pression aux bornes du filtre à particules; - le modèle d'émission de particules prédéterminé prend en compte un régime du moteur, un débit d'air et un débit de carburant injecté dans le moteur; - le modèle d'émission de particules prédéterminé prend en compte, en outre, un cycle précédent de régénération du filtre à particules, - le modèle d'émission de particules prédéterminé prend en compte, en outre, un débit de gaz d'échappement recyclé au travers d'une valve dite EGR, - les moyens de mesure comportent une sonde de température apte à relever une température en amont du filtre à particules; - l'étape de comparaison calcule une différence entre le niveau estimé et le niveau réel. Il est aussi prévu, selon l'invention, un système d'échappement de moteur à combustion, destiné à supprimer les rejets de particules émises 3o par le moteur, comportant un filtre à particules, des moyens de calcul et des moyens de mesure d'un niveau de chargement en particules piégées dans le filtre à particules agencés de sorte à mettre en oeuvre un procédé de gestion présentant au moins l'une des caractéristiques précédentes. D'autres avantages caractéristiques de l'invention apparaîtront lors de la description ci-après d'un mode de réalisation et d'une variante. Aux dessins annexés: - la figure 1 est un schéma de principe du procédé de gestion selon l'invention; et, - la figure 2 est une vue d'une architecture de contrôle moteur post-traitement, avec les principaux capteurs, mettant en oeuvre le procédé de la figure 1 selon l'invention. En référence à la figure 1, nous allons décrire un procédé de gestion de cycle de régénération d'un système d'échappement de moteur à combustion destiné à supprimer les rejets de particules émises par ledit moteur selon l'invention. Le système d'échappement de moteur à combustion, destiné à supprimer les rejets de particules émises par ledit moteur à combustion comporte des moyens de calcul (10) qui comprennent un certain nombre d'entrées, ici numérotées (11) à (15). Ces différentes entrées fournissent aux moyens de calcul (10) du système d'échappement, des paramètres nécessaires au procédé de gestion de cycle de régénération selon l'invention. Le premier paramètre reçu par les moyens de calcul (10) est une différence de pression Pd;ff provenant de moyens de mesure situés au niveau d'un filtre à particules du système d'échappement de moteur à combustion. A partir de ce paramètre Pd;ff, les moyens de calcul (10) calculent un niveau de chargement réel Qrée, (16) de particules piégées dans le filtre à particules. Le calcul est illustré ici par un bloc (110). D'autre part, les moyens de calcul (10) reçoivent, en entrée, des paramètres représentant un régime moteur N (12), un débit d'air injecté dans le moteur Qair (13), ainsi qu'un débit de carburant injecté dans le moteur Qech (14). A partir de ces paramètres de régime moteur, de débit d'air et de carburant injectés, les moyens de calcul (10) estiment, à partir d'un modèle d'émission de particules prédéterminé, un niveau estimé de chargement en particules piégées dans le filtre à particules Qest (17). L'estimation est illustrée ici par un bloc (120). Dans une variante de réalisation de l'invention, les moyens de calcul (10), afin d'estimer le paramètre Qest (17), reçoivent un quatrième paramètre concernant le débit de gaz d'échappement recyclé QEGR (15). Ce débit de gaz d'échappement recyclé est fonction de l'ouverture d'une vanne de recyclage de gaz d'échappement, dite EGR (pour Exhaust Gas Recirculation, selon la terminologie anglo-saxonne consacrée). Cette vanne EGR permet de prélever une quantité de gaz d'échappement du moteur à combustion pour l'amener au niveau de l'admission dudit moteur à combustion. Une fois que les moyens de calcul (10) ont estimé, d'une part, le niveau estimé de chargement Qest (17) et déterminé, d'autre part, le niveau réel de chargement Qréei (16), les moyens de calcul (10) comparent le niveau estimé Qest (17) avec le niveau réel Qréei (16) à l'aide de moyens de comparaison (130) qui fournissent en sortie un résultat (18) qui est "réinjecté" dans l'estimation du niveau estimé Qest (17) de chargement de particules piégées dans le filtre à particules. Ainsi, les moyens de calcul (10) corrigent le niveau estimé Qest (17) en fonction