FR2898937A1 - Procede d'evaluation de la masse de particules incombustibles presentes dans un filtre a particules - Google Patents

Procede d'evaluation de la masse de particules incombustibles presentes dans un filtre a particules Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d'évaluation de la masse de particules incombustibles contenues dans un filtre à particules (62) monté sur une ligne d'échappement d'un moteur à combustion.Selon l'invention, le procédé comprend les étapes d'obturation de la ligne d'échappement (61) en aval du filtre à particules par référence au sens d'écoulement des gaz d'échappement, de réouverture de la ligne d'échappement en aval du filtre à particules, puis, au moins après réouverture de la ligne d'échappement, de mesure de la pression dans la ligne d'échappement en au moins un point de mesure situé en amont du filtre à particules, et d'évaluation de la masse de particules incombustibles contenues dans le filtre à particules à partir de la pression mesurée.

Description

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention
concerne de manière générale les moteurs à combustion. L'invention concerne plus particulièrement un procédé d'évaluation de la masse de particules incombustibles contenues dans un filtre à particules monté sur une ligne d'échappement d'un moteur à combustion. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les moteurs à combustion interne de type diesel. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE Les moteurs à combustion interne diesel de véhicules automobiles comporte usuellement dans leur ligne d'échappement un filtre à particules qui permet de limiter les émissions polluantes du moteur dues aux particules émises dans l'atmosphère. On distingue d'une part les particules dites combustibles, qui sont principalement issues de la combustion incomplète du carburant et d'autre part les particules incombustibles qui sont principalement issues de l'huile de lubrification du moteur. Les particules incombustibles s'accumulent dans le filtre à particules lors du fonctionnement du moteur. Lorsque le filtre à particules atteint un certain taux de remplissage en particules combustibles, on procède à une phase dite de régénération du filtre à particules pendant laquelle les particules combustibles brûlent en étant soumises à une forte élévation de température. La régénération du filtre à particules transforme les particules combustibles en espèces gazeuses qui passent à travers le filtre à particules. Par contre, la régénération du filtre à particules ne permet pas d'éliminer les particules incombustibles. Ces particules incombustibles s'accumulent alors et forment un résidu, ce qui diminue la capacité de remplissage du filtre à particules en particules combustibles et fausse l'estimation de la masse de particules combustibles dont on se sert pour décider du moment de la phase de régénération. Si au moment de la phase de régénération, la masse de particules combustibles a été sous- estimée, la combustion provoquée par la régénération de phase est trop importante ce qui peut détruire le filtre à particules. Au contraire, si la masse de particules combustibles a été surestimée, les performances du moteur sont dégradées. Ainsi au-delà d'un certain taux de remplissage en particules incombustibles du filtre à particules, il est nécessaire de changer le filtre à particules. Pour calculer ce taux de remplissage en particules incombustibles du filtre à particules, deux solutions sont connues. La première solution prend en compte la consommation du moteur en huile par kilomètre parcouru. On associe à cette consommation en huile un taux d'émission de particules incombustibles dans le filtre à particules, ce qui permet de déterminer suivant le nombre de kilomètres parcourus, la masse de particules incombustibles et donc le taux de remplissage du filtre à particules. Cependant, ce modèle d'évaluation de la masse de particules incombustibles est très approximatif puisqu'il ne prend en compte que les particules incombustibles issues de l'huile du moteur et qu'il repose sur l'hypothèse que le moteur fonctionne avec la même huile que celle qui a été utilisée pour réaliser ce modèle, ce qui n'est en pratique pas toujours le cas. La deuxième solution consiste à réaliser une mesure de pression différentielle en amont et en aval du filtre à particules à tester pour un régime de fonctionnement donné du moteur. On détermine ainsi la perte de charge aux bornes du filtre à particules à tester. La comparaison de cette perte de charge avec la perte de charge obtenue avec un filtre à particules de référence dont la masse de particules incombustibles est nulle permet de calculer la masse de particules incombustibles présentes le filtre à particules. Cependant, la différence entre la perte de charge mesurée avec un filtre à particules comprenant une certaine masse de particules incombustibles et celle mesurée avec un filtre à particule de référence est très faible, ce qui entraîne des erreurs trop importantes sur le calcul de la masse de particules incombustibles et donc du taux de remplissage du filtre à particules.
