Brevet FR3082234A1 — publié le 20191213

Description Titre de l'invention : Procédé et dispositif de gestion d'un filtre à particules d'un moteur à combustion interne Domaine technique [0001] La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de gestion d'un filtre à particules d'un moteur à combustion interne. Plus particulièrement l'invention se rapporte à un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne équipé d'un filtre à particules, selon lequel on détermine la charge du filtre en particules de suite selon un modèle, et par la régénération on diminue la charge du filtre en particules de suie, et on surveille la température du filtre à particules. [0002] L'invention se rapporte également à un dispositif de gestion d'un moteur à combustion interne équipé d'un filtre à particules et qui détermine la charge du filtre en particules de suie à l'aide d'un modèle, selon lequel par la régénération, on diminue la charge en particules de suie du filtre et, on surveille la température du filtre à particules. Technique antérieure [0003] Un tel dispositif de gestion du filtre à particules d'un moteur à combustion interne sont décrite dans le document DE 10 2013 221 598 Al. Ce document présente un moteur à combustion interne comportant un filtre à particules et dans lequel on détermine l'existence ou non d'un filtre à particules en exploitant la température en amont et en aval du filtre à particules. Ce document décrit en outre comment par la régénération du filtre à particules, on diminue le nombre de particules de suie qui encombrent le filtre à particules. La régénération peut se déterminer en exploitant les températures. [0004] BUT DE L'INVENTION [0005] La présente invention a pour but perfectionner ce procédé et ce dispositif et concerne à cet effet un procédé de gestion d'un moteur à combustion interne équipé d'un filtre à particules, [0006] selon lequel on détermine la charge du filtre en particules de suite selon un modèle, [0007] par la régénération, on diminue la charge du filtre en particules de suie, et [0008] on surveille la température du filtre à particules, [0009] ce procédé étant caractérisé en ce que [0010] par la surveillance de la température on détecte une régénération du filtre à particules, et [0011] si le modèle détermine que le filtre à particules est vide (c'est-à-dire si sa charge est nulle) et si en même temps la surveillance de la température détecte une régénération, 2 on constate que le modèle de charge a un défaut et on adapte le fonctionnement du moteur à combustion interne. [0012] L'invention a également pour objet un dispositif de gestion d'un moteur à combustion interne équipé d'un filtre à particules et qui détermine la charge du filtre en particules de suie à l'aide d'un modèle, selon lequel par la régénération, on diminue la charge en particules de suie du filtre et, on surveille la température du filtre à particules, [0013] ce dispositif étant caractérisé en ce que [0014] par la surveillance de la température, on constate qu'il y a une régénération du filtre à particules, et [0015] si le dispositif détermine avec le modèle que le filtre à particules est vide (c'est-à-dire une charge nulle) et si en même temps la surveillance de la température reconnaît une régénération, on constate alors un défaut du modèle de charge et on adapte le fonctionnement du moteur à combustion interne. [0016] Le procédé et le dispositif selon l'invention ont l'avantage, vis-à-vis de l'état de la technique, de détecter un défaut du modèle de la charge du filtre à particules et d'influencer de façon correspondante la commande du moteur à combustion interne. Cela permet d'éviter un défaut de fonctionnement du moteur à combustion interne qui pourrait par exemple endommager le filtre à particules. Seul le procédé et le dispositif améliorent également la sécurité de fonctionnement du moteur à combustion interne équipé d'un filtre à particules. [0017] De façon particulièrement simple, on surveille la température en déterminant et en comparant la température en amont du filtre à particules à celle en aval du filtre à particules. On constate qu'il y a une régénération si la température en aval du filtre à particules est supérieure à celle en amont du filtre à particules. Cette constatation ou détection est seulement intéressante si la température du filtre à particules est suffisamment élevée et que les gaz d'échappement traversant le filtre à particules contiennent de l'oxygène. [0018] Lorsque le moteur à combustion interne fonctionne sous des conditions variables telles que par exemple celles d'un moteur de véhicule automobile, on ne peut pas toujours trouver la régénération en s'appuyant sur l'exploitation de la température. Le modèle de la