Brevet FR2999231A1 — publié le 20140613

CONTROLEUR DE COMMANDE DE REGENERATION DE FILTRE A PARTICULES A EFFET DE DILUTION REDUIT [0001] L'invention concerne la régénération des filtres à particules dans les véhicules automobiles et notamment la commande de telles régénérations. [0002] Tout véhicule équipé d'un filtre à particules, noté FAP par la suite, dont la régénération de celui-ci se réalise grâce à un exotherme notamment par un catalyseur d'oxydation diesel ou DOC pour « Diesel Oxydation Catalyst » en anglais et provoqué par une post-injection, souffre de « dilution moteur », c'est-à-dire un ruissellement de carburant le long des parois du cylindre, lequel carburant s'immisce ensuite jusqu'au carter d'huile, provoquant un mélange du carburant et de l'huile moteur. Ce phénomène a pour conséquence la dégradation progressive des qualités lubrifiantes de l'huile, pouvant dans des cas extrêmes aboutir à des casses du moteur. Pour limiter et contrôler les effets de cette dilution, des estimateurs de celle-ci ont été développés. [0003] La dilution D à tout moment se calcule par la formule suivante : D = Mcarb /(Mcarb+Mlub) Mcarb est le résultat des quantités introduites par post injections lors de chaque régénération et des quantités « évaporées » en permanence, principalement hors régénérations lorsque l'huile est chaude. Miub est la masse de lubrifiant en présence, masse qui diminue progressivement de par la consommation d'huile du moteur. Mcarb et Mlub sont des grandeurs qui évoluent au cours du temps. [0004] L'introduction, l'évaporation et la consommation d'huile peuvent être modélisées ou cartographiées pour mieux prendre en compte le risque moteur lors de la vie du véhicule [0005] Un superviseur de filtre à particules, qui est un automate temps réel codé dans le calculateur, utilise donc l'information dilution ainsi que d'autres estimations ou descripteurs pour prendre la décision de lancer et d'arrêter une régénération du filtre à particules. [0006] Les principaux estimateurs comprennent un estimateur de la masse de suies présentes à l'intérieur du filtre à particules dont le but est le contrôle de la masse en suies lors du lancement de la régénération afin d'éviter d'endommager trop le filtre à particules. Cet estimateur est la plupart du temps une combinaison entre une estimation des suies via un critère de perte de pression, et l'intégration d'un modèle ou d'une mesure des émissions du moteur ainsi que d'un modèle de combustion des suies à l'intérieur du filtre à particules. Les principaux estimateurs comprennent en outre un descripteur de roulage dont le but est de lancer les régénérations au moment adéquat, c'est-à-dire notamment à forte vitesse, afin de garantir le succès de la régénération. [0007] D'autres estimateurs peuvent être présents. Sans exhaustivité, on peut retrouver par exemple un estimateur de surconsommation ou des estimateurs de vieillissement du filtre à particules. De manière générale, on cherche à estimer les « dégradations » du système afin de les contrôler ou de les limiter via des actions sur le système lui-même. [0008] On maintient la dilution moteur à un niveau de sécurité par une philosophie de réglages qui s'appelle la « protection dilution », laquelle favorise des régénérations moins fréquentes, en opposition à la philosophie de réglages « protection filtre à particules », laquelle favorise des régénérations plus fréquentes. La « protection dilution » se fait donc en opposition à la « protection FAP » du fait que la « protection FAP » est une stratégie de demande de régénérations à faible masse intra-FAP, donc plus souvent et donc par des régénérations à plus fort effet de dilution. Dans le cadre de la « protection dilution », on laisse l'automate demander des régénérations comme bon lui semble sur le critère de son principal estimateur de suies intra-FAP jusqu'à ce que l'estimateur de dilution atteigne un certain niveau limite et impose au système de rentrer en mode « protecteur dilution », ce qui permet alors de contenir la dilution. La conséquence est un espacement plus contraignant des régénérations, donc des régénérations plus chargées, donc plus exothermiques et donc à plus fort effet fissurant pour le filtre à particules. [0009] L'objectif de l'invention est de pallier à ces différents inconvénients. [0010] Cet objectif est atteint selon l'invention grâce à un contrôleur de commande de régénération de filtre à particules de véhicule automobile, configuré pour déclencher une régénération en pilotant une introduction de carburant provoquant une élévation de température dans le