Brevet FR2970299A1 — publié le 20120713

PROCEDE DE REGULATION DE LA TEMPERATURE DE REGENERATION D'UN FILTRE A PARTICULES [0001] L'invention concerne un procédé de régulation de la température d'un filtre à particules situé dans un une ligne d'échappement d'un moteur diesel, et plus particulièrement, la régulation de la température lors de phases de régénération du filtre. [0002] Du fait de l'accumulation de particules dans le filtre, il est nécessaire de régénérer ce dernier en le portant à une température (environ 600 °C) permettant la combustion des suies accumulées. La montée en température est réalisée par une réaction exothermique, dans un catalyseur d'oxydation disposé en amont du filtre à particules, de carburant injecté dans la ligne d'échappement par un injecteur. La température du filtre doit être régulée pour qu'elle soit stabilisée et pour que la régénération soit rapide et efficace : une température trop basse diminuerait l'efficacité de la régénération ou l'arrêterait, et une température trop haute entraînerait une détérioration du catalyseur et du filtre. [0003] De tels procédés de régulation de la température de régénération sont divulgués par les demandes de brevet FR 2 934 316, FR 2 921 416 et FR 2 943 720. Ces procédés sont basés sur la détermination d'une consigne de débit de carburant à partir de mesures de plusieurs variables par différents capteurs. [0004] Lorsqu'un de ces capteurs est défaillant, soit électriquement, soit fonctionnellement, le procédé de régulation reçoit des informations erronées, la performance du procédé de régulation n'est pas garantie, ce qui peut entraîner des risques pour les organes du véhicule et les occupants de ce dernier, ces risques pouvant aller jusqu'à un incendie du catalyseur ou du filtre à particules. [0005] La présente invention vise ainsi à résoudre cet inconvénient. [0006] L'invention porte ainsi sur un procédé de régulation de la température de régénération d'un filtre à particules qui est situé dans une ligne d'échappement d'un moteur diesel en aval d'un catalyseur, par la détermination de la consigne du débit de carburant injecté dans la conduite d'échappement en amont du catalyseur à partir de paramètres de régulation, caractérisé en ce que, lorsqu'au moins un des capteurs mesurant une variable utilisée pour la détermination d'un paramètre de régulation est défaillant, le procédé de régulation continu d'être utilisé selon un mode dégradé selon lequel il est reconfiguré dans le sens d'une réduction de la température du filtre à particules. [0007] Ainsi, selon l'invention, selon le capteur défaillant, le système de régulation est modifié par le système de contrôle commande de façon à limiter les risques de montées en température trop importantes du filtre à particules. De ce fait, le procédé de régulation de régénération continue d'être appliqué, mais selon un mode moins performant garantissant la sécurité du véhicule et de ses occupants. [0008] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence au seul dessin annexé représentant un système de régénération d'un filtre à particules d'un véhicule automobile. [0009] Comme illustré à la figure 1, un véhicule comporte un moteur à combustion interne 1 (ici, un moteur diesel 1) qui est alimenté, d'une part en air, et, d'autre part, en carburant provenant d'un réservoir 2 via une conduite d'alimentation 3. Du moteur 1 débouche une ligne d'échappement 4 dans laquelle est disposée, d'amont en aval, un injecteur 5 permettant d'injecter du carburant provenant du réservoir 2, un catalyseur d'oxydation des imbrûlés 6, et un filtre à particules 7. Par ailleurs, dans le présent mode de réalisation, un capteur aval de température 8 est disposé entre le catalyseur 6 et le filtre 7, ainsi qu'un capteur amont de température 9 entre le moteur 1 et le catalyseur 6 (ici, entre l'injecteur 5 et le catalyseur 6). En outre, ici, un pré-catalyseur d'oxydation 10 est disposé entre le moteur 1 et l'injecteur 5. [0010] Du fait de l'accumulation de particules dans le filtre 7, il est nécessaire de régénérer ce dernier en le portant à une température (environ 600 °C) permettant la combustion des suies accumulées. Cette température doit être régulée pour qu'elle soit stabilisée et pour que la régénération soit rapide et efficace (une température trop basse diminuerait l'efficacité de la régénération ou l'arrêterait, et une température trop haute entraînerait une détérioration du catalyseur 6 et du filtre 7). La montée en température est réalisée par la réaction exothermique dans le catalyseur 6 du carburant injecté dans la ligne d'échappement 4 par l'injecteur 