EP1819915A1 - Procede et dispositif d'arret d'une phase de regeneration de filtre a particules de moteur diesel de vehicule automobile - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d' arrêt d' une phase de régénération d' un filtre à particules 30 de moteur Diesel de véhicule automobile, comprenant des moyens 31 , ... , 34 d' évaluation d' une quantité de suie éliminée depuis le début de la phase de régénération en cours, caractérisé en ce qu ' il comprend des moyens d' évaluation 55 d ' une valeur indicatrice de dilution du gasoil dans l ' huile apparue au cours de la phase de régénération en cours, ainsi que des moyens 55 de suivi de la valeur d' un rapport entre la valeur indicatrice de dilution et la quantité de suie éliminée, lesdits moyens de suivi 55 étant aptes à identifier l ' atteinte d' un critère prédéfini 66 relatif à l ' évolution de ce rapport et à initier l ' arrêt de la phase de régénération à l ' atteinte de ce critère prédéfini 66.

Description

Procédé et dispositif d'arrêt d'une phase de régénération de filtre à particules de moteur Diesel de véhicule automobile.

L' invention concerne les moteurs Diesel équipés d' un filtre à particules, et plus spécifiquement la commande d' arrêt d' une procédure de régénération appliquée à un tel filtre à particules

Les moteurs Diesel, par leur fonctionnement spécifique, émettent (entre autres) dans leurs gaz d' échappement des suies polluantes que l ' on nomme également particules

Afin de limiter les émissions de ces particules dans l ' atmosphère, un filtre à particules est impl anté dans la ligne d' échappement, en aval des chambres de combustion du moteur Ce filtre retient les particules qui s' accumulent en son sein au fur et à mesure de l' utilisation du moteur. Cette accumulation de particules finit par boucher le filtre, créant une forte contre-pression à l'échappement du moteur, c' est-à-dire un obstacle au parcours des gaz dans la li gne d' échappement Le moteur Diesel voit alors ses performances nettement diminuées. Afin de recouvrer les performances du moteur, on brûle les particules contenues dans le filtre à particules. Cette procédure s' appelle la régénération du filtre à particules

L' initialisation et le maintien de la combustion de s particules dans le filtre, s' obtiennent par élévation de la température interne du filtre à particules.

Pour ce faire, on procède typiquement à des injections multiples , c' est-à-dire à l ' ajout d' au moins une injection en sus de l ' injection Diesel habituelle. On introduit par exemple une injection retardée dans les chambres de combustion du moteur, c' est-à-dire que l ' on injecte du gasoil après le point mort haut (PMH) du cycle du moteur, lors de la phase de détente Ceci a pour effet d' augmenter la température des gaz à l' échappement et donc la température dans le fi ltre à particules On connaît également le principe des injections tardi ves II s' agit alors d' injecter du gasoil plus longtemps après le point mort haut de sorte que le gasoil ne brûle pas dans la chambi e de combustion, mais dans une partie de la ligne d' échappement appelée partie catalytique de par la nature de la combustion qui y a li eu Cette partie catalyti que est constituée par exemple par un catalyseur d' oxydati on placé en amont du filtre à particules, ou encore par un simple matériau catalytique (tel que le platine) au sein du fil tre à particules C' est sur ces sites catalytiques que les composés HC et CO des injecti ons tardives s' oxydent, augmentant la température des gaz

On effectue cette opération de régénération du filti e a particules péri odiquement, dès que la quantité de particules dans le filtre devient trop importante Cette régénération s' effectue lorsque le moteur fonctionne, et ceci sans que l' utilisateur ne le remarque Les injections multiples que l ' on effectue lors d' une procédure de régénération augmentent considérablement la dilution du gasoil dans l ' huile de lubrificati on du moteur

Ainsi , les injections tardives qui se font longtemps après le point mort haut, projettent le gasoil sur une grande surface du cylindre qui est à découvert Cette situation favorise considérablement le mélange de l' huile recouvrant la paroi du cylindre avec le gasoil en injection , provoquant alors le phénomène de « dilution »

