Brevet FR2956157A1 — publié le 20110812

PROCEDE DE TRAITEMENT DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN VEHICULE [0001 L'invention concerne un procédé de traitement des gaz d'échappement d'un véhicule. L'invention s'applique notamment aux véhicules automobiles à moteur Diesel et comprenant un filtre à particules dans la ligne d'échappement. [0002] On connaît du document FR-A-2 897 650 un procédé de commande d'un moteur de véhicule associé à un filtre à particules. Les filtres à particules équipant les moteurs diesel fonctionnent selon une alternance de phases de stockage appelées phases de chargement et de phases de déstockage appelées régénération. Au cours de la phase de chargement, le moteur fonctionne normalement et le filtre se charge en particules provenant des gaz d'échappement, par exemple des particules polluantes telles que des suies. Au cours de la phase de régénération, les particules ainsi stockées sont éliminées du filtre pour le régénérer. Les phases de régénération sont généralement provoquées par une modification des conditions de combustion du moteur obtenue par une commande spécifique, généralement émise automatiquement. Le basculement sur ce réglage spécifique est souvent possible mais son recours doit être limité car il peut être pénalisant pour l'utilisateur (surconsommation de carburant par exemple) et présenter certains risques pour la durée de vie du moteur (dilution de carburant dans l'huile par exemple). On cherche donc en général à régénérer le filtre à particules le moins souvent possible. Mais la régénération doit intervenir avant que les capacités maximales de stockage du filtre soient atteintes afin d'éviter son endommagement irréversible. On parle ainsi d'un chargement limite avant lequel le filtre doit être régénéré. [0003] La commande permettant la régénération du filtre à particules doit donc être émise à des instants judicieusement déterminés. Différents paramètres sont pris en considération par les modèles connus de détermination des instants de régénération. La contre-pression aux bornes du filtre à particules, la densité de particules dans la ligne d'échappement, la taille du filtre à particules sont des exemples de tels paramètres. Le brevet français 2 897 650 propose de déterminer une valeur représentative d'une autonomie du moteur jusqu'à ce que soit atteinte une limite prédéterminée de chargement du filtre. Les modèles de l'art antérieur ne donnent par des résultats entièrement satisfaisants. [0004 Il y a donc un besoin pour une meilleure détermination des instants de régénération du filtre à particules d'un véhicule. [0005] Pour cela, l'invention propose un procédé de traitement des gaz d'échappement appliqué à une ligne d'échappement des gaz d'échappement d'un véhicule, la ligne d'échappement comprenant un filtre à particules, le procédé comprenant une étape de détermination de densité de particules dans les gaz d'échappement en fonction d'une valeur de richesse. Le procédé est caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de sélection de la valeur de la richesse entre une richesse mesurée par une sonde d'oxygène et une richesse calculée à partir d'informations de débit de carburant et de débit d'air. [0006] Selon une variante, la sélection de la valeur de richesse est en fonction de la valeur de la dérivée de la richesse calculée. [0007] Selon une variante, la valeur de la dérivée de la richesse calculée est comparée à un premier seuil prédéterminé. [0008] Selon une variante, la valeur de richesse est sélectionnée comme : la richesse mesurée lors de phases de conduite transitoire du véhicule, et la richesse calculée lors de phases de conduite stabilisée du véhicule. [0009] Selon une variante, le procédé comprend les étapes de • mesure d'une valeur de richesse par une sonde, • comparaison de la valeur mesurée de la richesse avec un deuxième seuil, le procédé mettant en oeuvre les étapes de détermination et de sélection si la valeur mesurée de la richesse est supérieure au deuxième seuil. [0010] Selon une variante, les étapes du procédé sont itérées le long d'un parcours du véhicule. [0011] Selon une variante, le procédé comprend en outre une étape de décision d'un instant de régénération du filtre à particules. [0012] L'invention se rapporte aussi à une ligne d'échappement des gaz d'échappement d'un moteur, la ligne comprenant • un filtre à particules, une sonde d'oxygène pour la mesure de la richesse mesurée, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre • un calculateur pour la mise en oeuvre du procédé tel que décrit précédemment, le calculateur réalisant en outre le calcul de la richesse calculée avec pour entrées des informations de débit de carburant et/ou de débit d'air, • des moyens de commande du déclenchement des phases de régénération du filtre à particules, les moyens de commande étant reliés au calculateur. [0013] L'invention se rapporte aussi à un véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un moteur et, en sortie du moteur, une ligne d'échappement décrite précédemment. [0014] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : [0015] figure 1, une représentation schématique d'un exemple du procédé de traitement. [0016] Le procédé va maintenant être décrit à travers un exemple de mise en oeuvre représenté schématiquement par la figure 1. Il est entendu que les différentes caractéristiques de l'exemple de la figure 1 peuvent être combinées indépendamment les unes des autres à l'exemple général. [0017] L'invention propose un procédé de traitement des gaz d'échappement appliqué à une ligne d'échappement des gaz d'échappement d'un véhicule. La ligne d'échappement comprend un filtre à particules. Le procédé comprend une étape de détermination 40 de densité de particules dans les gaz d'échappement en fonction d'une valeur de richesse. Le procédé comprend en outre une étape de sélection 20 de la valeur de richesse entre une richesse mesurée 18 par une sonde d'oxygène et une richesse calculée 19 à partir d'informations de débit de carburant et de débit d'air. Un tel procédé permet une détermination plus précise de la densité de particules, et par ce biais une meilleure estimation des temps de régénération opportuns du filtre à particules. [0018] La sélection de la valeur de richesse entre une valeur de richesse mesurée 18 et une valeur de richesse calculée 19 permet une adaptation de la valeur de richesse utilisée entre deux valeurs disponibles. De la sorte, on s'assure que la valeur adéquate est utilisée suivant le cas. Cela permet une détermination plus exacte de la densité de particules émise dans les gaz d'échappement. De manière générale, une détermination plus exacte de la densité de particules émise dans les gaz d'échappement entraîne une amélioration des réponses des modèles prenant comme paramètre d'entrée une telle donnée. Dans le cas particulier d'un véhicule, par exemple un véhicule Diesel, muni d'un filtre à particules, la connaissance de la densité de particules dans la ligne d'échappement permet notamment de calculer le niveau de remplissage du filtre à particules et peut par ce biais être utilisée pour déterminer les instants de régénération. En affinant l'estimation de la densité de particules dans la ligne d'échappement, on améliore ainsi la détermination des instants de régénération. L'utilisation du filtre à particules est alors optimisée et la durée de vie du filtre à particules est augmentée. [0019] Différents paramètres peuvent être utilisés pour calculer la densité de particules émises. Par exemple, la valeur de la richesse peut être utilisée. D'autres exemples de paramètres regroupent le régime du moteur, le couple indiqué du moteur, la charge du véhicule. D'une manière générale, la précision et la réactivité avec lesquelles ces paramètres sont déterminés conditionnent l'exactitude du calcul de la densité de particules. En effet, plus la précision est grande, plus le calcul est exact. De manière similaire, plus la réactivité est importante, en d'autres termes plus la détermination de la valeur du paramètre est proche du temps réel, plus le calcul est exact. [0020] La richesse d'un moteur de véhicule est le rapport entre la quantité de carburant et la quantité d'air du moteur. On peut la définir par exemple par le volume de carburant divisé par le volume d'air. La valeur de richesse peut être mesurée par une sonde de richesse. Par exemple une sonde d'oxygène permet de mesurer indirectement la richesse. La richesse mesurée est une valeur précise de la richesse, mais peu réactive. En effet, le signal de la sonde d'oxygène est relativement lent, car filtré, et donne une valeur décalée dans le temps de la richesse. La valeur de la richesse peut alternativement être