Brevet FR2928691A1 — publié le 20090918

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé pour surveiller un système d'alimentation en air d'un moteur à combustion interne équipé d'un système de gaz d'échappement et d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement équipant le système des gaz d'échappement, cette installation comportant un filtre à particules, et dans le système d'alimentation en air, on commande la pression de charge d'une veine d'air d'alimentation dans un canal d'alimentation en air comburant à l'aide d'un volet d'étranglement et/ ou d'un moyen de recyclage de gaz d'échappement entre le système des gaz d'échappement et le canal d'alimentation en air comburant. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Etat de la technique On utilise déjà depuis quelques années des filtres à particules pour séparer les particules de suie (noir de fumée) des gaz d'échappement notamment ceux émis par les moteurs à combustion interne Diesel. Les particules de noir de fumée se déposent à la surface d'un filtre et en partie aussi dans la structure du filtre. Les particules de filtre ont une capacité limitée de stockage et pour rétablir leur effet nettoyant il faut les régénérer. Dans le cas des particules à filtre de noir de fumée ou de suie (filtre à particules DPF), cela se fait par une élévation de la température des gaz d'échappement de façon caractéristique dans une plage comprise entre 600°C et 650°C. Ce résultat s'obtient en prenant des mesures concernant la préparation du mélange alimentant le moteur par exemple en décalant l'injection principale dans le sens du retard ou encore en effectuant une post-injection dans le moteur ou avec des moyens en aval du moteur tels que par exemple une post-injection qui brûle dans un catalyseur d'oxydation. On lance une réaction exothermique qui produit la combustion des particules de suie et régénère le filtre à particules en moins de quelques minutes. Une augmentation de la concentration en oxygène dans les gaz d'échappement accélère la combustion et augmente la température qui, le cas échéant ne conservera que certaines parties du filtre à particules. Une réduction du volume des gaz d'échappement augmente également la température dans le filtre à particules et accélère la combustion mais peut également conduire à des élévations de température locales. Cela peut se traduire par une sollicitation excessive de la matière constituant le filtre à particules si l'on diminue trop fortement le volume des gaz d'échappement pendant que s'effectue une régénération ou si en outre, on a une trop forte proportion d'oxygène dans les gaz d'échappement comme cela peut se produire par exemple à l'arrêt devant un feu rouge juste après un parcours à vitesse rapide. En mode de poussée inertielle, on a également une plus forte teneur en oxygène dans les gaz d'échappement. Les températures élevées qui se produisent dans les états de fonctionnement critiques peuvent endommager des matériaux du filtre, certes plus économiques mais de ce fait moins résistants à la chaleur tels que du métal fritté ou de la cordiérite ; elles peuvent aussi endommager le revêtement catalytique des filtres à particules destiné à réduire la température nécessaire à la régénération. Selon l'état de la technique, on diminue la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement à l'aide d'un volet d'étranglement installé dans le canal d'alimentation en air du moteur à combustion interne qui diminue la section de passage du canal d'air. Toutefois, on ne ferme pas complètement le volet d'étranglement dans les systèmes existant actuellement. Le document EP 1 364 110 B1 décrit un procédé permettant d'éviter la surchauffe d'un filtre à particules. Selon ce procédé, on détermine une grandeur caractéristique à partir des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne et/ou du système de post-traitement des gaz d'échappement. Cette grandeur caractéristique donne une information concernant l'intensité prévisible de la réaction dans le système de post-traitement des gaz d'échappement. Si la grandeur caractéristique dépasse un seuil prédéfini, on prend des mesures pour réduire l'intensité de la réaction. Comme mesure, il y a la réduction du volume d'air d'alimentation et/ou un dosage supplémentaire de carburant et/ou une élévation du coefficient de recyclage des gaz d'échappement. Il est indiqué que pour réduire