filtre à particules, le contrôleur de commande de régénération étant configuré pour prendre en compte des conditions de roulage actuelles du véhicule et déterminer si une régénération doit être déclenchée en fonction des conditions de roulage actuelles du véhicule, caractérisé en ce qu'il est configuré pour estimer une quantité actuelle de carburant à introduire pour une régénération du filtre à particules et prendre en compte la quantité actuelle de carburant à introduire pour déterminer si la régénération doit être déclenchée. [0011] Avantageusement, le contrôleur est configuré pour déclencher une régénération si la quantité actuelle de carburant à introduire est inférieure à un seuil. [0012] Avantageusement, le contrôleur prend en compte la quantité actuelle de carburant à introduire en estimant une quantité d'accroissement de dilution de carburant dans une huile moteur due à une introduction de ladite quantité actuelle de carburant à introduire et en déterminant si la régénération doit être déclenchée en fonction de la quantité d'accroissement de dilution ainsi estimée. [0013] Avantageusement, le contrôleur est configuré pour comparer la quantité d'accroissement de dilution de carburant à un seuil et déclencher la régénération ou non selon que la quantité d'accroissement de dilution est inférieure au seuil ou non. [0014] Avantageusement, le contrôleur est configuré pour estimer au cours d'une régénération une valeur indicative d'une dérivée mathématique d'une valeur de masse de suie éliminée en tant que fonction de la quantité de carburant introduite, comparer cette valeur indicative de dérivée mathématique de valeur de masse de suie éliminée à un seuil et arrêter la régénération lorsque cette valeur indicative de dérivée mathématique de valeur de masse de suie éliminée est inférieure au seuil. [0015] Avantageusement, la valeur indicative de dérivée mathématique de la masse de suie éliminée en tant que fonction de la quantité de carburant introduite est égale à un rapport entre une valeur de dérivée mathématique de masse de suie éliminée en tant que fonction de la quantité de carburant introduite et une valeur maximale atteignable de cette dérivée mathématique de masse de suie éliminée en tant que fonction de la quantité de carburant introduite. [0016] Avantageusement, le contrôleur est configuré pour estimer une quantité de carburant à introduire pour élever une température du filtre à particules jusqu'à une température de régénération. [0017] Avantageusement, le contrôleur est configuré pour estimer une quantité de carburant à introduire pour maintenir une température du filtre à particules à une température de régénération pendant une régénération à venir. [0018] Avantageusement, le contrôleur est configuré pour estimer la quantité de carburant à introduire pour régénérer le filtre à particules en additionnant la quantité de carburant à introduire pour élever la température du filtre à particules jusqu'à la température de régénération et la quantité de carburant à introduire pour maintenir la température du filtre à particules à la température de régénération pendant la régénération à venir. [0019] Avantageusement, le contrôleur est configuré pour estimer la quantité de carburant à introduire pour régénérer le filtre à particules de manière régulière au cours du fonctionnement du véhicule. [0020] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence à la figure unique annexée qui représente un contrôleur de commande de régénération selon un mode de réalisation de l'invention. [0021] Tel que représenté à la figure annexée, le contrôleur selon l'invention comporte un estimateur de masse des suies présentes dans le filtre à particules 1, un descripteur de roulage 2, un estimateur 3 d'introduction de carburant pendant la régénération en cours, un estimateur 4 d'évaporation, de consommation d'huile, et de dilution. Le contrôleur de la figure annexée présente en outre un automate 5 dont le rôle est d'initier ou d'arrêter les régénérations. [0022] Le contrôleur de la figure annexée comporte en outre un module 6 d'estimation d'introduction instantanée si une régénération est demandée et de comparaison avec un seuil pour aide à la décision de la demande de régénération, tel qu'on le décrira ci-après. Ce module 6 d'estimation d'introduction instantanée alimente l'automate FAP 5 en condition de lancement de régénération. [0023] Le contrôleur comporte également un module 7 d'estimation de la dérivée de la masse de suie par rapport à la quantité de carburant introduite am/ai et du ratio am/ai / arn/aimax pendant la régénération