Brevet FR3107555A1 — publié le 20210827

L’invention a pour objet un procédé de contrôle de régénération d’un filtre à particules (6.2) d’une ligne d’échappement (6) d’un moteur à combustion (4), comprenant les étapes suivantes: démarrage de la régénération; régénération par injection de carburant en fin de cycles du moteur à combustion de manière à provoquer une réaction exothermique dans la ligne d’échappement en amont du filtre à particules (6.2) et brûler les particules de suie accumulées dans ledit filtre à particules (6.2); arrêt de la régénération; l’étape est exécutée lorsque la première des deux conditions suivantes est remplie: la quantité de carburant injecté durant l’étape atteint une valeur maximale; et une efficacité calculée de régénération durant l’étape atteint une valeur minimale prédéterminée. Figure 1 OPTIMISATION D’ARRÊT DE RÉGÉNÉRATION DE FILTRE À PARTICULES L’invention a trait au domaine des véhicules automobiles avec moteur thermique, plus particulièrement de la régénération de filtres à particules de véhicules automobiles. Les véhicules automobiles avec moteur à combustion, en particulier à carburant du type gasoil mais aussi à carburant du type essence avec injection directe, sont couramment équipés, dans la ligne d’échappement du moteur à combustion, d’un filtre à particules. Ces moteurs émettent, en effet, des particules de suie essentiellement composées de carbone et ayant typiquement une taille comprise entre 10 nm et 1 µm. Ces particules sont nocives pour la santé et doivent être filtrées. Un filtre à particules est classiquement constitué d'un nid d'abeille extrudé en céramique frittée. Les canaux du nid d’abeille sont bouchés alternativement en entrée et en sortie du filtre afin de forcer le passage des gaz à travers les parois poreuses pour collecter les particules. La capture des particules dans le filtre est obtenue par filtration. L'accumulation des particules conduit à la formation d'une couche de suie sur les parois qui, dans un premier temps, améliore l'efficacité de la filtration, mais, dans un deuxième temps, augmente progressivement la perte de charge imposée dans la ligne d'échappement. Un nettoyage ou régénération du filtre à particules devient alors indispensable de manière récurrente. La régénération est basée sur la combustion des suies par une élévation de la température des gaz d'échappement à l'entrée du filtre. Le système d’injection de carburant dans le moteur à combustion est commandé pour réaliser une post-injection, c’est-à-dire en fin de chaque cycle du moteur à combustion, de manière à ce que le carburant ainsi post-injecté ne soit pas brûlé dans le moteur mais bien dans la ligne d’échappement afin d'élever de façon significative la température des gaz d'échappement et activer l'oxydation des suies accumulées dans le filtre à particules. Dans certains véhicules, il est prévu d’ajouter un additif au carburant ayant pour effet de baisser la température de combustion des particules de suie. Un matériau catalyseur peut aussi être prévu sur la structure du filtre. La post-injection de carburant présente pour inconvénient une augmentation de la consommation de carburant. L’efficacité de la régénération dépend de manière sensible du type de conduite, une conduite sur routes nationales à vitesse constante état plus favorable qu’une conduite en ville, car elle permet d’atteindre des températures plus élevées. La post-injection de carburant présente également pour inconvénient une dilution de carburant dans l’huile de lubrification du moteur. En effet, une partie du carburant post-injecté dans les chambres de combustion se condense sur les chemises et passe au travers de la segmentation des pistons dans l’huile de lubrification. Le document de brevet publié US9,551,258B2 prévoit une optimisation de régénération de filtre à particules de véhicule automobile en déterminant un profil du conducteur et du type de parcours réalisé, notamment au moyen du système de localisation par satellites GPS et en déterminant, sur base de ces profils, une période optimale pour régénérer le filtre à particules. Une telle approche est intéressante mais présente l’inconvénient qu’en cas de changement de style de conduite et/ou de type de parcours par rapport au profil déterminé, la régénération pourra s’avérer peu efficace et conduire à une augmentation de consommation de carburant et/ou une dilution excessive de carburant dans l’huile. L’invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif d’optimiser les opérations de régénération de filtre à particules, notamment lorsque le profil de roulage subit un changement. L’invention a pour objet un procédé de contrôle de régénération d’un filtre à particules d’une ligne d’échappement d’un moteur à combustion, comprenant les étapes suivantes: (a) démarrage de la régénération; (b) régénération par injection de carburant en fin de cycles du moteur à combustion de manière à provoquer une réaction exothermique dans la ligne