FR2883333A1 - Procede de commande d'un moteur diesel - Google Patents
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Abstract
Procédé de commande d'un moteur diesel doté d'un filtre à particules disposé sur une ligne d'échappement de gaz dudit moteur comprenant :- une opération de mesure d'un au moins des paramètres de fonctionnement moteur (P) ;- une étape de régénération (R) du filtre à particules consistant à faire transiter des gaz d'échappement par le filtre à particules, à une température comprise entre 350°C et 500°C.Le procédé comportant une étape de calcul d'un critère de stabilité de fonctionnement du moteur (CS) comprenant un calcul d'au moins une dérivée au cours du temps de paramètre(s) (P) et lorsque la température des gaz d'échappement est inférieure à 350°C et lorsque ledit critère de stabilité moteur calculé (CS) est compris dans une plage prédéterminée (B1-B2), on régule alors le moteur pour que la température des gaz d'échappement soit entre 350 et 500°C pendant un temps de régénération (R) donné.
Description
PROCEDE DE COMMANDE D'UN MOTEUR DIESEL
La présente invention concerne, de façon générale, le domaine de la régénération de filtre à particules pour 5 moteur diesel.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de commande d'un moteur diesel doté d'un filtre à particules disposé sur une ligne d'échappement de gaz dudit moteur comprenant: - une opération de mesure d'un au moins des paramètres de fonctionnement moteur parmi un débit d'air à l'admission du moteur, une température d'entrée de gaz d'échappement dans le filtre à particules, une température de sortie de gaz d'échappement du filtre à particules, une température du fluide de refroidissement moteur, une vitesse du véhicule, d'une position relative d'enfoncement d'une pédale d'accélération du moteur, un régime moteur; une étape de régénération du filtre à particules consistant à faire transiter des gaz d'échappement par le filtre à particules, à une température comprise entre 350 C et 500 C.
Les filtres à particules sont largement utilisés sur des lignes d'échappement afin de filtrer des particules contenues dans les fumées et ainsi réduire la pollution générée par le moteur diesel. Les particules filtrées par le filtre sont principalement des suies et huiles moteur. Afin de décharger le filtre de ses particules et ainsi lui rendre des caractéristiques de filtration optimales, de dépollution et réduire la perte de charge induite par l'accumulation de particules dans le filtre, il est connu de réaliser une opération dite de régénération du filtre.
Classiquement cette opération de régénération se réalise à une température supérieure à 500 C ce qui est par exemple le cas dans le document de l'art antérieur EP 1 203 876. Le procédé selon l'invention ne concerne pas ce type de régénération qui est réalisée à plus de 500 C car elles nécessitent un apport important en énergie / combustibles divers ce qui est nuisible pour le rendement du moteur et car les réactions chimiques mises en uvre lors de la régénération sont différentes de celles ayant lieu entre 350 C et 500 C.
La régénération selon l'invention consiste à brûler les particules contenues dans le filtre en ajustant la température des gaz dans le filtre entre 350 C et 500 C. La régénération se produisant dans ce domaine de température particulier est dite régénération passive par opposition à l'autre type de régénérations nécessitant l'apport d'un produit catalyseur de régénération (carburant à fort apport énergétique).
Le procédé de régénération de filtre selon l'invention concerne donc exclusivement un procédé de régénération dite passive.
Le processus de régénération passive engendre la conversion des particules s:ockées dans le catalyseur (c'est-à-dire dans le filtre à particules) en des molécules de CO2. Ce processus se produit de façon continue dans la plage de température de 350 C à 500 C lorsque le véhicule roule sur autoroute et ne se produit normalement plus en dehors de cette plage de températures.
La combustion des suies (Carbone) déposées dans le filtre à particules n'est possible que grâce à l'effet conjugué d'un élément oxydant (oxygène du dioxyde d'azote NO2) et de la température.
La réaction chimique de régénération passive est la suivante.
C + 2 NO2 => CO2 + 2 NO Il a été remarqué que certaines régénérations sont réalisées de façon incomplète car les conditions réactionnelles ne permettaient pas l'oxydation des suies. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé de commande d'un moteur permettant d'améliorer la régénération des filtres à particules et de réduire le nombre de régénérations incomplètes.
A cette fin, le procédé de commande de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule défini précédemment, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calcul d'un critère de stabilité de fonctionnement du moteur comprenant un calcul d'au moins une dérivée au cours du temps d'un au moins desdits paramètres de fonctionnement moteur et en ce que lorsque la température des gaz d'échappement transitant par le filtre à particules est inférieure à 350 C et lorsque ledit critère de stabilité moteur calculé est compris dans une plage prédéterminée, on régule alors le moteur de manière à ce que la température des gaz d'échappement transitant par le filtre à particules augmente et soit comprise entre 350 et 500 C pendant un temps de régénération donné.
