FR2855213A1 - Internal combustion engine exhaust particle filter monitoring and regeneration process consists of establishing and storing mathematical relationships and effecting regeneration above pre-set threshold level for soot content - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR CONTROLER LA REGENERATION D'UN FILTRE AMETHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE REGENERATION OF A FILTER
PARTICULES ET ENSEMBLE DE MOTORISATION COMPRENANT UN TEL DISPOSITIF PARTICLES AND MOTORIZATION ASSEMBLY COMPRISING SUCH A DEVICE
L'invention concerne le domaine des moteurs thermiques, notamment pour véhicules automobiles, et plus particulièrement un procédé et un dispositif pour contrôler la régénération d'un filtre à particules 5 comprenant de la suie d'un système d'échappement des gaz de combustion. The invention relates to the field of thermal engines, especially for motor vehicles, and more particularly a method and a device for controlling the regeneration of a particulate filter comprising soot of a combustion gas exhaust system.
L'hétérogénéité des processus de combustion dans les moteurs fonctionnant en mélange pauvre a pour effet de générer des particules de carbone, qui ne peuvent 10 être brûlées efficacement dans le moteur. Cela se traduit par l'apparition à l'échappement de fumées noires, caractéristiques de ce type de motorisation. The heterogeneity of the combustion processes in lean burn engines has the effect of generating carbon particles, which can not be burned efficiently in the engine. This results in the appearance of exhaust black fumes, characteristics of this type of engine.
Elles sont particulièrement marquées lors des phases de démarrage et lors de fortes accélérations. Le respect 15 des futures normes législatives impose aux constructeurs la mise en oeuvre de systèmes de dépollution permettant d'éliminer en totalité les particules ainsi que les oxydes d'azote. They are particularly marked during start-up phases and during strong acceleration. Respect for future legislative standards requires manufacturers to implement pollution control systems to completely eliminate particulates and nitrogen oxides.
L'état de la technique consiste en la disposition 20 dans la ligne d'échappement, d'un élément semi-poreux, permettant le passage des composés gazeux, tout en retenant des composés particulaires, dont les fumées de moteurs diesel constituent l'élément de base dans la matrice des gaz d'échappement Diesel. The state of the art consists of the arrangement 20 in the exhaust line, of a semi-porous element, allowing the passage of the gaseous compounds, while retaining particulate compounds, of which the fumes of diesel engines constitute the element base in the diesel exhaust matrix.
Cet élément ou un élément analogue sera désigné filtre à particules. This or similar element will be referred to as a particulate filter.
La phase de rétention des particules doit impérativement être suivie d'une seconde étape, appelée phase de régénération, qui élimine ces composés retenus en éléments non polluants(dioxyde de carbone et eau), 5 et permet de reprendre une phase successive d'accumulation des composés particulaires. The retention phase of the particles must imperatively be followed by a second step, called the regeneration phase, which removes these retained compounds in non-polluting elements (carbon dioxide and water), and makes it possible to resume a successive phase of accumulation of the particles. particulate compounds.
Les moyens utilisés pour atteindre les conditions de régénération passent par la création d'un environnement gazeux, chauffé à une température 10 d'environ 600 C. Cette opération permet d'apporter l'énergie nécessaire à l'auto-inflammation des particules retenues dans le filtre à particules. The means used to reach the regeneration conditions pass through the creation of a gaseous environment, heated to a temperature of about 600 C. This operation makes it possible to provide the energy necessary for the self-ignition of the particles retained in the particle filter.
Ces dernières se consument alors en dégageant de l'énergie, qui en fonction des conditions peut-être 15 pondéralement transmise au lit de suies, aux divers éléments constitutifs du système de dépollution (filtre à particules, boîte et enveloppe de maintien, tuyaux, etc.........), ou bien, véhiculée par le flux de gaz émanant du moteur. The latter are then consumed by releasing energy, which depending on the conditions may be massively transmitted to the bed of soot, the various components of the pollution control system (particulate filter, box and holding envelope, pipes, etc. .........), or else, conveyed by the flow of gas emanating from the engine.
Il est donc utile de connaître, à chaque instant, la masse de suie contenue dans le filtre, et plus spécifiquement en début et en fin de régénération, de manière à l'intégrer dans des stratégies de détection de masse de suie, de contrôle de l'intégrité de 25 l'élément filtrant ou de toute autre stratégie permettant d'optimiser le déroulement de la régénération du filtre à particules. It is therefore useful to know, at each moment, the mass of soot contained in the filter, and more specifically at the beginning and end of regeneration, so as to integrate it into strategies of soot mass detection, control of the integrity of the filter element or any other strategy to optimize the course of regeneration of the particulate filter.