obtenue par un calcul. Ce calcul peut par exemple se faire à partir de l'information de débit de carburant et de débit d'air. La richesse ainsi calculée est moins précise que la richesse mesurée mais beaucoup plus réactive. [0021] L'étape de sélection 20 de la valeur de la richesse entre la richesse mesurée 18 et la richesse calculée 19 permet donc d'employer la richesse la plus convenable au calcul de la densité de particules suivant la situation d'utilisation du véhicule. Ainsi, lorsque la richesse varie peu ou varie lentement, on peut, à l'étape de sélection, sélectionner la richesse mesurée. En effet, dans un tel cas, il importe moins d'avoir une réponse réactive qu'un résultat précis. Une telle situation peut correspondre aux phases de roulage stabilisé, ou de conduite stabilisée. Au contraire, lorsque la richesse varie fortement, on peut sélectionner la richesse calculée et profiter de la réactivité du calcul. Une telle situation peut correspondre aux phases de conduite transitoire, par exemple lors d'une accélération. Les phases de conduite transitoire sont fréquentes par exemple lors de la conduite en ville, lorsque la circulation est dense, ou bien encore en montagne. [0022] Le procédé permet ainsi d'obtenir à un instant donné la densité de particules dans la ligne d'échappement la plus exacte. On peut alors décider d'un instant de régénération du filtre à particules. Cette étape de décision est faite à partir de modèles connus, prenant comme entrée la densité de particules émises. [0023] La sélection de la valeur de richesse peut être en fonction de la valeur de la dérivée 26 de la richesse calculée. Ainsi on utilise la dérivée 26 de la richesse calculée afin de déterminer si les variations de la richesse sont importantes ou non. Lorsqu'elles sont importantes, la richesse calculée 19 est sélectionnée pour sa réactivité. Au contraire, lorsque les variations, sont faibles, la valeur mesurée 18 est sélectionnée pour sa précision. Cela permet une détection simple des phases de conduite transitoires et des phases de conduite stabilisée. Par exemple, la valeur de la dérivée 26 de la richesse calculée peut être comparée en une étape 30 à un premier seuil 28 prédéterminé. On peut également comparer la valeur absolue de la dérivée à ce premier seuil 28. Ce seuil peut être fixé arbitrairement ou obtenu après des tests. [0024] Dans l'exemple de la figure 1, le procédé comprend au préalable une étape de mesure de la valeur de richesse 18 par une sonde, et une étape 10 de comparaison de la valeur mesurée 18 de la richesse avec un deuxième seuil 17. Si la valeur mesurée de la richesse est supérieure au deuxième seuil 17, les étapes de sélection 20 et de détermination 40 selon le procédé sont mises en oeuvre. Sinon, la densité de particules est déterminée en une étape 42 différente, n'impliquant pas d'étape de sélection 20, comme expliqué plus haut. [0025] Le deuxième seuil 17 est déterminé en fonction des conditions d'utilisation du moteur. Il dépend plus précisément, dans l'exemple de la figure 1, du régime 14 et du couple 16 indiqué. Dans l'exemple 1, le deuxième seuil 17 est, pour un régime 14 et un couple 16 donnés du véhicule, la valeur maximale de la richesse en dessous de laquelle la densité de particules dans la ligne d'échappement est constante, c'est-à-dire ne faisant pas intervenir la valeur de richesse dans son calcul. Un tel seuil est fréquent pour les véhicules comprenant un filtre à particules, bien qu'il soit différent d'un véhicule à l'autre, et pour un même véhicule, de conditions du moteur à d'autres. [0026] Les différentes valeurs du deuxième seuil 17 sont obtenues par des essais pour un type de véhicule en faisant varier le régime, le couple et la richesse, et éventuellement d'autres paramètres. On établit ainsi une cartographie 12. La cartographie 12 permet de déterminer le deuxième seuil 17 en fonction du régime 14 et du couple 16 du moteur. [0027] De manière générale, l'étape de comparaison 10 de la valeur mesurée de la richesse 18 avec le deuxième seuil 17 permet de déterminer la manière la plus adaptée de calculer la densité de particules. En l'occurrence, l'étape de comparaison 10 permet de déterminer si la valeur de richesse est un paramètre nécessaire ou non à la détermination de la densité de particules. Une telle étape offre donc un degré de liberté supplémentaire pour