le volume d'air d'alimentation, on ferme le volet d'étranglement ou du moins on le ferme partiellement. Toutefois, ce document ne décrit aucune succession avantageuse des mesures à prendre ni la fermeture simultanée du volet d'étranglement et l'ouverture du recyclage des gaz d'échappement. Selon le document DE 10 2004 048 135, il est connu d'accélérer la combustion lors de la régénération du filtre à particules en mélangeant de l'oxygène aux gaz d'échappement ou de ralentir la combustion en mélangeant de l'azote. L'oxygène et l'azote sont prélevés dans l'air ambiant à partir d'un dispositif de décomposition de l'air tel que par exemple une membrane perméable aux molécules d'oxygène. Pour cela, il faut que l'air d'alimentation passe par un étage de compression pour être mis à la pression des gaz nécessaire pour fournir une quantité suffisante traversant la membrane. Cela se traduit par une consommation supplémentaire d'énergie qui va à l'encontre d'un fonctionnement économe du moteur à combustion interne. Le document DE 10 2006 010 095 Al décrit un procédé et un dispositif de commande de la régénération d'un filtre à particules dans une installation de nettoyage des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Selon ce document, on fournit l'air comburant par un canal d'alimentation en air comburant équipé d'un volet d'étranglement. Les gaz d'échappement sont recyclés dans un canal de gaz d'échappement par un moyen de recyclage des gaz d'échappement et/ou par un recyclage des gaz d'échappement basse pression pour fournir des gaz d'échappement au canal d'alimentation en air comburant. Selon ce document, il est prévu de faire les actions sur le volet d'étranglement et le moyen de recyclage des gaz d'échappement et/ou le recyclage des gaz d'échappement basse pression dans un ordre prédéfini. Cela permet de protéger le filtre à particules contre les dommages occasionnés par une surchauffe et en même temps de ne pas réduire le confort de conduite. Par la fermeture du volet d'étranglement, on produit une dépression d'aspiration dans le moteur à combustion interne qui est compensée par l'ouverture du moyen de recyclage des gaz d'échappement. En particulier, par un ordre déterminé des actions sur le volet d'étranglement et le recyclage des gaz d'échappement, l'action sur le couple reste neutre et n'est pas perceptible du point de vue acoustique. La commande de l'opération de régénération du filtre à particule selon le procédé permet d'utiliser des matériaux économiques tels que du métal fritté et de la cordiérite pour le filtre à particules. Dans toutes les solutions décrites ci-dessus, il est important notamment, pour des matériaux de filtre critiques du point de vue thermique, de régler de façon très précise la température en amont du filtre à particules et d'assurer une concentration en oxygène dans les gaz d'échappement adaptée à la charge de particules. Actuellement, on limite l'oxygène uniquement par une combinaison entre les mesures d'injection et les actions sur le système d'alimentation en air par exemple un fort étranglement. Si au cours de cette phase, on rencontre un défaut d'étanchéité du système d'alimentation en air, non diagnostiqué jusqu'alors, cela peut se traduire par la destruction du filtre à particules au cours de sa phase de régénération. But de l'invention La présente invention a ainsi pour but de développer un procédé de surveillance du système d'alimentation en air du moteur à combustion interne qui soit en mesure notamment avant et pendant la régénération critique du filtre à particules, d'assurer un diagnostic aussi précis que possible des défauts possibles du système d'alimentation en air. L'invention a également pour but de développer un dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que directement en amont du filtre à particules ou pendant une phase de régénération, à l'aide de signaux d'installation de mesure existant dans le système d'alimentation en air et/ou de capteurs existant dans le système des gaz d'échappement, on détermine de différentes manières la veine d'air d'alimentation et on compare entre eux les résultats. Cela permet de contrôler la plausibilité de la veine d'air d'alimentation et notamment de diagnostiquer les défauts d'étanchéité dans le système d'alimentation en air du moteur à combustion interne. Cela permet par exemple de déceler de petits défauts d'étanchéité, à titre