Brevet FR2943095A1 — publié le 20100917

PROCEDE DE REGENERATION D'UN FILTRE A PARTICULES [000l L'invention concerne les filtres à particules, et en particulier les procédés de régénération d'un filtre à particules par injection de gazole à 5 l'échappement. [0002 Les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne équipant la plupart des véhicules automobiles contiennent un certain nombre de polluants dont il est souhaitable de réduire les rejets dans l'atmosphère (notamment des oxydes d'azote, du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés, des 10 particules et du dioxyde de carbone). Les réglementations applicables en matière de pollution par des véhicules automobiles abaissent régulièrement les plafonds de rejets acceptables. [0003] Une grande partie des polluants générés par un moteur à combustion interne est due à une combustion incomplète du carburant. Une première 15 stratégie de réduction des rejets polluants consiste à réduire la quantité des polluants pénétrant dans la ligne d'échappement. Une deuxième stratégie de réduction des rejets polluants consiste à réaliser un post-traitement des gaz traversant la ligne d'échappement. [0004] Pour réaliser un post-traitement, la plupart des véhicules sont désormais 20 équipés d'un convertisseur catalytique comprenant un catalyseur d'oxydation (pour oxyder le monoxyde de carbone et les hydrocarbures imbrûlés) et un catalyseur de réduction (pour réduire les oxydes d'azote). [0005] Le catalyseur d'oxydation est constitué par un boîtier monté dans la ligne d'échappement. Le boîtier renferme un support ou substrat revêtu d'un 25 matériau actif. Le substrat est généralement constitué d'un corps monolithique en céramique en forme de nid d'abeille formant des canaux destinés à être traversés par les gaz d'échappement. Les principaux composants du corps sont généralement de l'alumine ou des alumino-silicates dopés par de la zircone (cordiérite, mullite, mullite-zircone). Le revêtement en matériaux actifs peut être 30 composé de métaux précieux combinés tels que le platine, le palladium ou le rhodium. [0006] Du fait que les moteurs diesel produisent une plus grande quantité de particules, les lignes d'échappement incluent le plus souvent un filtre à particules destiné à piéger des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies ou de gouttelettes d'huile. Pour éviter l'encrassement du filtre à particules, celui-ci doit être régénéré épisodiquement par brûlage des particules piégées. Le brûlage est réalisé par augmentation de la température des gaz d'échappement au-delà de 550° C. [0007] Afin de mettre en oeuvre ce brûlage de façon optimale, une première approche comprend l'ajout d'un additif dans le carburant pour abaisser la 10 température de combustion des suies à 450°C. [0008] Selon une seconde approche, on injecte directement du gazole dans les gaz d'échappement. La combustion de ce gazole au sein d'un catalyseur d'oxydation en amont du filtre permet de chauffer les gaz d'échappement et de porter transitoirement le filtre à 600°C. Cette température doit être régulée pour 15 maintenir une température la plus stable possible, afin d'assurer une régénération rapide et efficace. [0009] La composition et les propriétés des carburants à combustion interne sont variables. De nombreux carburants comprennent dorénavant des hydrocarbures d'origine fossile mélangés à de l'alcool ou des carburants 20 d'origine végétale. De tels carburants sont de plus en plus distribués pour respecter certaines législations d'émission de gaz polluants par les véhicules automobiles. Par ailleurs, la composition d'hydrocarbures d'origine fossile distribués au public n'est jamais connue très précisément. Cette composition peut ainsi influer sur le fonctionnement du moteur. Durant la mise au point du 25 moteur à combustion interne, celui-ci est optimisé à différents points de fonctionnement pour un carburant présentant des propriétés données. [ooioi Du fait de ces différences de composition, les suies accumulées dans le filtre à particules présentent une vitesse de combustion et un niveau d'exothermicité très variable. En pratique, le gradient de température doit être 30 limité durant la phase de régénération afin d'éviter d'endommager le filtre à particules. La température de consigne est donc relativement basse pour protéger le filtre du cas où les suies présentent une