la détermination de la densité de particules qui est alors plus précise. [0028] L'exemple de la figure 1 permet, plus spécifiquement, lorsque la richesse mesurée 18 est inférieure au deuxième seuil 17, de modéliser en l'étape 42 la densité de particules par une constante D dépendant du régime 14 et du couple 16. Lorsque la richesse mesurée 18 est supérieure au deuxième seuil 17, la densité de particules est modélisée en une étape 40 par une fonction de type A*exp(B*richesse), où le symbole * désigne la multiplication, le symbole exp désigne la fonction exponentielle, et A et B sont des constantes dépendant du régime 14 et du couple 16. Ainsi, pour une plage de valeurs de la richesse mesurée, la densité de particules est évaluée très simplement, en l'occurrence par une constante, et pour une autre plage, on utilise une fonction plus complexe. Cela permet une détermination de la densité de particules présentant un bon compromis entre précision et simplicité. Les tests d'évaluation, pour un véhicule, de la densité de particules dans les gaz d'échappement en faisant varier la richesse, montrent en effet que la densité de particules est constante jusqu'à une valeur de rupture de la richesse et est approximable par une fonction exponentielle de la richesse pour les valeurs de la richesse au-delà de la valeur de rupture. La valeur de rupture détermine donc un point d'inflexion qui est le deuxième seuil 17. [0029] Dans l'exemple de la figure 1, lorsque que la richesse mesurée 18 est inférieure au deuxième seuil 17, la densité de particules est déterminée à l'étape 42 comme la constante D donnée par une cartographie 22 ayant pour entrées le régime 14 et le couple 16. De même que pour la cartographie 12, la manière d'obtenir une telle cartographie est connue. En l'occurrence, pour un type de véhicule donné, on relève la densité de particules en fonction du régime 14 et du couple 16, en faisant varier également la richesse. [0030] Lorsque que la richesse mesurée 18 est supérieure au deuxième seuil 17, la densité de particules est déterminée en une étape 40 qui fait intervenir la valeur de richesse 24. Préalablement à cette étape 40, la sélection 20 de la valeur de richesse est faite entre la richesse mesurée 18 et une richesse calculée 19. Cette sélection se fait dans cet exemple comme expliqué précédemment, c'est-à-dire en comparant en une étape 30 préalable la dérivée 26 de la richesse calculée 19 et le premier seuil 28. Dans l'exemple de la figure 1, la dérivée 26 est supérieure au premier seuil 28 et c'est la richesse calculée 19 qui est sélectionnée. [0031] La valeur de richesse 24 est ensuite multipliée avec une constante B, le résultat est mis en exponentielle, puis le résultat de l'exponentielle est multiplié à une constante A. Le résultat final déterminé à l'étape 40 est la densité de particules, qui est donc égale à A*exp(B*valeur de richesse sélectionnée). Comme pour la constante D, les constantes A et B sont respectivement fournies par des cartographies 32 et 34 ayant chacune pour entrées le régime 14 et le couple 16, ces cartographies étant obtenues par des essais. [0032] On peut itérer cet algorithme le long d'un parcours du véhicule. Cela permet d'obtenir, éventuellement dynamiquement pendant le parcours même du véhicule, une série de densités de particules. L'étape de sélection 20 est mise en oeuvre à chaque fois que l'étape de comparaison 18 est suivie de l'étape 40 de détermination de la densité de particules, c'est-à-dire d'une détermination de la densité de particules prenant comme paramètre la richesse. A ces itérations, l'étape de sélection 20 permet une plus grande précision dans le calcul de la densité de particules. [0033] On peut alors estimer la charge en particules du filtre à particules, par exemple par une intégration de la série de densités de particules, avec une plus grande précision. En effet, à chaque itération où l'étape de sélection 20 est mise en oeuvre, l'étape de sélection assure que la richesse la plus appropriée entre la richesse mesurée 18 et la richesse calculée 19 est utilisée. Par rapport à une utilisation systématique d'une seule des deux richesses le long de tout le parcours, un tel procédé améliore la précision du calcul de la charge du filtre à particules. Cela permet d'éviter les erreurs de détermination aux itérations mentionnées ci-dessus. Ces