Parmi les moyens de contrôle de la régénération connus jusqu'ici, on peut faire référence au document 30 FR 2,802,972 qui divulgue un procédé de gestion du fonctionnement d'un filtre à particules qui consiste à déclencher la mise en action de moyens d'aide à la régénération du filtre selon des critères prédéterminés, tel que par exemple lorsque le chargement de particules du filtre excède une valeur seuil. Among the regeneration control means known hitherto, reference can be made to document FR 2,802,972, which discloses a method for managing the operation of a particle filter which consists in triggering the activation of means of assisting regeneration of the filter according to predetermined criteria, such as for example when the particle loading of the filter exceeds a threshold value.
Ce procédé utilise un seuil de contre-pression généré aux bornes du filtre à particules pour décider du déclenchement de la régénération du système de dépollution. This method uses a back pressure threshold generated at the terminals of the particulate filter to decide to trigger the regeneration of the pollution control system.
La durée de régénération est caractérisée par le calcul du dégagement de chaleur, généré par la combustion des suies dans le filtre à particules. Ce dégagement d'énergie est estimé en utilisant le calcul de la différence entre la température de sortie des gaz 15 mesurée par un capteur de température disposé en aval du filtre à particules, et la température des gaz à la sortie du filtre calculée à l'aide d'un modèle mathématique de transfert de chaleur qui suppose l'existence d'aucune combustion des suies à l'intérieur 20 du filtre à particules. The regeneration time is characterized by the calculation of the release of heat generated by the combustion of soot in the particulate filter. This energy release is estimated by using the calculation of the difference between the gas outlet temperature measured by a temperature sensor disposed downstream of the particulate filter, and the gas temperature at the outlet of the filter calculated at the using a mathematical model of heat transfer which assumes the existence of no soot combustion inside the particulate filter.
Toutefois ce procédé présente deux inconvénients majeurs. However, this process has two major disadvantages.
En effet, le déclenchement de la régénération est déterminé par une valeur seuil du signal de contre25 pression corrélée avec la masse de suie dans le filtre à particules. Ainsi, dans le cas de chargement hétérogène dans le filtre à particules, la masse de suie déterminée est inférieure à la réalité. Dans certains cas, cette non maîtrise de la quantité de suie 30 présente dans le filtre peut conduire à la détérioration du filtre. Ce type de dégradation ne permet, donc plus, de déterminer avec précision la fin de régénération. Indeed, the triggering of the regeneration is determined by a threshold value of the counterpressure signal correlated with the mass of soot in the particulate filter. Thus, in the case of heterogeneous loading in the particulate filter, the determined mass of soot is less than the reality. In some cases, this lack of control over the amount of soot present in the filter can lead to deterioration of the filter. This type of degradation therefore no longer makes it possible to accurately determine the end of regeneration.
Le second inconvénient de ce procédé est que la comparaison des deux valeurs de température, mesurées 5 et calculées, ne permet pas de déterminer la quantité de suie dans le filtre à particules, à tout instant, entre le début et la fin de la régénération. The second disadvantage of this method is that the comparison of the two temperature values, measured and calculated, does not make it possible to determine the amount of soot in the particulate filter, at any time, between the beginning and the end of the regeneration.
Le document GB 2,239,407 décrit également des moyens de contrôle de la régénération d'un filtre à 10 particules. Pour différentes conditions de fonctionnement de moteur, le document décrit différents modes de régénération, et différentes manières de contrôler la régénération. Le dispositif de ce document utilise un estimateur de masse de suie présent dans le 15 filtre pour mettre en marche ou arrêter les différents modes de régénération utilisés, en fonction du régime et de la charge de fonctionnement du moteur. GB 2,239,407 also describes means for controlling the regeneration of a particle filter. For different engine operating conditions, the document describes different regeneration modes, and different ways of controlling regeneration. The device of this document uses a soot mass estimator present in the filter to turn on or off the different regeneration modes used, depending on the engine speed and operating load.
Le fonctionnement de cet estimateur de masse, disposé dans le filtre, est basé sur une différence de 20 la masse de carbone entrant dans le filtre du fait des émissions de base du moteur, et de la masse de suie consommée par la combustion des suies dans le filtre. The operation of this mass estimator, disposed in the filter, is based on a difference in the mass of carbon entering the filter due to the base engine emissions, and the soot mass consumed by the soot combustion in the filter. the filter.
Cette modélisation cinétique simplifiée de la combustion des suies tient compte, entre autres, des températures d'entrée et de sortie du filtre. This simplified kinetic modeling of soot combustion takes into account, among other things, the inlet and outlet temperatures of the filter.
Par conséquent, si à la suite d'une régénération incontrôlée causée par des changements en masse de suie trop important, la valeur de la température de sortie n'est plus accessible, le calcul de la masse de suie 30 contenue dans le filtre est alors erroné. Consequently, if, as a result of uncontrolled regeneration caused by changes in so much mass of soot, the value of the outlet temperature is no longer accessible, the calculation of the soot mass contained in the filter is then wrong.