OBJET DE L'INVENTION Le but de la présente invention est d'améliorer la précision de l'évaluation de la masse de particules incombustibles présentes dans le filtre à particules. À cet effet, on propose selon l'invention un procédé d'évaluation de la masse de particules incombustibles contenues dans un filtre à particules monté sur une ligne d'échappement d'un moteur à combustion, dans lequel il est prévu les étapes suivantes : - obturation de la ligne d'échappement en aval du filtre à particules par référence au sens d'écoulement des gaz d'échappement, - réouverture de la ligne d'échappement en aval du filtre à particules, puis - au moins après réouverture de la ligne d'échappement, mesure de la pression dans la ligne d'échappement en au moins un point de mesure situé en amont du filtre à particules, - évaluation de la masse de particules incombustibles contenues dans le filtre à particules à partir de la pression mesurée. L'obturation de la ligne d'échappement permet d'augmenter la pression dans la ligne d'échappement. En réouvrant soudainement la ligne d'échappement, la chute de pression mesurée en amont du filtre à particules est importante. La valeur de la pression ainsi mesurée dépend de la masse de particules incombustibles présentes dans le filtre à particules. La chute de pression étant importante, la valeur mesurée de pression est contenue dans un intervalle de valeurs suffisamment large pour obtenir une mesure de pression suffisamment précise pour limiter l'erreur de calcul de la masse de particules.
Selon une première caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, il comprend de plus les étapes suivantes : - le moteur tournant, première stabilisation de celui-ci, avant la réouverture de la ligne d'échappement, à un régime d'évaluation pour lequel on obtient audit point de mesure une pression d'évaluation stabilisée, - détection d'une seconde stabilisation de la pression, - évaluation de la masse de particules incombustibles contenues dans le filtre à particules à partir d'une ou plusieurs pressions mesurées entre la première stabilisation du moteur au régime d'évaluation et la seconde stabilisation de la pression.
La première stabilisation de la pression avant la réouverture de la ligne d'échappement et la détection d'une seconde stabilisation permettent d'avoir des points de référence pour pouvoir exploiter les mesures de pression réalisées. La rapidité avec laquelle la pression mesurée en amont du filtre à particules va retrouver une valeur stabilisée dépend de la masse de particules incombustibles présentes dans le filtre à particules. La chute de pression étant importante, les mesures de pressions pourront être exploitées avec une précision suffisante pour limiter l'erreur de calcul de la masse de particules. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, il comporte une mémorisation, continue ou discrète, de la pression mesurée en fonction du temps et l'établissement d'une courbe de la pression mesurée en fonction du temps et en ce que la détermination de la masse de particules incombustibles comporte les étapes successives suivantes : - on superpose une portion de la courbe de la pression mesurée en fonction du temps avec une portion d'une courbe de référence, la portion considérée pour chacune des deux courbes étant la portion de courbe comprise entre le temps auquel est réalisée la réouverture de la ligne d'échappement et le temps auquel on détecte la seconde stabilisation de la pression, - on calcule l'aire entre les deux portions de courbes superposées, - on déduit de ladite aire la masse de particules incombustibles. On utilise la courbe de pression mesurée pour calculer la masse de particules incombustibles en la comparant avec la courbe de référence. La différence de chute de pression entre les deux courbes correspond à l'aire entre les deux courbes entre le moment où l'on réouvre la ligne d'échappement et le moment où la pression dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particules retrouve une valeur stabilisée. La chute de pression étant importante, on obtient une aire qui a une valeur suffisante pour limiter l'erreur de calcul de la masse de particules incombustibles. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, il est prévu de réaliser, avant l'obturation de la ligne d'échappement, une phase de régénération du filtre à particules de manières à brûler les particules combustibles contenues dans ledit filtre à particules. On réalise une phase de régénération du filtre à particules pour que la masse de particules évaluée soit bien uniquement la masse de particules incombustibles. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé selon l'invention sont les suivantes : - la courbe de référence est obtenue avec un filtre à particules de référence qui comporte une masse de particules incombustibles connue, en particulier une masse de particules incombustibles nulle ; - la courbe de référence est une moyenne de plusieurs courbes de pression établies avec le même filtre à particules de référence mais avec un véhicule différent pour chaque courbe de pression ; - la masse de particules incombustibles déterminée et le volume du filtre à particules permettant de connaître le taux de remplissage en particules incombustibles du filtre à particules, le filtre à particules est remplacé si la valeur du taux de remplissage de particules incombustibles du filtre à particules dépasse une valeur seuil de taux de remplissage ; la valeur seuil de taux de remplissage est de 12 grammes/Litre ; - la pression mesurée est une pression absolue ; - le régime d'évaluation est prédéfini ; - le régime d'évaluation est choisi pour atteindre une pression d'évaluation stabilisée prédéfinie ; - le régime d'évaluation, auquel est stabilisé le moteur, est compris entre 1000 et 2000 tours/minute. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés d'un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. Sur les dessins annexés : la figure 1 est une vue d'une partie d'un véhicule automobile qui comporte un moteur associé à une ligne d'échappement pourvu d'un filtre à particules ; - la figure 2 est un graphique représentant la pression en amont du filtre à particule en fonction du temps. On a représenté sur la figure 1, une partie d'un véhicule automobile qui comporte un moteur à combustion interne. Il est prévu un circuit d'admission d'air 7 pour alimenter le moteur en air frais et un circuit d'échappement 6 pour évacuer les gaz d'échappement au moyen d'une ligne d'échappement 61 débouchant dans l'atmosphère. Un filtre à particules 62 est monté sur la ligne d'échappement 61 ainsi qu'un un pot catalytique 64, en amont de ce filtre à particules 62, par référence au sens d'écoulement des gaz d'échappement.
Le filtre à particule comporte des particules combustibles et des particules incombustible qui se sont accumulées dans le filtre au cours du fonctionnement du moteur. Les particules combustibles sont principalement issues de la combustion incomplète du carburant et les particules incombustibles sont principalement issues de l'huile de lubrification du moteur. Un capteur 63 de pression est également prévu dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particules 62. Ici, ce capteur 63 de pression mesure une pression absolue et est situé à proximité du filtre à particules 62. Le moteur à combustion et la ligne d'échappement tels que décrits ci- dessus permettent de mettre en oeuvre un procédé d'évaluation de la masse de particules incombustibles contenues dans le filtre à particules 62. On réalise tout d'abord une phase de régénération du filtre à particules 62 de manière à brûler les particules combustibles contenues dans ledit filtre à particules 62. Pour réaliser cette phase de régénération, on réalise une injection tardive de carburant dans le cycle de combustion du moteur, ce qui provoque alors une oxydation exothermique des particules réductrices imbrûlées présentes dans le pot catalytique 64. Les gaz d'échappement qui traversent ensuite le filtre à particules 62 atteignent alors une température suffisante pour brûler les particules combustibles présentes dans le filtre à particules 62.
