FR2890172A1 - Procede de gestion d'un detecteur de particules dans un flux de gaz et dispositif pour la mise en oeuvre du procede. - Google Patents
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Abstract
Procédé de gestion d'un détecteur de particules (15) pour détecter les particules dans un flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg). On détermine au moins une mesure du flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg) dans le détecteur de particules (15), et lors de l'exploitation du signal de détecteur de particules (pm_mess) fourni par le détecteur de particules (15), on tient compte de la mesure du flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg).
Description
Domaine de l'invention
La présente invention concerne un procédé de gestion d'un capteur de détection de particules dans un flux de gaz ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Etat de la technique Pour surveiller le cas échéant réguler les caractéristiques de procédé de combustion, il est nécessaire de saisir au moins une me-sure relative à la concentration en particules dans les gaz d'échappement du procédé de combustion. Il est en particulier né- ces-10 saire de saisir au moins une mesure de cette concentration dans les gaz d'échappement de moteur à combustion et en particulier de moteur Diesel.
L'expression concentration de particules signifie dans la suite une masse de particules ou une quantité de particules. Toutefois, on se reportera seulement à une masse de particules. Dans la mesure où le procédé de combustion se produit dans un moteur à combustion qui équipe de préférence un véhicule automobile, il est intéressant de connaître la masse des particules ou la quantité des particules produites sur un trajet donné.
Un détecteur de particules est par exemple connu selon le document DE 101 33 385 Al. Ce détecteur comporte une chambre collectrice qui peut être reliée à un flux de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Le côté supérieur de la chambre collectrice est équipé d'une première électrode. Le côté inférieur c'est-à-dire en re- Bard de la première électrode, on a une seconde électrode. La chambre collectrice est creuse entre les deux électrodes. Pendant le fonctionne-ment de ce détecteur, des particules notamment des particules de noir de fumée arrivent dans la chambre collectrice et se déposent dans cette chambre entre les deux électrodes. Les particules qui sont au moins légèrement électroconductrices shuntent l'intervalle entre le deux électrodes ce qui modifie l'impédance du détecteur de particules. On peut alors exploiter l'impédance ou la variation de l'impédance dans le temps qui est une mesure de la charge ou de l'augmentation de la charge du détecteur de particules. Comme l'effet repose sur une accumulation de particules, ce détecteur de particules peut être appelé détecteur de particules à intégration.
On connaît un autre détecteur de particules selon le document DE 101 33 384 Al. Dans ce détecteur de particules, les deux électrodes sont prévues sur un côté d'une chambre collectrice et ces électrodes sont imbriquées à la manière d'un peigne. Dans ce détecteur de particules à intégration, on peut également utiliser l'impédance et/ou une variation de celle-ci entre les deux électrodes comme mesure de la masse des particules dans les gaz d'échappement, masse produite pendant une durée donnée ou sur un trajet donné.
Des essais ont montré que les détecteurs de particules, connus notamment les détecteurs de particules à intégration par exemple des détecteurs de particules résistifs, ont une sensibilité transversale qui peut influencer le signal que fournit le détecteur de particules lorsque les conditions du procédé de combustion changent. But de l'invention La présente invention a pour but d'améliorer la précision de mesure des détecteurs de particules notamment des détecteurs de particules à intégration.
Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'on détermine au moins une mesure de flux de gaz d'échappement dans le détecteur de particules, et lors de l'exploitation du signal de détecteur de particules fourni par le détecteur de particules, on tient compte de la mesure de flux de gaz d'échappement.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le procédé selon l'invention de gestion d'un détecteur de particules dans un flux de gaz d'échappement utilise le fait que le flux de gaz d'échappement a une influence sur le signal que fournit le détecteur de particules notamment si l'effet du détecteur repose sur l'accumulation de particules à la surface du détecteur. Le procédé selon l'invention permet d'augmenter une éventuelle sensibilité transversale du détecteur de particules vis-à-vis des différents flux de gaz d'échappement de manière à augmenter la précision de la mesure.