grande vitesse de combustion. Par conséquent, la phase de régénération est également rallongée pour tenir compte de la plus petite exotherme et de la plus petite vitesse de combustion possibles. Le rallongement de la phase de régénération se fait au détriment des performances du moteur et de la consommation de carburant. [0011] L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un procédé de régénération d'un filtre à particules pour moteur à combustion interne, comprenant les étapes de : [0012] -mesure d'un paramètre représentatif de la composition des suies accumulées dans le filtre à particules ; [Dois] -définir au moins un paramètre d'injection de carburant dans une ligne d'échappement en amont du filtre à particules en fonction du paramètre mesuré; [0014] -régénérer le filtre à particules en injectant du carburant dans la ligne d'échappement avec le paramètre d'injection défini. [0015] Selon une variante, la mesure du paramètre représentatif comprend la détermination du pouvoir calorifique du carburant à injecter. [0016] Selon encore une variante, un paramètre d'injection défini est une consigne de température d'une boucle de régulation de la température du filtre à particules. [0017] Selon une autre variante, plus la capacité calorifique du carburant est élevée, plus la température de consigne de la boucle de régulation est réduite. [0018] Selon encore une autre variante, un paramètre d'injection défini est une durée d'injection pendant une phase de régénération du filtre à particules. [0019] Selon une variante, le procédé comprend plusieurs régénérations successives du filtre à particules, l'intervalle temporel séparant deux 25 régénérations successives étant déterminé en fonction du paramètre mesuré. [0020] L'invention porte également sur un dispositif de commande d'une injection de régénération d'un filtre à particules pour moteur à combustion interne, comprenant : • des moyens de mesure d'un paramètre représentatif de la composition des 30 suies accumulées dans un filtre à particules ; • des moyens de définition d'au moins un paramètre d'injection de carburant dans une ligne d'échappement en amont du filtre à particules en fonction du paramètre mesuré ; • des moyens de transmission du paramètre d'injection défini à un injecteur. [0021] Selon une variante, les moyens de mesure comprennent un dispositif de calcul du pouvoir calorifique du carburant à injecter. [0022] L'invention porte en outre sur un système de régénération d'un filtre à particules, comprenant : • une ligne d'échappement; 10 • un catalyseur de réduction traversé par la ligne d'échappement ; • un filtre à particules traversé par la ligne d'échappement et disposé en aval du catalyseur de réduction; • un injecteur apte à injecter du carburant dans la ligne d'échappement en amont du catalyseur de réduction; 15 • un dispositif de commande tel que défini ci-dessus connecté à l'injecteur. [0023] L'invention porte par ailleurs sur un véhicule automobile comprenant un système de régénération d'un filtre à particules tel que décrit ci-dessus. [0024] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement 20 limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : • -la figure 1 est une représentation schématique d'un moteur diesel muni d'un filtre à particules et d'un système de régénération ; • -la figure 2 est un exemple d'algorithme d'un procédé de régénération selon invention ; 25 • -la figure 3 est un exemple d'algorithme d'un procédé de détermination de consignes de température et de durée d'injection interdépendantes. [0025] L'invention propose un procédé de régénération de filtre à particules. On mesure un paramètre représentatif de la composition des suies dans le filtre, on définit ensuite au moins un paramètre d'injection de carburant dans la ligne d'échappement en fonction de ce paramètre mesuré, puis on régénère le filtre à particules en injectant du carburant dans la ligne d'échappement avec ce paramètre d'injection défini. [0026] Ainsi, les paramètres d'injection induisant la régénération pourront être adaptés à la vitesse de combustion et au niveau d'exothermicité des suies accumulées dans le filtre. Alors, une consommation de carburant réduite pourra être obtenue durant la régénération tout en protégeant le filtre à particules contre un endommagement. [0027] La figure 1 illustre un moteur diesel 7 comprenant une ligne