Aussi il subsiste le besoin de disposer d'un procédé permettant le contrôle et la détermination numérique, à chaque instant t, pendant le roulement du véhicule, et plus particulièrement pendant les phases 5 de régénération de la masse de suie présente dans le filtre ainsi que celle de la température de sortie du filtre. Thus, there remains the need to have a method for control and numerical determination, at each moment t, during the rolling of the vehicle, and more particularly during the regeneration phases of the mass of soot present in the filter and that of the outlet temperature of the filter.
L'invention a donc pour objet un procédé de contrôle de la régénération d'un filtre à particules 10 d'un système d'échappement de moteur à combustion interne suivant lequel on met en oeuvre des moyens de régénération du filtre dès que la valeur du niveau de chargement du filtre dépasse une valeur seuil prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend les 15 étapes, prises en boucle, de a) établir préalablement une première relation mathématique Y, une seconde relation mathématique Z, une troisième relation mathématique Vspécifique toutes trois fonctions de 20 la température des gaz d'échappement à l'entrée et à la sortie du filtre, et une relation mathématique récurrente T (t+l) entre la température de sortie des gaz et la masse de suie dans le filtre m(t+1), à l'instant (t+l), b) stocker lesdites relations dans des mémoires accessibles lors du contrôle de la régénération du filtre, c) effectuer la mesure, à un instant t, d'un ensemble de paramètres initiaux comprenant la 30 température T(t), la pression P(t), la masse m(t) de suie, la concentration en CO et en hydrocarbures du gaz d'échappement à l'entrée du filtre, d) prédéterminer les valeurs d'un ensemble de paramètres comprenant différentes constantes 5 calculées en fonction de la nature du matériau du filtre à particules, e) calculer à partir des différentes mesures et des différents paramètres, la valeur de la première relation mathématique Y, de la seconde 10 Z et de la troisième Vspécifique, f) utiliser lesdites valeurs Y, Z et Vspécifique dans ladite relation mathématique récurrente T(t+l), stockée, en mémoire pour calculer une première valeur de la température T(t+l>, et de la masse 15 de suie m(t+1) à la sortie du filtre à l'instant (t+l), g) comparer la valeur mcal (t+l) calculée, à l'instant (t+I) avec une première valeur seuil de masse de suie m(seuil 1) stockée en mémoire, et 20 h) déclencher la régénération du filtre et son contrôle dans la cas o mcal(t+l) > m(seuil 1) en calculant une seconde valeur de la température T(t+1)2, et une seconde valeur de masse de suie m(t+1)2 à la sortie du filtre à l'instant (t+l), 25 puis en comparant la seconde valeur de masse de suie m(t+1)2 à une seconde valeur seuil de masse de suie mseuil2 stockée en mémoire, arrêter ensuite la régénération et son contrôle, et recommencer l'étape a) lorsque m(t+l)2 < m(seuil 2). 30 Le procédé de l'invention présente les avantages de pouvoir détecter un dommage sur le capteur de température de sortie du filtre en confrontant la valeur de température de sortie du filtre mesurée à la 5 température de sortie du filtre calculée, de pouvoir éviter le risque d'aboutir à une régénération incontrôlée du filtre, de pouvoir remplacer le capteur de température disposé à la sortie du filtre inhibant ainsi le risque lié à son éventuel dégradation après 10 une régénération incontrôlée, ou encore, de pouvoir protéger le filtre lors des phases de régénération. The subject of the invention is therefore a method for controlling the regeneration of a particulate filter 10 of an internal combustion engine exhaust system according to which filter regeneration means are used as soon as the value of the loading level of the filter exceeds a predetermined threshold value, characterized in that it comprises the steps, taken in a loop, of a) establish beforehand a first mathematical relation Y, a second mathematical relation Z, a third mathematical relation Vspecific all three functions of the exhaust gas temperature at the inlet and outlet of the filter, and a recurrent mathematical relationship T (t + 1) between the gas outlet temperature and the soot mass in the filter m (t +1), at the instant (t + 1), b) storing said relations in accessible memories when checking the filter regeneration, c) measuring, at a time t, a set of para initial meters comprising the temperature T (t), the pressure P (t), the mass m (t) of soot, the CO and hydrocarbon concentration of the exhaust gas at the inlet of the filter, d) predetermining the values of a set of parameters comprising different constants 5 calculated according to the nature of the particulate filter material, e) calculating from the different measurements and different parameters, the value of the first mathematical relation Y, of the second 10 Z and the third Vspecific, f) using said Y, Z and Vspecific values in said recurrent mathematical relationship T (t + 1), stored in memory to calculate a first value of the temperature T (t + 1>, and of the mass of soot m (t + 1) at the output of the filter at the instant (t + 1), g) comparing the value mcal (t + 1) calculated, at time (t + I) with a first threshold value of soot mass m (threshold 1) stored in memory, and 20 h) trigger the regeneration of the filter and its control in the case o mcal (t + 1)> m (threshold 1) by calculating a second value of the temperature T (t + 1) 2, and a second mass value of soot m (t + 1) 2 to the output of the filter at the instant (t + 1), then comparing the second soot mass value m (t + 1) 2 to a second threshold value of soot mass mseuil2 stored in memory, then stop the regeneration and its control, and repeat step a) when m (t + 1) 2 <m (threshold 2). The method of the invention has the advantages of being able to detect damage on the filter outlet temperature sensor by comparing the output temperature value of the measured filter with the calculated filter output temperature, to be able to avoid the risk. to result in an uncontrolled regeneration of the filter, to be able to replace the temperature sensor disposed at the outlet of the filter thus inhibiting the risk of its possible degradation after an uncontrolled regeneration, or to be able to protect the filter during the phases of regeneration.
