EP1827893A1 - Procede de controle de la regeneration d'un filtre a particules electrostatique - Google Patents

Procede de controle de la regeneration d'un filtre a particules electrostatique

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EP1827893A1
EP1827893A1 EP05824400A EP05824400A EP1827893A1 EP 1827893 A1 EP1827893 A1 EP 1827893A1 EP 05824400 A EP05824400 A EP 05824400A EP 05824400 A EP05824400 A EP 05824400A EP 1827893 A1 EP1827893 A1 EP 1827893A1
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regeneration
particulate filter
controlling
engine
computer
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EP05824400A
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German (de)
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Alexandra Dubray-Demol
Philippe Le Quang Bieng
Pierrick Morel
Pierre Darcy
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the regeneration of an electrostatic particle filter fitted to the exhaust line of the internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the regeneration is applied by electric heating of the particulate filter. It is triggered according to functional parameters of the motor vehicle that are sent to a calculator.
  • particulate filters inserted into the exhaust lines of the engines. These particulate filters are adapted to trap the soot particles contained in the exhaust gas.
  • Controlled regeneration devices make it possible to periodically burn the particles trapped in the particulate filters and avoid clogging them. It is desirable that the regeneration of a particulate filter does not penalize the performance and has the least impact on the cost of consumption of the engine.
  • soot particles burn at temperatures of the order of 500 to 600 ° C.
  • thermal levels are only rarely achieved by the exhaust gas of a motor vehicle diesel engine, for example in the city, the temperature of the exhaust gases varies between 150 ° and 250 ° C.
  • Various regeneration systems have been proposed, in particular, electric resistance heating systems, to bring the temperature of the exhaust gas to a value sufficient to cause the combustion of particles in the particulate filter.
  • regeneration aid systems The activation of such regeneration aid systems is controlled by a control computer which determines, as a function of a certain number of parameters, the time of the regeneration.
  • electrical power demanded by electrical auxiliaries such as electrical resistance
  • Regeneration of the particulate filter can therefore result in overconsumption of fuel or, if the alternator can not provide the instantaneous power, a discharge of the battery.
  • the object of the present invention is to limit the fuel consumption due to an electric heating system used for the regeneration of a particulate filter.
  • the invention proposes that the regeneration control computer receives parameters making it possible to determine the fuel consumption related to the production of electricity for the heating means necessary for the regeneration.
  • the parameters coming from the vehicle are, for example, the position of the pedals, the speed of the vehicle, the gear engaged.
  • FIG. 1 represents a schematic view of an internal combustion engine equipped with a particulate filter, implementing the method according to the invention.
  • FIG. 2 represents a flowchart of the method according to the invention. Identical or similar elements are designated by the same reference numerals.
  • FIG. 1 illustrates in a non-limiting way the implementation of the proposed regeneration principle.
  • An internal combustion engine 1 is intended to equip a vehicle such as an automobile. This is, for example, a diesel engine turbocharged four-cylinder in-line and direct injection of fuel.
  • the engine 1 is equipped with an exhaust line 5 provided with a device for filtering soot particles.
  • the engine 1 is supplied with air by an intake circuit 2.
  • Suitable sensors, and in particular a flowmeter 8 equip the intake circuit 2 to supply a control computer 3 with parameters relating, for example, to the pressure supplying the engine 1.
  • the injection of the fuel into the cylinders is ensured by electromagnetic injectors, not shown, opening into the combustion chambers and controlled by the control computer 3 from a pressurized fuel circuit 4 of the common rail high pressure type.
  • the exhaust gas discharged in line 5 passes through a particulate filter 6.
  • the turbocharger comprises, in a conventional manner, a turbine 13 and a compressor 14. - AT -
  • the control computer 3 comprises, in a limiting manner, a microprocessor or CPU, at least one random access memory, at least one read-only memory, at least one digital analog converter and at least one input / output interface.
  • the microprocessor of the control computer 3 comprises electronic circuits and appropriate software, intended in particular for the different actuators controlled.
  • the computer 3 controls the fuel pressure in the common rail 4 and the opening of the injectors from the parameters delivered by the various sensors, and in particular the intake air mass, the engine speed and the formulas and stored calibrations to achieve the desired levels of consumption and performance.