d’échappement en amont du filtre à particules et brûler les particules de suie accumulées dans ledit filtre à particules; (c) arrêt de la régénération; remarquable en ce que l’étape (c) est exécutée lorsque la première des deux conditions suivantes est remplie: la quantité de carburant injecté durant l’étape (b) atteint une valeur maximale; et une efficacité calculée de régénération durant l’étape (b) atteint une valeur minimale prédéterminée. Selon un mode avantageux de l’invention, la valeur maximale de carburant injecté est comprise entre 10 et 20 grammes. Selon un mode avantageux de l’invention, la valeur maximale d’efficacité de régénération est comprise entre 50 et 70%. Selon un mode avantageux de l’invention, à l’étape (b) la quantité de carburant injecté en fin de chaque cycle du moteur à combustion est fonction du débit d’air d’admission du moteur à combustion. Selon un mode avantageux de l’invention, à l’étape (b) la quantité de carburant injecté en fin de chaque cycle du moteur à combustion est également fonction d’une moyenne de débit d’air d’admission du moteur à combustion sur une période glissante. Selon un mode avantageux de l’invention, la période glissante est comprise entre 60s et 600s (s=secondes). Selon un mode avantageux de l’invention, l’efficacité calculée de régénération durant l’étape (b) est un ratio entre une quantité de particules de suie brûlées durant l’étape (b) et une quantité de particules de suie accumulées avant l’étape (b). Selon un mode avantageux de l’invention, la quantité de particules de suie accumulées avant l’étape (b) est une quantité de particules de suie accumulées entre deux étapes (b) successives. Selon un mode avantageux de l’invention, l’étape (c) est exempte de considération d’un profil de roulage du véhicule automobile. L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion ; une ligne d’échappement du moteur à combustion, avec un filtre à particules ; et une unité de contrôle du moteur à combustion; remarquable en ce que l’unité de contrôle est configurée pour exécuter le procédé selon l’invention. Les mesures de l’invention sont intéressantes en ce qu’elles permettent d’optimiser la consommation de carburant pour procéder à la régénération du filtre à particules et de limiter la dilution de carburant dans l’huile du moteur à combustion. En effet, en arrêtant la régénération dès que la première des deux conditions est remplie, on met en concurrence une limitation de la régénération sur une base quantitative et une limitation sur une base d’efficacité. Cela veut dire qu’une régénération peu efficace sera limitée dans la quantité de carburant injecté, et une régénération davantage efficace sera limitée pour n’en conserver que la meilleure partie. En d’autres termes, l’observation de ces deux conditions permet de minimiser le ratio entre la quantité de carburant injecté et la quantité de particules de suie évacuées du filtre à particules. est une représentation schématique d’un véhicule automobile avec un moteur à combustion et une ligne d’échappement, conforme à l’invention; est un graphe illustrant l’évolution des quantités de carburant injecté et les quantités de particules de suie brûlées sur un parcours du type route nationale et un parcours du type urbain, et les conditions d’arrêt de la régénération, selon l’invention. Description détaillée La figure 1 illustre schématiquement un véhicule automobile 2 comprenant un moteur à combustion 4, une ligne d’échappement 6 des gaz produits par le moteur à combustion 4, et une unité de contrôle 8 du moteur à combustion 4. Le moteur à combustion 4 comprend plusieurs cylindres 4.1 et un injecteur de carburant 4.2 pour chaque cylindre. Le carburant peut être du type gasoil (diesel), essence ou autre encore. Les injecteurs sont alimentés en carburant sous pression, avantageusement par une rampe commune (alimentation non représentée) et sont commandés électriquement par l’unité de contrôle 8. Le moteur à combustion 4 comprend également un collecteur d’échappement 4.3 et éventuellement un turbocompresseur 4.4 de l’air d’admission (dont les conduites ne sont pas représentées). La sortie de la turbine du turbocompresseur 4.4 est reliée de manière aéraulique à la ligne d’échappement 6. Celle-ci comprend un ou plusieurs catalyseurs 6.1 de réduction des oxydes d’azote en diazote et en dioxyde de carbone, d’oxydation des monoxydes de carbone en dioxydes de carbone et/ou d’oxydation des hydrocarbures imbrulés (HC) en dioxydes de carbone et en eau, en fonction du type de carburant et de la configuration du moteur à combustion et de la ligne d’échappement. Ces catalyseurs sont en soi bien connus de l’homme de métier. La ligne d’échappement 6 comprend également un filtre à particules 6.2 situé en aval du ou des catalyseurs 6.1. Le filtre à particules 6.2 est constitué d'un substrat en nid d'abeille extrudé, notamment en céramique frittée. Les canaux du nid d’abeille peuvent être bouchés alternativement en entrée et