Brevet FR3072721A1 — publié le 20190426

PROCÉDÉ D'ESTIMATON D'UN CHARGEMENT EN SUIES D'UN FILTRE À PARTICULES DE MOTEUR THERMIQUE [0001] L'invention porte sur un procédé d'estimation d'un chargement en suies d'un filtre à particules de moteur thermique. L'invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique, notamment de véhicule automobile. [0002] Lors de la combustion d'un mélange d'air et de carburant dans un moteur thermique, des polluants peuvent être émis dans la ligne d'échappement du moteur. Ces polluants sont principalement des hydrocarbures imbrûlés (HO), des oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2) et des oxydes de carbone (dont le monoxyde de carbone CO). [0003] Les normes environnementales en matière de dépollution des gaz d'échappement imposent l'installation de systèmes de post-traitement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement des moteurs. La ligne d'échappement d'un moteur est donc généralement au moins munie d'un catalyseur, par exemple un catalyseur à trois voies, permettant la réduction des oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, l'oxydation des monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau. [0004] Des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone peuvent également être émises. Pour les piéger, on prévoit généralement un filtre à particules constitué d'une matrice minérale, de type céramique, de structure alvéolaire, définissant des canaux disposés sensiblement parallèlement à la direction générale d'écoulement des gaz d'échappement dans le filtre, et alternativement obturés du côté de la face d'entrée des gaz du filtre et du côté de la face de sortie des gaz du filtre, comme cela est décrit dans le document EP2426326. [0005] Le filtre à particules nécessite des régénérations régulières pour ne pas être surchargé. Ces régénérations ont lieu en présence de thermique et d'oxygène. Pour un moteur à essence, une zone importante de fonctionnement moteur permet d'apporter la thermique nécessaire et l'oxygène peut être apporté par des coupures d'injection lors de relâchements de la pédale d'accélération ou lors des passages de rapport. 2 [0006] Toutefois, il peut exister des situations pour lesquelles les conditions de régénération du filtre ne sont pas réunies, soit du fait d'un profil de roulage trop basse vitesse ne permettant pas d'atteindre la thermique nécessaire à la régénération du filtre à particules, soit du fait de la multiplicité de roulages courts, générant des émissions de particules 5 supérieures à la capacité de régénération du filtre à particules (dans le temps durant lequel les conditions sont réunies). [0007] Les profils de roulage de tels conducteurs peuvent générer, du fait d'une mauvaise estimation de la quantité de suies stockée par le filtre à particules, de fausses détections d'une défaillance du filtre à particules, notamment un colmatage. On rappelle que le 10 colmatage du filtre à particules correspond à un seuil d'encrassement tel qu'il n'est pas possible d'utiliser le filtre à particules sans risquer sa détérioration en cas de combustion non maîtrisée des suies. Une fausse détection d'un colmatage du filtre à particules engendre des opérations de maintenance coûteuses pour le conducteur, dans la mesure où elle impose la réalisation d'une régénération du filtre à l'aide d'outils dédiés voire un changement 15 de la ligne d'échappement du véhicule automobile. [0008] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé d'estimation d'un chargement en suies d'un filtre à particules de moteur thermique relié à une ligne d'échappement, caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape de mesure ou d'estimation d'un débit des gaz d'échappement, et 20 - une étape de sélection d'une stratégie d'estimation du chargement en suies du filtre à particules en fonction du débit des gaz d'échappement mesuré ou estimé. [0009] L'invention permet ainsi, grâce à l'adaptation de la stratégie d'estimation du chargement en suies en fonction du débit des gaz d'échappement, de détecter de façon robuste l'état de colmatage du filtre à particules et donc de diminuer le taux de fausses 25 détections. Cela se traduit par un gain en qualité vis-à-vis du conducteur, ainsi que par une réduction des coûts associés aux opérations de maintenance. [0010] Selon une mise en oeuvre, dans le cas où le débit des gaz d'échappement est inférieur à un seuil minimum calibrable, ledit procédé comporte une étape de sélection