du résultat (18) issu des moyens de comparaison (130) des moyens de calcul (10)en corrigeant ou en recalant le modèle d'émission de particules prédéterminé. Cette correction du niveau estimé de chargement en particules 3o piégées du filtre à particules du système d'échappement du moteur à combustion permet de déclencher des cycles de régénération au moment optimal tout du long de l'utilisation du système d'échappement. En effet, cette correction évite que les erreurs d'estimation de la quantité de particules piégées dans le filtre à particules à l'aide du modèle d'émission de particule prédéterminé engendrent des générations soit trop fréquentes, soit trop espacées. Dans une variante de réalisation, les moyens de comparaison (130) des moyens de calcul (10) permettent la détermination d'un paramètre de correction à un instant t qui sera injecté dans le modèle d'émission de 1 o particules prédéterminé utilisé par les moyens de calcul (10) pour une estimation d'un niveau estimé Qest de chargement en particules piégées dans le filtre à particules à un instant t+6t. Ainsi, dans cette variante de réalisation, à chaque 'incrémentation' de calcul, le modèle d'émission de particules prédéterminé est modifié et réadapté à l'aide de ce paramètre 15 de correction en fonction du niveau réel de chargement en particules piégées du filtre à particules du système d'échappement. En référence à la figure 2, nous allons maintenant décrire une implémentation du procédé de gestion de cycle de régénération selon 20 l'invention. Dans un véhicule automobile comportant un moteur à combustion interne (20) dont l'échappement est relié à un système d'échappement (1) comportant un premier filtre à NO, (24) permettant de piéger différents oxydes d'azote issus de la combustion et contenus dans les gaz 25 d'échappement rejetés par le moteur à combustion. Ce filtre à NOX (24) est relié au niveau d'une sortie à un catalyseur d'oxydation (26). A une sortie de ce catalyseur d'oxydation (26), se trouve un filtre à particules (28) destiné à piéger les particules contenues dans les gaz 30 d'échappement et issus de la combustion du carburant dans le moteur à combustion (20). En sortie de ce filtre à particules (28), les gaz d'échappement sont rejetés à l'extérieur. D'autre part, dans l'exemple illustré en figure 2, le système d'échappement (1) comporte un circuit (22) de recirculation des gaz d'échappement permettant de prélever une partie des gaz d'échappement en sortie du moteur de combustion (20) pour les réinjecter au niveau d'une admission dudit moteur à combustion (20). La quantité de gaz d'échappement prélevée pour cette recirculation est effectuée par une valve (23) dite EGR (pour Exhaust Gas Recirculation, selon la 1 o terminologie anglo-saxonne). L'ensemble du moteur à combustion et du système d'échappement (1) est géré par une unité de contrôle moteur (30) qui pilote, d'une part, un ensemble d'injecteurs (39) du moteur à combustion (20), injecteurs permettant d'injecter du carburant dans ledit moteur à combustion (20). 15 D'autre part, l'unité de contrôle moteur, comportant les moyens de calcul (10) précédemment décrits, est reliée à différentes sondes (32, 34, 36) qui renseignent cette unité de contrôle moteur (30) sur la quantité d'oxygène contenue dans les gaz d'échappement en sortie du filtre à NON. Cette quantité d'oxygène est fournie (21) par une sonde (32). 20 L'unité de contrôle moteur (30) reçoit, en outre, une information de température en amont du filtre à particules grâce à une sonde de température (34) située à cet endroit. De plus, l'unité de contrôle moteur (30) reçoit une information de pression Pdiff (11) précédemment citée via des moyens de mesure (36) 25 représentés ici par une sonde de pression calculant la différence de pression entre l'entrée du filtre à particules (28) et la sortie de ce dernier. Enfin, l'unité de contrôle moteur (30) reçoit d'autres paramètres moteur (40) dans lesquels se retrouvent les paramètres de régime moteur N (12), de débit d'air injecté Qair (13), de carburant injecté Qech (14) ainsi 3o que de débit de gaz d'échappement recyclés par la vanne EGR QEGR (15). Afin d'initier les cycles de régénération du filtre à particules (28), l'unité de contrôle moteur (30) pilote un injecteur (38) supplémentaire