charge du filtre à particules suppose ainsi qu'il se fait toujours une régénération si la température du filtre à particules dépasse un seuil et que le filtre à particules est traversé par de l'oxygène dans les gaz d'échappement. [0019] Comme le modèle de la charge du filtre à particules suppose une intégration ou sommation des particules de suie dans le filtre à particules du moteur, et aussi que la régénération réduit les particules dans le filtre, ce modèle est sensible vis-à-vis des petites imprécisions qui se cumulent au cours du temps. Ainsi en cas de défaut du 3 modèle qui aurait été constaté, il faut prendre des mesures pour constater la charge effective du filtre à particules. Pour cela, on suppose une charge de sécurité et on effectue une régénération jusqu'à ce que cette charge de sécurité soit éliminée du filtre à particules. Une charge de sécurité suffisamment grande garantit qu'après son élimination il n'y aura effectivement plus de charge de particules de suie dans le filtre. Si de plus on relève la température de sécurité, cela garantit que même pour une répartition irrégulière de la température dans le filtre à particules, toutes les zones du filtre à particules seront concernées par ce procédé de régénération. En outre le fonctionnement du moteur à combustion interne sera adapté de façon de façon qu'aussi longtemps qu'il n'y a pas de régénération de la charge de sécurité, le mode de fonctionnement poussé du moteur à combustion sera interdit. Cela garantit que le mode de fonctionnement en poussée ne produit pas une génération incontrôlée qui pourrait se traduire par un endommagement du filtre à particules. [0020] Suivant une autre caractéristique avantageuse pour la surveillance de la température, on détermine la température en amont du filtre à particules et la température en aval de celui-ci, on les compare et on constate qu'il y a une régénération si la température en aval du filtre à particules est supérieure à la température en amont du filtre à particules. [0021] Suivant une autre caractéristique avantageuse on ne constate une régénération par la surveillance de la température seulement si la température du filtre à particules est suffisamment élevée et s'il y a une quantité suffisante d'oxygène dans les gaz d'échappement traversant le filtre à particules. [0022] Suivant une autre caractéristique avantageuse le modèle détermine la charge du filtre en particules de suie en ce que par les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne, il détermine la formation et le dépôt de particules de suie dans le filtre à particules, et par la régénération on diminue la charge du filtre à particules, et [0023] on constate une régénération si la température du filtre à particules dépasse un seuil et si en même temps de l'oxygène est introduit dans le filtre à particules. [0024] Suivant une autre caractéristique avantageuse en constatant un défaut du modèle de charge, on fixe la charge du filtre à particules à une charge de sécurité et en ce qu'on effectue une régénération jusqu'à l'élimination de la charge de sécurité dans le filtre à particules. [0025] Suivant une autre caractéristique avantageuse la régénération pour éliminer la charge de sécurité utilise une température de sécurité supérieure au seuil de la température à partir de laquelle on suppose qu'il y a normalement une régénération. [0026] Suivant une autre caractéristique avantageuse en ayant constaté un défaut du modèle de charge, on interdit le mode de fonctionnement poussé du moteur à combustion interne jusqu'à ce que la charge de sécurité soit éliminée du filtre à particules. [0027] BREVE DESCRIPTION D'UN DESSIN 4 [0028] La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'un exemple de procédé de gestion d'un moteur à combustion interne équipé d'un filtre à particule, représentés dans le dessin annexé dans lequel : [0029] [fig.1] montre un moteur à combustion interne équipé d'un filtre à particules. [0030] DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION [0031] La figure unique montre schématiquement un moteur à combustion interne 1 équipé d'un filtre à particules 2. Dans le moteur à combustion interne 1, l'opération de combustion dans la chambre de combustion formée par le piston et le cylindre, produit par la combustion du carburant, par exemple de l'essence, une énergie mécanique. Les gaz d'échappement de cette combustion alimentent un catalyseur 3 par la conduite des gaz d'échappement 11. Le catalyseur 3 est par exemple un catalyseur classique à trois voies qui transforme différents composants nocifs des gaz d'échappements tels que CO, (monoxyde de carbone) HC (hydrocarbures) et NOx (oxydes d'azote) en des gaz non nocifs. Le catalyseur 3 est relié au filtre à