II en est de même pour les injections retardées Ces injections retardées de gasoil sont non seulement effectuées après le point mort haut mais également longues dans le temps Le jet de gasoil injecté a donc, également dans ce cas , la possibilité d' atteindre directement la paroi du cylindre et de se mélanger avec l' huile la recouvrant

Lorsque la dilution devient trop importante, l ' huile ne joue plus correctement son rôle de lubrifiant et il apparaît un risque de détérioration du moteur

Pour cette raison, la procédure de régénération doit être la pl us courte possible, afin de di luer l ' huile au minimum, mai s tout en régénérant au mieux le filtre Actuellement, les procédés utilisés mettent en œuvre des régénérations dites complètes La procédure de régénérati on est, en d' autres termes, arrêtée quand le filtre à particules ne contient plus de particules combustibles Or, il s' avère que l' on dépense beaucoup plus d' énergie à consommer une quantité donnée de suies quand le filtre à particules est presque vide, que quand le filtre à particules est fortement chargé

En d' autres termes, les suies se consomment plus facilement à filtre chargé qu' à filtre pratiquement propre Un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif de régénération de filtre à pai ticules qui mettent en œuvre des régénérations partielles maîtrisées de manière à limiter la consommation de gasoil injectée dans les chambres pour la régénération Ainsi, un but associé est de maîtriser la dilution occasi onnée par la régénération

Un but plus général de l' invention est de proposer un procédé et des moyens de régénération qui maintiennent le moteur dans des conditions de fonctionnement sain. Ce but est atteint selon l'invention grâce à un di spositi f d' arrêt d' une phase de régénération d' un filtre à particules de moteur Diesel de véhicule automobile, comprenant des moyens d' évaluation d' une quantité de suie éliminée depuis le début de la phase de régénération en cours Le di spositif comprend des moyens d' évaluation d' une valeur indicatrice de dilution du gasoil dans l ' huile apparue au cours de la phase de régénération en cours, ainsi que des moyens de suivi de la valeur d' un rapport entre la valeur indicatrice de diluti on et la quantité de suie éliminée, lesdits moyens de suivi étant aptes à i dentifier l ' atteinte d' un critère prédéfini relatif à l ' évolution de ce rapport et à initier l ' arrêt de la phase de régénération à l' atteinte de ce critère prédéfini

La valeur de dilution apparue au cours de la phase de régénération en cours est préférentiellement une valeur de cumul dans le temps de chaque valeur successive de la dilution apparue depuis le début de la phase de régénération jusqu ' à l ' instant consi déré.

Les moyens de suivi de la valeur du rapport entre la dilution et la quantité de suie éliminée sont préférentiellement des moyens aptes à identifier l ' atteinte d' un minimum de l 'évolution de la valeur dudit rapport au cours du temps et aptes à initier un arrêt de la phase de régénération à l' atteinte de ce minimum

Sel on une variante, les moyens de suivi de la valeur du rapport entre la dilution et la quantité de suie éliminée sont des moyens aptes à initier un arrêt de la phase de régénération en un point d' inflexion d' une évolution dudit rapport dilution à masse au cours du temps

Les moyens de suivi de la valeur du rapport entre la dilution et la quantité de suie éliminée comprennent avantageusement une série de capteurs de paramètres physiques ainsi qu' un calculateur mettant en œuvre un modèle mathématique, lequel modèle mathémati que déli vre une évaluation dudit rapport en fonction de paramètres acquis en temps réel par les capteurs.

Les moyens de suivi de la valeur du rapport entre la dilution et la quantité de suie éliminée comprennent par exemple une série de capteurs de paramètres physiques disposés à proximi té du filtre à particules et du cylindre.

Le modèle mathématique utilisé délivre quant à lui , typiquement, un résultat sous la forme d'une probabilité associée à au moins une valeur dudit rapport entre la dilution et la quantité de suie éliminée.