Grâce au procédé selon l'invention, on décide d'augmenter la température des gaz d'échappement au moins lorsque le critère de stabilité calculé est compris dans la plage prédéterminée. Ce critère de stabilité permet de s'assurer que les conditions réactionnelles à l'intérieur du filtre à particule sont à priori stable et ne sont, a priori, pas susceptibles de varier au risque de réaliser une régénération partielle.
L'invention permet donc d'augmenter le taux de réussite des régénérations en déclenchant préférentiellement celles-ci lorsque le fonctionnement moteur est stable. Un fonctionnement moteur stable est un fonctionnement assurant que des gaz brûlés ayant une température comprise entre 350 C et 500 C peuvent circuler dans le filtre à particules au moins pendant tout le temps de la régénération prévue.
L'intégration de ce critère de stabilité dans le procédé de commande pour autoriser ou non l'augmentation de température uniquement requise dans un but de régénération permet de mieux prendre en compte et anticiper les variations des conditions de fonctionnement du moteur et éviter de commander une régénération qui se ferait de façon incomplète. De ce fait le rendement du moteur est amélioré, car la quantité d'énergie utilisée pour la régénération peut être réduite par rapport à un même moteur réalisant des régénérations partielles et incomplètes, donc plus fréquentes. Grâce à l'invention, on aura donc besoin d'injecter moins de carburant dans le moteur, pour réaliser une régénération plus efficace.
D'autre part, plus la régénération est efficace et plus le filtre sera en mesure de stocker de nouveau une quantité importante de particules, ce qui allonge le temps entre deux régénérations et augmente la durée de vie du filtre.
On peut par exemple faire en sorte que la régulation du moteur adaptée pour que la température des gaz d'échappement transitant par le filtre à particules augmente et soit comprise entre 350 et 500 C soit réalisée lorsque le critère de stabilité est compris dans la plage prédéterminée et lorsque est atteinte l'une au moins des conditions parmi une condition de masse de suie dans le filtre à particules supérieure à une masse prédéterminée, un temps de fonctionnement moteur supérieur à un temps prédéterminé, une température de gaz d'échappement supérieure à une première température prédéterminée, une température d'entrée de gaz d'échappement dans le filtre à particules supérieure à une seconde température prédéterminée, une température de sortie de gaz d'échappement du filtre à particules supérieure à une troisième température prédéterminée, une température du fluide de refroidissement moteur supérieure à une quatrième température prédéterminée, un débit d'air à une admission d'air du moteur supérieur à un débit d'air prédéterminé, un régime moteur supérieure à un régime prédéterminée.
La combinaison d'une condition liée au critère de stabilité et d'une autre condition liée au niveau d'un paramètre moteur particulier permet de s'assurer que la commande de régénération n'est déclenchée que lorsque c'est possible/utile et qu'elle a une chance de succès du fait de la stabilité moteur.
Ainsi, la condition de masse de suie dans le filtre à particules supérieure à une masse prédéterminée permet de s'assurer que la régénération est effectivement nécessaire (par exemple une régénération n'est pas ordonnée si le volume de suie à oxyder est insuffisant).
Le temps de fonctionnement moteur supérieur à un temps prédéterminé est un autre indicateur possible du degrés de chargement en particules du filtre.
Les autres conditions que sont la température de gaz d'échappement supérieure à une première température prédéterminée, la température d'entrée de gaz d'échappement dans le filtre à particules supérieure à une seconde température prédéterminée, la température de sortie de gaz d'échappement du filtre à particules supérieure à une troisième température prédéterminée et la température du fluide de refroidissement moteur supérieure à une quatrième température prédéterminée, sont des condition nécessaires à l'évaluation des quantités d'énergie à apporter pour élever la température des gaz dans le filtre entre 350 C et 500 C (pendant un temps donné).
La condition de débit d'air, à une admission d'air du moteur, supérieur à un débit d'air prédéterminé et le régime moteur supérieure à un régime prédéterminée constituent des critères supplémentaires pour juger de la stabilité de fonctionnement moteur.
On peut également faire en sorte que l'étape de calcul du critère de stabilité ainsi que la régulation du moteur soient gérées par un calculateur relié à des capteurs.
On peut également faire en sorte que le critère de stabilité de fonctionnement du moteur soit la dérivée d'un débit d'air à une admission d'air du moteur et que la régulation du moteur adaptée pour que la température des gaz d'échappement transitant par le filtre à particules augmente et soit comprise entre 350 et 500 C soit réalisée lorsque le critère de stabilité est compris dans la plage prédéterminée, cette plage prédéterminée étant une fonction variable de l'un au moins desdits paramètres de fonctionnement moteur mesurés.
