Brevet FR2986560A1 — publié le 20130809

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de régé- nération d'un filtre à particules installé dans le canal des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, faisant partie d'un entraînement hybride comportant au moins un moteur électrique rece- vant l'énergie électrique d'une batterie rechargeable, et fonctionnant en partie comme générateur pour recharger la batterie, le couple total demandé à l'entraînement hybride étant fourni par le moteur à combustion interne et/ou par le moteur électrique, et pour la régénération du filtre à particules, on déplace le point de charge du moteur à combustion interne pour augmenter la température des gaz d'échappement. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, c'est-à-dire un coordinateur hybride qui assure la coordination entre le couple ou la part de couple total fourni(e) d'une part par le moteur à combustion interne et d'autre par le moteur électrique. Le coordinateur hybride assure également la coordination de la charge de la batterie et celle de la régénération du filtre à particules. Etat de la technique Un entraînement hybride utilise un moteur à combustion interne et au moins un moteur électrique. Le couple total est fourni en partie par le moteur à combustion interne et par le moteur électrique. Suivant les conditions, la participation au couple total ou la demande de charge de la batterie, le couple total est uniquement fourni par le moteur à combustion interne ou uniquement par le moteur électrique ou en partie par l'un et par l'autre. Le moteur électrique peut fonctionner comme générateur pour recharger la batterie. Pour cela, le générateur entraîné par le moteur à combustion interne transforme l'énergie cinétique fournie par ail- leurs en énergie électrique. Le document DE 10 2007 008 745 A 1 décrit un appareil de commande d'un moteur hybride qui fixe la part du couple fournie par un moteur Diesel et celle fournie par un moteur électrique. Le canal des gaz d'échappement des moteurs Diesel est équipé d'un filtre à parti- cules. L'appareil de commande fait fonctionner le moteur Diesel seul si le couple total requis est fourni par le moteur Diesel. L'appareil de commande fait fonctionner le moteur Diesel et le moteur électrique si le moteur Diesel ne peut à lui seul fournir le couple nécessaire, le complément étant alors fourni par le moteur électrique. Dans le cas de la régénération nécessaire du filtre à particules, l'appareil de commande fait fonctionner le moteur Diesel pour qu'aux faibles vitesses de rotation du moteur Diesel, on augmente la part fournie par le moteur Diesel pour le couple total. Cela élève la température des gaz d'échappement même pour une faible charge de l'entraînement hybride si bien que cette augmentation de la température des gaz d'échappement permet de lancer efficacement la régénération du filtre à particules. En outre, l'appareil de commande fixe la fraction du couple fourni par le moteur Diesel au couple total en tenant compte de l'état de charge de la batterie pour que cet état de charge reste dans une plage prédéfinie. Le document JP 2005-120887 A décrit un entraînement hybride avec un moteur Diesel et un moteur électrique. Le canal des gaz d'échappement du moteur Diesel est équipé d'un filtre à particules. Pour lancer la régénération du filtre à particules, aux faibles vitesses de rotation du moteur Diesel, on augmente la part de couple que doit four- nir le moteur Diesel de façon à augmenter la température des gaz d'échappement. Le document JP 2006-275009 A décrit une commande de véhicule hybride comportant un moteur Diesel. Ce canal de gaz d'échappement est équipé d'un filtre à particules. La commande est conçue pour que le couple que doit fournir le moteur Diesel pendant la régénération du filtre à particules soit augmenté et que la part du couple du moteur électrique soit diminuée. Dans les entraînements hybrides connus, pendant la ré- génération du filtre à particules, le moteur Diesel peut fournir de l'énergie supplémentaire mais celle-ci n'est pas utilisée pour recharger la batterie car la batterie est déjà chargée. But de l'invention La présente invention a ainsi pour but de développer un procédé permettant une régénération du filtre à particules économe en énergie, le filtre étant installé dans le canal des gaz d'échappement d'un moteur thermique. Le moteur thermique de l'entraînement hybride est combiné à au moins un moteur électrique. L'invention a également pour but de développer un coordinateur hybride pour la mise en oeuvre du procédé. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de régénération d'un filtre à particules du type défini ci-dessus caractérisé en ce qu'avant la régénération du filtre à particules, on décharge la batterie à son état de charge minimum en augmentant la part du couple fournie par le moteur électrique au couple total, lorsqu'on atteint le niveau de charge minimum de la batterie, on démarre la régénération du filtre à particules, dans le champ de caractéristiques du moteur à combustion interne, on définit une plage de fonctionnement qui se traduit par une augmentation de la température des gaz d'échappement et au moins au démarrage de la régénération du filtre à particules, on fait fonctionner le moteur à combustion interne dans cette plage de fonctionnement sélectionnée. Le procédé selon l'invention permet de réduire la consommation de carburant, notamment dans les phases de fonction- nement à faible charge de l'entraînement hybride et aussi de diminuer la durée de la régénération. Suivant une autre caractéristique, la décharge de la bat- terie se fait par une modification de la charge fournie par le moteur à combustion interne vers une charge plus petite. Suivant une autre caractéristique, la décharge de la bat- terie se fait par la coupure du moteur thermique et exclusivement par le fonctionnement du moteur électrique en générateur. Suivant une autre caractéristique, pendant la décharge de la batterie, on évite de faire fonctionner le moteur à combustion in- terne dans la plage des basses tensions et/ou on limite dans le temps, la phase de décharge de la batterie. Suivant une autre caractéristique, partant d'une vitesse de rotation faible et d'une charge élevée du moteur à combustion interne, pendant la régénération du filtre à particules, on réduit la charge et/ou on augmente la vitesse de rotation. Suivant une autre caractéristique, pendant la régénération du filtre à particules, partant d'une vitesse de rotation faible et d'une charge faible du moteur à combustion interne, on modifie la charge dans le sens d'une charge plus élevée et/ou d'une augmentation de la vitesse de rotation, et dans toute la plage des vitesses de rotation, on modifie pour passer d'une faible charge à une charge plus élevée. Suivant une autre caractéristique, en cas d'augmentation de la charge du moteur à combustion interne, on fait fonctionner le moteur électrique comme générateur. Suivant une autre caractéristique, malgré un mode pos- sible de poussée inertielle du moteur à combustion interne avec coupure de son alimentation en carburant, on continue de faire fonctionner néanmoins le moteur à combustion interne en l'alimentant en carburant et l'énergie qu'il fournit est appliquée au moteur électrique fonc- es tionnant en générateur pour recharger la batterie. L'invention a également pour objet un coordinateur hybride pour la régénération d'un filtre à particules installé dans le canal des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne comportant un champ de caractéristiques de charge de moteur et il commande le 20 moteur à combustion interne et le moteur électrique pour la mise en oeuvre du procédé. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un procédé de régénération d'un filtre à parti- 25 cules représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 montre l'environnement technique dans lequel s'applique le procédé de régénération d'un filtre à particules selon l'invention, la figure 2 est un tableau de coefficients correspondant au champ 30 des caractéristiques d'un moteur. Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 montre un entraînement hybride 10 avec un moteur thermique 12 et au moins un moteur électrique 14. Le moteur thermique 12 peut être un moteur à combustion interne à essence, un 35 moteur à combustion interne Diesel, un moteur à combustion interne alimenté en gaz ou un moteur à combustion interne utilisant tout autre carburant. L'énergie du moteur électrique 14 est fournie par une batterie rechargeable 16. La commande de l'entraînement hybride 10 est assurée par un coordinateur hybride 18 qui coordonne à la fois le couple 20 fourni par le moteur électrique 14 et le couple 22 fourni par le moteur à combustion interne 12 pour donner le couple total 24. Le coordinateur hybride 18 commande également la charge et la décharge de la batterie 16 ; le coordinateur 18 fait partie intégrante de la gestion principale 26 du moteur. Le canal des gaz d'échappement 27 du moteur à combustion interne 12 est équipé d'un filtre à particules 28. Le filtre à particules 28 est régénéré selon son niveau de remplissage en particules. Les particules collectées par le filtre 28 peuvent notamment, lorsqu'il s'agit de particules de noir de fumée, être brûlées pour la régénération du filtre. Sans autre moyen approprié tel que par exemple le conditionnement des particules par des additifs au carburant, on peut compter sur une réaction spontanée d'oxydation à partir d'une température d'environ 650°C. Si le moteur à combustion interne 12 fonctionne avec une charge élevée, la température des gaz d'échappement dans le canal 27 peut atteindre les 650°C nécessaires à l'amorce de la régénération. Si le moteur à combustion interne 12 est un moteur à essence, on peut prévoir une telle température élevée des