  • the opening of the injectors is more particularly defined by the instant of injection start and the duration of opening of the injectors, duration which corresponds for a given supply pressure to a quantity of fuel injected and therefore to a richness of the mixture filling the combustion chambers.
  • the computer 3 is also adapted to ensure the control of the operation of the exhaust system, and in particular of the particulate filter 6.
  • the triggering of the regeneration of the particle filter 6 is controlled by the computer 3 which further determines its continuation or its interruption.
  • the regeneration phase essentially consists in directly increasing the temperature of the soot so as to burn the trapped particles.
  • the increase in temperature is initiated, for example, by electric heating means such as metal cords.
  • the computer 3 takes into account various parameters, concerning the particulate filter 6, itself, and the vehicle for triggering the regeneration, for example, engine coolant temperatures, gases upstream and downstream of the particulate filter 6, the vehicle speed, the mass of soot accumulated in the particulate filter 6 and the distance traveled since the last regeneration.
  • the computer 3 also receives other parameters relating to the fuel consumption due to the production of electricity to operate the heating system. These last parameters can include the position of the pedals Pf, Pacc, the speed V of the vehicle, the gear ratio H, the speed N of the engine, the torque M of the motor.
  • FIG. 2 illustrates a flowchart of the method for controlling the regeneration of a proposed particulate filter.
  • step 10 the computer notes various parameters such as the level of loading of the particle filter A, the speed V of the vehicle, the position of the acceleration pedal Pacc, the torque of the motor M, the engine speed N , the engaged ratio H, the temperature T of the particulate filter.
  • step 1 after the computer 3 has noted as a parameter the loading level of the particulate filter A, a first test is performed on the level of the loading of the filter 6.
  • step 17 If the loading level A is less than a predetermined threshold, called S1, S1 is greater than a threshold from which the regeneration is not necessary, called Smini, the next step is step 17, there is no regeneration.
  • step 13 a new test is performed on the loading of the particle filter.
  • the loading level A is then compared to a second predetermined threshold, called S2 (significant back pressure which requires regeneration without waiting for the driver to brake).
  • S2 is greater than S1 and is less than a threshold where the regeneration becomes mandatory, called Smax.
  • Smax a threshold where the regeneration becomes mandatory
  • step 15 consists in that the computer 3 selects the values of various parameters having an influence on the fuel consumption, for example the vehicle speed V, the position of the acceleration pedal Pacc, the torque M of the engine, the engine speed N, the gear engaged H, the temperature T of the particulate filter.
  • the engine efficiency F is calculated using selected parameters.
  • the values of the various parameters allow the computer 3 to make a comparison between the engine efficiency G which would be obtained with a regeneration and the engine efficiency F obtained without regeneration.
  • a mapping of the efficiency G of the motor obtained with a regeneration is memorized by the computer 3.
  • a map of the Efficiency G is represented as a function of the following parameters: the motor torque M and the motor speed N.
  • the values recorded by the computer 3 make it possible to determine the efficiency F of the engine on the stored map.
  • the efficiency F of the engine is compared with the efficiency of the engine obtained with a regeneration G. If the regeneration improves the efficiency of the engine, it is activated, the next step is step 14.
  • the loading level of the particulate filter A is compared with the threshold Smax in step 18. If the loading level A is less than Smax, the regeneration is not performed, it is step 17.
  • the regeneration is then switched on immediately.

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Abstract

Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) par chauffage électrique de ce dernier, selon lequel la régénération est déclenchée par un calculateur (3) en fonction du niveau de chargement (A) et de la température (T) du filtre à particules (6) caractérisé en ce que le calculateur (3) exploite simultanément des paramètres liés au fonctionnement du véhicule de manière à prendre en compte la consommation du carburant entraînée par le chauffage électrique du filtre (6).

Description

PROCEDE DE CONTROLE DE LA REGENERATION D'UN FILTRE A PARTICULES ELECTROSTATIQUE
L'invention concerne un procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules électrostatique équipant la ligne d'échappement du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile.
