Brevet FR2927659A1 — publié le 20090821

REN074FR / PJ8572 - dépôt DA 1 L'invention concerne un procédé d'estimation de la quantité massique de particules de suies accumulées dans un filtre à particules pour véhicule automobile en vue de la régénération du filtre à particules ainsi que le dispositif associé. L'invention est particulièrement adaptée aux véhicules automobiles équipés d'un moteur diesel. Les moteurs à combustion interne, et plus particulièrement les moteurs de type diesel, rejettent dans l'atmosphère des particules polluantes dont il convient de diminuer la quantité massique. Ces particules, qui sont constituées de suies produites lors d'une combustion imparfaite dans le moteur, peuvent être piégées dans les gaz d'échappement par l'implantation d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement en aval des chambres de combustion du moteur. Un tel filtre est conçu de façon à pouvoir retenir les particules se trouvant dans les gaz d'échappement qui traversent le filtre. Au fur et à mesure de l'utilisation du moteur, les particules s'accumulent dans le filtre et finissent par entraîner une contre-pression importante à l'échappement du moteur, ainsi qu'une augmentation de la pression différentielle aux bornes du filtre à particules, ce qui diminue considérablement les performances du moteur. Afin de rétablir les performances du moteur, on sait pratiquer une régénération du filtre par combustion des particules qui s'y sont accumulées. Cette opération de combustion est rendue possible par une élévation de la température interne du filtre à particules par augmentation de la thermique des gaz d'échappement. Pour ce faire, on procède généralement à une injection retardée de carburant dans les chambres de combustion du moteur. On peut en particulier injecter du carburant juste après le point mort haut lors de la phase de détente, ce qui a pour effet d'augmenter la température des gaz à l'échappement. REN074FR / PJ8572 - dépôt DA 2 Il est également possible de prévoir une ou plusieurs injections tardives, c'est-à-dire nettement après le point mort haut ou une introduction de carburant directement dans la ligne d'échappement via l'utilisation d'un cinquième injecteur ou d'un vaporisateur à l'échappement. Le carburant ainsi injecté ne brûle pas dans la chambre de combustion du moteur, mais, par exemple, dans un dispositif catalytique également prévu dans la ligne d'échappement, augmentant ainsi la température des gaz traversant ensuite le filtre à particules. Le filtre à particules est en effet généralement associé à un dispositif catalyseur monté en amont du filtre, de façon à diminuer les émissions polluantes. Le dispositif catalytique peut être intégré dans le filtre à particules lui-même, qui peut alors comprendre un matériau catalytique, tel que du platine. Les hydrocarbures imbrûlés et l'oxyde de carbone provenant des injections retardées et des injections tardives dans les chambres de combustion peuvent s'oxyder sur le matériau catalytique en augmentant la température au sein du filtre à particules. La régénération du filtre à particules peut être faite périodiquement au cours de phases de régénération, dès que la masse de particules dans le filtre devient trop importante. Les phases de régénération s'effectuent lorsque le moteur fonctionne, sans que le conducteur du véhicule en ait conscience. Classiquement, les filtres à particules fonctionnent donc de manière périodique, en deux phases. Lors d'une première phase, le filtre stocke des particules émises par le moteur, et lors d'une deuxième phase, les particules stockées dans le filtre sont brûlées afin de régénérer le filtre. Dans l'état de la technique, la gestion des filtres à particules repose sur 30 des systèmes d'estimation de la quantité massique de particules REN074FR / PJ8572 - dépôt DA 3 présentes dans le filtre à particules à partir de la contre-pression à l'échappement ou à partir de la différence de pression, appelée également pression différentielle, aux bornes du filtres à particules. En effet, la perte de charge aux bornes du filtre à particules est fortement liée à la quantité de particules stockées dans le filtre. La régénération est alors déclenchée en fonction de cette estimation. Par exemple, le document FR 2781251 porte sur un tel procédé