particules 2 par une conduite intermédiaire de gaz d'échappement 12. Le filtre à particules 2 sépare les particules notamment les particules de suie des gaz d'échappement. Après la traversée du filtre à particules 2, les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 1 arrivent dans l'environnement par la conduite de gaz d'échappement 13. Ainsi les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 1 traversent tout d'abord le catalyseur 3 puis le filtre à particules 2 ; le catalyseur 3 neutralise les composants nocifs des gaz d'échappement et le filtre à particules 2 sépare les particules contenues dans les gaz d'échappement. Les gaz d'échappement ainsi évacués par la conduite de gaz d'échappement 13 ne comportent pratiquement aucune matière nocive. [0032] La conduite intermédiaire des gaz d'échappement 12 comporte un capteur de tem- pérature 21. De même, la conduite des gaz d'échappement 13 comporte un autre capteur de température 22 et un capteur d'oxygène ou sonde lambda 23. Les signaux des capteurs 21, 22, 23 sont fournis à un appareil de commande 24 pour être traités et servir à la commande du moteur à combustion interne 1. [0033] Le moteur à combustion interne 1 est un moteur à essence ou un moteur diesel ou moteur à combustion de gaz ; de tels moteurs sont connus de façon générale. Les détails de la réalisation de tels moteurs à combustion interne ne sont pas explicités dans la présente description. L'appareil de commande 24 permet de régler tous les paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 1 correspondant au fonctionnement du moteur. [0034] Le filtre à particules 2 a pour fonction de séparer les particules générées par la combustion dans le moteur à combustion interne 1 pour que ces particules n'arrivent pas dans l'environnement. [0035] De façon générale les particules sont des particules de suie c'est-à-dire de carbone. Les particules de suie se déposent dans le filtre à particules 2 et constituent la charge du filtre à particules 2. La quantité de particules de suie ainsi dégagée est tellement importante qu'en calculant selon la durée de vie du moteur à combustion interne 1, le filtre à particules 2 serait chargé par une quantité de particules de suie telle qu'il ne pourrait plus assurer sa fonction. Mais comme les particules sont principalement du carbone, on peut les éliminer par une régénération. Lors d'une telle régénération, les gaz d'échappement traversant le filtre à particules 2 contiennent encore de l'oxygène réagissant avec le carbone des particules de suie et le transformant en gaz, à savoir du dioxyde de carbone CO2. Ce procédé de régénération consiste ainsi à brûler les particules de suie avec de l'oxygène. Pour permettre cette réaction il faut que la température dans le filtre à particules 2 soit suffisamment élevée. Habituellement on pourra voir un tel procédé d'oxydation des particules de suie si le filtre à particules 2 dépasse une température de 600°C et si les gaz d'échappement contiennent encore de l'oxygène. [0036] Un tel procédé de régénération ne peut se faire de lui-même dans le cadre du fonc- tionnement normal du moteur à combustion interne 1 à cause des paramètres de fonctionnement du moteur à combustion interne 1. Une telle « régénération passive » se produit notamment si le moteur à combustion 1 est celui d'un véhicule automobile. Du fait de la variation permanente de la charge et de la vitesse de rotation du moteur à combustion interne, cela se traduit souvent automatiquement par de telles phases de régénération passive. [0037] En variante il est également possible d'effectuer une « régénération active ». Pour cela on fait fonctionner le moteur à combustion interne de manière active à l'aide de l'appareil de commande 24 pour créer les conditions dans le filtre à particules 2 c'est-à-dire une température suffisamment élevée et une quantité suffisante d'oxygène. Une telle régénération active sera faite notamment en cas de très fortes charges du filtre à particules 2 et d'un risque de défaillance du filtre à particules 2 à cause de sa trop forte charge en particules de suie ou encore à cause de la contre pression élevée qui s'établit lors de la traversée du filtre à particules 2 créant des limitations de fonctionnement au moteur à combustion interne 1. En effet si une quantité trop importante de particules s'accumule dans le filtre à particules 2, cela empêche le passage des gaz d'échappement à travers le filtre à particules 2 et ne permet l'évacuation des gaz d'échappement du moteur à combustion interne 1. La difficulté est que cette régénération active peut se faire très simplement dans certaines conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne 1 (par exemple pour une charge élevée et une vitesse de rotation élevée) alors que dans d'autres conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne 1, cette opération n'est que très difficile à réaliser (faible charge et faible vitesse de rotation). 