Des essais ont montré qu'un flux de gaz d'échappement important complique le dépôt des particules à la surface du détecteur de particules. C'est pourquoi selon un développement, il est prévu qu'avec l'augmentation du flux des gaz d'échappement, on augmente la sensibilité du détecteur pour compenser une réduction de cette sensibilité. Dans le cas d'un détecteur de particules à intégration c'est-à-dire un détecteur de particules dont l'effet de la mesure repose par exemple sur l'accumulation de particules sur la surface du capteur, on peut adapter la sensibilité du détecteur en influençant un seuil avec lequel on compare le signal du détecteur de particules. Comme un flux de gaz d'échappement croissant signifie dans le cas d'un détecteur de particules à intégration, de façon générale, une diminution de la sensibilité du détecteur, on peut dans le cas d'un tel détecteur, diminuer le seuil.
L'expression flux de gaz d'échappement peut représenter un débit massique de gaz d'échappement ou un débit volumique de gaz d'échappement ou encore un flux partiel et des particules peuvent être solides ou gazeuses. Le débit volumique de gaz d'échappement peut se calculer à partir du débit massique de gaz d'échappement et d'une mesure obtenue de la température des gaz d'échappement.
Selon un développement, on saisit la mesure du flux de gaz d'échappement à partir d'un signal d'air pris dans une zone à air enrichi du procédé de combustion et que l'on détermine à l'aide d'un signal de carburant qui est au moins une mesure de la quantité de carburant alimentant le procédé de combustion.
Selon une variante, il est prévu de déterminer la mesure du flux des gaz d'échappement à partir d'un signal d'air qui est détecté dans la zone d'admission d'air du procédé de combustion et à partir du coefficient d'air lambda détecté dans les gaz d'échappement du procédé de combustion.
Le dispositif selon l'invention de gestion d'un détecteur pour saisir les particules dans un flux de gaz d'échappement concerne tout d'abord un appareil de commande spécialement conçu pour la mise en oeuvre du procédé. Cet appareil de commande comporte notamment au moins une mémoire électrique dans laquelle sont enregistrées les étapes de procédé sous la forme d'un programme d'ordinateur.
Un développement du dispositif de l'invention prévoit comme détecteur de particules, un détecteur de particules à intégration par exemple un détecteur de particules résistif. Un développement pré-voit que le détecteur de particules reçoit des moyens pour saisir une mesure de la température du détecteur de particules qui au moins dans certains états de fonctionnement du détecteur de particules servent de mesure à la température des gaz d'échappement.
io Comme moyen de saisie de la température, on peut utiliser par exemple le chauffage du détecteur nécessaire par exemple pour brûler périodiquement les particules déposées. On peut par exemple prévoir l'exploitation de la résistance électrique du chauffage du détecteur pendant une pause de fonctionnement du chauffage du détecteur; on suppose alors que la résistance représente au moins une mesure de la température des gaz d'échappement. Le cas échéant, on peut utiliser l'élément détecteur du détecteur de particules lui-même comme détecteur de température.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma par blocs du procédé selon l'invention appliqué à un appareil de commande, et - la figure 2 montre la relation entre le temps de mesure d'un détec- teur de particules et un flux de particules.
Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure 1 montre un moteur à combustion 10 dont la zone d'admission 11 comporte un détecteur d'air 12 et dont la zone des gaz d'échappement 13 comporte un détecteur lambda 14, un détecteur de particules 15 et un dispositif de traitement des gaz d'échappement 16.
Le détecteur d'air 12 fournit à un appareil de commande 20 un signal d'air ms _L; le moteur à combustion 10 fournit un signal de vitesse de rotation n, la sonde lambda 14 fournit un signal lambda lam et le détecteur de particules 15 fournit à la fois un signal de détec- teur de particules pm_mess et un signal de température du détecteur de particules te_abg_mess. L'appareil de commande 20 fournit un signal de carburant m_K au dispositif de dosage de carburant 21.
Dans la zone des gaz d'échappement 13, on a un flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg et un flux de particules ms_pm_abg.
L'appareil de commande 20 comporte un moyen de dé-termination du flux des gaz d'échappement 25 recevant le signal lamb-da lam, le signal d'air ms_L, le signal de carburant m_K et le signal de vitesse de rotation n, et qui fournit le flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg.
L'appareil de commande 20 comporte en outre un moyen de détermination de la température des gaz d'échappement 26 qui reçoit le signal d'air ms_L, le signal de carburant m_K, le signal de vitesse de rotation n et le signal de régénération Reg, pour fournir une tempéra-ture calculée des gaz d'échappement te_abg_mod.
