FR2860832A1 - Procede de commande pour la regeneration d'un filtre a particules - Google Patents

Procede de commande pour la regeneration d'un filtre a particules Download PDF

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Abstract

Un système de motorisation comporte un moteur (1), un filtre à particules (3) recevant des gaz d'échappement du moteur (1) pour retenir les particules des gaz d'échappement. Un procédé traitant des informations et commandant le moteur (1) pour obtenir la régénération du filtre à particules (3) lorsque nécessaire établit un critère de stabilité (Cs) du fonctionnement du moteur sur au moins une variable d'entrée (Qe). Le procédé autorise la régénération lorsque le critère de stabilité (Cs) indique que le fonctionnement du moteur est stable.

Description

2860832 1
Procédé de commande pour la régénération d'un filtre à particules.
L'invention concerne un procédé de commande pour la régénération d'un filtre à particules équipant un groupe motopropulseur d'un véhicule.
L'hétérogénéité des processus de combustion dans les moteurs à mélange pauvre, en particulier dans les moteurs Diesel, a pour effet de générer des particules de carbone, qui ne peuvent être brûlées efficacement dans le moteur. Cela se traduit par exemple par l'apparition, en sortie de la ligne d'échappement, de fumées noires. Ce phénomène est une source de pollution que l'on cherche à réduire.
La présence d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement du moteur permet de diminuer considérablement la quantité de particules, poussières et autres suies, émises dans l'atmosphère, et de satisfaire aux normes antipollution.
Des dispositifs de régénération pilotés par un calculateur permettent de brûler périodiquement les particules piégées dans le filtre et d'éviter le colmatage de ce dernier. Les particules de suies sont des éléments essentiellement carbonés, et leur combustion consomme de l'oxygène pour former du gaz carbonique.
Ceci est effectué en élevant la température au sein du filtre à particules jusqu'à une température de l'ordre de 550 à 650 C, température à partir de laquelle les particules de carbone retenues dans le filtre s'enflamment spontanément.
Le déclenchement de la régénération du filtre est contrôlée par un automate qui détermine si la régénération doit avoir lieu et, quand elle est en cours, si elle peut continuer. Pour cela, l'automate reçoit des informations sur le fonctionnement du véhicule. Ces informations comprennent par exemple les températures du liquide de refroidissement du moteur, des gaz en amont et en aval du filtre à particules, la vitesse du véhicule, la masse de suie accumulée dans le filtre à particules et la distance parcourue depuis la dernière régénération.
L'automate vérifie des conditions sur ces informations et ne déclenche la régénération que si toutes les conditions sont satisfaites. La régénération est maintenue même si certaines conditions ne sont plus satisfaites pendant une durée inférieure à un seuil prédéterminé, de l'ordre d'une à deux minutes. Si au moins une condition n'est plus satisfaite pendant une durée supérieure audit seuil, alors le processus de régénération est interrompu.
Pour déclencher et maintenir la régénération, les conditions de fonctionnement du moteur sont modifiées pour augmenter la température des gaz d'échappement avant leur passage dans le filtre à particules. Ces modifications concernent souvent l'injection de carburant, qui peut être retardée pour au moins un cylindre du moteur. Ces modifications augmentent la consommation de carburant et également la quantité de carburant qui se dissout dans l'huile du moteur, en passant par l'espace entre le cylindre et le piston.
2860832 3 Avec une nouvelle génération de filtres à particules catalytiques, qui intègrent les fonctions de pot catalytique et de filtre à particules, on doit agir pendant toute la durée de la régénération pour maintenir les conditions permettant la combustion des suies piégées dans le filtre. Les inconvénients mentionnés précédemment sont donc prolongés pendant toutes la durée de la régénération. De plus, ils sont aggravés dans certaines conditions de fonctionnement du moteur, dans lesquelles peu de chaleur est naturellement apportée aux gaz d'échappement.
