Brevet FR2933735A1 — publié le 20100115

Procédé et dispositif de commande des régénérations d'un système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion [0001] L'invention porte sur le contrôle d'un dispositif pour le traitement des gaz d'échappement d'un moteur, nécessitant une régénération périodique. [0002] L'invention vise en particulier les moteurs équipés d'un filtre à particules à régénération périodique commandée par post-injection de carburant. [0003] Lors de leur fonctionnement, les moteurs à combustion produisent un certain nombre de polluants, notamment des polluants réglementés qu'il convient de traiter, par exemple au moyen de dispositifs dits de post-traitement, généralement situés dans le circuit d'échappement des moteurs. Selon leur mode de fonctionnement, certains dispositifs de post-traitement vont accumuler des polluants qu'il convient d'éliminer périodiquement. Par exemple, les pièges à oxyde d'azote peuvent être pollués par le souffre, et il convient de les désulfurer périodiquement en les chauffant fortement. Les filtres à particules de suie se chargent en particules, qui doivent être périodiquement oxydées dans le filtre par échauffement. [0004] Typiquement, dans un véhicule à moteur Diesel équipé d'un filtre à particule de suies, on cherche à réunir généralement deux conditions pour déclencher une régénération du filtre à particules sur un moteur Diesel équipé d'un FAP : un seuil de chargement FAP suffisant et la détection d'un parcours suffisamment roulant pour permettre une aptitude à la régénération du filtre optimale. [0005] Par exemple, la demande de brevet européenne EP1680200 présente un système de contrôle des régénérations d'un filtre à particules qui déclenche une régénération de ce dernier si les conditions de roulage sont jugées adéquates, même si la charge en particules du filtre, par ailleurs contrôlée, n'a pas atteint un maximum admissible. [0006] De même, le brevet FR2840820 présente un procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particule dans lequel on déclenche une régénération si une charge limite du filtre en particules est atteinte, et on contrôle la régénération selon un second paramètre, à savoir notamment le débit des gaz d'échappement, lui-même représentatif des condition d'utilisation du moteur ou de roulage du véhicule. [0007] Une solution communément employée pour échauffer les moyens de post-traitement à régénérer consiste à introduire des hydrocarbures imbrûlés dans le circuit d'échappement. Cela peut se faire en réalisant des injections tardives ou post-injections de carburant dans les cylindres du moteur. Ces injections sont réalisées après le point mort haut dans la phase de détente des gaz. Une partie du jet de carburant injecté dans le cylindre peut alors rentrer en contact avec les parois du cylindre ce qui peut favoriser le passage d'une part du carburant dans le lubrifiant du moteur. On parle alors du phénomène de dilution du lubrifiant (généralement de l'huile) par le carburant. [0008] La qualité du lubrifiant son efficacité dépendent en grande partie de sa teneur résiduelle en carburant (taux de dilution de carburant dans le lubrifiant), qui évolue lors de l'utilisation du moteur, entre deux vidanges. [0009] Deux phénomènes opposés concourent à la variation de la teneur de l'huile en carburant : essentiellement lors des post injections, du carburant est introduit dans le lubrifiant, tandis que le carburant dilué dans le lubrifiant va continuellement s'évaporer en fonction du débit et de la température de l'huile. [0010] L'évaporation est un phénomène assez complexe qui dépend de nombreux paramètres, notons cependant que dans le cadre d'une application automobile elle est généralement moins importante lors de roulages urbains qu'autoroutiers. Ainsi, en particulier lors de certains roulage, un lubrifiant aux propriétés dégradées par une forte dilution par du carburant peut voir ses propriétés s'améliorer sensiblement pour revenir à un meilleur pouvoir lubrifiant. [0011] Les commandes de régénération existantes dans l'art antérieur ont pour but de maximiser les chances de réussite des régénérations, tout en corrélant les distances de remplissage du filtre aux émissions réelles mesurées sur véhicule. Cependant, appliqué aux moteurs ne disposant pas de d'injecteurs dans la ligne d'échappement, ce type de stratégies peut, dans le cas de roulages urbains, conduire à de trop fréquentes