La régénération s'applique par chauffage électrique du filtre à particules. Elle est déclenchée selon des paramètres fonctionnels du véhicule automobile qui sont envoyés à un calculateur.
Parmi les systèmes connus pour éliminer les particules de suies émises par les moteurs à combustion interne et en particulier les moteurs diesels, on peut citer les filtres à particules insérés dans les lignes d'échappement des moteurs. Ces filtres à particules sont adaptés pour piéger les particules de suies contenues dans les gaz d'échappement.
Des dispositifs de régénération pilotés permettent de brûler périodiquement les particules piégées dans les filtres à particules et éviter le colmatage de ces derniers. II est souhaitable que la régénération d'un filtre à particules ne pénalise pas la performance et impacte le moins possible sur le coût de consommation du moteur.
En effet, les particules de suies brûlent à des températures de l'ordre de 500 à 600°C. Or de tels niveaux thermiques ne sont que rarement atteints par les gaz d'échappement d'un moteur diesel automobile puisque par exemple en ville la température des gaz d'échappement évolue entre 150° et 250°C. D'où la nécessité de disposer de moyens appropriés pour chauffer directement les suies sans passer par l'intermédiaire des gaz. Différents systèmes de régénération ont été proposés, en particulier, des systèmes de chauffage par résistance électrique, permettant de porter la température des gaz d'échappement à une valeur suffisante pour provoquer la combustion des particules dans le filtre à particules.
La mise en action de tels systèmes d'aide à la régénération est pilotée par un calculateur de contrôle qui détermine, en fonction d'un certain nombre de paramètres, l'instant de la régénération. Or, la puissance électrique demandée par des auxiliaires électriques, comme une résistance électrique, est directement fournie par le moteur via l'alternateur. La régénération du filtre à particules peut donc entraîner une surconsommation de carburant ou, si l'alternateur ne peut pas fournir la puissance instantanée, une décharge de la batterie.
Le but de la présente invention consiste à limiter la consommation de carburant due à un système de chauffage électrique utilisé pour la régénération d'un filtre à particules.
A cet effet, l'invention propose que le calculateur de contrôle de la régénération reçoive des paramètres permettant de déterminer la consommation de carburant liée à la production d'électricité pour les moyens de chauffage nécessaires à la régénération. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, les paramètres issus du véhicule sont, par exemple, la position des pédales, la vitesse du véhicule, le rapport engagé.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation en référence aux figures annexées.
La figure 1 représente une vue schématique d'un moteur à combustion interne équipé d'un filtre à particules, mettant en œuvre le procédé selon l'invention.
La figure 2 représente un organigramme du procédé selon l'invention. Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
La figure 1 illustre de façon non limitative la mise en œuvre du principe de régénération proposée. Un moteur à combustion interne 1 est destiné à équiper un véhicule tel qu'une automobile. C'est, par exemple, un moteur Diesel suralimenté par turbocompresseur à quatre cylindres en ligne et à injection directe de carburant. Le moteur 1 est équipé d'une ligne d'échappement 5 munie d'un dispositif de filtration des particules de suies. Le moteur 1 est alimenté en air par un circuit d'admission 2.
Des capteurs appropriés, et, notamment un débitmètre 8, équipent le circuit d'admission 2 pour fournir à un calculateur de contrôle 3, des paramètres concernant par exemple la pression alimentant le moteur 1. L'injection du carburant dans les cylindres est assurée par des injecteurs électromagnétiques, non représentés, débouchant dans les chambres de combustion et pilotés par le calculateur de contrôle 3 à partir d'un circuit de carburant sous pression 4, du type haute pression à rampe commune. En sortie du moteur 1 , les gaz d'échappement évacués dans la ligne 5, traversent un filtre à particules 6.