L'invention a encore pour objet, un dispositif pour contrôler la régénération d'un filtre à particules (6) d'un système d'échappement de moteur à combustion 15 interne (3) suivant lequel on met en oeuvre des moyens de régénération du filtre dès que la valeur du niveau de chargement du filtre dépasse une valeur seuil prédéterminée, caractérisé en ce qu'il comprend: a) différentes mémoires accessibles lors du 20 contrôle de la régénération du filtre, stockant une relation récurrente entre la température de sortie des gaz T(t+l) et la masse de suie m(t+l) à l'instant t+l, une première relation mathématique Y, une seconde relation 25 mathématique Z et une troisième relation mathématique Vspécifique, b) des moyens pour mesurer les valeurs d'un ensemble de paramètres initiaux comprenant la température T<t) (15), la pression P(t) (19), la 30 masse m(t) (16)de suie, à l'instant t, et la concentration chimique en CO et en hydrocarbures (17,18)dans le gaz d'échappement à l'entrée du filtre à particules, c) des moyens pour prédéterminer les valeurs d'un ensemble de paramètres comprenant différentes 5 constantes calculées en fonction de la nature du matériau du filtre à particules, d) des moyens pour calculer à partir des différentes mesures et des différents paramètres, la valeur de la première relation 10 mathématique Y, de la seconde Z et de la troisième Vspécifique, e) des moyens pour déterminer la température T(t+l) et la masse de suie m(t+1) à la sortie du filtre à particules, f) des moyens pour déclencher le contrôle de la régénération du filtre. The subject of the invention is also a device for controlling the regeneration of a particulate filter (6) of an internal combustion engine exhaust system (3) in which regeneration means of the engine are used. filter as soon as the value of the loading level of the filter exceeds a predetermined threshold value, characterized in that it comprises: a) different memories accessible during the control of the regeneration of the filter, storing a recurrent relationship between the outlet temperature of the gas T (t + 1) and soot mass m (t + 1) at time t + 1, a first mathematical relation Y, a second mathematical relation Z and a third mathematical relation Vspecific, b) means for measuring the values of a set of initial parameters including the temperature T <t) (15), the pressure P (t) (19), the mass m (t) (16) of soot at time t, and the chemical concentration of CO and hydrocarbons (17,18) in at the inlet of the particulate filter, c) means for predetermining the values of a set of parameters comprising different constants calculated according to the nature of the particulate filter material, d) means for calculating from the different measurements and different parameters, the value of the first mathematical relation Y, the second Z and the third Vspecific, e) means for determining the temperature T (t + 1) and the soot mass m (t + 1) at the outlet of the particulate filter, f) means for initiating the control of the regeneration of the filter.
De préférence, le dispositif comprend des moyens de mémorisation contenant le code exécutable destiné à mettre en euvre le procédé décrit précédemment. Preferably, the device comprises storage means containing the executable code intended to implement the method described above.
Enfin un dernier objet de l'invention est un ensemble de motorisation comprenant un moteur thermique, un système d'échappement pour le gaz de combustion dudit moteur, comprenant un filtre à particules, une intelligence permettant de gérer la 25 régénération du filtre à particules selon des critères prédéterminées. Cet ensemble se caractérise en ce qu'il intègre un dispositif de contrôle de la régénération d'un filtre à particules tel que défini précédemment. Finally, a final object of the invention is an engine assembly comprising a heat engine, an exhaust system for the combustion gas of said engine, comprising a particulate filter, an intelligence capable of managing the regeneration of the particulate filter according to predetermined criteria. This set is characterized in that it incorporates a device for controlling the regeneration of a particulate filter as defined above.
Le procédé de régénération selon l'invention est un 30 modèle thermique basé sur la conservation de l'énergie, qui intègre un terme de production chimique à la régénération des suies. Ce terme permet de déterminer à la fois la température de sortie du filtre (avec ou sans étapes de régénération de suie), ainsi que la variation de masse de suie dans le filtre. The regeneration method according to the invention is a thermal model based on energy conservation, which incorporates a term of chemical production into the regeneration of soot. This term makes it possible to determine both the outlet temperature of the filter (with or without soot regeneration steps), as well as the variation of soot mass in the filter.