On installe un moyen d'obturation 65 de la ligne d'échappement 61 en aval du filtre à particules 62 par référence au sens d'écoulement des gaz d'échappement. Ici, ce moyen d'obturation est un clapet 65 adapté à être actionné pour ouvrir ou obturer la section de passage de la ligne d'échappement. Le clapet 65 est installé à proximité de l'embouchure de la ligne d'échappement 61 dans l'atmosphère. En variante, la phase de régénération peut être réalisée une fois le clapet installé et en position ouverte. Après son installation, le clapet 65 est actionné de manière à obturer de la ligne d'échappement 61 en aval du filtre à particules 62. Le moteur est alors démarré et des gaz d'échappement sont évacués dans la ligne d'échappement obturée. En variante, le moteur peut être démarré avant l'obturation de la ligne d'échappement par le clapet. La pression P absolue dans la ligne d'échappement 61 est alors mesurée en amont du filtre à particules 62 au moyen du capteur 63 de pression absolue 63. Cette pression P absolue mesurée est mémorisée en fonction du temps et la mémorisation est réalisée de manière continue ou discrète. En variante, on peut commencer à mesurer la pression absolue avant que le moteur ne soit démarré et/ou que le clapet ne soit fermé. Le moteur tournant, celui-ci est stabilisé à un régime d'évaluation pour lequel on obtient une pression d'évaluation stabilisée. Ici, cette pression d'évaluation est prédéfinie à 2 bars de manière à obtenir un débit de gaz d'échappement sonique dans la ligne d'échappement à la réouverture comme expliqué ci-après. Avec un débit sonique, le débit de gaz d'échappement est sensiblement homogène, ce qui permet d'avoir une mesure de pression fiable. Ici, le régime d'évaluation est choisi pour atteindre une pression d'évaluation PE stabilisée prédéfinie. Le régime d'évaluation, auquel est stabilisé le moteur, est compris entre 1000 et 2000 tours/minute. Une fois la pression d'évaluation PE stabilisée prédéfinie atteinte on actionne le clapet 65 en position d'ouverture pour réouvrir la ligne d'échappement 61. La pression absolue mesurée chute jusqu'à une valeur stabilisée PC. Cette nouvelle stabilisation de la pression absolue après l'ouverture du clapet est détectée et mémorisée. La mesure de la pression peut être arrêtée une fois établie la stabilisation de la pression absolue après l'ouverture du clapet ou peut être poursuivie pendant 20 encore un certain temps après. La mesure de pression P absolue en fonction du temps est utilisée pour déterminer la masse de particules incombustibles de la manière suivante. On a représenté sur la figure 2, la courbe obtenue en traçant la pression absolue P en Bar mémorisée en fonction du temps T en secondes. Cette courbe 25 C2 est superposée à une courbe Cl de référence. Cette courbe Cl de référence est obtenue suivant les étapes décrite précédemment qui ont permis d'obtenir la courbe C2 mais avec un filtre à particules de référence. En variante, on peut prévoir que la courbe de référence soit une moyenne de plusieurs courbes de pression établies avec le même filtre à particules de référence mais avec un 30 véhicule différent pour chaque courbe de pression. Le filtre à particule de référence comporte une masse de particules incombustibles connue. Ici, pour simplifier les calculs permettant de déterminer la masse de particules, le filtre à particules de référence comporte une masse de particules incombustibles nulle.
En particulier, ces deux courbes Cl, C2 comportent chacune une portion de courbe définie entre le temps Ti auquel est réalisée la réouverture de la ligne d'échappement 61, et le temps T2 auquel la pression est à nouveau stabilisée. Les deux courbes sont ainsi superposées de sorte que le point PT1 de la courbe Cl de référence correspondant à la réouverture de la ligne d'échappement 61 soit superposé au point PT2 de la courbe C2 correspondant à la réouverture de la ligne d'échappement 61. On calcule alors l'aire AP entre les deux portions de courbes Cl, C2 superposées. Cette aire AP traduit la différence de vitesse de chute de pression à l'ouverture du clapet entre le filtre à particule 62 et le filtre à particule de référence. La différence de vitesse de chute de pression étant proportionnelle à la masse de particules incombustibles accumulées dans le filtre à particules 62 évalué, on déduit de ladite aire AP, à partir d'une formule mathématique obtenue de manière empirique par exemple, la masse de particules incombustibles.
Le taux de remplissage en particules incombustibles du filtre à particules 62 est calculé à partir de la masse de particules incombustibles déterminée et du volume du filtre à particules 62. Le filtre à particules 62 est remplacé si la valeur du taux de remplissage de particules incombustibles du filtre à particules 62 dépasse une valeur seuil de taux de remplissage. Ici, la valeur seuil de taux de remplissage est de 12 grammes/Litre. Après la détermination de la masse de particules incombustibles ou après la fin de la mesure de pression, le clapet 65 est démonté de la ligne d'échappement. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation 25 décrits et représentés, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. Le moteur à combustion interne est ici un moteur diesel. En variante, on peut prévoir d'appliquer le procédé selon l'invention décrit ci-dessus à un moteur à essence.