d'échappement 1. La ligne d'échappement 1 comprend un collecteur d'échappement 2. Les gaz d'échappement traversent le collecteur 2. La ligne d'échappement 1 comprend un injecteur 3 de gazole. L'injecteur 3 est placé en aval du collecteur 2 et en amont d'un catalyseur d'oxydation 4. Le catalyseur 4 est placé en amont d'un filtre à particules 5. [0028] La température des gaz d'échappement entrant dans le filtre à particules 5 doit être maintenue à une température de l'ordre de 600°C durant une régénération pour permettre la combustion des suies formées par la capture des particules. Pour ce faire, on met en oeuvre une injection de gazole à l'échappement par l'intermédiaire de l'injecteur 3. Le carburant injecté est oxydé par le catalyseur 4 lors d'une réaction exothermique. Une sonde de température 6 mesure la température au niveau du filtre à particules 5, typiquement dans un conduit de jonction entre le catalyseur d'oxydation 4 et le filtre à particules 5. Un dispositif de commande 8 comprend une boucle de régulation de la température dans le filtre à particules 5. Le dispositif de commande 8 détermine une consigne de température pour cette boucle de régulation et commande en conséquence les moments et les quantités de carburant durant les injections à l'échappement. [0029] Bien que non illustrée, la boucle de régulation de la température au niveau du filtre à particules peut comprendre des capteurs de température supplémentaires et des capteurs de débit d'air. Des capteurs de température peuvent notamment être situés en d'autres emplacements, par exemple au niveau du collecteur d'échappement. [0030] La composition chimique des suies générées diffère en fonction de la teneur du carburant en biodiesel. Cette différence se traduit également par une différence de réactivité des suies lors de phases de régénération du filtre à particules 5. En pratique, plus la teneur en biodiesel est élevée, plus les suies sont réactives et génèrent des exothermes importants durant la phase de régénération. [0031] La figure 2 illustre un algorithme d'un procédé de génération selon l'invention, destiné à optimiser la régénération en fonction de la composition des suies accumulées dans le filtre à particules 5. [0032] Durant une étape 101, une phase de régénération est initiée. La phase de régénération est initiée en fonction de critères connus en soi, par exemple à des intervalles temporels prédéterminés ou par détection de l'accumulation d'une quantité de suies dans le filtre à particules 5. [0033] Durant une étape 102, on mesure un paramètre représentatif de la composition des suies accumulées dans le filtre à particules 5. La mesure de ce paramètre pourra être réalisée par une analyse du carburant à injecter dans la ligne d'échappement. En extrapolant par exemple la teneur en biodiesel contenue dans le carburant, on peut déduire globalement la composition et les propriétés des suies qui seront accumulées dans le filtre à particules 5. [0034] Durant une étape 103, un premier paramètre d'injection de carburant par l'injecteur 3 est défini. Ce paramètre est en l'occurrence une consigne de température pour la boucle de régulation de température du filtre à particules 5. En fonction du paramètre mesuré pour la composition des suies, la consigne de température sera plus ou moins élevée. Pour des suies ayant une vitesse de combustion rapide, la consigne de température sera par exemple rabaissée afin de réduire le gradient de température et de limiter le risque de claquage du filtre à particules 5. A contrario, pour des suies ayant une vitesse de combustion lente, la consigne de température sera relevée. [0035] Durant une étape 104, un second paramètre d'injection de carburant par l'injecteur 3 est défini. Ce paramètre est en l'occurrence une durée d'injection pendant la phase de régénération. En fonction du paramètre mesuré pour la composition des suies, la durée de la phase de régénération sera plus ou moins élevée. Pour des suies ayant un niveau exotherme élevé, la durée de la phase de régénération sera rabaissée. Pour des suies ayant un niveau exotherme réduit, la durée de la phase de régénération sera relevée. [0036] Durant une étape 105, on régénère le filtre à particules 5 en injectant le 5 carburant dans la ligne d'échappement 1 avec les paramètres d'injection définis. [0037] Les paramètres d'injection lors d'une phase de régénération