d'exemple dans la tubulure d'admission, défauts qui ne pouvaient être reconnus jusqu'alors en mode de fonctionnement normal, car du fait de la pression existant dans cette phase de fonctionnement, cela conduirait uniquement à une faible perte d'air (soufflage) si néanmoins on régulait la pression de charge. Dans le cas d'un mode de fonctionnement fortement étranglé, comme celui qui s'établit au cours d'une régénération critique du point de vue thermique du filtre à particules, et pour lequel on peut avoir une pression résiduelle de seulement 500 mbars dans la tubulure d'admission, cela pourrait conduire en revanche à une aspiration d'air par ce défaut. La comparaison évoquée dans le préambule permet de faire un diagnostic rapide d'éventuelles fuites en utilisant les écarts des valeurs de mesure. Si l'on a des écarts significatifs dans les résultats, comme cela est prévu dans la variante de procédé préférentielle, on peut intervenir sur la commande de déroulement des opérations de régénération du filtre à particules pour éviter une sollicitation thermique excessive du filtre à particules par un excédent d'oxygène disponible. En particulier les matériaux de filtre moins résistants du point de vue thermique nécessitent lors de leur régénération, une application avec une régulation précise de l'air/carburant et ainsi sans dépasser une limite déterminée d'oxygène. Selon une caractéristique, l'action sur la commande de déroulement des opérations de régénération consiste à interrompre la régénération du filtre à particules. Cela permet d'éviter la surchauffe de la matière du filtre qui sinon détruirait le filtre à particules. En outre, on fixe un enregistrement de défaut dans une commande principale de moteur consistant par exemple à actionner un voyant signalant au conducteur du véhicule qu'il y a un incident (par exemple un voyant jaune pour le moteur). En outre, par cet enregistrement du défaut, on peut également influencer d'autres procédés de commande ou de régulation tels que la préparation du mélange de carburant, le comportement de l'injection, etc.., dans la commande du moteur. Un exemple de procédé prévoit un contrôle de plausibilité de la veine d'air d'alimentation par le calcul d'une part en utilisant la dose ou quantité injectée, déduite de l'appareil de commande assurant l'injection de carburant et du coefficient Lambda fourni par la sonde des gaz d'échappement installée dans le canal des gaz d'échappement du système et d'autre part, à l'aide des signaux d'un système de mesure de l'air installé dans le système d'alimentation en air. La comparaison directe des débits massiques d'air, déterminée de cette manière, donne des indications permettant de savoir s'il y a une fuite dans le système d'alimentation en air. Une autre variante prévoit de faire le contrôle de plausibilité de la veine d'air d'alimentation dans le calcul de celle-ci, d'une part à l'aide de la pression de charge et de la température dans le canal d'alimentation en air comburant et d'autre part en utilisant les signaux fournis par le signal de mesure d'air installé dans le système d'alimentation en air. Ainsi, à partir du signal de pression d'alimentation et de la température, en utilisant l'équation générale des gaz, on calcule un débit massique d'air que l'on compare à la valeur obtenue pour la veine d'air d'alimentation dans le système de mesure d'air. Si la valeur obtenue à partir de la température et de la pression de charge diffère de la valeur correspondant au système de mesure d'air, par le dépassement vers le haut, il y a une entrée d'air étranger dans le système d'alimentation en air ce qui signifie qu'il y a un défaut. Dans les variantes préférentielles du procédé, on détermine la veine d'air d'alimentation dans le système de mesure de l'air à l'aide d'un débitmètre massique d'air à film chaud (débitmètre massique HFM). De tels débitmètres massiques équipent déjà les moteurs à combustion interne actuels, du côté de l'alimentation en air pour assurer une préparation optimale du mélange en liaison avec une régulation du coefficient Lambda pour réduire l'émission de matière polluante ; de tels moyens se caractérisent par une très grande précision. 