en sortie du filtre afin de forcer le passage des gaz à travers les parois poreuses pour collecter les particules de suie, c’est-à-dire de carbone imbrûlé. La capture des particules dans le filtre est obtenue par filtration. Lors du fonctionnement du moteur à combustion, les particules de suie s’accumulent progressivement sur le substrat et en augmentent progressivement la perte de charge. Il est donc nécessaire de retirer ces particules de suie de manière régulière par une régénération consistant à provoquer la combustion de ces particules de suie en augmentant la température dans le filtre en question. Cette augmentation de température est atteinte en procédant à une injection de carburant en fin de cycles de fonctionnement du moteur à combustion, c’est-à-dire pendant les phases d’expulsion des gaz brûlés, de manière à provoquer une réaction exothermique dans la ligne d’échappement. L’augmentation de température qui en résulte permet au niveau du filtre à particules de provoquer une combustion de particules de suie produisant alors du dioxyde de carbone gazeux. Les particules de suie sont ainsi évacuées du substrat du filtre à particules. Le principe de régénération qui vient d’être décrit est en soi bien connu de l’homme de métier. La régénération du filtre à particules 6.2 est démarrée de manière automatique en présence d’un besoin de régénération et lorsque le véhicule automobile se déplace avec le moteur à combustion en fonctionnement. Le besoin de régénération peut être déterminé de plusieurs manières, notamment par modélisation de particules de suie accumulées et/ou par mesure directe ou indirecte de la perte de charge au niveau du filtre à particules. La performance de la régénération dépend du type de parcours réalisé avec le véhicule, à savoir qu’un parcours sur route nationale où le moteur à combustion est en charge essentiellement constante est plus favorable qu’un parcours urbain où le moteur à combustion est à des charges variables. L’invention prévoit, lors de chaque régénération, d’observer deux conditions et d’arrêter la régénération dès qu’une des deux conditions est remplie. Les deux conditions sont, d’une part, la quantité de carburant injecté durant la régénération atteignant une valeur maximale et, d’autre part, l’efficacité de régénération calculée durant la régénération atteignant une valeur minimale. La figure 2 est un graphe illustrant ces deux conditions pour deux types de parcours, à savoir un parcours du type route nationale et un parcours du type urbain. L’axe horizontal correspond au temps t exprimé en secondes (s) et l’axe vertical correspond à une masse m exprimée en grammes (g). Les courbes en traits continus correspondent à un parcours du type route nationale et les courbes en traits interrompus correspondent à un parcours du type urbain. Les deux traits horizontaux en traits d’axe correspondent aux deux conditions évoquées ci-avant. La courbe 10 correspond à la masse de carburant injecté dans la ligne d’échappement durant la régénération. Le débit d’injection de carburant est essentiellement fonction du débit d’air d’admission du moteur à combustion. Étant donné que le niveau de charge du moteur à combustion est susceptible de varier, une moyenne de débit d’air d’admission sur une période donnée, en l’occurrence précédant chaque injection, peut être utilisée pour déterminer un profil de roulage du conducteur. Une telle période est alors dite glissante. La courbe 12 correspond à une diminution de masse des particules de suie dans le filtre à particules, résultant de la régénération par l’injection de carburant suivant la courbe 10. Cette diminution de masse de particules de suie dans le filtre à particules est déterminée par calcul au moyen d’une modélisation tenant compte de différents paramètres, comme notamment la température régnant dans le filtre à particules. La charge initiale en particules de suie est de 17g et on peut observer que cette charge diminue progressivement avec le temps au fur et à mesure que le carburant est injecté dans la ligne d’échappement suivant la courbe 10. La condition que la quantité de carburant injecté durant la régénération atteigne une valeur maximale est représentée par le trait horizontal 14. En l’occurrence la valeur maximale est de 15g. Elle peut être comprise entre 10g et 20g. L’autre condition que l’efficacité de régénération calculée durant la régénération atteigne une valeur minimale est quant à elle représentée par le trait horizontal 16. En l’occurrence, la valeur minimale d’efficacité est de 10g (=17g-7g) de particules de suie brûlées pour une charge initiale de 17g, soit 59%. Elle peut être comprise entre 50% et 70%. En considérant les courbes 10 et 12 relatives au parcours du type route nationale, on observe que la condition que l’efficacité de régénération calculée durant la régénération atteigne une valeur minimale, illustrée par le trait horizontal 16, est remplie avant l’autre condition, à savoir que la quantité