d'une stratégie d'estimation du chargement en suies du filtre à particules basée sur un estimateur en boucle ouverte d'émission de particules en sortie du moteur thermique. [0011] Selon une mise en oeuvre, dans le cas où le débit des gaz d'échappement est compris entre un seuil minimum calibrable et un seuil maximum calibrable, ledit procédé 3 comporte une étape de sélection d'une stratégie d'estimation du chargement en suies du filtre à particules basée sur un estimateur en boucle ouverte d'émission de particules en sortie du moteur thermique, une valeur de chargement en suies retournée par ledit estimateur étant mise à jour par une valeur de chargement en suies estimée à partir d'une 5 mesure d'une différence de pression aux bornes du filtre à particules. [0012] Selon une mise en oeuvre, dans le cas où le débit des gaz d'échappement est supérieur à un seuil maximum calibrable, ledit procédé comporte une étape de sélection d'une stratégie d'estimation du chargement en suies du filtre à particules basée sur un estimateur en boucle ouverte saturé lorsque ledit estimateur retourne une valeur proche 10 d'un seuil de chargement critique correspondant notamment à une surcharge ou à un colmatage du filtre à particules, un dépassement d'un seuil de chargement critique étant détecté lorsqu'une différence de pression aux bornes du filtre à particules dépasse une valeur seuil correspondant à ce seuil de chargement critique. [0013] Selon une mise en oeuvre, la valeur seuil correspondant au seuil de chargement 15 critique est non linéaire en fonction du débit des gaz d'échappement. [0014] Selon une mise en oeuvre, l'estimateur des émissions des particules en sortie du moteur thermique est basé sur l'utilisation d'une cartographie fournissant un niveau d'émission de base de particules en fonction d'un point de fonctionnement, ledit niveau d'émission de base de particules étant corrigé par un facteur de correction. 20 [0015] Selon une mise en oeuvre, le facteur de correction dépend d'au moins un paramètre parmi: une température de liquide de refroidissement, une température d'admission du moteur thermique, et une température extérieure. [0016] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé d'estimation d'un 25 chargement en suies d'un filtre à particules de moteur thermique tel que précédemment défini. [0017] L'invention concerne en outre un moteur thermique, notamment pour véhicule automobile, comportant un calculateur moteur tel que précédemment défini. [0018] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen 30 des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 4 [0019] La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur thermique avec lequel est mis en oeuvre le procédé d'estimation d'un chargement en suies d'un filtre à particules de moteur thermique selon la présente invention; [0020] La figure 2 est une représentation graphique illustrant les plages de débit volumique 5 des gaz d'échappement traversant le filtre à particules correspondant aux différentes stratégies d'estimation de chargement en suies selon l'invention ; [0021] Les figures 3a à 3c montrent des représentations graphiques de l'évolution, en fonction du temps, du débit des gaz d'échappement, du chargement réel en suies, et du chargement estimé en suies correspondant pour les différentes stratégies mises en oeuvre 10 dans le procédé selon l'invention. [0022] Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. [0023] La figure 1 représente un moteur thermique 10, par exemple un moteur à essence, notamment destiné à équiper un véhicule automobile. Le moteur thermique 10 est relié à 15 une ligne d'échappement 12 pour l'évacuation des gaz brûlés produits par le fonctionnement du moteur thermique 10. [0024] La ligne d'échappement 12 comprend un organe 14 de dépollution de polluant gazeux, par exemple un catalyseur d'oxydation, ou un catalyseur trois-voies. Le catalyseur trois voies 14 permet notamment de réduire les oxydes d'azote en azote et en dioxyde de 20 carbone, d'oxyder les monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et les hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau. [0025] En outre, un filtre à particules 16 permet de filtrer des particules de suies dans les gaz d'échappement du moteur thermique 10. Le filtre à particules 16 est adapté à la filtration de particules de suies provenant de la combustion d'essence. Ce filtre 16 est appelé en 25 anglais "Gasoline Particulate Filter" abrégé en