7 Il est évident que l'on peut utiliser l'un ou l'autre des procédés décrits ci-dessus et aussi leurs combinaisons. Une application préférentielle d'au moins l'une des variantes de procédé décrites ci-dessus prévoit l'application à des moteurs à combustion interne Diesel à matériaux de filtre à particules thermiquement critiques, qu'il faut protéger efficacement au cours de la phase de régénération contre des apports incontrôlés d'air ou contre un excédent nocif d'oxygène de l'air. Le problème évoqué ci-dessus est également résolu par un dispositif caractérisé en ce que le moteur à combustion interne est équipé d'une unité de diagnostic reliée côté entrée à des installations de mesure équipant le moteur et en plus à des capteurs dans le canal d'alimentation en air comburant et comportant des installations pour la mise en oeuvre du procédé selon au moins l'une des variantes décrites précédemment. Une configuration préférentielle de capteur prévoit que l'entrée de l'unité de diagnostic soit reliée au système de mesure d'air du système d'alimentation en air, également un appareil de commande pour l'injection de carburant, à un capteur de pression et à un capteur de température dans le canal d'alimentation en air comburant et/ ou avec une sonde Lambda dans le canal des gaz d'échappement du système de gaz d'échappement ; cela permet de faire différents contrôles de plausibilité. Un capteur de pression existe dans la régulation de la pression de charge dans le cas de moteurs à combustion interne équipés d'un turbocompresseur d'alimentation. Pour la régénération du filtre à particules, on utilise par exemple des commandes de déroulement d'opérations comme celles décrites dans le document DE 10 2006 010095 Al. Il est avantageux dans ce cas, que l'unité de diagnostic coopère avec une telle commande de déroulement des opérations de régénération du filtre à particules afin de permettre des interventions propres réduisant la charge du filtre à particules. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'unité de diagnostic fait partie d'une unité de commande électronique de moteur Diesel, principale (commande électronique de moteur Diesel - EDC) qui assure la régulation ou la commande de l'injection de carburant ainsi que d'autres paramètres du moteur. Dans de telles unités EDC, on régule par exemple entre autres les doses ou quantités injectées ou les injecteurs. Ces signaux peuvent s'utiliser directement pour le diagnostic comme cela a été décrit ci-dessus. De telles unités EDC ont en outre une série de modules de diagnostic et d'interfaces de diagnostic correspondantes, utilisées pour surveiller le système d'alimentation en air. La commande de déroulement des opérations de régénération du filtre à particules est en général également traduite comme programme de déroulement pour la commande d'une telle unité EDC de façon à permettre un diagnostic d'une fuite dans le système d'alimentation en air avec des moyens appropriés. Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans l'unique dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement. Description des modes de réalisation La figure 1 montre l'environnement technique dans lequel s'inscrit le procédé selon l'invention. La figure montre un système d'alimentation en air 10 d'un moteur à combustion interne 20, notamment d'un moteur à combustion interne Diesel dont le système des gaz d'échappement 30 est équipé d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement 40. Le système d'alimentation en air 10 se compose principalement d'un canal d'alimentation en air comburant 13. Selon le sens de passage des gaz, ce système reçoit une veine d'air d'alimentation 11 et comprend un système de dosage d'air 12, un étage de compression 14 et un volet d'étranglement 15 pour mettre la veine d'air d'alimentation 11 en volume et en pression de charge aux valeurs souhaitées pour le point de fonctionnement instantané du moteur à combustion interne 20. Le système de dosage d'air 12 se compose dans l'exemple présenté, d'un débitmètre massique d'air à film chaud (débitmètre HFM) qui fournit des données relatives à une masse d'air instantanée à une unité de diagnostic 50 selon l'invention. Dans l'exemple de réalisation présenté, cette unité fait partie d'une unité de commande électronique de moteur Diesel (unité EDC) ; à côté de la commande de la dose ou quantité à injecter de gazole, cette unité assure également diverses fonctions de diagnostic. Une telle unité EDC, représente l'élément principal proprement dit d'un moteur Diesel actuel, à faible émission de matière polluante. Le débitmètre massique d'air à film