Grâce à cette caractéristique, il est possible de faire varier de façon dynamique les bornes de la plage dans laquelle doit être situé le critère calculé pour autoriser la régénération. Cette plage est donc variable selon le point de fonctionnement moteur courant, selon une fonction prédéterminée et enregistrée dans une mémoire d'une unité de commande du moteur. Cette caractéristique permet donc d'adapter l'importance accordée à la condition de stabilité dans le procédé de l'invention, en fonction de données dynamiques mesurées sur le moteur.
On peut également faire en sorte que la régulation du moteur, de manière à ce que la température des gaz d'échappement transitant par le filtre à particules augmente et soit comprise entre 350 et 500 C pendant un temps de régénération passive donné, consiste à réaliser plusieurs injections de carburant dans au moins une chambre de combustion et durant un cycle moteur.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Ce dispositif comporte des capteurs adaptés pour mesurer l'un au moins des paramètres de fonctionnement moteur et un calculateur adapté pour calculer ledit critère de stabilité.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure 1 annexée qui représente un schéma logique de fonctionnement du procédé selon l'invention.
Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un procédé de commande d'un moteur diesel doté d'un filtre à particules disposé pour filtrer les particules des gaz d'échappement du moteur.
Le procédé consiste à mesurer de façon permanente et/ou périodique des paramètres de fonctionnement moteur P. Les paramètres P mesurés dans le procédé de l'invention sont généralement les mêmes paramètres que ceux normalement mesurés sur les véhicules de série. De ce fait le procédé de l' invention peut être implanté sur un grand nombre de véhicules de série sans avoir à modifier ces véhicules au delà du fait de changer la programmation de l'unité de commande électronique (unité gérant le moteur) .
Les paramètres P mesurés sont préférentiellement le débit d'air à l'admission du moteur, une température de gaz d'échappement représentative de la température des gaz au niveau du filtre à particules et une position relative d'enfoncement d'une pédale d'accélération du moteur.
L'unité de commande électronique analyse: - la position de la pédale pour évaluer si les 25 ordres d'accélération sont stables ou non; -le débit d'air pour déterminer si l'apport en comburant au moteur est stable ou non; - et la température de gaz d'échappement pour évaluer d'une part si les conditions de réalisation de la régénération sont atteinte ou atteignables (niveau de température des gaz) et pour d'autre part déterminer le niveau de stabilité de ces températures (savoir s'il y a un risque de chute de température soudain empêchant la réalisation complète de la régénération passive).
D'autres paramètres peuvent également être mesurés pour calculer le critère de stabilité de fonctionnement moteur. Ces autres paramètres peuvent être par exemple la température d'entrée de gaz d'échappement dans le filtre à particules, la température de sortie de gaz d'échappement du filtre à particules, la. température du fluide de refroidissement moteur, la vitesse du véhicule, le régime moteur.
L'unité de commande calcule un critère de stabilité CS qui est une fonction de l'un au moins des paramètres mesurés P. Ce paramètre utilisé pour le calcul du critère de sensibilité est choisi pour être corrélé ou corrélable aux conditions thermodynamiques à l'intérieur du filtre à particules. Le calcul du critère de stabilité CS comporte au moins le calcul de la dérivée première d'un des paramètres mesurés. Ce paramètre P est choisi comme représentatif de la stabilité de fonctionnement moteur.
Le calcul de critère de stabilité CS peut comporter une somme de plusieurs dérivées première en fonction du temps de différents paramètres moteur mesurés P. De cette manière le critère de stabilité CS est représentatif des variations de plusieurs paramètres de fonctionnement moteur P. Quel que soit le mode de calcul du critère de stabilité de fonctionnement moteur celui-ci est choisi pour être représentatif d'une stabilité des conditions thermodynamiques à l'intérieur du filtre à particules.
Si ce critère de stabilité est compris dans une plage prédéterminée, c'est-à-dire s'il est compris entre des bornes prédéterminées basse S1 et haute S2, alors le critère de stabilité indique que le moteur à un fonctionnement stable.
Dans ce cas la condition de régénération liée au critère de stabilité est remplie.
La figure 1 représente une fonction ET ayant en première entrée un bloc logique COND et en seconde entrée un second bloc logique Bl< CS<B2.
Le premier bloc logique COND définit une condition selon laquelle le paramètre P doit être supérieur à un 10 niveau minimum prédéterminé Niv min .
Le second bloc logique représente la condition de stabilité dépendant du critère de stabilité calculé CS Si les sorties des blocs logiques sont toutes les deux à 1 alors la sortie de la fonction ET passe à 1 autorisant ainsi la mise en oeuvre de l'étape de régénération passive R et le maintien de la température des gaz d'échappement entre 350 C et 500 C.
Dans le cas contraire aucune régénération passive n'est autorisée.
La première condition logique de la figure 1 prend en compte un seul paramètre P, mais plusieurs paramètres P peuvent également être pris en compte.