gaz d'échappement en cas de charge importante alors que dans le cas d'un moteur Diesel, cette tem- pérature ne sera atteinte toutefois que relativement rarement. Pour une faible charge appliquée au moteur à combustion interne 12, on ne peut atteindre une température suffisante des gaz d'échappement à la fois dans le cas du moteur Diesel ou du moteur à essence. Une possibilité pour augmenter la température des gaz d'échappement consiste à augmenter la charge appliquée au moteur à combustion interne 12. Les conditions de combustion pourront être détériorées si bien qu'un même couple 22 fourni par le moteur à combustion interne 12, la température des gaz d'échappement augmente. Dans le cas d'un moteur Diesel, on peut modifier l'instant de l'injection du carburant. Dans le cas d'un moteur à essence, on peut intervenir en particulier sur l'instant d'allumage. Pour une régénération efficace du filtre à particules 28 ou du moins pour lancer la régénération, il n'est pas nécessaire absolu- ment que la température des gaz d'échappement atteigne 650°C. On augmente l'efficacité en relevant la température des gaz d'échappement et pour cela, on peut prévoir plusieurs mesures pour relever la température dans le filtre à particules telles que par exemple l'introduction de carburant dans le canal des gaz d'échappement 17 qui brûle avec cata- lyse pour augmenter encore plus la température des gaz d'échappement ou chauffer indirectement le filtre à particules. La figure 2 montre un champ de caractéristiques 30 du moteur à combustion interne 12 sous la forme d'un diagramme ou tableau de coefficients. Les coefficients inscrits à titre d'exemple dans le champ de caractéristiques 30 du moteur indiquent si et avec quelle effi- cacité la régénération du filtre à particules 28 peut se faire. Le champ de caractéristiques de charge 30 indique pour chaque paire de valeurs composée de la charge 32 et de la vitesse de rotation (n) le coefficient d'influence associé. Les coefficients traduisent l'efficacité de la régénéra- tion de façon normée par rapport à l'unité 1. Les coefficients dépendent de la charge 32 du moteur 12 et de sa vitesse de rotation (n). Le champ de caractéristiques de charge 30 est subdivisé en neuf plages de fonctionnement 34, 36.1, 36.2, 36.3, 36.4, 38.1, 38.2, 38.3, 40. La première plage de fonctionnement 34 donne les condi- tions de fonctionnement qui ne correspondent pas à des conditions ap- propriées pour le traitement des gaz en vue de la régénération du filtre à particules 28. La première plage de fonctionnement 34 correspond à une plage de faible charge. La seconde plage de fonctionnement 36.1, la troisième plage de fonctionnement 36.2, la quatrième plage de fonction- nement 36.3 et la cinquième plage de fonctionnement 36.4 donnent les facteurs permettant une régénération avec une efficacité moyenne. La sixième plage de fonctionnement 38.1, la septième plage de fonctionnement 38.2 et la huitième plage de fonctionnement 38.3 correspondent à une bonne efficacité et la neuvième plage de fonc- tionnement 40 correspond à l'efficacité optimale pour la régénération du filtre à particules 28. Les facteurs ou coefficients enregistrés, par exemple dans le champ des caractéristiques de charge 30 du moteur dépendent no- tamment de la consommation en carburant du moteur à combustion interne 12, de la température régnant dans le filtre à particules 28 et du débit massique d'oxygène en amont du filtre à particules 28 pour une charge 32 et une vitesse de rotation (n) déterminées. Le coordinateur hybride 18 commande le couple (ou par- tie de couple) 22 fourni par le moteur à combustion interne 12 et le couple (ou partie de couple) 20 fourni par le moteur électrique 14 pour donner le couple total 24 que doit fournir l'entraînement hybride 10. Pour une régénération efficace du filtre à particules 28 ou du moins pour lancer efficacement la régénération du filtre à particules 28, il faut, pour la plupart des points de charge du moteur à combus- tion interne 12, un relèvement de la charge 32 pour arriver dans l'une des plages appropriées, par exemple dans la neuvième plage de fonctionnement 40. Selon l'invention, le coordinateur hybride 18 assure la ré- génération du filtre à particules 28 en ce que l'on décharge tout d'abord la batterie 16 à son niveau de charge minimum. La partie 20 à fournir par le moteur électrique 14 au couple total 24 que doit fournir l'entraînement hybride 10 dans cet état de fonctionnement est augmenté de préférence jusqu'à sa valeur maximale possible. L'état de charge minimum dépend par exemple de l'âge de la batterie 16 et de sa température. La décharge de la batterie 16 se fait en décalant le point de charge de manière négative ou en coupant le moteur à combustion interne 12 s'il faut un entraînement électrique seul. Pour décharger la batterie 16 d'une manière efficace, il faut éviter la plage des charges faibles, inefficace du moteur thermique 