Le signal de détecteur de particules pm_mess fourni par le détecteur de particules 15 est appliqué à un comparateur 27; celui-ci compare le signal de détecteur de particules pm_mess à une valeur de seuil réel Schw_ist et donne un signal de différence de particules dm pm à une horloge 28. l'horloge 28 fournit un signal de régénération du détecteur de particules pm_sens_reg qui est fourni à un premier intégrateur 27, à l'horloge 28 elle-même et à un second intégrateur 30. Le premier intégrateur 29 qui reçoit en outre un signal de remise à l'état initial R, fournit un signal de particules pm.
La valeur de seuil réel Schw_ist est fournie par un premier moyen de différence 40 qui reçoit la valeur de seuil de consigne Schw_Soli et un signal de correction Corr. Le signal de correction Corr est fourni par le second intégrateur 30 en fonction du signal de régénération du détecteur de particules pm_sens_reg ainsi qu'en fonction d'un signal de différence D. Le signal le différence D est fourni par un second moyen 41 en fonction du flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg et d'une valeur de seuil de consigne transformée 42, en recevant une transformation 43 en fonction de la valeur de seuil de consigne Schw_Soli.
La figure 2 montre la relation entre le flux de particules ms_pm_abg et un temps de mesure ti fourni par une horloge 28. Le flux de particules ms_pm_abg peut être fourni par exemple en unité gramme/heure [g/h] et le temps de mesure ti de l'unité en secondes [s].
Le procédé fonctionne comme suit: L'exemple de réalisation présenté suppose l'application à un moteur à combustion 10 dont la zone des gaz d'échappement 13 produit un flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg. Le moteur à combustion 10 est uniquement un exemple d'un procédé de combustion dont la zone des gaz d'échappement 13 produit un flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg. A côté du flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg, on a également un flux de particules ms_pm_abg. Pour nettoyer les gaz d'échappement, il est prévu un dispositif de traitement des gaz d'échappement 16 qui peut comporter par exemple au moins un catalyseur et/ou au moins un filtre à particules.
Le flux de particules ms_pm_abg est détecté par le détecteur de particules 15. Le détecteur de particules 15 peut être un détecteur dont le signal de détecteur de particules pm_mess est directement une mesure de la concentration en particules dans la zone des gaz d'échappement 13. Dans la suite, on suppose que le détecteur de particules 15 est un détecteur à particules à intégration fonctionnant par exemple comme détecteur à particules, résistif selon l'état de la technique évoqué dans le préambule. Dans un tel détecteur, les parti-cules se déposent à la surface du détecteur et s'accumulent jusqu'à une valeur de seuil de consigne Schw_Soll. Ensuite, le détecteur de particules 15 est de nouveau remis dans son état initial par exemple par la combustion des particules.
Les particules accumulées influencent la conductivité du détecteur de sorte que le signal de détecteur de particules pm_mess est une mesure de la masse des particules ou de la quantité des particules dans une durée donnée; dans la suite, on utilisera seulement l'expression masse de particules. Dans la mesure où le détecteur de particules 15 est installé dans un véhicule automobile, on peut considérer le signal de détecteur de particules pm_mess comme mesure de la masse de particules rapportée à un trajet.
La relation entre le flux de particules ms_pm_abg et le temps ti fourni par l'horloge ou générateur d'horloge 28 est représenté de manière plus détaillée à la figure 2; on suppose que le détecteur de particules 15 est un détecteur à intégration. Partant du signal de régé- né-ration du détecteur de particules pm_sens_reg qui met le détecteur de particules 15 dans sa position de repos, le détecteur à particules commence par l'accumulation de particules. Le temps pendant lequel on saisit l'accumulation est défini par l'horloge 28 qui s'arrête lorsque arrive le signal de différence de particules dm_pm après arrêt de io l'horloge 28, on dispose du temps obtenu ti. Le signal de différence de particules dm_pm est fourni par le comparateur 27 lorsque le signal de détecteur de particules pm_mess dépasse la valeur de seuil réel Schw_ist. La valeur de seuil réel Schw_ist correspond à la charge maximale du détecteur de particules 15 avec des particules et lors du dépassement de cette valeur, le détecteur de particules 15 doit par exemple régénérer en brûlant.