Cette valeur de température de sortie T est obtenue à l'aide d'un modèle de transfert de chaleur qui prend en compte un apport d'énergie provoquée par la combustion des suies dans le système de filtration. This output temperature value T is obtained using a heat transfer model that takes into account a contribution of energy caused by the combustion of soot in the filtration system.
Le modèle thermique suivant, qui utilise la 10 conservation de l'énergie entre l'entrée et la sortie du filtre à particules, peut s'appliquer au procédé de l'invention de la manière suivante: Egaz amont + Erégénération suie + Eréducteurs = Efiltre + Egaz aval + Epertes O - Egaz amont représente l'énergie du gaz d'échappement avant l'entrée dans le filtre, Erégénération suie représente l'énergie produite par la régénération du filtre à particules, - Eréducteurs représente l'énergie produite par la combustion des réducteurs, - Efiltre représente l'énergie absorbée par le filtre à particules, - Egaz aval représente l'énergie du gaz 25 d'échappement en sortie du filtre, - Eperte représente l'énergie perdue lors du passage du gaz dans le filtre. The following thermal model, which uses the energy conservation between the inlet and the outlet of the particulate filter, can be applied to the process of the invention as follows: Upstream Egaz + Soot + Erreduction = Efilter + Egaz downstream + Epertes O - Egaz upstream represents the energy of the exhaust gas before entering the filter, soie regeneration represents the energy produced by the regeneration of the particulate filter, - Ereductors represents the energy produced by the combustion of the reducers, - filter represents the energy absorbed by the particulate filter, - downstream Egaz represents the energy of the exhaust gas at the outlet of the filter, - loss represents the energy lost during the passage of the gas in the filter .
Ainsi l'énergie des gaz dégagée par la réaction de 30 régénération des suies et par la combustion des réducteurs (tels que les hydrocarbures, CO, H2, etc....), ainsi que l'énergie des gaz dégagée en entrée du filtre se répartit entre le filtre (entrée-sortie) et, entre les pertes thermiques par convection et par rayonnement du filtre vers l'extérieur. Thus, the energy of the gases released by the soot regeneration reaction and by the combustion of the reducing agents (such as hydrocarbons, CO, H 2, etc.) and the energy of the gases released at the inlet of the filter. is distributed between the filter (input-output) and between the heat losses by convection and radiation of the filter to the outside.
De préférence, lorsque la valeur m(t+l)2 > mseuil2, alors le contrôle de la régénération du filtre est poursuivi par la comparaison du rapport dinst ( m(t) x Vspécifique / débit du gaz d'échappement) à une seconde 10 valeur seuil dintsseuil, et par l'envoie d'un signal de contrôle de la régénération de l'étape a) du précédé décrit précédemment. Preferably, when the value m (t + 1) 2> mseuil2, then the control of the regeneration of the filter is continued by comparing the ratio dinst (m (t) × Vspecifique / exhaust gas flow rate) with a second 10 threshold value ofseuil, and by sending a regeneration control signal of step a) of the above described above.
Avant l'étape a), le procédé peut consister en outre à comparer la valeur absolue de la différence, à 15 l'instant t (Tmes - Tcal)t avec une valeur seuil de température Tseuil stockée en mémoire, et à poursuivre les étapes du procédé si cette valeur absolue est inférieure à la valeur seuil Tseuil, ou bien à arrêter les mesures et les calculs, et à envoyer un message 20 d'erreur. Before step a), the method may further consist in comparing the absolute value of the difference, at time t (Tmes-Tcal) t with a temperature threshold value Tseuil stored in memory, and continuing the steps of the method if this absolute value is lower than the threshold value Tseuil, or to stop the measurements and the calculations, and to send an error message.
L'invention va maintenant être décrite de manière plus détaillée à l'aide des figures annexées, qui suivent qui sont données uniquement à titre d'illustration, et dans lesquelles: - la figure 1 est un schéma simplifié d'un véhicule à moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de contrôle de la régénération d'un filtre à particules d'un système d'échappement conforme à l'invention, Il - la figure 2 est un schéma de principe d'un système d'échappement d'un moteur thermique doté d'un filtre à particules et des éléments fonctionnels intervenant dans le contrôle de la régénération du filtre, et - la figure 3 est un diagramme qui détaille les différentes étapes de mesure et de calculs des données utilisées pour déterminer, à chaque instant (t+1), les valeurs de température de 10 sortie du filtre T(t+l), et de masse de suie m(t+i) dans le filtre. The invention will now be described in more detail with the help of the appended figures, which are given solely by way of illustration, and in which: FIG. 1 is a simplified diagram of a motor vehicle with internal combustion equipped with a device for controlling the regeneration of a particle filter of an exhaust system according to the invention, II - Figure 2 is a schematic diagram of an exhaust system of a heat engine having a particulate filter and functional elements involved in the control of the regeneration of the filter, and - Figure 3 is a diagram which details the different steps of measurement and calculation of the data used to determine, at each instant (t + 1), the output temperature values of the filter T (t + 1), and soot mass m (t + 1) in the filter.