régénérations et en conséquence à un taux de carburant dans le lubrifiant trop important, pouvant être préjudiciable à la fiabilité du moteur. [0012] L'invention vise à prendre en compte l'état du lubrifiant, c'est-à-dire son taux de dilution par le carburant ou une information traduisant ce taux, et le cas échéant interdire les régénérations, ou réduire les fréquences de régénérations en les espaçant, ce qui laisse plus de temps à l'évaporation du carburant dilué dans l'huile. [0013] L'invention concerne donc un procédé de commande de régénération par échauffement d'un moyen de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne muni d'un circuit de lubrification dans lequel circule un lubrifiant, ledit échauffement étant provoqué par des injections tardives dans les chambres de combustion du moteur, caractérisé en ce qu'on prend en compte le taux de carburant dans le lubrifiant du moteur pour commander la régénération du système de post-traitement. [0014] Le taux de carburant dans le lubrifiant peut être estimé par la mesure d'une propriété intrinsèque du lubrifiant, telle que sa viscosité, et ce par un capteur dédié ou non à cette fonction. [0015] Il est également possible d'estimer le taux de carburant dans le lubrifiant en mesurant l'évolution du niveau de lubrifiant dans ledit réservoir. [0016] Dans une variante de l'invention, on interdit la régénération du moyen de post-traitement si le taux estimé de carburant dans le lubrifiant du moteur est supérieur à un taux prédéterminé. [0017] Dans une autre variante, on peut modifier un paramètre nécessaire à l'autorisation d'une régénération du moyen de post-traitement en fonction taux estimé de carburant dans le lubrifiant du moteur. Typiquement, le paramètre modifié peut être la charge en polluant du moyen de post-traitement avant autorisation de la régénération. Ainsi, en admettant une charge plus importante en polluant dans le moyen de post- traitement, les régénérations seront plus espacées dans le temps, ce qui limitera le phénomène de dilution du lubrifiant par du carburant. Le carburant présent dans le lubrifiant aura également plus de temps pour son évaporation avant une nouvelle introduction de carburant dans le lubrifiant. [0018] L'invention porte également sur un dispositif comportant un moteur à combustion interne à injection directe muni d'un système de post-traitement des gaz d'échappement du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de commande qui met en oeuvre un procédé tel que précédemment décrit. [0019] Préférentiellement, le moyen de post-traitement des gaz d'échappement comporte un filtre à particules. [0020] Notons que l'invention trouve son application préférentielle dans le domaine automobile. [0021] L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement procédé mis en oeuvre dans l'art antérieur et dans l'invention selon deux modes de réalisations préférentiels. Dans les modes de réalisation décrits, le moyen de post-traitement considéré est un filtre à particule et le lubrifiant du moteur est constitué principalement d'huile, l'ensemble étant employé dans une application automobile. [0022] La figure 1 présente un procédé de commande des régénérations d'un filtre à particules typique de l'art antérieur à l'invention. [0023] La figure 2 présente un procédé selon une première variante de l'invention. [0024] La figure 3 présente un procédé selon une seconde variante de l'invention. [0025] Dans le cadre d'un procédé selon l'art antérieur à l'invention, tel que présenté à la figure 1, on effectue périodiquement une étape d'estimation 1 de la charge en suie A d'un filtre à particules. Cette charge estimée A peut être par exemple basée sur la différence de pression constatée entre l'entrée et la sortie du filtre à particules. [0026] Dans une étape 2 concomitante est défini un seuil de remplissage B du filtre, généralement invariant, au-delà duquel la charge du filtre justifie une régénération. [0027] On compare périodiquement la charge A au seuil de remplissage B. Si la charge A est supérieure au seuil B, une première condition Cl d'autorisation de régénération du filtre est remplie. [0028] D'autre part, dans une étape de détection de parcours opportun 3 pour les régénérations on observe les points de fonctionnement du moteur, et en déduit si ces conditions sont favorables à la régénération du filtre. Si les conditions sont jugées favorables, une seconde condition C2 d'autorisation