Lorsque le véhicule circule sur autoroute, les conditions de fonctionnement sont en général favorables pour la régénération de filtre à particules. Cependant, même si la vitesse du véhicule est supérieure à un certain seuil, les décélérations brusques font disparaître ces conditions favorables. Un critère sur la vitesse s'avère donc insuffisant pour caractériser des conditions favorables à la régénération.
C'est donc un objectif de l'invention de proposer un procédé de commande d'un système de motorisation à moteur à allumage par compression d'un véhicule comportant un filtre à particules limitant la durée des phases de régénération et de les autorisant lorsque les conditions sont les plus propices, dans le but en particulier de limiter la consommation de carburant et l'augmentation de la dilution de carburant dans l'huile.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de commande d'un système de motorisation comportant un moteur, un filtre à particules recevant des gaz d'échappement du moteur pour retenir les particules des gaz d'échappement, le procédé traitant des informations et commandant le moteur pour obtenir la régénération du filtre à particules lorsque nécessaire, caractérisé en ce que le procédé établit un critère de stabilité du fonctionnement du moteur sur au moins une variable d'entrée, le procédé autorisant la régénération lorsque le critère de stabilité indique que le fonctionnement du moteur est stable.
Ainsi, le procédé permet d'autoriser la régénération uniquement lorsque les conditions favorables à la régénération sont susceptibles de se maintenir, et d'éviter de déclencher une régénération qui devrait être interrompue rapidement à cause de variations des conditions de fonctionnement du moteur.
Selon un mode de réalisation, la variable d'entrée pour le critère de stabilité est un débit massique d'air admis et de carburant injecté dans le moteur.
On a constaté en effet que cette variable d'entrée est représentative des conditions de fonctionnement du moteur, en particulier s'il est suralimenté, indépendamment du fait qu'une régénération est en cours ou non, et indépendamment de l'état de chargement du filtre à particules. L'évaluation de la stabilité n'est donc pas tributaire de l'état de chargement du filtre à particules ni de la régénération en cours ou non.
Selon un mode de réalisation, le procédé comporte dans l'évaluation du critère de stabilité une étape dans laquelle on évalue une estimation de la variabilité de la variable d'entrée autour de sa moyenne. On peut utiliser par exemple la fonction mathématique de la variance ou de la covariance.
L'estimation de la moyenne de la variable d'entrée est obtenue par un filtre numérique passe-bas du premier ordre sur ladite variable d'entrée. Ainsi, l'estimation peut être effectuée en continu, en accordant une prépondérance aux valeurs de la variable d'entrée les plus récentes.
De manière particulière, l'estimation de la variabilité est évaluée par la formule suivante: V(Qe) _ F([Qe-F(Qe)]Z) F2(Qe) dans laquelle F(x) représente une fonction de filtre passe-bas du premier ordre, Qe est la variable d'entrée et V(Qe) est l'estimation de la variabilité de la variable d'entrée. F(Qe) est une estimation de la moyenne de la variable d'entrée et Qe-F(Qe) est l'écart de la variable d'entrée par rapport à sa moyenne.
Le procédé comporte en outre une étape d'évaluation du critère de stabilité dans laquelle l'estimation de la variabilité est comparée à un seuil de variabilité prédéterminé, les conditions de fonctionnement étant instables lorsque l'estimation de la variabilité est supérieure audit seuil de variabilité.
Typiquement, le critère de stabilité est une fonction décroissante de l'estimation de la variabilité, la valeur du critère de stabilité étant nulle lorsque l'estimation de la variabilité est supérieure ou égale au seuil de variabilité, le critère de stabilité indiquant que le fonctionnement du moteur est stable lorsqu'il est supérieur à un seuil de stabilité prédéterminé.
Selon un perfectionnement, lorsque le système n'est pas en mode de régénération, le seuil de stabilité évolue en fonction de l'état de chargement du filtre à particules. De la sorte, on peut requérir des conditions très stables lorsque le filtre à particules est peu chargé, et être moins exigeant sur la stabilité des conditions lorsque le filtre à particules est très chargé et qu'il devient plus urgent de réaliser une régénération.