et de comparaison avec un seuil pour aide à la décision de l'arrêt de la régénération en cours. [0024] Le module 6 effectue en permanence des estimations récurrentes en dehors des phases de régénération. Lorsqu'il y a une régénération, on arrête le calcul d'estimation du module 6 qui ne sert plus à rien du fait qu'on est en post injection effective. [0025] Le module 7 effectue son estimation uniquement en cours de régénération afin d'identifier le moment où le fait de continuer à post injecter n'a plus d'effet notable de par la faible masse qui brûle dans le filtre à particules. Le seuil du module 6 est une fonction de la masse en suie présente à l'intérieur du filtre à particules. Plus la masse de suies est grande, plus on s'autorise à introduire du carburant et inversement. Ce seuil est ici cartographié. Le seuil du module 7 est une fonction du critère de roulage. Plus les conditions de roulages sont favorables, plus on peut attendre avant de demander l'arrêt de la régénération en cours. Les conditions de roulage pendant la régénération sont avantageusement moyennées. Le seuil du module 7 est ici cartographié. On peut faire dépendre ces seuils d'autres grandeurs estimées ou mesurées telles que distance depuis vidange, distance véhicule, etc. [0026] Le but du module 6 est de donner à tout instant t une estimation de l'introduction que devrait mettre en oeuvre la régénération pour régénérer la masse courante estimée de suies intérieures au filtre à particules si le client continue à rouler comme il le fait à l'instant t. [0027] Ce module est avantageusement cartographié avec les entrées que sont une température T amont DOC en entrée du catalyseur d'oxydation diesel estimée ou mesurée, une température 'amont FAR en entrée du filtre à particules estimée ou mesurée, une masse estimée Masseintra FAR des suies présentes à l'intérieur du filtre à particules, et un descripteur de roulage. [0028] Quatre entrées impliquant quatre dimensions, on décompose ici la logique de cet estimateur en une estimation de l'introduction pour faire passer la température 'amont FAR courante jusqu'à la température cible et une estimation de l'introduction pour maintenir la température 'amont FAR à la température cible. Ensuite on additionne les deux estimations. [0029] Le module 6 est ici constitué de deux sous modules effectuant respectivement ces deux estimations. [0030] Un premier sous-module effectue le traitement suivant. La température cible en amont du filtre à particules visée en régénération dépend de la masse de suies estimée et des conditions de roulage. Ici on la re-cartographie mais il est avantageux d'assurer la cohérence avec les autres consignes présentes dans le reste du calculateur, notamment la stratégie de chauffe pour la régénération. [0031] On calcule un accroissement nécessaire de température comme étant la différence entre la température cible en entrée du filtre à particules et la température courante en entrée du filtre à particules AT amont FAR = Tcible amont FAR - T couranteamont FAR et en fonction de la température courante en entrée du catalyseur d'oxydation diesel, des conditions des roulages, des pertes et inerties thermiques des lignes entre la sortie du catalyseur d'oxydation diesel et l'entrée du filtre à particules, on calcule, par exemple par modélisation ou par système de cartographie, la quantité de post-injection qu'il faudrait et on utilise un modèle ou une cartographie d'introduction simplifiée donnée par la formule cartographie d'introduction simplifiée = f(quantité de post introduction, descripteur roulage) pour avoir une idée de l'introduction nécessaire pour compenser AT amont FAR. [0032] Le second sous-module effectue le traitement suivant. [0033] Une fois la température en entrée du filtre à particules 'amont FAR à sa valeur cible, la maintenir à ce niveau coûte aussi en introduction, du fait de la compensation des pertes dans les lignes pendant un temps donné. La durée prévisionnelle de la régénération avec l'efficacité de régénération souhaitée et cohérente de ce qui serait demandé si le client continuait à rouler comme il le fait est cartographiée en fonction de la masse intra FAP estimée et des conditions de roulage. Un modèle ou cartographie dépendant de cette durée, de la température cible en amont du filtre à particules, de la température amont du catalyseur d'oxydation diesel et des conditions de roulage permet d'en déduire la quantité de post injection et on utilise un modèle ou une cartographie d'introduction simplifiée donnée par la formule cartographie d'introduction simplifiée = f(quantité de post introduction, descripteur roulage) pour avoir une idée de l'introduction nécessaire pour maintenir la température en entrée du filtre à particules à sa valeur cible pendant la durée nécessaire. [0034] Enfin la somme des estimations du premier et du second sous-module donne la quantité introduite prévisionnelle pour réaliser la régénération. Les cartographies et modèle simplifié adimensionnel sont avantageux pour pouvoir donner en temps réel une estimation correcte de la quantité d'introduction prévisionnelle. [0035] En filtrant et moyennant les entrées et en dégradant la fréquence de mise à jour de l'information « Introduction prévisionnelle », on peut embarquer des modèles plus complexes nécessitant plusieurs pas de temps élémentaires pour résoudre des équations différentielles éventuellement embarquées. [0036] La quantité ainsi estimée est comparée avec un seuil. Si cette projection de la quantité de carburant introduite est inférieure à une valeur seuil, on conclut qu'il est utile de demander une régénération. Dans le cas d'un automate FAP plus complexe, une telle estimation peut être un indicateur favorisant une demande si on met du poids sur cette information. Cette décomposition fonctionnelle du module 6 en deux sous-modules n'est pas limitative. En effet, on peut très bien imaginer que la cible de température en entrée du filtre à particules T 'ont FAR en régénération ne suive pas exactement le profil basique décrit ci-dessus sous la forme d'une simple montée puis d'un maintien. On peut envisager d'autres formes de consigne avec des évolutions de la température cible en cours de régénération. [0037] Le but du présent module 7 est d'être le « dual » du module 6 mais en phase de régénération. Dorénavant la régénération a été décidée et se déroule avec des grandeurs estimées évoluant en cours de régénération, dont le profil du conducteur, la température en entrée du filtre à particules, les quantités et phases de post-injections, l'introduction réellement estimée pendant la régénération, la masse réellement estimée brûlée, etc. Son but est d'évaluer en permanence le taux d'accroissement de la masse brulée par rapport à l'introduction supplémentaire qu'il a fallu effectuer. [0038] En effet, lors d'une combustion de suies, la grandeur amasse brûlée / aintroduction ou am/ai varie en fonction du temps telle une courbe en forme de cloche avec un maximum. Au début, on introduit beaucoup en ne brûlant quasiment aucune suie car on est en train de faire monter la température en entrée du filtre à particules. En milieu de régénération, on a la thermique et beaucoup de carbone à brûler. En fin de régénération, dès qu'il commence à y avoir moins de suies dans le filtre à particules, c'est-à-dire moins de carbone, la faible quantité de suies brulées par rapport à la quantité de carburant introduite est de plus en plus faible, le compromis se dégrade, et on peut décider de stopper la régénération. On ne brûle plus et il n'est plus rentable de continuer à introduire du carburant pour maintenir la température en entrée du filtre à particules en régénération. Pour cela, on s'appuie généralement sur un modèle de combustion des suies, l'une des briques de l'estimateur de masse de suies intérieures au filtre à particules. [0039] La masse brulée et l'introduction mise étant des grandeurs monotones et croissantes, on passe par la décomposition suivante : arn/ai = 3m/3t. avai [0040] Un estimateur de l'introduction de carburant est ici utilisé pour déterminer la quantité i. Des filtres, ici des filtres passe-bas à faible constante de temps, sont là pour des raisons de temps réel afin d'éviter que les dérivations en temps réel ne fournissent que du bruit. Ici on ne dispose pas de l'information de masse brulée mais seulement de l'information de masse présente dans le filtre à particules. On a donc : arn/ai = am brulée /at = I am ultra FAwat I Le calcul de fin de module est le suivant : I-1 - anlia courant / am/ai max [0041] Afin de ne sortir qu'un critère sur la décroissance d'efficacité 1..1 de la courbe en cloche arn/ai = f(t) pendant une régénération. Sur toute la montée de la courbe, il= 1. [0042] C'est ce critère d'efficacité 1..1 qui est comparé au seuil minimal lequel est fonction des conditions de roulage moyennes pendant la régénération pour demander l'arrêt de la régénération. Dans le cas d'un automate FAP plus complexe, ce critère d'efficacité peut être un indicateur favorisant l'arrêt de la régénération si on met du poids sur cette information. [0043] Grâce à l'action des deux modules 6 et 7, on utilise la notion de