seront ainsi optimisés. Au lieu d'utiliser systématiquement une même consigne de température réduite et une même durée de régénération élevée, l'invention permet d'optimiser ces paramètres pour réduire la quantité de carburant injectée 10 dans la ligne d'échappement 1 à la juste quantité nécessaire. [0038] Lorsque ces deux paramètres d'injection seront définis, ces paramètres tiendront compte l'un de l'autre. Ainsi, si la consigne de température est rabaissée, la durée de la phase d'injection sera réduite dans une moindre mesure, voire même sera légèrement augmentée en compensation. A contrario, 15 l'augmentation de la consigne de température induira une augmentation de la durée de la phase d'injection dans une moindre mesure, voire sa diminution. [0039] La figure 3 illustre un exemple d'algorithme permettant d'adapter mutuellement les consignes de température et de durée d'injection. [0040] Après avoir mesuré le paramètre représentatif de la composition des 20 suies à l'étape 102, on déduit la teneur en biodiesel TxBd dans le carburant à l'étape 106. A l'étape 107, on déduit de la valeur TxBd un facteur FTC de correction de la consigne de température en fonction de données mémorisées. On multiplie alors une température de consigne de référence TRC par le facteur FTC. La température TRC est définie pour un carburant de référence exempt de 25 biodiesel. On définit alors une température de consigne corrigée TCC, utilisée dans la boucle de régulation de la température. [0041] A l'étape 108, un facteur FTD de correction de la durée d'injection en fonction de la température de consigne est calculé à partir de la température de consigne corrigée TCC. A l'étape 109, on déduit de la valeur TxBd un facteur 30 FDC de correction de la consigne de durée d'injection en fonction de données mémorisées. Une consigne de durée d'injection de référence DRC est calculée pour un carburant de référence exempt de biodiesel. On calcule ensuite une consigne de durée d'injection corrigée DCC en multipliant la durée DRC par les facteurs FTD et FDC. La définition des consignes TRC et DRC pourra tenir compte d'autres paramètres tels que la température du liquide de refroidissement moteur, de la température extérieure ou de la pression ambiante. [0042] Les paramètres mesurés représentatifs de la composition des suies pourront également servir à adapter la durée séparant deux régénérations successives. [0043] L'étape 102 de mesure d'un paramètre représentatif de la composition des suies peut ne pas être mise en oeuvre systématiquement à chaque phase de régénération. On peut ainsi envisager que cette étape ne soit réalisée qu'à chaque démarrage du moteur ou à chaque remplissage du réservoir. [0044] [0045] Une analyse du carburant à injecter peut être réalisée en calculant son pouvoir calorifique. À partir du pouvoir calorifique calculé, on déduira la proportion de biodiesel contenue dans le carburant, et par conséquent la composition approximative des suies générées. Le calcul du pouvoir calorifique du carburant peut être réalisé de la façon suivante. On mesure le régime moteur au début de la phase de calcul. On injecte ensuite une quantité prédéterminée de carburant dans les chambres de combustion du moteur 7, cette quantité étant suffisante pour accroître le régime du moteur 7 lors de la combustion. Le régime moteur est mesuré après la combustion. On détermine ainsi la différence de régime moteur induite par cette combustion. Cette combustion génère un couple sur l'arbre moteur et tend à en augmenter la vitesse de rotation. Cette augmentation de la vitesse de rotation est fonction de la quantité d'énergie mécanique récupérée par la combustion du carburant. On peut ainsi calculer le pouvoir calorifique du carburant en fonction de la différence entre les régimes moteur déterminés. [0046] Le calcul du pouvoir calorifique est de préférence réalisé durant le non enfoncement de la pédale d'accélérateur. En effet, en effectuant le calcul du pouvoir calorifique dans cette phase, les mesures ne sont pas perturbées par une charge requise par le conducteur. Le calcul du pouvoir calorifique du carburant est de préférence réalisé durant une phase de fonctionnement du moteur connue, par exemple lorsque le moteur est chaud et n'est pas au ralenti. On ne bénéficie en effet que rarement d'un non enfoncement de la pédale d'accélérateur d'une durée suffisante