On propose également selon l' invention un procédé d' arrêt d' une phase de régénération d' un filtre à particules de moteur Diesel , ledit procédé comprend l'étape consistant à évaluer une quantité de suie éliminée depuis le début de la phase de régénération en cours Le procédé comprend préférentiellement une étape consistant à évaluer une valeur indi catrice d'une dilution du gasoil dans l'huile apparue au cours de la phase de régénération , une étape consistant à établir un rapport entre la valeur indicatrice de dilution apparue et la valeur de quantité de sui e éliminée, ainsi qu'une étape consi stant à identifier l ' atteinte d' un critère prédéfini par ce rapport au cours de son évolution .

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l 'inventi on apparaîtront à la lecture de la description détaillée faite en référence aux figures annexées, sur lesquelles :

- la figure 1 est une vue fonctionnelle d'un bloc moteur équipé d'un filtre à particules et d'un dispositif conforme à l'invention ;

- la figure 2 est un tracé représentant l'évolution d'un rapport uti lisé par le dispositif conforme à l'invention. L' ensemble des organes illustrés à la figure 1 se répartit autour d' un cylindre 10 de moteur Diesel de véhicule automobile. On y distingue une conduite d' admission d' air 1 1 et une conduite d'échappement 12 ainsi qu' un dispositif d'injection 13. La conduite d' échappement 12 est équipée d' un turbo-compresseur 20. La conduite d' échappement 12 comporte, en aval de l a turbine

20a du turbo-compresseur 20, un catalyseur 14 et un filtre à particules 30. On trouve également, au sein de l' ensemble représenté, un système placé en joncti on entre conduite d' admi ssion 1 1 et condui te d' échappement 12, prévu pour recycler les gaz d' échappement autour du cylindre 10. Ce système connu sous la terminologie EGR (Exhaust

Gaz Recycle) est référencé 40 sur la figure 1.

On a en outre représenté un calculateur 55 jouant le rôle de pil otage des phases de régénération, et notamment d' arrêt de celles-ci . Pour limiter et arrêter une phase de régénération, le calcul ateur 55 commande une vanne d' injection 14 au niveau du cylindre 10 par laquelle il pilote physiquement l 'injection ou non pour le réchauffement du filtre à particules 30. On propose une méthode de prise de décision d' arrêt de la phase de régénération par le calculateur 55.

Le calculateur 55 prélève une série de données physiques au ni veau du filtre à particules 30. Ainsi , il reçoit les signaux déli vrés par une série de capteurs référencés 31 , 32, 33, 34 35 sur la figure 1.

Un capteur de température 31 prélève la température en amont du filtre 30, un capteur 32 prélève la température en aval du filtre 30

Des capteurs de pression 33 et 34 prélèvent respectivement les pressi ons amont et aval au filtre 30. Un débitmètre 35 est également situé à proximité du filtre à particules.

Outre les paramètres de température prélevés au ni veau du filtre à particules 30 et fournis à l ' entrée du calculateur 55 , d' autres paramètres sont également prélevés et fournis au calcul ateur 55 et entrent dans les calculs réalisés par le calculateur pour établir une décision de démarrage ou d' arrêt d' une phase de régénération transmise par la connexion 50 à l ' mjecteur 13

Le calculateur 55 reçoit également la valeur du débit de gasoil en cours d' injection en temps réel . Il dispose en outre, par intégration des valeurs de débit, du volume global de gasoil injecté depuis le début de la phase de régénération en cours.

Le calcul ateur 55 comprend en outre deux entrées additionnelles 56 et 57 recevant les signaux de deux capteurs correspondants et non représentées sur la figure 1 . Le capteur associé à l ' entrée 56 délivre une valeur de régime moteur en temps réel , le capteur associé à l' entrée 57 délivre par exemple une valeur de température au niveau du cylindre 10.