GPF. [0026] Dans le filtre à particules 16, les gaz d'échappement traversent la matière composant le filtre à particules 16. Ainsi, lorsque le filtre à particules 16 est formé de canaux, chacun de ces canaux comprend une extrémité bouchée, de sorte que les gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre à particules 16 passent de canaux en canaux, en 30 traversant les parois des différents canaux pour sortir du filtre à particules 16. Le filtre à particules 16 pourra être à base d'une matrice céramique poreuse, par exemple en 5 cordiérite, mullite, titanate d'aluminium ou carbure de silicium. S'il y a lieu, l'organe de dépollution 14 et le filtre à particules 16 pourront être implantés à l'intérieur d'une même enveloppe. [0027] La ligne d'échappement 12 est également munie de deux capteurs 18, 19 de 5 mesure de pression. Un des capteurs 18 est disposé en amont du filtre à particules 16 et l'autre capteur 19 est disposé en aval du filtre à particules 16. Les capteurs 18, 19 de mesure de pression permettent de mesurer une différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 16, dite différence de pression dP aux bornes du filtre à particules, à partir de laquelle il est possible, dans certaines conditions de fonctionnement du moteur 10 thermique, de déduire une quantité de particules accumulées, c'est-à-dire un chargement en suies du filtre à particules 16, comme cela est expliqué plus en détails ci-après. [0028] Un calculateur 22 est également prévu pour assurer le pilotage du fonctionnement du moteur thermique 10. Ce calculateur 22 comprend une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé d'estimation d'un chargement en suies du filtre 15 à particules 16 selon l'invention décrit ci-après en référence avec les figures 2 et 3a à 3c. [0029] Ce procédé est basé sur la sélection d'une stratégie d'estimation du chargement en suies du filtre à particules 16 en fonction du débit volumique des gaz d'échappement Deb ech mesuré ou estimé par le calculateur moteur 22. Le débit volumique des gaz Deb ech est avantageusement estimé à partir d'une mesure du débit massique effectuée 20 par un capteur implantée dans la ligne d'échappement 12, une température en amont du filtre à particules 16, ainsi qu'une pression absolue en amont du filtre à particules 16. [0030] Pour des profils de conduite urbains critiques suivant lesquels un débit des gaz d'échappement Deb ech est faible, c'est-à-dire inférieur à un débit minimum calibrable Qmin par exemple de l'ordre de 0.02m3/s (on entend par "de l'ordre de" une variation de 25 plus ou moins 15% autour de cette valeur), la mesure de la différence de pression dP aux bornes du filtre 16 n'est pas robuste et n'est donc pas exploitée par le calculateur moteur pour déterminer le chargement en suies. Dans ce cas, la stratégie Strat 1 est mise en oeuvre. Suivant cette stratégie Strat 1, un estimateur en boucle ouverte estime le chargement à partir de l'estimation des particules en sortie du moteur en considérant 30 l'hypothèse que toutes les suies sont stockées dans le filtre à particules 16. [0031] Plus précisément, cet estimateur est basé sur l'utilisation d'une cartographie fournissant un niveau d'émission de base en fonction d'un point de fonctionnement du 6 moteur thermique défini par un régime et une charge du moteur thermique. Le niveau d'émission de base est corrigé par un facteur de correction. Le facteur de correction dépend d'au moins un paramètre parmi: une température de liquide de refroidissement, une température d'admission du moteur thermique 10, et une température extérieure. Ces 5 informations proviennent du calculateur moteur. [0032] La figure 3a montre des représentations graphiques de l'évolution, en fonction du temps, du débit des gaz d'échappement Deb ch, du chargement réel en suies Ch r, et du chargement estimé en suies Ch est lors de la mise en oeuvre de la stratégie Strat 1. [0033] Ainsi, le débit des gaz d'échappement Deb ech étant inférieur à Qmin, l'estimateur 10 en boucle ouverte est activé à l'instant tO. On remarque qu'il existe un léger écart entre le chargement en suies réel Oh _r et le chargement en suie estimé Ch est. Ainsi, le dépassement du seuil de surcharge Si est détecté par le calculateur moteur à l'instant t1 alors que ce dépassement se produit en réalité à l'instant t1'. Le dépassement du seuil de colmatage S2 supérieur au seuil Si est détecté à l'instant t2 alors que ce dépassement se 15 produit en réalité à l'instant t2'. Les