- la figure 4 représente un ensemble de courbes obtenues de la variation de température en fonction du temps. FIG. 4 represents a set of curves obtained from the variation of temperature as a function of time.
Comme on peut le voir sur la figure 1, le véhicule 2 comprend notamment un moteur thermique 3 relié à un ensemble d'échappement 4. As can be seen in FIG. 1, the vehicle 2 comprises in particular a heat engine 3 connected to an exhaust assembly 4.
L'échappement 4, peut de manière connue comporter 20 un catalyseur d'oxydation 5 et/ou un dispositif connu par l'appellation anglo-saxonne de " NOx-Trap ", suivi d'un filtre à particules 6 et d'un silencieux 7. Un ensemble de capteurs de paramètres des gaz d'échappement en amont et en aval du filtre à 25 particules 6 (respectivement 8 et 9) est relié à une intelligence embarquée du véhicule, désigné par le repère 10. The exhaust 4 may, in known manner, comprise an oxidation catalyst 5 and / or a device known by the Anglo-Saxon name "NOx-Trap", followed by a particulate filter 6 and a silencer. 7. A set of exhaust gas parameter sensors upstream and downstream of the particulate filter 6 (respectively 8 and 9) is connected to an on-board intelligence of the vehicle, designated 10.
Comme le montre de façon plus détaillée la figure 2, l'intelligence embarquée 10 est décomposée en une 30 unité centrale de stratégie de commande du moteur et du filtre à particules 11, et en un centre de traitement 12 des données pertinentes au filtre à particules relié à l'ensemble de capteurs disposés en amont 13 et en aval 14. Des capteurs, comme un capteur de pression ou 5 de température peuvent être disposés en aval. Le centre de traitement 12 est fonctionnellement relié à l'unité centrale 11, et permet ainsi de constituer une boucle de commande du moteur 3 en fonction des données issues de l'ensemble de capteurs 13 et 14. La partie 13 de cet 10 ensemble de capteurs en amont comprend: - un capteur 15 de mesure de température Tt à l'instant t, - un capteur 16 de masse de suie mt, à l'instant t, - un capteur 17 de concentration en CO des gaz 15 d'échappement sortant du moteur 3, [optionnel] - un capteur 18 de concentration en hydrocarbures (HC) des gaz d'échappement sortant du moteur 3,[optionnel] - un capteur 19 de pression Pt des gaz 20 d'échappement à l'instant t. As shown in more detail in FIG. 2, the on-board intelligence 10 is decomposed into a central engine control strategy unit and the particulate filter 11, and into a data processing center 12 data relevant to the particulate filter. connected to the set of sensors arranged upstream 13 and downstream 14. Sensors, such as a pressure or temperature sensor may be arranged downstream. The processing center 12 is functionally connected to the central unit 11, and thus makes it possible to constitute a control loop of the motor 3 as a function of the data from the set of sensors 13 and 14. Part 13 of this set of Upstream sensors comprises: - a temperature measuring sensor 15 Tt at time t, - a soot mass sensor 16, at time t, - an exhaust gas CO concentration sensor 17. leaving the engine 3, [optional] - a sensor 18 for the hydrocarbon concentration (HC) of the exhaust gases leaving the engine 3, [optional] - a sensor 19 for the pressure Pt of the exhaust gases at the instant t .
De manière connue, le filtre à particules 6 comporte un ensemble de surfaces disposées en strates ou en serpentin 20, désigné lit de suie, prévu pour collecter les particules de suies émises par le moteur. 25 Comme le montre la figure 3, sur la première boucle, disposée à gauche et qui fonctionne en mode dit " normal ", c'est-à-dire sans régénération, après l'établissement des relations mathématiques Y, Z et Vspécifique toutes trois fonctions de la température des 30 gaz d'échappement, à l'entrée et à la sortie du filtre à particules, on établit une relation mathématique récurrente T(t+l) entre la température de sortie des gaz et la masse de suie dans le filtre m(t+1) à l'instant (t+1). In known manner, the particulate filter 6 comprises a set of surfaces arranged in layers or in a coil 20, designated soot bed, designed to collect soot particles emitted by the engine. As shown in FIG. 3, on the first loop, arranged on the left and operating in the so-called "normal" mode, that is to say without regeneration, after the establishment of the mathematical relations Y, Z and Vspecific all three. As a function of the temperature of the exhaust gases, at the inlet and the outlet of the particulate filter, a recurrent mathematical relationship T (t + 1) is established between the exit temperature of the gases and the mass of soot in the filter m (t + 1) at the moment (t + 1).