5. [0011] Ainsi, la régulation de la température du filtre à particules 7 est réalisée par la détermination de la consigne du débit de carburant à injecter dans la ligne d'échappement ()carburant à partir de paramètres de régulation. Cette consigne étant envoyée à un organe de régulation d'injection 11. [0012] De façon plus précise, dans le présent mode de réalisation, le procédé de régulation de la température de régénération est du type divulgué dans la demande de brevet FR 2 934 316, lui-même étant un perfectionnement de celui divulgué dans la demande de brevet FR 2 921 416, et dans la demande de brevet FR 2 943 720. [0013] Ainsi, la régulation comprend, dans le présent exemple, quatre parties. [0014] La première partie définit une consigne du débit de carburant ()carburant en fonction de la température Tamont régnant en amont du catalyseur 6 (ici, mesurée par le capteur amont 9) et le débit des gaz d'échappement Qair- Un des paramètres utilisés directement dans cette première partie est le gain énergétique K(Qair) de la réaction exothermique du carburant dans le catalyseur 6 qui est fonction du débit des gaz d'échappement Qair- [0015] Comme indiqué dans la demande FR 2 921 416, cette première partie est basée sur une boucle (ouverte) d'asservissement rapide qui est associée à des paramètres de régulation rapide, excluant la mesure de la température régnant entre le catalyseur 6 et le filtre à particules 7, mais utilisant, en lieu et place, une valeur modélisée de cette température Tmodèie (en sortie du catalyseur 6) qui est déterminée en fonction du débit de carburant injecté Qcarburant, de la température Tamont régnant entre le moteur 1 et le catalyseur 6, et du débit des gaz d'échappement Qair (plus précisément, du gain énergétique K(Qair)). [0016] Le modèle de détermination de la température Tmodèle en sortie du catalyseur 6 obéit à la règle définie par l'équation Tmodèle 1K ST \Qaar Qcarburant + 1+ ST d Tamont m \Qair m \Qair Dans laquelle le débit de carburant Qcarburant est exprimé en g.s-1, le gain énergétique K(Qair) en K.s.g-1, Tm(Qair) représente la constante de temps exprimée en s, Kd est une constante sans dimension représentant les déperditions thermiques du catalyseur, et KK est une constante sans dimension dont la valeur est égale à 1 lorsque la régénération se déroule sans incident. [0017] Le modèle permettant de déterminer la consigne du débit de carburant à injecter obéit à la règle définie par l'équation: od èle _ KT \Qair / d~ mont Krapide I( Qcarburant - KKK(Qair ) KKK~Qair) dt + KKK(Qair) \T consigne -Tmodèle ) Kdépassementl m (Q.r ) d (Tconsigne - 1 mod èle ) Dans laquelle Tconsigne est la température de consigne du filtre à particules 7, Krapide est une constante sans dimension affectant l'influence de la température estimée Tmodèle Kdépassement est une constante sans dimension affectant l'influence de la montée en température, et KT est une constante sans dimension dont la valeur est égale à 1 lorsque la régénération se déroule sans incident. 25 [0018] La seconde partie fait dépendre la consigne du débit de carburant Qcarburant de la différence entre la valeur de la consigne Tconsigne de la température du filtre 7 et la température Tvaal en sortie du catalyseur 6 (entre le catalyseur 6 et le filtre 7) mesurée par le capteur aval 10. [0019] Comme indiqué dans la demande FR 2 921 416, cette première 30 partie est basée sur une boucle (fermée) d'asservissement lent qui est associée à des paramètres de régulation lente. La boucle d'asservissement 20 KKK(Qair ) dt lente utilise un régulateur proportionnel intégral. Les termes proportionnel Kp et intégral Ki sont définis par les formules suivantes Kp = 3 KBF Hot 1- e 'rBF 1 At `H K(QaiY ) Y 1-T (Qar Et Kl= K,aubrarioaKP Dans lesquelles At est la période d'échantillonnage du calculateur, tiBF est un paramètre de régulation représentant la vitesse de réaction de la régulation en boucle d'asservissement lent, H est une constante sans dimension, Kcalibration est également une constante sans dimension, et KBF est une constante sans dimension dont la valeur est égale à 1 lorsque la régénération se déroule sans incident. [0020] La troisième partie fait dépendre la consigne du débit de carburant Qcarburant des caractéristiques propres au gaz d'échappement, et notamment de sa teneur en oxygène. [0021] Comme indiqué dans la demande FR 2 943 720, cette partie permet de limiter le débit de carburant ()carburant en fonction notamment de la teneur en oxygène des gaz d'échappement afin d'éviter un surdosage de carburant qui ne pourrait pas réagir dans le catalyseur 6. [0022] La quatrième partie