de régénération du filtre est remplie. [0029] On évalue périodiquement si les conditions Cl et C2 sont toutes les deux remplies, et si tel est le on lance dans une étape de lancement de régénération 4 une demande de régénération au système de contrôle moteur qui pilote des injections tardives (post-injections). [0030] Dans une première variante de l'invention, telle que représentée sur la figure 2, on ajoute à la structure décrite dans l'art antérieur une étape conditionnelle supplémentaire. [0031] Dans une étape 5 on estime le taux de dilution D de carburant dans l'huile du circuit de lubrification du moteur. Typiquement, cette information peut être estimée périodiquement par une mesure de la viscosité de l'huile réalisée par un capteur dédié. Selon diverses variantes de l'invention, cette information peut être estimée périodiquement lors des roulages du véhicule, ou plus simplement à chaque démarrage du moteur. [0032] On définit dans une étape 6 un seuil de dilution de l'huile sous la forme d'une taux prédéterminé E à ne pas dépasser pour garantir la fiabilité du moteur. Puis on compare le taux de dilution D estimé au taux prédéterminé E admissible. Si le taux D est inférieur au taux prédéterminé E, une condition C3 d'autorisation de régénération du filtre est remplie. [0033] On évalue périodiquement si les conditions Cl et C2 et C3 sont toutes remplies, et si tel est le cas on lance dans une étape de lancement de régénération 4 une demande de régénération au système de contrôle moteur qui pilote des injections tardives (post-injections). [0034] La solution présentée à la figure 2 requiert donc préférentiellement l'emploi d'une sonde de qualité d'huile reliée au calculateur moteur. Cette sonde mesure au moins une caractéristique intrinsèque de l'huile représentative de son taux de dilution par du carburant, par exemple et de façon non limitative sa viscosité, son spectre d'absorption lumineuse ou sonore. [0035] Dans une seconde variante de l'invention, telle que représentée sur la figure 3, on ajoute à la structure décrite dans l'art antérieur une étape qui va permettre la modification d'un paramètre préexistant qui conditionne l'autorisation de régénération du filtre à particules. [0036] On mesure périodiquement le niveau N de l'huile dans le réservoir d'huile de lubrification du moteur et on le compare périodiquement aux niveaux précédents et / ou à un niveau de référence, dans une étape 7. D'une manière générale, dans le cadre d'un fonctionnement normal d'un moteur à combustion, seul l'ajout de gasoil dans l'huile vient sensiblement élever le niveau de cette dernière, c'est pourquoi cette solution permet à moindre coût, de détecter un taux de dilution trop important afin d'espacer les régénérations. [0037] Dans la variante ici représentée, le niveau d'huile N mesuré (ou sa variation) est traduit dans une étape d'interprétation 8 en un facteur M grâce à une cartographie prédéfinie (par exemple une courbe de calibration). Ce facteur M vient alors multiplier dans une étape de génération de seuil de remplissage modifié 9 la valeur du seuil B de remplissage maximum du FAP, qui devient le facteur de remplissage modifié BM, et l'on peut ainsi espacer régénérations et permettre une plus grande évaporation du carburant dilué dans l'huile entre ces régénérations. [0038] Il est en effet possible d'admettre dans un filtre une charge variable avant d'envisager sa régénération. Les régénérations tendent à être réalisées entre deux extremums, lorsque le filtre contient un volume de suies inférieur aux limites maximales pouvant mettre en péril la fiabilité du filtre (une surcharge pouvant entrainer la fissuration ou la casse du filtre) ou entrainant une contrepression à l'échappement du moteur supérieure à un maximum prédéterminé, et lorsque le filtre contient une charge suffisamment élevée pour limiter la fréquence des régénérations qui engendrent une surconsommation en carburant et le phénomène de dilution de l'huile par le carburant. [0039] De manière analogue à ce qui est connu dans l'art antérieur, on compare périodiquement la charge A au seuil de remplissage BM. Si la charge A est supérieure au seuil BM, une première condition Cl d'autorisation de régénération du filtre est remplie. [0040] D'autre part et similairement à ce qui est décrit dans l'art antérieur, dans une étape de détection de parcours opportun 3 pour les régénérations on observe les points de