6 [0038] Pour décider s'il faut lancer une régénération active, il est ainsi nécessaire pour décider le lancement d'une régénération active, de connaître le degré de charge du filtre 2 avec des particules de suie. Cela se fait à l'aide d'un modèle dans lequel on prend en compte les états de fonctionnement en continu dans le moteur à combustion interne 1 en fonction du temps. On connaît les conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne et les particules générées ainsi que la fraction de ces particules qui sera retenue par le filtre à particules 2. En considérant les conditions de fonctionnement selon le temps de cycle du moteur à combustion interne 1 et en intégrant ou en faisant la somme des particules ainsi générées, on peut déterminer la quantité de particules arrivant dans le filtre à particules 2 et qui y sont retenues. En outre, à partir des conditions de fonctionnement du moteur à combustion interne 1, on peut déterminer quand se fait une régénération passive du filtre à particules 2 et quand il faut en éliminer la quantité de particules. Un tel modèle de calcul permet ainsi de déterminer la charge du filtre à particules. Comme il s'agit d'un procédé de soustraction avec sommation ou addition en fonction du temps, on aura une accumulation des petites imprécisions du modèle en fonction du temps. Un tel modèle présente ainsi le risque de fournir à long terme une mesure irréaliste de la charge du filtre à particules 2. [0039] Il est toutefois possible notamment à partir des valeurs de mesure fournies par le capteur de température 21 en amont du filtre à particules 2 et du capteur de température 22 en aval du filtre à particules 2, d'obtenir pour certains états de fonctionnement du moteur à combustion interne, une information concernant l'état de charge du filtre à particules 2. De telles mesures peuvent alors servir pour contrôler la validité du modèle donnant la charge. Un tel état de fonctionnement existe lorsque le moteur à combustion interne fonctionne en poussée. Ce mode de poussée est l'état de fonctionnement dans lequel l'injection de carburant dans le moteur 1 est coupée, par exemple parce que le moteur à combustion interne 1 du véhicule ne reçoit aucune demande de coupe ou de puissance que devrait fournir le moteur à combustion interne 1. Le véhicule roule ainsi sous l'effet de son énergie cinétique, simplement sans injection de carburant ; le moteur à combustion interne 1 émet alors seulement de l'air vierge par dans le système de gaz d'échappement. Dans ces conditions une quantité importante d'oxygène est pompée dans le filtre à particules 2 et dans la mesure où le filtre à particules 2 contient encore des particules de suie et que la température de fonctionnement du filtre à particules 2 est suffisamment élevée, on aura une combustion spontanée très rapide. [0040] Cet état de fonctionnement est ainsi caractérisé en ce que la température au niveau d'un premier capteur de température 21 la température décroit et qu'au niveau d'un second capteur de température 22 elle augmente du fait de la combustion des particules de suie dans le filtre à particules 2. Dans un tel état de fonctionnement, on aura une ré- 7 génération passive du filtre à particules 2 en s'appuyant sur les mesures fournies par les capteurs de température 21, 22, et cette combustion est claire et sans équivoque. Si sur le fondement du modèle dans le filtre à particules 2 on suppose une charge nulle et bien qu'il s'effectue une régénération, on constatera sans équivoque que le modèle a un défaut. [0041] En outre le modèle pourrait constater qu'il n'a qu'une très faible charge qui devrait être complètement brûlée en un temps très court du fait du branchement en charge de poussée. Cela signifie qu'après la mise en oeuvre du mode de poussée, la combustion des particules dans le filtre 2 devraient être terminée très rapidement par exemple après deux secondes car la charge devrait être revenue à zéro. Mais si des réactions isothermiques se produisant dans le filtre à particules 2 cela devrait se traduire par une combustion plus longue des particules de suie, et on considèrera qu'il y a également un défaut du modèle de charge. Une coupure de poussée ne peut n'être prévue de façon générale, que si la charge du filtre à particules 2 est pratiquement nulle ou très faible. Comme l'évolution de la combustion des particules de suie est mouvementée alors que la poussée est coupée, celle-ci ne sera, de manière générale, autorisée que s'il n'y a pas de particules de suie ou