fait dépendre la consigne du débit de carburant ()carburant du vieillissement du groupe moteur, et notamment du moteur 1, du catalyseur 6 et du filtre à particules 7. [0023] Comme indiqué dans la demande FR 2 934 316, l'adaptation au vieillissement est basée sur la correction intégrale de la boucle d'asservissement lent et sur l'historique du roulage du véhicule. Ce dernier est défini en fonction de couple instantané du moteur 1 et de la vitesse instantanée du véhicule. [0024] Selon l'invention, lorsqu'au moins un des capteurs mesurant une variable utilisée pour la détermination d'un paramètre de régulation est défaillant (électriquement et/ou fonctionnellement), le procédé de régulation de la température de régénération continu d'être utilisé, mais sous une forme dégradée selon laquelle il est reconfiguré dans le sens d'une réduction de la température du filtre à particules 7. De cette façon la régénération du filtre 7 peut être continuée, tout en garantissant l'intégrité des organes du véhicule et la sécurité des occupants. [0025] Concernant la première partie de la régulation, lorsqu'au moins un des capteurs utilisés pour la régulation est défaillant, la valeur du gain énergétique de la réaction exothermique du carburant dans le catalyseur est majorée (et de ce fait, la consigne du débit de carburant Qcarburant est diminuée. Les capteurs concernés sont le capteur amont 9 permettant de mesurer la température Tamont en amont du catalyseur 6 (ou, en son absence, les capteurs qui sont adaptés à mesurer des paramètres du moteur 1 permettant d'estimer cette température), le capteur aval 10 permettant de mesurer la température Tapa, en sortie du catalyseur 6, et le capteur de débit permettant de mesurer le débit d'air Qa;r. La majoration de la valeur du gain énergétique de la réaction exothermique du carburant dans le catalyseur 6 est réalisée par l'affectation d'un nombre supérieur à 1 au coefficient KK utilisé dans la formule d'estimation de la température Tmodè,e en sortie du catalyseur 6 et dans la formule de détermination de la consigne du débit de carburant Qcarburant, La majoration du gain énergétique et donc la diminution de la consigne de quantité de carburant à injecter limite les risques de dépassement de la température maximale acceptable du filtre à particules 7. A chaque capteur défaillant peut être associé une valeur propre du coefficient KK. [0026] Toujours concernant la première partie de la régulation, lorsque le capteur amont 9 de température (ou, en son absence, l'un des capteurs qui sont adaptés à mesurer un paramètre du moteur 1 permettant d'estimer cette température) est défaillant, l'influence de la correction dynamique de la consigne du débit de carburant Qcarburant liée à cette température est diminuée. La diminution de cette influence est réalisée par l'affectation d'un nombre inférieur à 1 au coefficient KT utilisé dans la formule de détermination de la consigne du débit de carburant Qcarburant, [0027] Concernant la seconde partie de la régulation, lorsque le capteur amont 9 utilisé pour la mesure de la température Tamont en amont du catalyseur 6 (ou, en son absence, l'un des capteurs qui sont adaptés à mesurer un paramètre du moteur 1 permettant d'estimer cette température) et/ou le capteur permettant de mesurer le débit d'air Qair est défaillant, l'influence de la boucle d'asservissement lent est augmentée. L'augmentation de cette influence est réalisée par l'affectation d'un nombre inférieur à 1 à la constante KBF utilisée à l'exponentielle pour la détermination du terme proportionnel Kp (et par conséquence, du terme intégral Ki). Ainsi, la boucle d'asservissement lent est boostée. A chaque capteur défaillant peut être associé une valeur propre du coefficient KBF. [0028] Toujours concernant la seconde partie de la régulation, quand le capteur aval 10 utilisé pour la mesure de la température Tapai en aval du catalyseur 6 est défectueux, le régulateur proportionnel intégral est inhibé. De ce fait, dans ce cas, la boucle d'asservissement rapide (sous forme dégradée) n'est pas affectée par la boucle d'asservissement lent. [0029] Concernant la quatrième partie de la régulation, quand l'un des capteurs utilisés pour l'historique du roulage (en général, les capteurs permettant de connaître le couple du moteur et/ou la vitesse du véhicule) est défaillant, l'historique du roulage est bloqué à la dernière valeur donné par les capteurs correspondants avant qu'ils ne deviennent défectueux. De ce fait, le système de régulation ne tient pas compte, dans l'historique, des données reçues par les capteurs quand ces derniers sont défaillants, afin