Ainsi dans un mode particulier de réalisation pour que cette première condition COND soit remplie, on peut prévoir que plusieurs paramètres mesurés sur le moteur doivent être simultanément supérieurs à des niveaux minimums respectifs.
Par exemple pour que la condition GOND soit respectée, on peut prévoir que la masse de suie dans le filtre à particules doit être supérieure à une masse minimale, et que le véhicule ait parcouru au moins une distance donnée depuis la dernière régénération, et que la température d'entrée du filtre à particules soit supérieur à un premier seuil, et que la température des gaz en sortie du filtre à particules soit supérieure à un second seuil et que la température du liquide de refroidissement du moteur soit supérieure à un troisième seuil et que la vitesse des gaz d'échappement filtrées soit supérieure à une vitesse prédéterminée.
En résumé, l'étape de régénération R du filtre à particules consistant à faire transiter des gaz d'échappement par le filtre à particules, à une température comprise entre 350 C et 500 C, est donc réalisée lorsque le critère de stabilité CS et la condition COND sont simultanément remplies. Dans ce cas on régule alors le moteur de manière à ce que la température des gaz d'échappement transitant par le filtre à particules augmente et reste comprise entre 350 et 500 C pendant un temps de régénération R prédéterminé.
12 revendications
1. Procédé de commande d'un moteur diesel doté d'un filtre à particules disposé sur une ligne d'échappement 5 de gaz dudit moteur comprenant: une opération de mesure d'un au moins des paramètres de fonctionnement moteur (P) parmi un débit d'air à l'admission du moteur, une température d'entrée de gaz d'échappement dans le filtre à particules, une température de sortie de gaz d'échappement du filtre à particules, une température du fluide de refroidissement moteur, une vitesse du véhicule, d'une position relative d'enfoncement d'une pédale d'accélération du moteur, un régime moteur; - une étape de régénération (R) du filtre à particules consistant à faire transiter des gaz d'échappement par le filtre à particules, à une température comprise entre 350 C et 500 C, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calcul d'un critère de stabilité de fonctionnement du moteur (CS) comprenant un calcul d'au moins une dérivée au cours du temps d'un au moins desdits paramètres de fonctionnement moteur (P) et en ce que lorsque la température des gaz d'échappement transitant par le filtre à particules est inférieure à 350 C et lorsque ledit critère de stabilité moteur calculé (CS) est compris dans une plage prédéterminée (Bl-B2), on régule alors le moteur de manière à ce que la température des gaz d'échappement transitant par le filtre à particules augmente et soit comprise entre 350 et 500 C pendant un temps de régénération (R) donné.
2. Procédé de commande de moteur diesel selon la revendication 1, caractérisé en ce que la régulation du moteur adaptée pour que la température des gaz d'échappement transitant par le filtre à particules augmente et soit comprise entre 350 et 500 C est réalisée lorsque le critère de stabilité (CS) est compris dans la plage prédéterminée (B1-B2) et lorsque est atteinte l'une au moins des conditions (COND) parmi une condition de masse de suie dans le filtre à particules supérieure à une masse prédéterminée, un temps de fonctionnement moteur supérieur à un temps prédéterminé, une température de gaz d'échappement supérieure à une première température prédéterminée, une température d'entrée de gaz d'échappement dans le filtre à particules supérieure à une seconde température prédéterminée, une température de sortie de gaz d'échappement du filtre à particules supérieure à une troisième température prédéterminée, une température du fluide de refroidissement moteur supérieure à une quatrième température prédéterminée, un débit d'air à une admission d'air du moteur supérieur à un débit d'air prédéterminé, un régime moteur supérieure à un régime prédéterminée.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de calcul du critère de stabilité (CS) ainsi que la régulation du moteur sont gérées par un calculateur relié à des capteurs.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le critère de stabilité de fonctionnement du moteur (CS) est la dérivée d'un débit d'air à une admission d'air du moteur et en ce que la régulation du moteur adaptée pour que la température des gaz d'échappement transitant par le filtre à particules augmente et soit comprise entre 350 et 500 C est réalisée lorsque le critère de stabilité (CS) est compris dans la plage prédéterminée, cette plage prédéterminée étant une fonction variable de l'un au moins desdits paramètres de fonctionnement moteur mesurés (P).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la régulation du moteur de manière à ce que la température des gaz d'échappement transitant par le filtre à particules augmente et soit comprise entre 350 et 500 C pendant un temps de régénération passive donné (R) consiste à réaliser plusieurs injections de carburant dans au moins une chambre de combustion et durant un cycle moteur.
6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des capteurs adaptés pour mesurer l'un au moins des paramètres de fonctionnement moteur (P) et un calculateur adapté pour calculer ledit critère de stabilité (CS).
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