l'introduction afin de saisir au mieux les bonnes opportunités de lancer les régénérations à moindre coût de dilution et de les arrêter quand les régénérations commencent à devenir moins efficaces en termes de masse brûlée par quantité de carburant introduite. On repousse ainsi la nécessité d'entrer en « protection dilution » active, laquelle dégrade de manière significative l'intégrité du filtre à particules ou les prestations en termes d'intervalles de vidanges des clients. [0044] Le présent mode de réalisation propose donc de décider à chaque instant de lancer la régénération ou non en fonction de la dilution potentielle si la régénération est lancée immédiatement et si le client continue à rouler comme il le fait. Ceci permet un compromis optimal entre la régénération des suies et la dilution moteur. On propose donc également d'arrêter la régénération dès lors que la régénération est en fin de combustion où on recommence à introduire beaucoup plus pour brûler une unité de quantité de suies donnée. [0045] Dans le présent mode de réalisation, on utilise dans l'unité de contrôle commande une stratégie de contrôle commande de prise en compte de l'introduction attendue si la régénération est immédiate et d'un rapport d'efficacité d'introduction carburant pour la combustion des suies afin respectivement d'optimiser le moment de déclenchement et la durée de la régénération afin de gagner en dilution globale et de repousser les cas d'utilisation de « protection dilution » active. Les deux prises en compte de la notion de dilution en instantané et en permanence et au plus près de la notion de décision de régénération, avantageusement en demande et en arrêt, permet d'optimiser le compromis entre dilution et filtration et de repousser au juste nécessaire l'appel à de la « protection dilution » active en curatif laquelle implique alors une dégradation accélérée du filtre à particules. En effet, la « protection dilution » n'est que curative car la dilution potentiellement due à la régénération courante n'est pas considérée ici pour empêcher ou repousser la régénération mais c'est seulement l'état de dilution courant qui est utilisé pour ensuite limiter les autres régénérations. [0046] En variante on peut ne pas travailler en critère adimensionnel pt et comparer directement arn/ai à un seuil dimensionnel par exemple en grammes de suies par grammes de carburant lequel peut être cartographié et peut dépendre de la masse de suies intérieures au filtre à particules au moment du début de la régénération et des conditions de roulage moyennées par exemple. [0047] En ce qui concerne le module 6, au lieu de projeter l'introduction prévisionnelle de la régénération si elle était lancée immédiatement, on peut pousser le calcul pour se projeter en termes d'accroissement de dilution prévisionnelle. En effet l'introduction en tant que telle n'est pas mauvaise, c'est la dilution qui peut être responsable de dommage au moteur. [0048] On se sert alors de la projection prévisionnelle de l'introduction pour calculer une dilution prévisionnelle juste après la régénération si la régénération était lancée immédiatement. Les hypothèses simplificatrices sont alors que la masse de lubrifiant ne change pas, une régénération ne durant au maximum que trente minutes, et qu'il n'y a pas d'évaporation pendant la régénération. [0049] On a alors, si d est la dilution courante, L la masse de lubrifiant courante, i la projection courante prévisionnelle d'introduction et D la projection prévisionnelle de dilution après la régénération : D = [L.d +i.(1-d)] / [ L.d + (i+L).(1-d)] et Adoution = D-d [0050] On utilise alors le même système de seuil maximal pour décider la régénération ou non. Le seuil peut éventuellement dépendre de la distance depuis la dernière vidange. Généralement, l'ordre de grandeur d'une dilution autorisée par régénération est de l'ordre de 0.1% à 0.3%. [0051] Il y a également la possibilité d'utiliser d'autres informations que des modèles ou cartographies pour la quantité introduite ou la masse de suies à l'intérieur du filtre à particules. Des capteurs, des modèles plus complexes ou de simples tables à deux dimensions peuvent apporter les informations nécessaires à ce calcul, la stratégie restant identique. [0052] Le fait de repousser la protection dilution active pour les clients qui en ont besoin, notamment les clients urbains, permet de gagner sur différents plans. D'abord, le taux de clients devant revenir en vidange anticipée est réduit à même définition organique de filtre à particules. Ensuite, on obtient une augmentation des intervalles