qu'ils n'aient pas d'influence sur la compensation de la dérive normale du système de régénération. REVENDICATIONS1. Procédé de régulation de la température de régénération d'un filtre à particules (7) situé dans une ligne d'échappement (4) d'un moteur diesel (1) en aval d'un catalyseur d'oxydation (6), par la détermination de la consigne du débit de carburant (Qcarburant) injecté dans la conduite d'échappement (4) en amont du catalyseur (6) à partir de paramètres de régulation, caractérisé en ce que, lorsqu'au moins un des capteurs mesurant une variable utilisée pour la détermination d'un paramètre de régulation est défaillant, le procédé de régulation continu d'être utilisé selon un mode dégradé selon lequel il est reconfiguré dans le sens d'une réduction de la température du filtre à particules (7). 2. Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la consigne de débit de carburant injecté (Qcarburant) est déterminée à partir d'une boucle d'asservissement rapide associée à la température (Tamont) régnant entre le moteur (1) et le catalyseur (6), le gain énergétique (K(Qair)) de la réaction exothermique du carburant dans le catalyseur (6) qui est fonction du débit des gaz d'échappement (Qair), et la température estimée (Tmodèie) régnant entre le catalyseur (6) et le filtre à particules (7) qui est déterminée en fonction du gain énergétique (K(Qair)), du débit de carburant injecté (Qcarburant) et de la température (Tamont) régnant entre le moteur (1) et le catalyseur (6). 3. Procédé de régulation selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lorsqu'est défaillant au moins un des capteurs parmi ceux (9) adaptés à déterminer la température (Tamont) régnant entre le moteur (1) et le catalyseur (6), ceux adaptés à déterminer le débit d'air (Qair) circulant dans la ligne d'échappement (4), et ceux adaptés à mesurer la température (Tapai) régnant entre le catalyseur (6) et le filtre (7), la valeur du gain énergétique (K(Qair)) est majorée. 4. Procédé de régulation selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que lorsqu'un capteur (9) adapté à déterminer la température (Tamont) régnant entre le moteur (1) et le catalyseur (6) est défaillant, l'influence de la correction dynamique de la consigne de débit de carburant injecté (Qcarburant) liée à cette température (Tamont) est minorée. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la consigne du débit de carburant (Qcarburant) dépend de la différence entre la valeur de la consigne (Tconsigne) de la température du filtre (7) et la température (Tavai) régnant entre le catalyseur (6) et le filtre (7) mesurée par un capteur (10), l'influence de cette différence étant réalisée par une boucle d'asservissement lent. 6. Procédé de régulation selon la revendication 5, caractérisé en ce que, lorsqu'est défaillant au moins un des capteurs parmi ceux (9) adaptés à déterminer la température (Tamont) régnant entre le moteur (1) et le catalyseur (6), et ceux adaptés à déterminer le débit d'air (Qair) circulant dans la ligne d'échappement (4), l'influence de la boucle d'asservissement lent est augmentée. 7. Procédé de régulation selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que, lorsque le capteur (10) adapté à mesurer la température (Tavai) régnant entre le catalyseur (6) et le filtre (7) est défaillant, la boucle d'asservissement lent est inhibée. 8. Procédé de régulation selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la consigne du débit de carburant (Qcarburant) dépend du vieillissement du moteur (1), du catalyseur (6) et du filtre (7) qui est basé sur l'historique du roulage du véhicule, et en ce que l'historique est bloquée à la dernière valeur donnée par les capteurs valides. 9. Véhicule automobile comprenant un moteur diesel (1) duquel débouche une ligne d'échappement (4), un injecteur (5) de carburant dans cette ligne (4), un catalyseur d'oxydation (6) disposé en aval de l'injecteur (5), un filtre à particules (7) disposé en aval du catalyseur (6), et un système de régulation de la température de régénération du filtre à particules (7) par la détermination de la consigne du débit de carburant (Qcarburant) injecté dans la conduite d'échappement (4) à partir de paramètres de régulation, caractérisé en ce que, lorsqu'au moins un des capteurs mesurant une variable utilisée pour la détermination d'un paramètre de régulation est défaillant, le système de régulation est modifié de sorte que le procédé de régulation continu d'être utilisé selon un mode dégradé selon lequel il est reconfiguré dans le sens d'une réduction de la température du filtre à particules (7).