30 En variante, on peut prévoir que le régime d'évaluation soit prédéfini et génère une pression absolue en amont du filtre à particule suffisante qui permette d'obtenir un débit sonique des gaz d'échappement à la réouverture de la ligne d'échappement. Dans ce cas, il est nécessaire d'utiliser une courbe de référence pour laquelle la pression d'évaluation stabilisée est la même que celle générée par ledit régime d'évaluation prédéfini. Cette courbe de référence peut être aussi obtenue par interpolation de plusieurs courbes de référence réalisées avec différents niveaux de pression d'évaluation stabilisée. Ici, la pression mesurée est une pression absolue, en variante cette 5 pression pourrait être une pression relative, c'est-à-dire une pression mesurée par rapport à la pression atmosphérique.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'évaluation de la masse de particules incombustibles contenues dans un filtre à particules (62) monté sur une ligne d'échappement (61) d'un moteur à combustion, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - obturation de la ligne d'échappement (61) en aval du filtre à particules (62) par référence au sens d'écoulement des gaz d'échappement, - réouverture de la ligne d'échappement (61) en aval du filtre à particules, puis - au moins après réouverture de la ligne d'échappement (61), mesure de la pression (P) dans la ligne d'échappement (61) en au moins un point de mesure situé en amont du filtre à particules (62), - évaluation de la masse de particules incombustibles contenues dans le filtre à particules (62) à partir de la pression mesurée.
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend de plus les étapes suivantes : - le moteur tournant, première stabilisation de celui-ci, avant la réouverture de la ligne d'échappement (61), à un régime d'évaluation pour lequel on obtient audit point de mesure une pression d'évaluation stabilisée, - détection d'une seconde stabilisation de la pression, - évaluation de la masse de particules incombustibles contenues dans le filtre à particules (62) à partir d'une ou plusieurs pressions mesurées entre la première stabilisation du moteur au régime d'évaluation et la seconde stabilisation de la pression.
3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte une mémorisation, continue ou discrète, de la pression mesurée en fonction du temps et l'établissement d'une courbe (C2) de la pression mesurée en fonction du temps et en ce que la détermination de la masse de particules incombustibles comporte les étapes successives suivantes : - on superpose une portion de la courbe (C2) de la pression mesurée en fonction du temps avec une portion d'une courbe de référence (Cl) , la portion considérée pour chacune des deux courbes (Cl, C2) étant la portion de courbe comprise entre le temps (T1) auquel est réalisée la réouverture de la ligned'échappement (61) et le temps (T2) auquel on détecte la seconde stabilisation de la pression , - on calcule l'aire (AP) entre les deux portions de courbes (Cl, C2) superposées, - on déduit de ladite aire (AP) la masse de particules incombustibles.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la courbe de référence (Cl) est obtenue avec un filtre à particules de référence qui comporte une masse de particules incombustibles connue, en particulier une masse de particules incombustibles nulle.
5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la courbe de référence est une moyenne de plusieurs courbes de pression établies avec le même filtre à particules de référence mais avec un véhicule différent pour chaque courbe de pression.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu de réaliser, avant l'obturation de la ligne d'échappement (61), une phase de régénération du filtre à particules (62) de manières à brûler les particules combustibles contenues dans ledit filtre à particules (62).
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, la masse de particules incombustibles déterminée et le volume du filtre à particules (62) permettant de connaître le taux de remplissage en particules incombustibles du filtre à particules (62), le filtre à particules (62) est remplacé si la valeur du taux de remplissage de particules incombustibles du filtre à particules (62) dépasse une valeur seuil de taux de remplissage.
8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la 25 valeur seuil de taux de remplissage est de 12 grammes/Litre.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression mesurée (P) est une pression absolue.
10. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le régime d'évaluation est choisi pour atteindre une pression d'évaluation stabilisée 30 prédéfinie.
11. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le régime d'évaluation est prédéfini.
12. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, caractérisé en ce que le régime d'évaluation, auquel est stabilisé le moteur, est compris entre 1000 et 2000 tours/minute.
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