de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules monté en aval d'un moteur à combustion interne. Le filtre est régénéré périodiquement par combustion des suies avant d'atteindre un chargement trop élevé. Ce chargement est déduit de deux principales grandeurs : la pression différentielle aux bornes du filtre et une grandeur représentative de l'écoulement des gaz dans le moteur. Ces deux grandeurs sont obtenues à l'aide de capteurs ou de modèles dispersés qui engendrent une marge d'erreur importante. Ces modèles sont inadaptés à l'utilisation d'un dispositif de type volet à l'échappement. Dans l'état de la technique, le filtre à particules est souvent couplé avec un autre dispositif anti-pollution diminuant l'émission en oxydes d'azote NOx des gaz d'échappement consistant en une recirculation basse et/ou haute pression des gaz d'échappement vers l'admission, solution généralement dénommée EGR (Exhaust Gaz Recirculation). La figure 1 illustre schématiquement un tel dispositif de l'état de la technique adapté pour réduire ces émissions polluantes. Sur cette figure, un moteur diesel 1 est alimenté en air arrivant par une entrée 2, traversant un compresseur 3, un échangeur 4 puis l'admission moteur 5. La solution EGR haute pression consiste en une recirculation 8 des gaz d'échappement en sortie du moteur, traversant un échangeur 9 avant de rejoindre l'admission moteur 5. Cette recirculation haute pression 8 est en général associée REN074FR / PJ8572 - dépôt DA 4 avec une autre recirculation, connue sous sa dénomination d'EGR basse pression, qui consiste en une recirculation 10 d'une partie des gaz d'échappement récupérés vers la sortie du véhicule, après leur passage par différents dispositifs de traitements, un catalyseur 11, un NOx-Trap 12, et le filtre à particules 13 tel que mentionné précédemment, avant leur réadmission à l'entrée du compresseur 3. Une vanne d'échappement 7 permet de régler la quantité de gaz basse pression à recirculer. Dans une telle solution, le tuyau d'échappement est équipé d'un volet d'échappement en aval du filtre à particules qui permet de créer une contre pression pour faciliter la recirculation des gaz d'échappement dans la boucle EGR basse pression 10. Or cette contre-pression variable est perturbante pour l'application des modèles simplifiés de l'état de la technique. Ainsi, dans une telle configuration avec EGR basse pression, les modèles existants de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules sont peu fiables et insuffisants. Or chaque régénération du filtre à particules induit une augmentation de la consommation en carburant et peut également réduire l'intervalle de vidange du lubrifiant à cause du phénomène de dilution de carburant dans le lubrifiant si l'exotherme nécessaire à la régénération est généré par une injection tardive de carburant dans le cycle moteur. Le déclenchement de la régénération du filtre à particules s'effectue dans certains cas de façon prématurée dans l'état de la technique compte tenu des incertitudes des modèles utilisés dans la gestion de la régénération du filtre à particules. Or, pour atteindre au mieux les contraintes environnementales, il est absolument nécessaire de déclencher la régénération du filtre à particules uniquement lorsque cela est nécessaire. Dans d'autres cas, le déclenchement de la régénération du filtre à particules s'effectue de manière tardive, la régénération est alors mal REN074FR / PJ8572 - dépôt DA 5 contrôlée et la température atteint des valeurs trop importantes, entraînant des fissurations et le passage de particules au travers du filtre à particules. Pour éviter cela, le bon contrôle du filtre à particules nécessite la connaissance précise de la quantité de particules stockées. L'objet de l'invention est donc d'améliorer la gestion du filtre à particules d'un véhicule automobile, de manière compatible avec la présence d'une recirculation EGR basse pression. 