au régime de ralenti. La détermination du pouvoir calorifique du carburant sera de préférence réalisée après la détection d'un remplissage du réservoir de carburant, de sorte que les réglages moteur seront adoptés jusqu'au remplissage suivant. [0047] Le calcul du pouvoir calorifique peut être réalisé à partir d'un étalonnage effectué préalablement sur un carburant connu. Durant cet étalonnage, on détermine une variation de régime ANo pour une phase d'injection d'une durée To avec un carburant ayant un pouvoir calorifique inférieur PCIo à différents points de fonctionnement du moteur. Le carburant d'étalonnage pourra par exemple être un carburant exempt de carburant d'origine végétale. [0048] Pour une phase d'injection d'une durée To réalisée durant un non enfoncement de la pédale d'accélérateur, si on mesure une variation de régime ANmes pour un point de fonctionnement donné, on peut en déduire le pouvoir calorifique inférieur PClmes du carburant utilisé par le véhicule par la relation linéaire suivante : [0049] PClmes=(ANmes/ANo)* PClo [0050] D'autres calibrages effectués à différents régimes de fonctionnement moteur pourront permettre de déterminer une fonction f non linéaire liant le pouvoir calorifique inférieur PClmes à la variation de régime ANmes. [0051] Le pouvoir calorifique inférieur PClmes sera alors déterminé par la formule suivante : [0052] PClmes=f(ANmes/ANo)* PCIo REVENDICATIONS1. Procédé de régénération d'un filtre à particules pour moteur à combustion interne, comprenant les étapes de : -mesure (102) d'un paramètre représentatif de la composition des suies accumulées dans le filtre à particules ; - définir (103,104) au moins un paramètre d'injection de carburant dans une ligne d'échappement en amont du filtre à particules en fonction du paramètre mesuré ; - régénérer (105) le filtre à particules en injectant du carburant dans la ligne d'échappement avec le paramètre d'injection défini. 2. Procédé de régénération d'un filtre à particules selon la revendication 1, dans lequel la mesure du paramètre représentatif comprend la détermination du pouvoir calorifique du carburant à injecter. 3. Procédé de régénération d'un filtre à particules selon la revendication 1 ou 2, dans lequel un paramètre d'injection défini (103) est une consigne de température d'une boucle de régulation de la température du filtre à particules. 4. Procédé de régénération d'un filtre à particules selon les revendications 2 et 3, dans lequel plus la capacité calorifique du carburant est élevée, plus la température de consigne de la boucle de régulation est réduite. 5. Procédé de régénération d'un filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un paramètre d'injection défini (104) est une durée d'injection pendant une phase de régénération du filtre à particules. 6. Procédé de régénération d'un filtre à particules selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant plusieurs régénérations successives du filtre à particules, l'intervalle temporel séparant deux régénérations successives étant déterminé en fonction du paramètre mesuré. 7. Dispositif de commande (8) d'une injection de régénération d'un filtre à particules pour moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il comprend :- des moyens de mesure d'un paramètre représentatif de la composition des suies accumulées dans un filtre à particules ; - des moyens de définition d'au moins un paramètre d'injection de carburant dans une ligne d'échappement en amont du filtre à particules en fonction du paramètre mesuré ; -des moyens de transmission du paramètre d'injection défini à un injecteur. 8. Dispositif de commande selon la revendication 7, dans lequel les moyens de mesure comprennent un dispositif de calcul du pouvoir calorifique du carburant à injecter. 9. Système de régénération d'un filtre à particules, comprenant : -une ligne d'échappement (1) ; - un catalyseur de réduction (4) traversé par la ligne d'échappement ; - un filtre à particules (5) traversé par la ligne d'échappement et disposé en aval du catalyseur de réduction (4) ; - un injecteur (3) apte à injecter du carburant dans la ligne d'échappement en amont du catalyseur de réduction (4) ; - un dispositif de commande (8) selon la revendication 7 ou 8, connecté à l'injecteur (3). 10. Véhicule automobile comprenant un système de régénération d'un filtre à particules selon la revendication 9.