de carburant injecté durant la régénération atteigne une valeur maximale, et représentée par le trait horizontal 14. On peut observer que le point de rencontre de la courbe 12 de diminution de masse de particules de suie avec le trait horizontal 16 de niveau d’efficacité minimal, correspond à une masse de carburant injecté de l’ordre de 10g. Une masse injectée de 10g de carburant a ainsi permis d’évacuer 10g de particules de suie, soit un ratio de 1. Si on prolonge la régénération jusqu’au bout du cycle, la quantité de carburant injecté serait de l’ordre de 14g et la quantité de particules de suie évacuées serait de l’ordre de 11g, soit un ratio de 1.27. Il est cependant clair qu’une optimisation consiste à diminuer ce ratio. Le parcours du type urbain est représenté par les courbes 18 et 20 en traits interrompus. La courbe 18 correspond à la masse de carburant injecté dans la ligne d’échappement durant la régénération et la courbe 20 correspond à une diminution de masse de particules de suie dans le filtre à particules, résultant de la régénération par l’injection de carburant suivant la courbe 18. En considérant ces courbes 18 et 20, on observe que la condition que la quantité de carburant injecté durant la régénération atteigne une valeur maximale est remplie avant l’autre condition, à savoir que l’efficacité de régénération calculée durant la régénération atteigne une valeur minimale. On peut observer que le point de rencontre de la courbe 18 de masse de carburant injecté avec le trait horizontal 14 de valeur maximale de carburant injecté correspond à une masse de particules de suie évacuées de l’ordre de 9g. Une masse injectée de 15g de carburant a ainsi permit d’évacuer 9g de particules de suie, soit un ratio de 1.7. Si on prolonge la régénération jusqu’au bout du cycle, la quantité de carburant injecté serait de l’ordre de 20g et la quantité de particules de suie évacuées serait de l’ordre de 11g, soit un ratio de 1.82. On constate que l’arrêt de la régénération suivant les deux conditions décrites ci-avant permet d’optimiser le carburant injecté et de limiter la dilution dans l’huile de lubrification du moteur à combustion, et ce pour tout type de parcours. En d’autres termes, l’approche décrite ci-avant est également robuste en ce qu’elle tolère des changements de type de parcours durant la régénération sans pénaliser l’optimisation. Procédé de contrôle de régénération d’un filtre à particules (6.2) d’une ligne d’échappement (6) d’un moteur à combustion (4), comprenant les étapes suivantes: (a) démarrage de la régénération; (b) régénération par injection de carburant en fin de cycles du moteur à combustion de manière à provoquer une réaction exothermique dans la ligne d’échappement (6) en amont du filtre à particules (6.2) et brûler les particules de suie accumulées dans ledit filtre à particules; (c) arrêt de la régénération; caractérisé en ce que l’étape (c) est exécutée lorsque la première des deux conditions suivantes est remplie: - la quantité de carburant injecté durant l’étape (b) atteint une valeur maximale; et - une efficacité calculée de régénération durant l’étape (b) atteint une valeur minimale prédéterminée. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur maximale de carburant injecté est comprise entre 10 et 20 grammes. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la valeur maximale d’efficacité de régénération est comprise entre 50 et 70% de particules de suie brûlées. Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’à l’étape (b) la quantité de carburant injecté en fin de chaque cycle du moteur à combustion est fonction du débit d’air d’admission du moteur à combustion. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’à l’étape (b) la quantité de carburant injecté en fin de chaque cycle du moteur à combustion est également fonction d’une moyenne de débit d’air d’admission du moteur à combustion sur une période glissante. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la période glissante est comprise entre 60s et 600s. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l’efficacité calculée de régénération durant l’étape (b) est un ratio entre une quantité de particules de suie brûlées durant l’étape (b) et une quantité de particules de suie accumulées avant l’étape (b). Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la quantité de particules de suie accumulées avant l’étape (b) est une quantité de particules de suie accumulées entre deux étapes (b) successives. Procédé selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’étape (c) est exempte de considération d’un profil de roulage du véhicule automobile. Véhicule automobile (2) comprenant un moteur à combustion (4); une ligne d’échappement (6) du moteur à combustion (4), avec un filtre à particules (6.2); et une unité de contrôle (8) du moteur à combustion (4); caractérisé en ce que l’unité de contrôle (8) est configurée pour exécuter le procédé selon l’une des revendications 1 à 9.