A partir des paramètres prélevés et transmis au cal culateur, celui-ci effectue une double évaluation. II évalue d' une part la dilution du gasoil dans l ' huile telle qu' apparue jusqu' à présent au cours de la phase de régénération II évalue d' autre part la masse de suies brûlées jusqu ' à présent dans la phase de régénération . La valeur indicatrice de dilution est obtenue ici à l ' aide d' un modèle pré-enregistré établissant, en fonction de températures et de pressions en présence, l ' évolution typique de la dilution du gasoil dans l ' huile au cours du temps Cette évaluation repose sur l ' utilisation de données pré¬ enregistrées faisant correspondre les différentes valeurs des paramètres ci-dessus mentionnés avec la dilution du gasoi l dans l ' hui le à attendre. Cette dilution du gasoil dans l' huile a pu être constatée lors d' essai s en phase de laboratoire, par prélèvement physique du gasoil dilué dans l ' huile en entrée de l ' échappement, ou comme résultat d' un calcul sur un modèle physique réalisé auparavant.

La valeur indicatrice de dilution correspond donc à la di lution en présence à l ' instant considéré, telle qu' évaluée en tenant compte de l ' évolution des conditions de sollicitation de l ' injection multiple effectivement mises en œuvre à l' instant considéré et aux instants précédents de la phase de régénération en cours.

Le calcul ateur évalue ici la dilution sous la forme d' une somme cumulée des différentes valeurs de dilution apparues au cours du temps pendant toute la durée déjà écoulée depuis le début de la phase de régénération. Cette somme cumulée est établie par le calculateur, par exemple sous la forme d' une intégrale au cours du temps de chaque valeur de dilution successive.

On appellera cette valeur indicatrice de la « diluti on cumulée depuis le début de la régénération » . Outre un tel modèle s' appuyant directement sur les paramètre prélevés, on adopte en vari ante un modèle de type statistique

Un tel modèle statistique est établi à la conception du véhicule, à partir de relevés expérimentaux .

Parallèlement, le calculateur réalise une deuxième évaluation, toujours en temps réel . Il s' agit de l' évaluation de la quantité de suies brûlées depuis le début de la régénération Là encore, cette quantité de suies est déterminée grâce à un modèle physique ou statistique, à partir des données de pression et de température prélevées par le calculateur 55 Grâce à la double évaluation de la dilution cumulée et de la masse de suies brûlées, le calcul ateur 55 établit à tout moment le rapport

Dilution cumulée (t)/masse de suies brûlée (t) On ne régénère ici le filtre que partiellement II reste encore des suies à la fin de la procédure On effectue par con séquent des procédures de régénération plus fréquemment qu' avec la méthode des régénérations totales A chaque régénération partielle, le fi ltre à particules est plus chargé en suies qu' en fin d' une régénération totale Toutefois on dépense au global moins d' énergie à brûler une quanti té de particules donnée à l' aide de plusieurs régénération s partielles qu ' en une seule régénération totale

Pour maîtriser au mieux les phases de régénération pai tiel le mises en œuvre, le calculateur 55 procède à un suivi en temps réel de la valeur du rapport diluti on/masse de suie brûlée L' évolution typique de ce rapport au cours du temps s' avérera présenter la forme du tracé de la figure 2 La valeur de ce rapport y est notée r

Outre un sursaut initi al 60 du rapport dilution à masse brûlée, ce tracé décrit un palier horizontal 65 suivi d' une phase de montée 70 dont la pente est elle-même grandissante au cours du temps, poui se stabiliser dans une zone d' accroissement linéaire 80

Une fois la régénération înitiahsée, c ' est-à-dire une fois le sursaut initial 60 franchi, en d' autres termes une fois que le filtre à particules est monté en température et que la combustion est amorcée, on décide d' arrêter la procédure de régénération en une localisation du tracé ci-avant décrit qui s' avère la pl us adéquate

De manière préférée, il s' agit à cet effet d' arrêter la procédure de régénération à l' endroit où le rapport dilution/masse atteint un minimum, à savoir ici une courte dépression 66 située à la fin du palier 65

Le calculateur détermine à cet effet la pente de l' évolution du rapport, et ce en temps réel Lorsque la pente s' annule, le calculateur en dédui t que le minimum est atteint Selon une vari ante, le calculateur identifie l'apparition d'un point d'inflexion qu'il interprète comme révélateur de l'apparition du minimum attendu

L'introduction d'une fonction de coût en terme de dilution rapportée à la masse de suies brûlées, révèle donc un minimum 66 de cette fonction dans son évolution au cours du temps Ce minimum 66 est atteint à un degré d'avancement qui est susceptible d'être adopté en tant que fin de phase de régénération partielle. En effet, ce minimum se trouve à un avancement de régénération suffisant pour que cette régénération, bien que partielle, corresponde à l'élimination d'une masse de suie satisfaisante.