seuils de surcharge Si et de colmatage S2 sont respectivement fixés à 5g et 15g de suies dans le filtre à particules 16. [0034] Pour des profils urbains roulants suivant lesquels le débit des gaz d'échappement Deb ech est compris entre le débit minimum calibrable Qmin et un débit maximum calibrable Qmax par exemple de l'ordre de 0.08m3/s (on entend par "de l'ordre de" une 20 variation de plus ou moins 15% autour de cette valeur), une stratégie Strat 2 est mise en oeuvre. Suivant cette stratégie Strat 2, l'estimateur en boucle ouverte continue à estimer le chargement du filtre 16. La valeur retournée par l'estimateur est toutefois mise à jour régulièrement par une valeur de chargement en suies estimée à partir d'une mesure d'une différence de pression dP aux bornes du filtre à particules 16. 25 [0035] Les conditions de mise à jour de l'estimateur dépendent du profil de conduite. Ainsi, pour un profil dynamique, la mise à jour est longue du fait du filtrage de mesures aberrantes; tandis que pour un profil stabilisé la mise à jour est relativement plus rapide. [0036] Cette stratégie Strat 2 est restreinte à une fenêtre de débit volumique des gaz d'échappement restreinte entre les valeurs Qmin et Qmax dans laquelle la relation entre la 30 contrepression et le débit volumique des gaz est linéaire. En dehors de cette fenêtre, la mise à jour n'est pas robuste car il n'existe plus de relation linéaire entre ces deux paramètres. 7 [0037] La figure 3b montre des représentations graphiques de l'évolution, en fonction du temps, du débit des gaz d'échappement Deb ch, du chargement réel en suies Ch r, et du chargement estimé en suies Ch est suite à l'activation de la stratégie Strat 2. [0038] Plus précisément, le débit des gaz d'échappement Deb ech étant inférieur à Qmin 5 entre les instants ta et t1, l'estimateur en boucle ouverte est activé suivant la stratégie Strat 1. Lorsque, à partir de l'instant t1, le débit des gaz d'échappement Deb ech est compris entre Qmin et Qmax, l'estimateur en boucle ouverte reste activé et il est mis à jour régulièrement suivant la stratégie Strat 2 aux instants t2, t4, t5, t6, t7, t8 par la corrélation entre la différence de pression dP aux bornes du filtre à particules 16 et un chargement en 10 suies correspondant. [0039] Pour des profils de roulage autoroutier suivant lesquels le débit des gaz d'échappement Deb ech est supérieur au débit maximum Qmax, une stratégie Strat 3 est mise en oeuvre. Cette stratégie Strat 3 est basée sur une comparaison de la différence de pression dP aux bornes du filtre 16 mesurée et un seuil de contrepression qui n'est pas 15 linéaire en fonction du débit volumique des gaz. [0040] Plus précisément, l'estimateur en boucle ouverte continue à estimer le chargement et est saturé lorsqu'il retourne une valeur proche d'un seuil de chargement critique. On définit par exemple le seuil de chargement critique Si pour la surcharge, et le seuil de chargement critique S2 pour le colmatage. On considère qu'une valeur estimée de 20 chargement est proche d'un seuil de chargement critique Si, S2 lorsqu'elle atteint un seuil S1-X, S2-Y compris entre 70% et 95% de cette valeur seuil Si, S2. [0041] Le dépassement du seuil de chargement critique Si, S2 est détecté lorsqu'une différence de pression dP aux bornes du filtre 16 dépasse une valeur seuil correspondant au seuil de chargement critique Si, S2. Cette valeur seuil est non linéaire en fonction du 25 débit volumique des gaz d'échappement. [0042] De cette façon, pour des conditions de débits importants des gaz d'échappement, la boucle ouverte ne peut pas détecter une surcharge ou un colmatage du filtre 16 tant que la stratégie Strat 3 ne l'a pas détecté via une mesure de différence de pression dP aux bornes du filtre à particules 16. 8 [0043] La figure 3c montre des représentations graphiques de l'évolution, en fonction du temps, du débit des gaz d'échappement Deb ch, du chargement réel en suies Ch r, et du chargement estimé en suies Ch est suite à l'activation de la stratégie Strat 3. [0044] Plus précisément, le débit des gaz d'échappement Deb ech étant inférieur à Qmin 5 entre les instants ta et t1, l'estimateur en boucle ouverte est activé suivant la stratégie Strat 1. [0045] Lorsqu'a partir de l'instant t1, le débit des gaz d'échappement Deb ech dépasse la valeur Qmax, la stratégie Strat 3 est activée de sorte que le chargement estimé Ch est est saturé à l'instant t2 car l'estimateur a retourné une valeur de chargement