Selon un autre perfectionnement, lorsque le système est en mode de régénération, la régénération est maintenue pendant au moins une durée prédéterminée après que le critère de stabilité indique que le fonctionnement du moteur n'est plus stable. Ceci évite d'interrompre trop rapidement une régénération amorcée, même si les conditions de stabilité ne sont plus remplies.
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un système de motorisation conforme à l'invention; la figure 2 est un schéma de la réalisation de la commande de régénération du filtre à particules.
Un système de motorisation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention et représenté sur la figure 1, comporte un moteur 1 du type Diesel suralimenté par un turbocompresseur 2 et dont les gaz d'échappement sont traités par un filtre à particules catalytique 3. Le moteur 1 est alimenté en air par un circuit d'air comprenant une prise d'air 11, un compresseur 12 du turbocompresseur 2, une conduite de refoulement 13 et une tubulure d'admission 14 débouchant dans des chambres de combustion du moteur 1, une seule chambre 15 étant représentée.
Les gaz d'échappement produits par la combustion sont évacués de la chambre 15 par une tubulure d'échappement 16, traversent une turbine 17 du turbocompresseur, puis le filtre à particules catalytique 3. Un circuit de recyclage des gaz d'échappement comporte un piquage 18 sur la tubulure d'échappement, une vanne de sélection 19 orientant les gaz d'échappement vers la conduite de refoulement soit en passant par un refroidisseur 20, soit par une conduite directe 21.
Un calculateur 24 reçoit des informations sur le fonctionnement du système de motorisation et commande le moteur 1. Il met en oeuvre en particulier le procédé selon l'invention. Pour cela, il reçoit une information sur la masse de suie contenue dans le filtre à particules, sur la distance parcourue depuis la dernière régénération, la température des gaz d'échappement à l'entrée et à la sortie du filtre à particules, la température de l'eau de refroidissement du moteur et la vitesse du véhicule.
Il reçoit également une information de débit d'air admis. Il détermine un débit de carburant à injecter et commande le moteur pour réaliser cette injection. A partir de la somme des ces débits massique Qe, il détermine un critère de stabilité V(Qe), d'une manière détaillée plus loin.
Le calculateur 24 détermine si la régénération doit être pilotée ou non. Pour cela, il établit si 10 l'ensemble des critères suivants sont satisfaits: la masse de suie piégée par le filtre à particules est supérieure à un seuil de masse mO; la distance parcourue depuis la dernière régénération est supérieure à un seuil de distance km0; la température est supérieure Ti à l'entrée du filtre à particules à un premier seuil de température la température à la sortie du filtre à particules 20 est supérieure à un deuxième seuil de température T2 la température est supérieure T3 d'eau de refroidissement du moteur à un troisième seuil de température la vitesse du véhicule est supérieure à un seuil de vitesse VO; le critère de stabilité Cs est supérieur à un seuil de stabilité S. Lorsque toutes ces conditions sont réunies, comme le montre la figure 2, un signal d'autorisation de régénération Raut est délivré par une cellule 30 qui effectue un ET logique entre toutes les conditions reçues en entrée de la cellule 30. Le signal d'autorisation de régénération Raut est entré dans un bloc de temporisation 32. Le bloc de temporisation 32 délivre le signal de commande de la régénération Rcom dès la présence du signal d'autorisation de régénération Raut, et maintient le signal de commande de la régénération Rcom pendant une durée prédéterminée Dl après la disparition du signal d'autorisation de régénération Raut.
Pour établir le critère de stabilité, le calculateur procède d'abord à l'estimation de la variabilité V du débit massique Qe par la formule suivante: V(Qe) - F ([Qe - F (Qe)Î F2(Qe) dans laquelle F(x) représente une fonction de filtre passe-bas du premier ordre.