chaud (débitmètre HFM) fait partie d'une régulation actuelle d'injection (par exemple le système LH-JETRONIC de la société ROBERT BOSCH) et de tels systèmes sont décrits de manière explicite dans la documentation. De plus, le canal d'alimentation en air comburant 13 comporte au moins un capteur de pression 16 et un capteur de température 17 ; ces capteurs fournissent également des signaux correspondant à l'unité de diagnostic 50. On peut également envisager des capteurs combinés pour la pression et la température. Entre le canal des gaz d'échappement 32 du système de gaz d'échappement 30 et le canal d'alimentation en air comburant 13, il est prévu un moyen de recyclage des gaz d'échappement 31. Le volet d'étranglement 15 et le moyen de recyclage des gaz d'échappement 31 dans l'exemple présenté, sont commandé par l'unité de diagnostic 50 qui fait partie de la commande de déroulement. Il est évident qu'à la fois, l'unité de diagnostic 50 et la commande de déroulement de l'opération de régénération du filtre à particules peuvent faire partie intégrante de l'unité EDC. Le canal des gaz d'échappement 32 du moteur à combustion interne 20 est équipé d'une turbine de gaz d'échappement 33 couplée mécaniquement à l'étage de compression 14 et constituant avec celui-ci un turbocompresseur des gaz d'échappement. La turbine des gaz d'échappement 33 installée dans le canal des gaz d'échappement 32 est suivie d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement 40 comportant un catalyseur d'oxydation 42 et un filtre à particules 45 nettoyant la veine de gaz d'échappement 46. Dans le sens de passage de la veine des gaz d'échappement 46, en amont du catalyseur d'oxydation 42, il y a un capteur de température 41 permettant de surveiller la température des gaz d'échappement. Une sonde Lambda 43 est prévue entre le catalyseur d'oxydation 42 et le filtre à particules 45 pour déterminer le coefficient Lambda ainsi qu'un autre capteur de température 44. Les capteurs de température 41, 44 ainsi que la sonde Lambda 43 fournissent leurs signaux à l'unité de diagnostic 50. Selon l'invention, avant ou pendant l'opération de régénération du filtre à particules, il est prévu de déterminer respectivement la veine d'air d'alimentation par exemple à l'aide de la dose injectée, information fournie par l'unité EDC et aussi à partir du coefficient Lambda fourni par la sonde Lambda 43 installée dans le canal des gaz d'échappement 32 du système 30 et aussi de déduire cette veine d'air d'alimentation à partir des signaux fournis par le débitmètre massique d'air à film chaud (débitmètre HFM) installé dans le système de dosage des gaz d'échappement 12 ; puis, on compare entre les résultats. Si les résultats s'écartent l'un de l'autre de manière significative, cela peut signifier qu'il y a une fuite dans le système d'alimentation en air 10. Des mesures de protection appropriées comme celles décrites ci-dessus peuvent alors être prises. Ces mesures conduisent à l'arrêt de la régénération du filtre à particules. Une variante du procédé utilise le fait qu'un contrôle de plausibilité de la veine d'air d'alimentation 11 peut se faire par le calcul de la veine d'air d'alimentation d'une part, à partir de la pression de charge et de la température dans le canal d'alimentation en air comburant 13 et d'autre part, à partir des signaux fournis par le débitmètre massique d'air à film chaud (débitmètre HFM) installé dans le système de mesure d'air 12 du système d'alimentation en air 10. Le capteur de pression 16 et le capteur de température 17 installés dans le canal d'alimentation en air comburant 13 servent à déterminer la pression de charge et la température. Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent de diagnostiquer des défauts d'étanchéité dans le système d'alimentation en air du moteur à combustion interne et d'arrêter le cas échéant la 2928691 Il régénération du filtre à particules avant que celui-ci ne soit endommagé par des apports d'air incontrôlés. 