erreurs, lorsqu'elles sont accumulées, peuvent considérablement fausser la décision ultérieure d'un instant de régénération. Le procédé permet ainsi une amélioration de la décision de l'instant de régénération. [0034] II est bien entendu que le procédé décrit jusque là peut subir de nombreuses modifications accessibles à l'homme de l'art. Comme mentionné précédemment, les paramètres des cartographies peuvent être différents du régime et du couple. Ils peuvent également être différents d'une cartographie à l'autre. D'autres valeurs de richesse peuvent intervenir, la sélection de la valeur de richesse se faisant alors entre toutes ou une partie des richesses disponibles. Egalement, la valeur de richesse peut être une somme pondérée des valeurs de richesse disponibles. La pondération peut dépendre des conditions, par exemple de la valeur de richesse mesurée, ou de la valeur de sa dérivée. On peut également utiliser des valeurs de dérivée seconde de la richesse pour l'étape de comparaison avec le premier seuil. [0035] Le procédé peut être mis en oeuvre par une ligne d'échappement des gaz d'échappement d'un moteur adaptée à cet effet. La ligne comprend un filtre à particules, une sonde d'oxygène pour la mesure de la richesse mesurée, un calculateur mettant en oeuvre le procédé et réalisant le calcul de la richesse calculée avec pour entrées des informations de débit de carburant et de débit d'air. La ligne comprend également des moyens de commande du déclenchement des phases de régénération du filtre à particules. Ces moyens de commande sont reliés au filtre, à la sonde et au calculateur pour déclencher les phases de régénération du filtre à particules. [0036] Une telle ligne peut être mise en oeuvre en sortie d'un moteur de véhicule, en particulier un moteur Diesel. La ligne constitue alors un outil permettant l'alignement du véhicule sur la norme Euro 6. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement des gaz d'échappement appliqué à une ligne d'échappement des gaz d'échappement d'un véhicule, la ligne d'échappement comprenant un filtre à particules, le procédé comprenant une étape de détermination (40) de densité de particules dans les gaz d'échappement en fonction d'une valeur de richesse, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre une étape de sélection (20) de la valeur de la richesse entre une richesse mesurée (18) par une sonde d'oxygène et une richesse calculée (19) à partir d'informations de débit de carburant et de débit d'air. 2. Le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sélection de la valeur de richesse est en fonction de la valeur de la dérivée (26) de la richesse calculée. 3. Le procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur de la dérivée (26) de la richesse calculée est comparée à un premier seuil (28) prédéterminé. 4. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la valeur de richesse est sélectionnée comme : la richesse mesurée (18) lors de phases de conduite transitoire du véhicule, et la richesse calculée (19) lors de phases de conduite stabilisée du véhicule. 5. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes de mesure d'une valeur de richesse par une sonde, • comparaison de la valeur mesurée de la richesse avec un deuxième seuil, le procédé mettant en oeuvre les étapes de détermination et de sélection si la valeur mesurée de la richesse est supérieure au deuxième seuil. 6. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les étapes du procédé sont itérées le long d'un parcours du véhicule. 7. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre une étape de décision d'un instant de régénération du filtre à particules. 8. Ligne d'échappement des gaz d'échappement d'un moteur, la ligne comprenant un filtre à particules, une sonde d'oxygène pour la mesure de la richesse mesurée, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un calculateur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, le calculateur réalisant en outre le calcul de la richesse calculée avec pour entrées des informations de débit de carburant et/ou de débit d'air, des moyens de commande du déclenchement des phases de régénération du filtre à particules, les moyens de commande étant reliés au calculateur. 9. Véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un moteur et, en sortie du moteur, une ligne d'échappement selon la revendication 8.