L'estimation de la variabilité V(Qe) est ensuite comparée à un seuil de variabilité Sv. Si l'estimation de la variabilité V(Qe) est supérieure au seuil de variabilité Sv, les conditions sont considérées comme étant instables. Sinon, l'estimation de la variabilité V(Qe) est convertie en critère de stabilité Cs selon une loi linéaire, selon laquelle à une variabilité nulle correspond un critère de stabilité de 100 %, et à une variabilité égale au seuil de stabilité correspond un critère de stabilité de 0 %.
Le critère de stabilité Cs est ensuite introduit dans l'évaluation de l'autorisation de régénération Raut, en le comparant au seuil de stabilité S. Le seuil de stabilité S est constant pendant les phases de régénération. Par contre, en-dehors de ces phases, il est possible de le faire évoluer, en particulier en fonction de l'état de chargement du filtre à particules.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. On pourra évaluer un critère de stabilité sur la base d'une autre variable ou d'une combinaison de variables représentant la charge du moteur. Par ailleurs, le traitement de cette ou ces variables pourra être envisagé selon d'autres lois mathématiques, filtres ou évaluations numériques que ce qui est proposé dans cet exemple.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Procédé de commande d'un système de motorisation comportant un moteur (1), un filtre à particules (3) recevant des gaz d'échappement du moteur (1) pour retenir les particules des gaz d'échappement, le procédé traitant des informations et commandant le moteur (1) pour obtenir la régénération du filtre à particules (3) lorsque nécessaire, caractérisé en ce que le procédé établit un critère de stabilité (Cs) du fonctionnement du moteur sur au moins une variable d'entrée (Qe), le procédé autorisant la régénération lorsque le critère de stabilité (Cs) indique que le fonctionnement du moteur est stable.
2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel la variable d'entrée pour le critère de stabilité (Cs) est un débit massique (Qe) d'air admis et de carburant injecté dans le moteur.
3. Procédé selon la revendication 1, selon lequel, pendant l'évaluation du critère de stabilité (Cs), on évalue une estimation de la variabilité de la variable d'entrée (V(Qe)) autour de sa moyenne.
4. Procédé selon la revendication 3, selon lequel l'estimation de la moyenne de la variable d'entrée (Qe) est obtenue par un filtre numérique passe-bas du premier ordre sur ladite variable d'entrée.
5. Procédé selon la revendication 4, selon lequel l'estimation de la variabilité est évaluée par la formule suivante: V (Qe) = F([Qe-F(Qe)Î) F2(Qe) dans laquelle F(x) représente une fonction de filtre passe-bas du premier ordre, Qe est la variable 5 d'entrée et V(Qe) est l'estimation de la variabilité de la variable d'entrée.
6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'évaluation du critère de stabilité (Cs) dans laquelle l'estimation de la variabilité V(Qe) est comparée à un seuil de variabilité (Sv) prédéterminé, les conditions de fonctionnement étant instables lorsque l'estimation de la variabilité V(Qe) est supérieure audit seuil de variabilité (Sv).
7. Procédé selon la revendication 6, selon lequel le critère de stabilité (Cs) est une fonction décroissante de l'estimation de la variabilité V(Qe) , la valeur du critère de stabilité (Cs) étant nulle lorsque l'estimation de la variabilité est supérieure ou égale au seuil de variabilité (Sv), le critère de stabilité (Cs) indiquant que le fonctionnement du moteur est stable lorsqu'il est supérieur à un seuil de stabilité (S) prédéterminé.
8. Procédé selon la revendication 7, selon lequel, lorsque le système n'est pas en mode de régénération, le seuil de stabilité (S) évolue en fonction de l'état de chargement du filtre à particules (3).
9. Procédé selon la revendication 7, selon lequel, lorsque le système est en mode de régénération, la régénération est maintenue pendant au moins une durée prédéterminée (Dl) après que le critère de stabilité (Cs) indique que le fonctionnement du moteur (1) n'est plus stable.
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