Ces relations s'établissent de la manière suivante: (1) Y = R(T(t)) / Cpgaz o - R est la résistance thermique, - T(t) est la température à l'instant t, et - Cpgaz est la capacité calorifique du gaz d'échappement, (2) Z = (UoS) / Cpgaz o - s est l'émissivité du matériau constituant l'enveloppe métallique qui contient le filtre à 15 particules, - a est la constante de Boltzman - S est la surface de l'enveloppe métallique qui contient le filtre à particules, - Cpgaz est la capacité calorifique du gaz 20 d'échappement, (3) Vspécifique = k0 (Po2)u x exp( - EA / RT(t)) o - k0 est la constante de vitesse de réaction - Po2 est la pression partielle de l'oxygène - a est l'ordre partiel de réaction par 25 rapport à l'oxygène, - EA est l'énergie d'activation fonction de l'activité catalytique du système - R est la constante des gaz parfait, soit - T(t) la température à l'instant t et (4) Relation récurrente: T(t+)= B / D avec B = T(t)x[(AV/(mgAt)+(3ZT3(t)/mg)]+ TaB x[(Z/mg)xT3am + (Y/mg) ] + (XcoAHco/Cpgaz) + (Hcombustion/ (mgCpgaz) ) X m(t) x Vspécifique + Te(t) et, D =[ (AV/(mgAt)) + (Y/mg) + (4Z/mg) x T3(t) + 1] dans laquelle Te(t) est la température à l'entrée du filtre, AHco est l'enthalpie de combustion du CO (kJ/kg), AHcoustion est l'enthalpie de combustion des suies 10 (kJ/kg), o les différents paramètres sont tels que définis précédemment, et o V est le volume du filtre donné par la relation mathématique V = m/p avec p la masse volumique du filtre à particules, et m la masse du filtre à particules, mg le débit massique des gaz d'échappement entrant dans le filtre, Xco la fraction massique de CO, et 20 TanB la température ambiante. These relations are established as follows: (1) Y = R (T (t)) / Cpgaz o - R is the thermal resistance, - T (t) is the temperature at time t, and - Cpgaz is the heat capacity of the exhaust gas, (2) Z = (UoS) / Cpgaz o - s is the emissivity of the material constituting the metal shell which contains the particulate filter, - a is the Boltzman constant - S is the area of the metal shell that contains the particulate filter, - Cpgaz is the heat capacity of the exhaust gas, (3) Vspecific = k0 (Po2) ux exp (- EA / RT (t)) o - k0 is the reaction rate constant - Po2 is the partial pressure of oxygen - a is the partial reaction order with respect to oxygen, - EA is the activation energy as a function of catalytic activity of the system - R is the perfect gas constant, ie - T (t) the temperature at time t and (4) Recurrent relationship: T (t +) = B / D with B = T (t) x [(AV / (mgAt) + (3ZT3 (t) / mg)] + TaB x [(( Z / mg) xT3am + (Y / mg)] + (XcoAHco / Cpgaz) + (Hombustion / (mgCpgaz)) X m (t) x Vspecific + Te (t) and, D = [(AV / (mgAt)) + (Y / mg) + (4Z / mg) x T3 (t) + 1] where Te (t) is the temperature at the inlet of the filter, AHco is the combustion enthalpy of CO (kJ / kg) , AHcoustion is the soot combustion enthalpy 10 (kJ / kg), where the different parameters are as defined above, and o V is the volume of the filter given by the mathematical relation V = m / p with p the density particulate filter, and mass of particulate filter, mg mass flow of exhaust gas entering the filter, Xco mass fraction of CO, and TanB ambient temperature.
Les paramètres présents dans la relation récurrente et, comprenant différentes constantes calculées en fonction de la nature du matériau du filtre. à 25 particules, sont prédéterminés, et sont les suivants: A = (p Cpfiltre) / Cpgaz o - p est la masse volumique du filtre à particules Cpgaz la capacité calorifique du gaz d'échappement - Cpfiltre la capacité calorifique du filtre et en ce que les variations d'enthalpie sont prédéterminée par les rapports suivants: (AHco / Cpgaz) et (AHcobustion / Cpgaz) o - AHco est la variation d'enthalpie de réaction de Co, et Hcoustion la variation d'enthalpie de 10 combustion de la suie. The parameters present in the recurrent relationship and, comprising different constants calculated according to the nature of the filter material. to 25 particles, are predetermined, and are: A = (p Cpfilter) / Cpgaz o - p is the density of the particle filter Cpgaz the heat capacity of the exhaust gas - Cpfilter the heat capacity of the filter and in this that the enthalpy variations are predetermined by the following ratios: (AHco / Cpgaz) and (AHcobustion / Cpgaz) o - AHco is the reaction enthalpy change of Co, and the change in combustion enthalpy change of the soot.