10 A cet effet, l'invention repose sur un procédé d'estimation de la quantité massique de particules de suies accumulées dans un filtre à particules, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : -mesure par au moins deux capteurs de deux grandeurs parmi la pression différentielle (Pd;ff) aux bornes du filtre à particules, la pression en 15 amont (Pam) du filtre à particules, et la pression en aval (Pav) du filtre à particules ; - transmission de ces deux grandeurs à une unité de gestion ; - mise en œuvre d'un calcul de la quantité massique de particules de suies au sein de l'unité de gestion par un logiciel de calcul mettant en 20 oeuvre un système d'équations nécessitant la connaissance de la pression différentielle (Pd;ff) et d'au moins une des deux autres grandeurs parmi la pression en amont (Pam) du filtre à particules et la pression en aval (Pav) du filtre à particules, ces deux grandeurs de pression (Pd;ff, Pam ; Pdiff, Pav) découlant directement ou quasi-directement des deux mesures transmises 25 par les deux capteurs. Selon un mode d'exécution, les deux grandeurs de pression mesurées par les deux capteurs et transmises à l'unité de gestion sont les deux grandeurs directement exploitées par le système d'équations mis en 30 oeuvre dans l'unité de gestion.5 REN074FR / PJ8572 ù dépôt DA 6 Selon un mode d'exécution, une seule des deux grandeurs de pression mesurées par les deux capteurs et transmises à l'unité de gestion est directement exploitée par le système d'équations mis en oeuvre dans l'unité de gestion, l'autre grandeur de pression exploitée par ce système d'équations étant déduite de la relation Pdiff=Pam-Pav. Le procédé peut s'appliquer à un dispositif comprenant une voie de recirculation basse pression et le système d'équations mis en oeuvre dans 10 l'unité de gestion peut comprendre la formule de Barré Saint Venant : QEGRBP = Seffbp • Pav . BSV -q(R. Tav) Pav Pave où Seff_bp est la section efficace, 15 QEGRBP est le débit circulant par la voie EGR basse pression, Taä est la température en aval du filtre à particules, mesurée par un capteur ou calculée par un modèle de calcul mis en oeuvre dans l'unité de gestion, Paäc est la pression de l'autre côté de la vanne de recirculation, au niveau 20 du compresseur. Le système d'équations mis en oeuvre dans l'unité de gestion peut de plus comprendre les équations suivantes : Qmot = QEGRBP + QEGRHP + Qair 25 QEFAP = Qair + QEGRBP = Qmot - QEGRHP Où Qmot représente le débit de gaz dans le moteur, REN074FR / PJ8572 - dépôt DA 7 QEGRHP représente le débit de gaz dans la voie de recirculation EGR haute pression, Qair représente le débit d'air entrant dans le dispositif mesuré au niveau du débitmètre, QEGRSP est le débit circulant par la voie EGR basse pression et QEFAP représente le débit massique entrant dans le filtre à particules. L'invention porte aussi sur un dispositif de diminution de la pollution des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, comprenant un filtre à particules et une unité de gestion de ce filtre à particules, pour décider du fonctionnement du filtre à particules selon deux phases, une première phase durant laquelle le filtre stocke des particules émises par un moteur, et une deuxième phase durant laquelle les particules stockées dans le filtre sont brûlées afin de régénérer le filtre, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux capteurs pour mesurer deux grandeurs parmi la pression différentielle (Pd;ff) aux bornes du filtre à particules, la pression en amont (Pam) du filtre à particules, et la pression en aval (Pav) du filtre à particules et en ce que l'unité de gestion est apte à la mise en oeuvre d'un calcul de la quantité massique de particules de suies stockées dans le filtre à particules au sein de l'unité de gestion par un logiciel de calcul mettant en oeuvre un système d'équations nécessitant la connaissance de la pression différentielle (Pd;ff) et d'au moins une des deux autres grandeurs parmi la pression en amont (Pam) du filtre à particules et la pression en aval (Pav) du filtre à particules. Les deux capteurs de pression peuvent être un capteur de pression différentielle (Pd;ff) aux bornes du filtre à particules et un capteur de mesure de pression (Pav) en aval du filtre à particules. REN074FR / PJ8572 - dépôt DA 8 De plus, le dispositif peut comprendre une voie de recirculation EGR basse pression et un volet d'échappement en aval du filtre à particules qui permet de créer une contre pression pour faciliter la recirculation des gaz d'échappement dans la boucle EGR basse pression. Le dispositif peut aussi comprendre une voie de recirculation EGR haute pression. L'unité de gestion peut être un calculateur ou un ordinateur de bord. Enfin, l'invention porte sur un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de diminution de la pollution des gaz d'échappement tel que décrit précédemment. 