Différents capteurs 7, tels que des capteurs de pression et de température, placés en amont et en aval du filtre à particules 6, fournissent au calculateur de contrôle 3 des paramètres correspondants. Il est également prévu d'équiper la ligne d'échappement d'un pot catalytique d'oxydation 10 traitant les émissions d'hydrocarbures imbrûlés HC et de monoxyde de carbone CO. Une partie des gaz d'échappement est recyclée à l'admission au moyen d'un circuit de recyclage 11 comportant une vanne 12 dont l'ouverture est pilotée par le calculateur de contrôle 3. Le turbocompresseur comprend, de façon conventionnelle, une turbine 13 et un compresseur 14. - A -
Le calculateur de contrôle 3 comprend, de façon limitative, un microprocesseur ou unité centrale CPU, au moins une mémoire vive, au moins une mémoire morte, au moins un convertisseur analogique numérique et au moins une interface d'entrée/sortie. Le microprocesseur du calculateur de contrôle 3 comprend des circuits électroniques et des logiciels appropriés, à destination notamment des différents actionneurs pilotés.
Le calculateur 3 commande la pression du carburant dans la rampe commune 4 et l'ouverture des injecteurs à partir des paramètres délivrées par les différents capteurs, et en particulier de la masse d'air admis, du régime du moteur ainsi que des formules et des calibrations mémorisées permettant d'atteindre les niveaux de consommation et de performance souhaités. L'ouverture des injecteurs est plus particulièrement définie par l'instant de début d'injection et la durée d'ouverture des injecteurs, durée qui correspond pour une pression d'alimentation donnée à une quantité de carburant injectée et donc à une richesse du mélange remplissant les chambres de combustion.
Le calculateur 3 est également adapté pour assurer le contrôle du fonctionnement du système d'échappement, et notamment du filtre à particules 6. Le déclenchement de la régénération du filtre à particules 6 est contrôlé par le calculateur 3 qui détermine en outre sa poursuite ou son interruption.
Comme indiqué plus haut, la phase de régénération consiste essentiellement à augmenter directement la température des suies, de façon à brûler les particules piégées. L'augmentation de la température est initiée, par exemple, par des moyens de chauffage électrique tels que des cordons métalliques.
Conformément à l'invention, le calculateur 3 prend en compte différents paramètres, concernant le filtre à particules 6, lui- même, et le véhicule pour déclencher la régénération, par exemple, les températures du liquide de refroidissement du moteur, des gaz en amont et en aval du filtre à particules 6, la vitesse du véhicule, la masse de suies accumulées dans le filtre à particules 6 et la distance parcourue depuis la dernière régénération. Conformément à l'invention, le calculateur 3 reçoit aussi d'autres paramètres concernant la consommation du carburant due à la production d'électricité pour faire fonctionner le système de chauffage. Ces derniers paramètres peuvent comprendre la position des pédales Pf, Pacc, la vitesse V du véhicule, le rapport engagé H, le régime N du moteur, le couple M du moteur.
De cette façon, un compromis peut être trouvé pour réaliser la régénération tout en évitant une surconsommation du carburant ou une décharge de la batterie.
Sur la figure 2, est illustré un organigramme du procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules proposé.
A l'étape 10, le calculateur relève divers paramètres tels que le niveau de chargement du filtre à particules A, la vitesse V du véhicule, la position de la pédale d'accélération Pacc, le couple du moteur M, le régime N du moteur, le rapport engagé H, la température T du filtre à particules.
A l'étape 1 1 , après que le calculateur 3 a relevé comme paramètre le niveau de chargement du filtre à particules A, un premier test est réalisé sur le niveau du chargement du filtre 6.
Si le niveau de chargement A est inférieur à un seuil prédéterminé, appelé S1 , S1 est supérieur à un seuil à partir duquel la régénération n'est pas nécessaire, appelé Smini, l'étape suivante est l'étape 17, il n y a pas de régénération.
Si le niveau du chargement A est supérieur à S1 , l'étape suivante est l'étape 12. A l'étape 12, un second test est effectué sur la position de la pédale de frein Pf. Si la position de la pédale de frein Pf est activée, noté Pf =1 , l'étape suivante 14 est la régénération. La régénération est activée grâce à l'énergie électrique récupérée par le freinage récupératif. Le freinage récupératif s'opère quand le mode du véhicule est roulant avec freinage : l'alternateur récupère l'énergie cinétique du véhicule sous forme électrique pour alimenter les moyens de chauffage.