Selon l'invention, lorsqu'on exploite le signal de détecteur de particules pm_mess fourni par le détecteur de particules, on tient compte du flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg. Expérimentale- ment, on a constaté que le flux de particules ms_pm_abg peut avoir une influence sur le signal de détecteur de particules pm_mess s'il s'agit d'un détecteur de particules 15 à intégration. On suppose que les pro-cédés qui se déroulent dans une couche limitée à la surface du détecteur de particules jouent un rôle et pour un flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg relativement important, il y aura d'une façon relative moins de particules qui se déposeront que pour un flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg faible.
Dans l'exemple de réalisation présenté, on influence la sensibilité du détecteur de particules 15 ou l'exploitation du signal de détecteur de particules pm_mess fourni par le détecteur de particules 15 en comparant la valeur de seuil de consigne Schw_Soll au signal de détecteur de particules pm_mess dans le comparateur 27 pour corriger le flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg avec le signal de correction Corr. Dans l'exemple de réalisation présenté, on suppose que la valeur de seuil de consigne Schw_Soll sera modifiée par le signal de correction Corr dans le premier moyen de détermination de différence 40 pour obtenir la valeur de seuil réel Schw_ist. Si le flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg est trop important, on réduit la valeur de seuil réel Schw_ist pour augmenter la sensibilité du détecteur de particules 15 car pour un flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg trop élevé, du point de vue relatif, par exemple moins de particules se déposeront que pour un flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg plus faible.
Le signal de correction Corr est fourni par le second intégrateur 30 en fonction de la différence D entre la valeur de seuil de con-signe Schw_Soll, non transformée 42 et le flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg fourni par le second moyen de détermination de différence 41. Le procédé tel que décrit avec le second moyen de détermination de différence 41 et le second intégrateur 40 peut donner un signal de cor-rection Corr qui peut être positif ou négatif. Le second intégrateur 30 est prévu car dans l'exemple de réalisation présenté, s'appuyant sur le détecteur de particules 15, on peut avoir des flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg différents pendant le temps de mesure ti fourni par l'horloge 28 et dont il faut également tenir compte intégralement de l'influence.
En principe, le temps de mesure ti fourni par l'horloge 28 est déjà une mesure de la masse de particules détectée par le détecteur de particules 15. Mais en pratique, il peut être souhaitable de détecter une masse beaucoup plus importante de particules que celle que le détecteur de particules 15 est en mesure de détecter pour prendre des mesures lorsqu'on atteint ce niveau.
Un exemple d'une telle mesure est la régénération du filtre à particules équipant le dispositif de traitement des gaz d'échappement 16. Une autre mesure est par exemple le diagnostic ou la détermination de la masse de particules rapportée au temps ou à un trajet donné. Après dépassement d'une masse de particules pré-définie, on peut par exemple émettre un signal de défaut ou un signal d'avertissement.
Il existe des situations dans lesquelles il faut prévoir plus d'un cycle de mesure pour un détecteur de particules 15. Le nombre de cycles est détecté par le premier intégrateur 29 qui peut par exemple se réaliser comme compteur, en additionnant par exemple le signal de ré-génération du détecteur de particules pm_sens_reg.
Le flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg peut être par exemple le débit massique des gaz d'échappement. On utilise de préfé- rence le débit volumique des gaz d'échappement qui est une mesure directe de l'influence du signal de détecteur de particules pm_mess. Le débit volumique des gaz d'échappement peut s'obtenir à partir du débit massique des gaz d'échappement en tenant compte de la température des gaz d'échappement. Pour saisir la température des gaz d'échappement, on peut prévoir un détecteur de température distinct pour les gaz d'échappement. Dans l'exemple de réalisation présenté, on suppose que le détecteur de particules 15 comporte des moyens pour saisir sa température de sorte que le détecteur de particules 15 peut fournir le signal de température du détecteur de particules te_abg_mess. Le signal de température du détecteur de particules te_abg_mess peut par exemple s'obtenir à partir du chauffage nécessaire du détecteur en saisissant la résistance interne de l'élément chauffant; ainsi, le signal de température du détecteur de particules te_abg_mess notamment lorsque le chauffage est coupé, représente au moins une mesure de la température des gaz d'échappement.