très peu de particules de suie dans le filtre à particules 2. [0042] Si l'on constate un tel défaut du modèle pour la charge du filtre à particules 2, il faut prendre des mesures pour protéger le moteur à combustion interne 1 ou le filtre à particules 2. Une mesure simple consiste à supposer qu'il y a une charge de sécurité lorsqu'un tel défaut du modèle de la charge du filtre à particules est détecté. Le modèle de la charge du filtre à particules sera alors fixé à une valeur de sécurité, c'est-à-dire une charge de sécurité et cette valeur est choisie suffisamment élevée. Une valeur typique serait par exemple une charge de sécurité de 50% de la charge maximale autorisée du filtre à particules 2. Cette charge de sécurité crée un besoin urgent de régénération du filtre à particules 2. La régénération s'effectue alors jusqu'à ce que cette charge de sécurité soit éliminée du filtre à particules. Cette régénération peut se faire de façon passive ou active. Ce n'est que lorsque cette charge de sécurité est éliminée du filtre à particules que le moteur à combustion interne pourra revenir au mode de fonctionnement normal. [0043] Comme autre mesure, la température de la régénération est fixée à une valeur plus élevée, à savoir la température de sécurité. Il est connu que pour une température de 600°C dans le filtre à particules et une offre d'oxygène, on aura la régénération. Mais on ne connaît pas de manière précise la répartition de la température dans le filtre à particules de sorte qu'il est notamment possible que cette température de 600°C n'existe que dans une zone centrale traversée d'une manière particulièrement forte par les gaz d'échappement alors que dans les zones extérieures du filtre à particules 2, la température nécessaire à la régénération n'est pas garantie. Bien que le modèle 8 suppose une régénération normale, la combustion des particules de suie dans les zones marginales du filtre à particules 2 ne sera que retardée ou insuffisante. Pour garantir une régénération totale de la charge de sécurité, il faudra utiliser pour cet état de fonctionnement non pas la température normale, c'est-à-dire la température utilisée normalement pour la régénération du filtre à particules 2, mais une température plus élevée, à savoir la température de sécurité. En utilisant cette température de sécurité on garantit que la température nécessaire à la régénération sera atteinte dans toutes les zones du filtre à particules 2. Cela garantit la régénération totale dans toutes les zones en particulier également dans les zones thermiquement plus froides du filtre à particules 2. [0044] En outre, naturellement lors de la détection d'un défaut du modèle, le mode de fonc- tionnement poussé du moteur à combustion interne sera interdit car il n'est pas souhaitable d'avoir une combustion incontrôlée des particules de suie dans le filtre à particules 2 comme cela se produit dans le mode de fonctionnement poussé. Pour un tel mode de fonctionnement poussé on ne peut contrôler la vitesse de combustion ce qui peut se traduire par une surchauffe inacceptable du filtre à particules 2 et ainsi à son endommagement. [0045] A côté de l'interdiction du mode de fonctionnement poussé, il y a également d'autres étapes de fonctionnement qui ne sont plus autorisées en cas de défaut du modèle de charge du filtre à particules 2. En particulier pour le catalyseur 3, on prévoit un état de fonctionnement de test pour analyser la capacité d'accumulation d'oxygène OSC du catalyseur 3. Pour cela on fait fonctionner le moteur à combustion interne 1 pour faire passer des gaz d'échappement contenant de l'oxygène à travers le catalyseur 3 et vérifier à quel moment un signal de teneur en oxygène correspondant, apparaitra sur la sonde lambda 23. Un tel mode de fonctionnement n'est naturellement autorisé que si l'oxygène éventuellement contenu dans les gaz d'échappement n'est pas éliminé par la régénération du filtre à particules 2. Un tel mode de test n'est autorisé que s'il est garanti que le filtre à particules 2 ne contient aucune particule de suie ou si la température de fonctionnement du filtre à particules 2 est tellement faible qu'il ne peut y avoir régénération dans le filtre à particules 2. [0046] NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX [0047] 1 Moteur à combustion interne [0048] 2 Filtre à particules [0049] 3 Catalyseur [0050] 11 Conduite de gaz d'échappement [0051] 12 Conduite intermédiaire de gaz d'échappement [0052] 13 Conduite de gaz d'échappement [0053] 23 Sonde lambda [0054] 21 Capteur de température en amont du filtre à particules [0055] 22 Capteur de température en aval du filtre à particules [0056] 24 Appareil de commande [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]