situé à l'entrée du catalyseur d'oxydation(26). Lorsque le procédé de gestion de cycle de régénération selon l'invention implanté dans l'unité de contrôle moteur (30) évalue qu'une régénération du filtre à particule est nécessaire, l'unité de contrôle moteur (30) envoie une information (19) à l'injecteur (32) qui alors injecte un supplément de gasoil dans les gaz d'échappement qui permet, par sa combustion, de régénérer le filtre à particules (28). Bien entendu, de nombreuses modifications pourront être apportées à l'invention sans sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion de cycle de régénération d'un système d'échappement (1) de moteur à combustion (20), destiné à supprimer les rejets de particules émises par le moteur, comportant un filtre à particules (28), des moyens de calcul (10) et des moyens de mesure (36, 34) d'un niveau de chargement en particules piégées dans le filtre à particules, le procédé de gestion comportant des étapes de: a) estimation (120) par les moyens de calcul (10) d'un niveau estimé (17) de chargement en particules piégées dans le filtre à particules à partir d'un modèle d'émission de particules prédéterminé; b) détermination (110), par les moyens de calcul, d'un niveau réel (16) de chargement en particules piégées dans le filtre à particules à partir d'informations (11) fournies par les moyens de mesure; c) comparaison (130), par les moyens de calcul, du niveau estimé avec le niveau réel; d) correction, par les moyens de calcul, du modèle d'émission de particules prédéterminé en fonction du résultat de la comparaison. 2. Procédé de gestion de cycle de régénération d'un système d'échappement (1) de moteur à combustion (20) destiné à supprimer les rejets de particules émises par le moteur comportant un filtre à particules (28), des moyens de calcul (10) et des moyens de mesure (34, 36) d'un niveau de chargement en particules piégées dans le filtre à particules, le procédé de gestion comprenant des étapes de: a) estimation à l'instant t (120), par les moyens de calcul, d'un niveau estimé (17) de chargement à particules piégées dans le filtre à particules à partir d'un modèle d'émission de particules prédéterminé et d'un paramètre de correction (18) déterminé à instant tù6t; b) détermination (110) à l'instant t, par les moyens de calcul, d'un niveau réel (16) de chargement en particules piégées dans le filtre à particules à partir d'informations (11) fournies par les moyens de mesure;c) comparaison (130) à l'instant t, par les moyens de calcul, du niveau estimé avec le niveau réel; d) détermination (130) d'un paramètre de correction (18) à l'instant t en fonction du résultat de la comparaison pour une utilisation lors de l'estimation de l'étape a) à un instant t+6t; 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que les moyens de mesure comportent un capteur de pression (36) apte à relever une différence de pression aux bornes du filtre à particules. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce 1 o que le modèle d'émission de particules prédéterminé prend en compte un régime du moteur (12), un débit d'air (13) et un débit de carburant (14) injectés dans le moteur. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le modèle d'émission de particules prédéterminé prend en compte, en outre, un cycle 15 précédent de régénération du filtre à particules. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le modèle d'émission de particules prédéterminé prend en compte, en outre, un débit de gaz d'échappement recyclé (15) au travers d'une valve EGR. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce 20 que les moyens de mesure comportent une sonde de température (34) apte à relever une température en amont du filtre à particules. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'étape de comparaison calcule une différence entre le niveau estimé et le niveau réel. 25 9. Système d'échappement de moteur à combustion, destiné à supprimer les rejets de particules émises par le moteur, comportant un filtre à particules (28), des moyens de calcul (10) et des moyens de mesure (34, 36) d'un niveau de chargement en particules piégées dans le filtre à particules, caractérisé en ce qu'il est agencé de sorte à mettre en 3o oeuvre un procédé selon l'une des revendications 1 à 8.