fonctionnement du moteur, et en déduit si les conditions sont favorables à la régénération du filtre. Si les conditions sont jugées favorables, une seconde condition C2 d'autorisation de régénération du filtre est remplie. [0041] On évalue périodiquement si les conditions Cl et C2 sont toutes les deux remplies, et si tel est le on lance dans une étape de lancement de régénération 4 une demande de régénération au système de contrôle moteur qui pilote des injections tardives (post-injection). [0042] Pour une application automobile et concernant l'intégration et l'architecture, cette variante nécessite un capteur de niveau d'huile, par exemple une jauge de niveau d'huile étalonnée, dont l'information peut être actualisée lors de redémarrages. Une liaison avec le calculateur moteur est également nécessaire. [0043] Cette dernière variante peut mettre en jeu un capteur de niveau d'huile dédié, ou, dans une sous-variante économique, utiliser directement un capteur de niveau d'huile souvent déjà disponible sur les véhicules actuels. Le capteur peut cependant nécessiter une légère adaptation pour pouvoir mesurer des niveaux d'huile au-delà du volume maximum autorisé pour le moteur et nécessite une liaison avec le calculateur moteur, qui n'existe pas lorsque ce capteur a pour seul objectif d'alerter le conducteur sur un éventuel manque d'huile dans le circuit de lubrification. [0044] Quelle que soit la variante de l'invention appliquée, si une régénération ne peut avoir lieu du fait d'un taux de dilution de l'huile par le carburant trop élevé, et qu'une charge maximale admissible du filtre est atteinte ou dépassée, on applique des stratégies de protections du moteur invitant le client à se rendre chez son concessionnaire. [0045] Les différentes variantes de l'invention permettent ainsi la prise en compte du risque dilution en boucle fermée, soit par une mesure qualitative de l'huile, soit par une évaluation quantitative. Dans les deux cas, le retour à une situation dite normale (qualité d'huile conforme ou niveau d'huile maximum retrouvé) est nécessaire pour lancer des régénérations. [0046] En plus d'une meilleur lubrification du moteur avec une huile moins polluée par le carburant, l'invention permet de limiter le risque départ de combustion sur l'huile (passage de lubrifiant dans les chambres de combustion), qui est un cas de défaillance extrême et dangereux pour l'utilisateur qui fait suite à un niveau d'huile trop important. Revendications: 1. Procédé de commande de régénération par échauffement d'un moyen de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne muni d'un circuit de lubrification dans lequel circule un lubrifiant, ledit échauffement étant provoqué par des injections tardives dans les chambres de combustion du moteur, caractérisé en ce qu'on prend en compte le taux de carburant (D) dans le lubrifiant du moteur pour commander la régénération du système de post-traitement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on estime le taux de carburant (D) dans le lubrifiant par la mesure d'une propriété intrinsèque du lubrifiant. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la propriété intrinsèque mesurée est la viscosité du lubrifiant. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le circuit de lubrifiant comporte un réservoir de lubrifiant, caractérisé en ce qu'on estime le taux de carburant (D) dans le lubrifiant en mesurant l'évolution du niveau de lubrifiant (N) dans ledit réservoir. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on interdit la régénération du moyen de post-traitement si le taux estimé de carburant (D) dans le lubrifiant du moteur est supérieur à un taux prédéterminé (E). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé qu'on modifie un paramètre nécessaire à l'autorisation d'une régénération du moyen de post-traitement en fonction taux estimé de carburant dans le lubrifiant du moteur. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le paramètre modifié est la charge (B) en polluant du moyen de post-traitement nécessaire à l'autorisation de la régénération. 8. Dispositif comportant un moteur à combustion interne à injection directe muni d'un système de post-traitement des gaz d'échappement du moteur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de commande qui met en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel le moyen de post-traitement des gaz d'échappement comporte un filtre à particules.