Si la position de la pédale de frein est inactive, noté Pf = 0, alors l'étape suivante est l'étape 13 où un nouveau test est effectué sur le chargement du filtre à particules. Le niveau de chargement A est alors comparé à un second seuil prédéterminé, appelé S2 (contre-pression importante qui nécessite de faire une régénération sans attendre que le conducteur freine). Ce seuil S2 est supérieur à S1 et est inférieur à un seuil où la régénération devient obligatoire, appelé Smax. Si le niveau de chargement A est supérieur à S2, l'étape suivante est l'étape 15. Cette étape 15 consiste en ce que le calculateur 3 sélectionne les valeurs de différents paramètres ayant une influence sur la consommation de carburant, par exemple, la vitesse V du véhicule, la position de la pédale d'accélération Pacc, le couple M du moteur, le régime N du moteur, le rapport engagé H, la température T du filtre à particules.
Pour déterminer s'il y une surconsommation de carburant, dans un premier temps, le rendement F du moteur est calculé à l'aide de paramètres choisis. Les valeurs des différents paramètres permettent au calculateur 3 d'effectuer une comparaison entre le rendement G du moteur qui serait obtenu avec une régénération et le rendement F du moteur obtenu sans régénération.
Pour cela, une cartographie du rendement G du moteur obtenu avec une régénération est mémorisée par le calculateur 3. Par exemple, pour un moteur thermique, une cartographie du rendement G est représentée en fonction des paramètres suivants : le couple M du moteur et le régime N du moteur. Les valeurs relevées par le calculateur 3 permettent de déterminer le rendement F du moteur sur la cartographie mémorisée. Le rendement F du moteur est comparé au rendement du moteur obtenu avec une régénération G. Si la régénération améliore le rendement du moteur, celle-ci est enclenchée, l'étape suivante est l'étape 14.
Sinon le niveau de chargement du filtre à particules A est comparé au seuil Smax à l'étape 18. Si le niveau de chargement A est inférieur à Smax, la régénération n'est pas effectuée, c'est l'étape 17.
Si le niveau de chargement A est supérieur à Smax, la régénération est alors enclenchée immédiatement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) par chauffage électrique de ce dernier, selon lequel la régénération est déclenchée par un calculateur (3) en fonction du niveau de chargement (A) et de la température (T) du filtre à particules (6) caractérisé en ce que le calculateur (3) exploite simultanément des paramètres liés au fonctionnement du véhicule de manière à prendre en compte la consommation du carburant entraînée par le chauffage électrique du filtre (6).
2. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les paramètres comprennent la position de la pédale de freinage (Pf).
3. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le calculateur (3) active la régénération du filtre à particules (6) :
- si le niveau de chargement (A) est supérieur à S1 , qui est un seuil prédéterminé,
- et si la position de la pédale de frein (Pf) est activée, Pf = 1.
4. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) selon la revendication 3, caractérisé en ce que S1 est supérieur à Smini, qui est le seuil à partir duquel la régénération n'est pas nécessaire.
5. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le calculateur (3) active la régénération du filtre à particules (6)
- si le niveau de chargement (A) est supérieur à un seuil prédéterminé, S2, qui est supérieur à S1 ,
- et si la position (Pf) n'est pas activée, Pf = 0 - et si le rendement (F) du moteur, calculé à l'aide de paramètres choisis, est inférieur au rendement (G) du moteur qui serait obtenu avec une régénération du filtre à particules.
6. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) selon la revendication 5, S2 est inférieur à Smax, qui est le seuil où la régénération est obligatoire.
7. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) selon l'une des revendications précédentes 5 ou 6, caractérisé en ce que les paramètres comprennent le rapport engagé (H).
8. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) selon l'une des revendications précédentes 5 ou 6, caractérisé en ce que les paramètres comprennent la position de la pédale de l'accélérateur (Pacc).
9. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) selon l'une des revendications précédentes 5 ou 6, caractérisé en ce que les paramètres comprennent la vitesse (V) du véhicule.
10. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) selon l'une des revendications précédentes 5 ou 6, caractérisé en ce que les paramètres comprennent le régime (N) du moteur.
11. Procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules (6) selon l'une des revendications précédentes 5 ou 6, caractérisé en ce que les paramètres comprennent le couple (M) du moteur.
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