de vidanges. Un autre avantage réside dans le fait de gagner en prix de revient du filtre à particules du fait de la diminution de la taille du filtre à particules si on accepte les mêmes prestations de taux d'anticipation de vidange qu'avant. On obtient en outre une amélioration du coût total de possession du véhicule ou TCO pour « Total Cost Ownership » selon la terminologie anglo-saxonne. Un autre avantage réside dans la protection des composants car la dilution est réduite, d'où une usure des pièces du bloc moteur réduite, et une réduction du vieillissement également. On obtient en outre une diminution possible du cout de l'huile utilisée en première monte. REVENDICATIONS1. Contrôleur de commande de régénération (1,2,...,7) de filtre à particules de véhicule automobile, configuré pour déclencher (5) une régénération en pilotant une introduction de carburant provoquant une élévation de température dans le filtre à particules, le contrôleur de commande de régénération (1,2,...,7) étant configuré pour prendre en compte des conditions de roulage (2) actuelles du véhicule et déterminer si une régénération doit être déclenchée en fonction des conditions de roulage actuelles du véhicule, caractérisé en ce qu'il est configuré pour estimer une quantité actuelle de carburant à introduire (6) pour une régénération du filtre à particules et prendre en compte la quantité actuelle de carburant à introduire pour déterminer si la régénération doit être déclenchée. 2. Contrôleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contrôleur est configuré pour déclencher (5) une régénération si la quantité actuelle de carburant à introduire (6) est inférieure à un seuil. 3. Contrôleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contrôleur prend en compte la quantité actuelle de carburant à introduire (6) en estimant une quantité d'accroissement de dilution de carburant dans une huile moteur due à une introduction de ladite quantité actuelle de carburant à introduire et en déterminant si la régénération doit être déclenchée en fonction de la quantité d'accroissement de dilution ainsi estimée. 4. Contrôleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est configuré pour comparer la quantité d'accroissement de dilution de carburant à un seuil et déclencher la régénération ou non selon que la quantité d'accroissement de dilution est inférieure au seuil ou non. 5. Contrôleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré pour estimer au cours d'une régénération une valeur indicative d'une dérivée mathématique (7) d'une valeur de masse de suie éliminée en tant que fonction de la quantité de carburant introduite, comparer cette valeur indicative de dérivée mathématique (7) de valeur de masse de suie éliminée à un seuil et arrêter la régénération (5) lorsque cette valeur indicative de dérivée mathématique de valeur de masse de suie éliminée est inférieure au seuil. 6. Contrôleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la valeur indicative de dérivée mathématique (7) de la masse de suie éliminée en tant que fonction de la quantité de carburant introduite est égale à un rapport entre une valeur de dérivée mathématique de masse de suie éliminée en tant que fonction de la quantité de carburantintroduite et une valeur maximale atteignable de cette dérivée mathématique de masse de suie éliminée en tant que fonction de la quantité de carburant introduite. 7. Contrôleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré pour estimer une quantité de carburant à introduire (6) pour élever une température du filtre à particules jusqu'à une température de régénération. 8. Contrôleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré pour estimer une quantité de carburant à introduire (6) pour maintenir une température du filtre à particules à une température de régénération pendant une régénération à venir. 9. Contrôleur selon la revendication 7 et la revendication 8 en combinaison, caractérisé en ce qu'il est configuré pour estimer la quantité de carburant à introduire (6) pour régénérer le filtre à particules en additionnant la quantité de carburant à introduire pour élever la température du filtre à particules jusqu'à la température de régénération et la quantité de carburant à introduire pour maintenir la température du filtre à particules à la température de régénération pendant la régénération à venir. 10. Contrôleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré pour estimer la quantité de carburant à introduire (6) pour régénérer le filtre à particules de manière régulière au cours du fonctionnement du véhicule.