15 Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : 20 La figure 1 représente schématiquement un dispositif anti-pollution d'un moteur de l'état de la technique utilisant la combinaison d'un filtre à particules avec un dispositif EGR ; la figure 2 représente schématiquement une partie d'un tel dispositif intégrant un mode d'exécution de l'invention. 25 La figure 2 illustre plus précisément les éléments d'un dispositif selon un mode d'exécution de l'invention. Les mêrnes références seront utilisées pour les éléments correspondant à ceux de la figure 1. Ainsi, le dispositif comprend un moteur 1, une voie d'échappement 6, et deux voies de 30 recirculation respectivement haute pression 8 et basse pression 10. Ces 10 REN074FR / PJ8572 - dépôt DA 9 recirculations sont régulées par une vanne haute pression 19 et une vanne basse pression 7, et un volet d'échappement 17 et un volet d'admission 21. La voie d'échappement 6 comprend un filtre à particules 13. Selon ce mode d'exécution, le dispositif comprend de plus un capteur de pression différentiel 15 qui mesure la différence de pression aux bornes du filtre à particules 13 et un capteur de pression 16 aval du filtre à particules 13. Les mesures de ces deux capteurs 15, 16 sont transmises à une unité de gestion 20 du filtre à particules qui comprend des moyens matériel et / ou logiciel (hardware et / ou software) pour mettre en oeuvre le procédé de gestion du filtre à particules, qui sera décrit ci-après, et permettre de décider des déclenchements des phases de régénération. Cette unité de gestion 20 peut être un calculateur ou peut être l'ordinateur de bord du véhicule automobile. Selon deux variantes possibles du mode d'exécution de l'invention, un des capteurs de pression 15, 16 peut être remplacé par un capteur de pression 18 en amont du filtre à particules 13, représenté à cet effet en pointillé sur la figure 2. Selon l'invention, le dispositif comprend au moins deux capteurs de pression parmi les trois possibles 15, 16, 18. De plus, ces capteurs de pression 16, 18 peuvent rnesurer des pressions relatives ou absolues. Dans le cas de la mesure de la pression relative, l'ajout de la mesure de la pression atmosphérique, mesurée notamment au niveau du calculateur de contrôle moteur, permet de connaître la pression absolue. Un tel dispositif est destiné à contrôler le chargement en particules d'un filtre à particules, qui peut être implanté sur tous les véhicules à moteur essence ou diesel. L'invention porte donc aussi sur le procédé de gestion du filtre à particules 13, basé sur une estimation de la quantité massique de particules de REN074FR / PJ8572 - dépôt DA 10 suies accumulées dans le filtre à particules pour régénérer le filtre à particules. Ce procédé, mis en oeuvre dans l'unité de gestion 20, comprend une première phase consistant en la détermination de deux grandeurs de pression, dont la pression différentielle Pdiff aux bornes du filtre à particules et au moins une valeur de pression parmi la pression amont Pam ou la pression Paä du filtre à particules 13. Ces grandeurs choisies peuvent être directement mesurées par les deux capteurs 15, 16 du dispositif. Si une des deux grandeurs nécessaires au procédé n'est pas directement mesurée, elle est directement déduite des valeurs mesurées par la relation Pdiff=Pam-Pav. Ainsi, le procédé considère dans cette première phase au moins deux valeurs de pression directement ou quasi-directement mesurées, contrairement aux solutions de l'état de la technique qui n'utilisent que la seule pression différentielle aux bornes du filtre à particules. Selon le mode d'exécution choisi, le procédé considère dans cette première phase les deux grandeurs Pdiff et Pav respectivement mesurées par les capteurs de pression différentielle 15 et de pression en aval 16 du filtre à particules. Dans la seconde phase de mise en oeuvre du procédé de calcul, la quantité massique de particules de suies accumulées dans le filtre est toujours estimée par les deux grandeurs obtenues dans la première phase, mais dans ce cas, la grandeur représentant le débit s'écoulant dans le filtre à particules modélisée est inadaptée à la définition technique de l'admission du moteur. REN074FR / PJ8572 - dépôt DA I1 Ainsi, selon le mode d'exécution choisi, les deux grandeurs Pdiff et Pav vont permettre de rendre cette grandeur plus robuste. Le débit d'EGR basse pression sera ainsi calculé à partir de ces deux informations qui traverse la voie de recirculation 10 est exprimé en utilisant la formule du Barré Saint Venant : Pav Pavc QEGRBP ù Seff bp . Pav . 