Ces relations sont ensuite stockées dans des mémoires accessibles lors du contrôle de la régénération du filtre. These relationships are then stored in accessible memories when checking the regeneration of the filter.
La valeur numérique de m(t+1) est obtenue par la 15 formule suivante: m(t+ l) = m(t) - (m(t) X V specifique(t) X At) Si la masse de suie calculée mcal(t+l) est supérieure à une première valeur seuil de masse de suie m(seuill)stockée en mémoire, alors le mode de régénération (seconde boucle disposée à droite de la figure 3) est mise en oeuvre. The numerical value of m (t + 1) is obtained by the following formula: m (t + 1) = m (t) - (m (t) XV specific (t) X At) If the soot mass calculated mcal ( t + 1) is greater than a first threshold value of soot mass m (threshold) stored in memory, then the regeneration mode (second loop arranged on the right of FIG. 3) is implemented.
Dans le cas contraire, un signal en boucle est envoyé aux différents capteurs de manière à 25 recommencer, à la fois, les différentes mesures des paramètres et, les calculs de température et de masse à un instant (t+ l). In the opposite case, a loop signal is sent to the different sensors so that both the different measurements of the parameters and the temperature and mass calculations at one instant (t + 1) are repeated.
Sur la première boucle de cette figure 3, dite en mode normal, avant toutes acquisitions de données numériques, le centre de traitement calcule la valeur absolue suivante, à l'instant t: | Tmes - Tcal I t o - Tmes est la valeur de température mesurée à la sortie du filtre, - Tcal est la valeur de température calculée à l'aide de la relation récurrente. In the first loop of this FIG. 3, called in normal mode, before any digital data acquisition, the processing center calculates the following absolute value, at time t: | Tmes - Tcal I t o - Tmes is the temperature value measured at the output of the filter, - Tcal is the temperature value calculated using the recurring relation.
Si cette valeur absolue est inférieure à une valeur seuil prédéterminée Tseuil, alors les opérations 10 ultérieures de mesure et de calcul, telles qu'exposées précédemment, sont recommencées. Sinon si cette valeur absolue est supérieure à Tseuil, alors un message d'erreur de mesure de la température est envoyé au centre de traitement 12. If this absolute value is less than a predetermined threshold value Tseuil, then the subsequent measurement and calculation operations, as explained above, are restarted. Otherwise if this absolute value is greater than Tseuil, then a temperature measurement error message is sent to the processing center 12.
A l'issue de cette première boucle de vérification de données, le procédé recommence une seconde boucle correspondant à un mode dit mode de " régénération ". At the end of this first data verification loop, the process starts again a second loop corresponding to a mode called "regeneration" mode.
Cette seconde boucle fonctionne de la manière suivante. 20 Le centre de traitement 11 effectue un second calcul de masse de suie m(t+1)2 et un second calcul de température T(t+1)2 à l'instant (t+l) à la sortie du filtre. This second loop works as follows. The processing center 11 performs a second soot mass calculation m (t + 1) 2 and a second temperature calculation T (t + 1) 2 at the instant (t + 1) at the output of the filter.
Si cette seconde valeur m(t+1) est inférieure à une 25 seconde valeur seuil m(seui12), alors le mode de régénération est terminée, et un signal est envoyé au centre de traitement 12 pour recommencer une nouvelle boucle de mesure et de calcul du mode dit " normal ". If this second value m (t + 1) is less than a second threshold value m (sigma12), then the regeneration mode is terminated, and a signal is sent to the processing center 12 to restart a new measurement and evaluation loop. calculation of the so-called "normal" mode.
Dans le cas contraire, c'est-à-dire lorsque 30 m(t+l)2>m(seui12), alors la phase de contrôle de la régénération est poursuivie par la comparaison du rapport dinst. Ce rapport est défini par: (m(t) x Vspécifique)/débit du gaz d'échappement Si dinst > dinstseuil stockée en mémoire, alors 5 une consigne visant à enclencher une stratégie de contrôle du filtre à particules est envoyée au centre de traitement 12 qui recommence une nouvelle boucle du mode de régénération tel que défini précédemment. In the opposite case, that is to say when 30 m (t + 1) 2> m (sigma12), then the control phase of the regeneration is continued by comparing the ratio dinst. This ratio is defined by: (m (t) × Vspecific) / exhaust gas flow rate If there is a memory stored in memory, then a set point to initiate a particulate filter control strategy is sent to the treatment center. 12 which starts a new loop of the regeneration mode as defined above.
La figure 4 montre bien la bonne adéquation 10 existant entre les valeurs de température de sortie calculées et mesurées au cours de la phase de régénération du filtre à particules effectuée selon le procédé de l'invention. FIG. 4 clearly shows the good match existing between the output temperature values calculated and measured during the regeneration phase of the particulate filter carried out according to the method of the invention.
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