en suies Ch est 10 atteignant S1-X mais les valeurs de différence de pression dP aux bornes du filtre à particules 16 correspondent à des chargements en suies Diag dp inférieurs au seuil critique de surcharge Si. [0046] Le chargement estimé Ch est est saturé jusqu'à l'instant t3 à partir duquel les valeurs de différence de pression dP aux bornes du filtre à particules 16 correspondent à 15 des chargements en suies Diag dp supérieurs au seuil critique de surcharge Si. [0047] L'estimateur en boucle ouverte est alors réactivée jusqu'à l'instant t4 où il est de nouveau saturé, car l'estimateur a retourné une valeur de chargement en suies Ch est atteignant S2-X mais les valeurs de différence de pression dP aux bornes du filtre à particules 16 correspondent à des chargements en suies Diag dp inférieurs au seuil critique 20 de colmatage S2. [0048] A l'instant t5, l'estimateur en boucle ouverte est réactivé suivant la stratégie Strat 1 car le débit des gaz d'échappement REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation d'un chargement en suies d'un filtre à particules (16) de moteur thermique (10) relié à une ligne d'échappement (12), caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape de mesure ou d'estimation d'un débit des gaz d'échappement (Deb ech), et - une étape de sélection d'une stratégie d'estimation (Strat 1, Strat 2, Strat 3) du chargement en suies du filtre à particules (16) en fonction du débit des gaz d'échappement (Deb ech) mesuré ou estimé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où le débit des gaz d'échappement (Deb ech) est inférieur à un seuil minimum calibrable (Qmin), ledit procédé comporte une étape de sélection d'une stratégie d'estimation (Strat 1) du chargement en suies du filtre à particules (16) basée sur un estimateur en boucle ouverte d'émission de particules en sortie du moteur thermique (10). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le cas où le débit des gaz d'échappement (Deb ech) est compris entre un seuil minimum calibrable (Qmin) et un seuil maximum calibrable (Qmax), ledit procédé comporte une étape de sélection d'une stratégie d'estimation (Strat 2) du chargement en suies du filtre à particules (16) basée sur un estimateur en boucle ouverte d'émission de particules en sortie du moteur thermique (10), une valeur de chargement en suies retournée par ledit estimateur étant mise à jour par une valeur de chargement en suies estimée à partir d'une mesure d'une différence de pression (dP) aux bornes du filtre à particules (16). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, dans le cas où le débit des gaz d'échappement (Deb ech) est supérieur à un seuil maximum calibrable (Qmax), ledit procédé comporte une étape de sélection d'une stratégie d'estimation (Strat 3) du chargement en suies du filtre à particules (16) basée sur un estimateur en boucle ouverte saturé lorsque ledit estimateur retourne une valeur proche d'un seuil de chargement critique (Si, S2) correspondant notamment à une surcharge ou à un colmatage du filtre à particules (16), un dépassement d'un seuil de chargement critique (51, S2) étant détecté lorsqu'une différence de pression (dP) aux bornes du filtre à particules (16) dépasse une valeur seuil correspondant à ce seuil de chargement critique (51, S2). 10 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la valeur seuil correspondant au seuil de chargement critique (Si, S2) est non linéaire en fonction du débit des gaz d'échappement (Deb ech). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que 5 l'estimateur des émissions des particules en sortie du moteur thermique (10) est basé sur l'utilisation d'une cartographie fournissant un niveau d'émission de base de particules en fonction d'un point de fonctionnement, ledit niveau d'émission de base de particules étant corrigé par un facteur de correction. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le facteur de correction 10 dépend d'au moins un paramètre parmi: une température de liquide de refroidissement, une température d'admission du moteur thermique (10), et une température extérieure. 8. Calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé d'estimation d'un chargement en suies d'un filtre à particules (16) de moteur thermique (10) tel que défini selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes. 9. Moteur thermique (10), notamment pour véhicule automobile, comportant un calculateur moteur (22) tel que défini selon la revendication 8.