13SV Tav) où Seff_bp est la section efficace de la partie de circuit d'EGR basse pression 10, QEGRBP est le débit circulant par la voie EGR basse pression 10, Tav est la température en aval du filtre à particules, mesurée par un capteur ou calculée par un modèle de calcul mis en oeuvre dans l'unité de 15 gestion 20, Pavc est la pression de l'autre côté de la vanne de recirculation 7, au niveau du compresseur. D'autre part, les deux autres équations suivantes de conservation des 20 débits permettent de résoudre l'ensemble du système d'équation : Qmot = QEGRBP + QEGRHP + Qair QEFAP = Qair + QEGRBP = ()mot - QEGRHP 25 Où Qmot représente le débit de gaz dans le moteur, QEGRHP représente le débit de gaz dans la voie de recirculation EGR haute pression 8, REN074FR / PJ8572 - dépôt DA 12 Qair représente le débit d'air entrant dans le dispositif, et QEFAP représente le débit massique entrant dans le filtre à particules. De plus, la connaissance de ces deux mesures de pression permet donc un calcul précis et adapté du débit circulant dans le filtre à une situation avec au moins une recirculation basse pression 10, et éventuellement une recirculation supplémentaire haute pression 8. L'invention a été décrite dans le cadre d'un dispositif avec double recirculation haute et basse pression. Elle est toutefois parfaitement adaptée à une configuration avec uniquement une recirculation EGR basse pression. De plus, elle est aussi parfaitement adaptée à un dispositif classique sans EGR basse pression, avec EGR haute pression seul, ainsi que sans système d'EGR, est moins sensible aux situations de dispersion liée à une usure des composants. La solution décrite atteint ainsi les objets recherchés et présente les avantages supplémentaires suivants : - d'affiner l'estimation du chargement du filtre à particules pour la rendre plus fiable dans les dispositifs avec EGR basse pression ; - de diminuer les dispersions liées à une usure possible des composants, par exemple le volet d'échappement ; de déclencher la régénération du filtre à particules au moment le plus opportun ;25 Revendications 1. Procédé d'estimation de la quantité massique de particules de suies accumulées dans un filtre à particules (13), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - mesure par au moins deux capteurs (15, 16 ; 15, 18 ; 16, 18) de deux grandeurs parmi la pression différentielle (Pdiff) aux bornes du filtre à particules (13), la pression en amont (Pam) du filtre à particules (13), et la pression en aval (Pav) du filtre à particules (13) ; - transmission de ces deux grandeurs à une unité de gestion (20) ; - mise en oeuvre d'un calcul de la quantité massique de particules de suies au sein de l'unité de gestion (20) par un logiciel de calcul mettant en oeuvre un système d'équations nécessitant la connaissance de la pression différentielle (Pdiff) et d'au moins une des deux autres grandeurs parmi la pression en amont (Pam) du filtre à particules (13) et la pression en aval (Pav) du filtre à particules (13), ces deux grandeurs de pression (Pdiff, Pam , Pdiff, Pav) découlant directement ou quasi-directement des deux mesures transmises par les deux capteurs (15, 16 ; 15, 18 ; 16, 18). 2. Procédé d'estimation de la quantité massique de particules de suies accumulées dans un filtre à particules (13) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux grandeurs de pression mesurées par les deux capteurs et transmises à l'unité de gestion (20) sont les deux grandeurs directement exploitées par le système d'équations mis en oeuvre dans l'unité de gestion (20). 