Le flux de gaz d'échappement ms_mvn_abg se détermine avec le moyen de détermination du flux des gaz d'échappement 25. La détermination peut s'appuyer sur le signal d'air ms_L et le signal de carburant m_K. de préférence, on détermine le flux de gaz d'échappe- ment ms_mvn_abg à partir du signal lambda lam fourni par la sonde lambda 14 et du signal d'air ms_L. Le signal lambda lam contient indirectement le signal de carburant m_K. Le cas échéant, on peut en plus tenir compte du signal de vitesse de rotation n du moteur à combustion 10.
A la place de la mesure de la température des gaz d'échappement, on peut également calculer ou du moins évaluer la température des gaz d'échappement. Le calcul de la température des gaz d'échappement se fait dans le moyen de détermination de la température des gaz d'échappement 26 qui fournit le signal de température du détecteur de particules te_abg_mess en fonction du signal d'air ms_L lo et du signal de carburant m_K. Le cas échéant, on peut également tenir compte ici du signal de vitesse de rotation n. En outre, le moyen de dé-termination de la température des gaz d'échappement 26 peut tenir compte du signal de régénération Reg produit pendant la régénération du filtre à particules du dispositif de traitement des gaz d'échappement 16. Lorsque l'on a un signal de régénération Reg on a le cas échéant une température de gaz d'échappement plus importante, cette élévation de température étant provoquée soit par l'introduction d'éléments combustibles dans la zone des gaz d'échappement 13, soit par un fonctionnement approprié de l'opération de combustion dans le moteur à combustion 10. Pour tenir compte des conditions modifiées, le signal de régénération Reg peut être pris en compte dans le moyen de détermination de la température des gaz d'échappement 26.
Claims (11)
1 ) Procédé de gestion d'un détecteur de particules (15) pour détecter les particules dans un flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg), caractérisé en ce qu' on détermine au moins une mesure de flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg) dans le détecteur de particules (15), et lors de l'exploitation du signal de détecteur de particules (pm_mess) fourni par le détecteur de particules (15), on tient compte de la mesure du flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg).
2 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on augmente la sensibilité du capteur lorsque le flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg) augmente.
3 ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans le cas d'un détecteur de particules (15) à intégration, si le flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg) augmente, on abaisse la valeur de seuil de consigne (Schw_Soll) jusqu'à une valeur de seuil réel (Schw_ist) avec laquelle on compare le signal de détecteur de particules (pm_mess).
4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on utilise le débit massique des gaz d'échappement comme mesure du flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg).
5 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on utilise le débit volumique des gaz d'échappement comme mesure du flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg).
6 ) Procédé selon la revendication 5, 35 caractérisé en ce qu' on calcule le débit volumique des gaz d'échappement à partir du débit massique des gaz d'échappement et d'une grandeur calculée de température du détecteur de particules (te_abg_mess, te_abg_mod).
7 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on obtient la mesure du flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg) à partir d'un signal d'air (ms_L) détecté dans la zone d'admission (11) du moteur à combustion (10) et d'un signal de carburant (m_K) qui est au moins une mesure de la quantité de carburant alimentant le procédé de combustion dans le moteur à combustion (10).
8 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on détermine la mesure du flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg) à partir d'un signal d'air (ms_L) détecté dans la zone d'admission (11) du moteur à combustion (10) et d'un signal lambda (lam) détecté dans la zone des gaz d'échappement (13) du procédé de combustion du moteur à combustion (10).
9 ) Dispositif de gestion d'un détecteur de particules (15) pour détecter les particules dans un flux de gaz d'échappement (ms_mvn_abg), caractérisé en ce qu' il comporte au moins un appareil de commande (20) pour la mise en 25 oeuvre du procédé tel que défini dans l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8.
10 ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le détecteur de particules (15) est un détecteur à intégration.
11 ) Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le détecteur de particules (15) comporte des moyens de saisie de sa 35 température qui sont utilisés pour obtenir au moins une mesure de la température calculée des gaz d'échappement (te_abg_mod, te_abg_mess).
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