Il s'ensuit que l'on dilue peu, en brûlant une certaine quantité de particules donnée, et ce en plusieurs régénérations partielles Le fait de répéter de telles régénérations partielles optimales multiplie l'effet d'un tel choix optimal sur l'économie réalisée en termes de dilution

Dans le cas d'une mise en œuvre d'un modèle statistique de dilution par le calculateur 55, le calculateur établit un rapport masse à dilution, et met en œuvre une décision quant à l'arrêt de la régénération à partir du franchissement d'un seuil prédéfini. Par exemple, le calculateur surveille le franchissement à la baisse d'un seuil minimal du rapport.

Le calculateur peut également déterminer un rapport minimum 66 de l'évolution du rapport dilution à masse, tel qu'illustré sur le tracé de la figure 2.

Claims

REVENDICATIONS

1-Dispositif d'arrêt d'une phase de régénération d'un filtre à particules (30) de moteur Diesel de véhicule automobile, comprenant des moyens (31, ..., 34) d'évaluation d'une quantité de suie éliminée depuis le début de la phase de régénération en cours, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'évaluation (55) d'une valeur indicatrice de dilution du gasoil dans l'huile apparue au cours de la phase de régénération en cours, ainsi que des moyens (55) de suivi de la valeur d'un rapport entre la valeur indicatrice de dilution et la quantité de suie éliminée, lesdits moyens de suivi (55) étant aptes à identifier l'atteinte d'un critère prédéfini (66) relatif à l'évolution de ce rapport et à initier l'arrêt de la phase de régénération à l'atteinte de ce critère prédéfini (66).

2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de dilution apparue au cours de la phase de régénération en cours est une valeur de cumul dans le temps de chaque valeur successive de la dilution apparue depuis le début (60) de la phase de régénération jusqu'à l'instant considéré.

3-Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de suivi (55) de la valeur du rapport entre la dilution et la quantité de suie éliminée sont des moyens aptes à identifier l'atteinte d'un minimum (66) de l'évolution de la valeur dudit rapport au cours du temps et aptes à initier un arrêt de la phase de régénération à l'atteinte de ce minimum. 4-Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de suivi (55) de la valeur du rapport entre la dilution et la quantité de suie éliminée sont des moyens aptes à initier un arrêt de la phase de régénération en un point d' inflexi on (66) d' une évolution dudit rapport diluti on à masse au cours du temps

5-Dispositif selon l' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de sui vi (55) de la valeur du rapport entre la dilution et la quantité de suie éliminée comprennent une série de capteurs de paramètres physiques (31 , 34) ainsi qu ' un calculateur (55) mettant en œuvre un modèle mathématique, lequel modèle mathématique délivre une éval uation dudit rapport en fonction de paramètres acqui s en temps réel par les capteurs (3 1 , . , 34)

6-Dispositif selon la revendicati on 5, caractéri sé en ce que les moyens de sui vi (55) de la valeur du rapport entre la di lution et la quantité de sui e éliminée comprennent une série de capteurs (3 1 , 34) de paramètres physiques disposés à proximité du filtre à particul es (30)

7-Procédé d' arrêt d' une phase de régénération d' un filtre à particules (30) de moteur Diesel, ledit procédé comprenant l ' étape consi stant à évaluer une quantité de suie éliminée depuis le début de la phase de régénération en cours, caractérisé en ce qu' il comprend une étape consistant à évaluer une valeur indicatrice d'une dil ution du gasoil dans l'huile apparue au cours de la phase de régénération, une étape consistant à établir un rapport entre la valeur indicatrice de dilution apparue et la valeur de quantité de suie éliminée, ainsi qu'une étape consistant à identifier l' atteinte d' un critère prédéfini (66) par ce rapport au cours de son évolution