3. Procédé d'estimation de la quantité massique de particules de suies accumulées dans un filtre à particules (13) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une seule des deux grandeurs de pression mesurées par les deux capteurs et transmises à l'unité de gestion (20) est directement exploitée par le système d'équations mis en oeuvre dansl'unité de gestion (20), l'autre grandeur de pression exploitée par ce système d'équations étant déduite de la relation Pdiff=Pam-Pav. 4. Procédé d'estimation de la quantité massique de particules de suies accumulées dans un filtre à particules (13) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé s'applique à un dispositif comprenant une voie de recirculation basse pression (10) et en ce que le système d'équations mis en oeuvre dans l'unité de gestion (20) comprend la formule de Barré Saint Venant : QEGRBP = Seffbp • Pav . BSV V (R• Tav) Pav Pave où Seff bp est la section efficace, QEGRBP est le débit circulant par la voie EGR basse pression (10), Tav est la température en aval du filtre à particules (13), mesurée par un capteur ou calculée par un modèle de calcul mis en oeuvre dans l'unité de gestion (20), Pavc est la pression de l'autre côté de la vanne de recirculation (7), au niveau du compresseur. 5. Procédé d'estimation de la quantité massique de particules de suies accumulées dans un filtre à particules (13) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système d'équations mis en oeuvre dans l'unité de gestion (20) comprend de plus les équations suivantes : Qmot = QEGRBP + QEGRHP + Qair QEFAP = Qair + QEGRBP = Qmot QEGRHP Où Qmot représente le débit de gaz dans le moteur, 25QECRHP représente le débit de gaz dans la voie de recirculation EGR haute pression (8), Qair représente le débit d'air entrant dans le dispositif mesuré au niveau du débitmètre, QEGRBP est le débit circulant par la voie EGR basse pression (10) et QEFAP représente le débit massique entrant dans le filtre à particules. 6. Dispositif de diminution de la pollution des gaz d'échappement d'un véhicule automobile, comprenant un filtre à particules (13) et une unité de gestion (20) de ce filtre à particules (13), pour décider du fonctionnement du filtre à particules (13) selon deux phases, une première phase durant laquelle le filtre stocke des particules émises par un moteur (1), et une deuxième phase durant laquelle les particules stockées dans le filtre (13) sont brûlées afin de régénérer le filtre, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux capteurs (15, 16 ; 15, 18 ; 16, 18) pour mesurer deux grandeurs parmi la pression différentielle (Pd;ff) aux bornes du filtre à particules (13), la pression en amont (Pam) du filtre à particules, et la pression en aval (Pav) du filtre à particules et en ce que l'unité de gestion (20) est apte à la mise en oeuvre d'un calcul de la quantité massique de particules de suies stockées dans le filtre à particules (13) au sein de l'unité de gestion (20) par un logiciel de calcul mettant en oeuvre un système d'équations nécessitant la connaissance de la pression différentielle (PM;ff) et d'au moins une des deux autres grandeurs parmi la pression en amont (Pam) du filtre à particules et la pression en aval (Pav) du filtre à particules. 7. Dispositif de diminution de la pollution des gaz d'échappement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les deux capteurs de pression sont un capteur (15) de pression différentielle (Pa;ff) aux bornes du filtre à particules (13) et un capteur (16) de mesure de pression (Pav) en aval du filtre à particules (13). 8. Dispositif de diminution de la pollution des gaz d'échappement d'un véhicule automobile selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend une voie de recirculation EGR basse pression (10) et un volet d'échappement (17) en aval du filtre à particules (13) qui permet de créer une contre pression pour faciliter la recirculation des gaz d'échappement dans la boucle EGR basse pression (10). 9. Dispositif de diminution de la pollution des gaz d'échappement d'un véhicule automobile selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une voie de recirculation EGR haute pression (8). 10. Dispositif de diminution de la pollution des gaz d'échappement d'un véhicule automobile selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'unité de gestion (20) est un calculateur ou un ordinateur de bord. 11. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de diminution de la pollution des gaz d'échappement selon l'une des revendications 6 à 10.20