5 25 30 REVENDICATIONS 1 °) Procédé pour surveiller un système d'alimentation en air (10) d'un moteur à combustion interne (20) équipé d'un système de gaz d'échappement (30) et d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) équipant le système des gaz d'échappement (30), cette installation comportant un filtre à particules (45), et dans le système d'alimentation en air (10), on commande la pression de charge d'une veine d'air d'alimentation (11) dans un canal d'alimentation en air comburant (13) à l'aide d'un volet d'étranglement (15) et/ou d'un moyen de recyclage de gaz d'échappement (31) entre le système des gaz d'échappement (30) et le canal d'alimentation en air comburant (13), caractérisé en ce que directement en amont du filtre à particules (45) ou pendant une phase de régénération, à l'aide de signaux d'installation de mesure existant dans le système d'alimentation en air (10) et/ou de capteurs existant dans le système des gaz d'échappement (30), on détermine de différentes manières la veine d'air d'alimentation (11) et on compare entre eux les résultats. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en cas d'écarts significatifs entre les résultats, on intervient sur la commande de déroulement de la régénération du filtre à particules (45). 3°) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu' on agit sur la commande de déroulement de la régénération pour interrompre la régénération du filtre à particules (45). 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu' on fixe une entrée d'erreur dans une commande principale de moteur. 355°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on contrôle la plausibilité de la veine d'air d'alimentation (11) en calculant d'une part celle-ci (11) à partir d'une dose injectée déduite de l'appareil de commande assurant l'injection de carburant, et à partir du coefficient Lambda fourni par la sonde Lambda (43) installée dans le canal des gaz d'échappement (32) du système de gaz d'échappement (30) et d'autre part, à partir des signaux du système de mesure d'air (12) installé dans le système d'alimentation en air (10). 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on contrôle la plausibilité de la veine d'air d'alimentation (11) par le calcul de celle-ci (11) d'une part à partir de la pression de charge et de la température dans le canal d'alimentation en air comburant (13) et d'autre part en utilisant les signaux du système de mesure d'air (12) installé dans le système d'alimentation en air (10). 7°) Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu' on détermine la veine d'air d'alimentation (11) dans le système de mesure d'air (12) à l'aide d'un débitmètre massique d'air à film chaud. 8°) Application du procédé selon les revendications 1 à 7 à des moteurs à combustion Diesel équipés d'un filtre à particules critique du point de vue thermique. 9°) Dispositif de surveillance d'un système d'alimentation en air (10) d'un moteur à combustion interne (20) équipé d'un système de gaz d'échappement (30) et d'une installation de nettoyage des gaz d'échappement (40) dans le système des gaz d'échappement (30), comprenant un filtre à particules (45), dispositif dans lequel, on commande dans le système d'alimentation en air (10), la pression de charge de la veine d'air d'alimentation (11) par un volet d'étranglement (15) dans le canal d'alimentation en air comburant (13) et/ ou par unrecyclage des gaz d'échappement (31) entre le système des gaz d'échappement (30) et le canal d'alimentation en air comburant (13), caractérisé en ce que le moteur à combustion interne (20) est équipé d'une unité de diagnostic (50) reliée côté entrée à des installations de mesure équipant le moteur et en plus à des capteurs dans le canal d'alimentation en air comburant (13) et comportant des installations pour la mise en oeuvre du procédé selon au moins l'une des revendications 1 à 7. 10°) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'entrée de l'unité de diagnostic (50) est reliée à un système de mesure d'air (12) installé dans le système d'alimentation en air (10), un appareil de commande pour l'injection de carburant, un capteur de pression (16) et d'un capteur de température (17) dans le canal d'alimentation en air comburant (13) et/ou d'une sonde Lambda (43) dans le canal des gaz d'échappement (32) du système de gaz d'échappement (30). 11 °) Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'unité de diagnostic (50) coopère avec une commande de déroulement des opérations de régénération du filtre à particules (45). 12°) Dispositif selon les revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'unité de diagnostic (50) fait partie d'une unité de commande électronique principale du moteur Diesel qui régule ou commande l'injection du carburant ainsi que d'autres fonctions du moteur.30