12. Le coordinateur hybride 18 termine la phase de décharge de la batterie 16 lorsqu'on atteint l'état de charge minimum autorisé. Lorsque la batterie 16 atteint l'état de charge minimum, le coordinateur hybride 18 peut libérer la régénération du filtre à parti- cules 28. Comme la batterie 16 se trouve alors à la limite inférieure de l'état de charge autorisé, le moteur à combustion interne 12 pourra fonctionner avec des charges 32 plus élevées. L'important est alors que l'énergie non nécessaire pour fournir la partie de couple 22 du moteur thermique 12 ou le couple en excédent seront utilisés pour entraîner le moteur électrique 14 fonctionnant en mode générateur et recharger de nouveau la batterie 16. Le coordinateur hybride 18 contient les informations né- cessaires, relatives à l'application en mode de combustion de la régéné- ration du filtre à particules. Le coordinateur hybride 18 utilise le champ de charge moteur 30, enregistré, pour déterminer les plages de fonctionnement 36.1, 36.2, 36.3, 36.4, 38.1, 38.2, 38.3, 40 dans lesquelles les conditions de fonctionnement sont appropriées pour la régénération du filtre à particules 28. Le coordinateur hybride 18 calcule de manière appropriée le décalage du point de charge et/ou le décalage de la vitesse de rotation en fonction du couple total 24 à fournir pour améliorer les conditions de régénération du filtre à particules. Le décalage de la vitesse de rotation (décalage du régime) nécessite une transmission appropriée. Le coordinateur hybride 18 tient compte dans son déca- lage du point de charge ou de la vitesse de rotation, de la capacité de charge disponible jusqu'à atteindre l'état de charge maximum de la batterie 16. La plage des faibles charges, notamment la première plage de fonctionnement 34 mais éventuellement également la seconde, la troisième, la quatrième et la cinquième plages de fonctionnement 36.1, 36.2, 36.3, 36.4, dans lesquelles on n'aura qu'une faible température des gaz d'échappement et un faible débit massique d'oxygène, sont évitées par le coordinateur hybride 18 aussi longtemps que le permet l'état de charge de la batterie 16. Dans la plage de fonctionnement pauvre en oxygène du champ de caractéristiques de charge 30, pour des faibles vitesses de rotation (n) et à proximité de la charge maximale, la vitesse de combustion des particules diminue. Dans cette plage de fonctionnement du champ de caractéristiques de moteur 30, le coordinateur hybride 18 abaisse le point de charge du moteur à combustion interne 12 et si possible il augmente la vitesse de rotation (n). Pour cela, le moteur électrique 14 génère une partie du couple total 24 demandé en liaison avec l'abaissement de l'état de charge de la batterie 16. Dans les autres plages de fonctionnement du champ de caractéristiques 30 du moteur, le coordinateur hybride 18 relève le point de charge. L'importance du relèvement du point de charge est donnée par l'augmentation de l'efficacité de la régénération du filtre à particules résultant de cette mesure. L'augmentation de l'efficacité peut se déduire directement du champ de caractéristiques de charge 30 à l'aide des coefficients. Si l'entraînement hybride 10 est installé dans un véhicule automobile, on peut avoir des situations de poussée inertielle dans lesquelles le véhicule est entraîné sans moteur. Dans de telles phases de poussée, le couple 22 du moteur thermique 12 est annulé et le moteur 12 est coupé. L'énergie cinétique fournie en phase de poussée, non détaillée, qui doit être prise en compte comme couple total négatif 24 peut être utilisée pour gérer le moteur électrique 14 fonctionnant comme générateur pour charger la batterie 16. En cours de régénération du filtre à particules 28, le coordinateur hybride 18 évite cette procédure pour réserver le cas échéant, la capacité de charge encore disponible dans la batterie 16 pour le relevage du point de charge et/ou le relevage de la vitesse de rotation. Ce moyen permet d'interrompre la phase de régénération et d'éviter de façon correspondante les opérations de régénération du filtre à particules 28, inefficaces, nécessaires à l'arrêt du moteur à combustion interne 12.30 NOMENCLATURE 10 Entraînement hybride 12 Moteur à combustion interne 14 Moteur électrique 16 Batterie rechargeable 18 Coordinateur hybride 20 Couple/partie de couple 22 Couple/partie de couple 24 Couple total 27 Canal des gaz d'échappement 28 Filtre à particules 30 Champ de caractéristiques de charge du moteur 36.1, 36.2, 36.3, 36.4, 38.1, 38.2, 38.3, 40 Plages de fonctionnement dans le champ de caractéristiques 3020 REVENDICATIONS1°) Procédé de régénération d'un filtre à particules (28) installé dans le canal des gaz d'échappement (27) d'un moteur à combustion interne (12), le moteur à combustion interne (12) faisant partie d'un entraîne- ment hybride (10) comportant au moins un moteur électrique (14) recevant l'énergie électrique d'une batterie rechargeable (16), le moteur électrique (14) fonctionnant en partie comme générateur pour recharger la batterie (16), le couple total (24) que doit fournir l'entraînement hybride (10) étant fourni par le moteur à combustion interne (12) et/ou par le moteur électrique (14), et pour la régénération du filtre à particules (28), on déplace le point de charge du moteur à combustion interne (12) pour augmenter la température des gaz d'échappement, procédé caractérisé en ce qu' avant la régénération du filtre à particules (28), on décharge la batterie (16) à son état de charge minimum en augmentant la part du couple (20) fournie par le moteur électrique (14) au couple total (24), lorsqu'on atteint le niveau de charge minimum de la batterie (16), on démarre la régénération du filtre à particules (28), dans le champ de caractéristiques (30) du moteur à combustion interne (12), on définit une plage de fonctionnement (36.1, 36.2, 36.3, 36.4, 38.1, 38.2, 38.3, 40) qui se traduit par une augmenta- tion de la température des gaz d'échappement et au moins au démarrage de la régénération du filtre à particules (28), on fait fonctionner le moteur à combustion interne (12) dans cette plage de fonctionnement (36.1, 36.2, 36.3, 36.4, 38.1, 38.2, 38.3, 40) sé- lectionnée. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce quependant la régénération du filtre à particules (28), on fait fonctionner le moteur thermique (12) dans cette plage de fonctionnement sélectionnée (36.1, 36.2, 36.3, 36.4, 38.1, 38.2, 38.3, 40). 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la décharge de la batterie (16) se fait par une modification de la charge fournie par le moteur à combustion interne (12) vers une charge (32) plus petite. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la décharge de la batterie (16) se fait par la coupure du moteur thermique (12) et exclusivement par le fonctionnement du moteur électrique (14) en moteur. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la décharge de la batterie (16), on évite de faire fonctionner le moteur à combustion interne (12) dans la plage des basses charges (34) et/ou on limite dans le temps la phase de décharge de la batterie (16). 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que partant d'une vitesse de rotation faible (n) et d'une charge élevée (32) du moteur à combustion interne (12), pendant la régénération du filtre à particules (28), on a une réduction de charge et/ou une augmentation de la vitesse de rotation. 7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant la régénération du filtre à particules (28), partant d'une vitesse de rotation faible (n) et d'une charge faible (32) du moteur à combustion interne (12), on modifie la charge dans le sens d'unecharge plus élevée et/ou d'une augmentation de la vitesse de rotation, et dans toute la plage des vitesses de rotation, on modifie pour passer d'une faible charge (32) à une charge plus élevée. 8°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en cas d'augmentation de la charge du moteur à combustion interne (12), on fait fonctionner le moteur électrique (14) comme générateur. 9°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que malgré un mode possible de poussée inertielle du moteur à combustion interne (12) avec coupure de son alimentation en carburant, on conti- nue de faire fonctionner néanmoins le moteur à combustion interne (12) en l'alimentant en carburant et l'énergie fournie par le moteur à combustion interne (12) est appliquée au moteur électrique (14) fonctionnant en générateur pour recharger la batterie (16). 10°) Coordinateur hybride pour la régénération d'un filtre à particules (28) installé dans le canal des gaz d'échappement (27) d'un moteur à combustion interne (12), coordinateur caractérisé en ce qu' il comporte un champ de caractéristiques de charge de moteur (30) et il commande le moteur à combustion interne (12) et le moteur électrique (14) pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, selon lequel avant la régénération du filtre à particules, on décharge à son état de charge minimum la batterie (16) en augmentant la part du couple (20) fournie par le moteur électrique (14) au couple total (24), et lorsqu'on atteint le niveau de charge minimum de la batterie (16), on démarre la régénération du filtre à particules (28), dans le champ de caractéristiques (30) du moteur à combustion interne (12), on définit une plage de fonctionnement (36.1, 36.2, 36.3, 36.4,38.1, 38.2, 38.3, 40) qui se traduit par une augmentation de la température des gaz d'échappement et au moins en lançant la régénération du filtre à particules (28), on fait fonctionner le moteur à combustion interne (12) dans cette plage de fonctionnement (36.1, 36.2, 36.3, 36.4, 38.1, 38.2, 38.3, 40) sélectionnée. 11°) Coordinateur hybride selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' il fait partie intégrante de la commande principale (26) du moteur.10