FR2920474A1 - Procede d'aide a la regeneration d'un filtre a particules d'un vehicule. - Google Patents

Procede d'aide a la regeneration d'un filtre a particules d'un vehicule. Download PDF

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Stephane Beddok
Nicolas Guerin
Boris Mathieu
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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Abstract

L'invention a pour objet un procédé d'aide à la régénération d'un filtre placé dans la ligne d'échappement (12) d'un moteur thermique (10) équipant un véhicule muni d'une machine électrique (20) pouvant fournir de l'énergie électrique, au moins un stockeur (22, 24) de l'énergie électrique fournie par ladite machine (20) et de consommateurs électriques (26), procédé selon lequel, lorsqu'un besoin de régénération du filtre est détecte, on décharge les stockeurs d'énergie (22, 24) jusqu'à un niveau prédéterminé puis on augmente la charge du moteur en faisant fonctionner la machine électrique pour fournie de l'énergie électrique stockée dans les stockeurs d'énergie. Selon l'invention, la décharge des stockeurs est effectuée au moins partiellement en alimentant au moins l'un des consommateurs électriques (26).

Description

1
Procédé d'aide à la régénération d'un filtre à particules d'un véhicule
[0001 La présente invention concerne la régénération de filtres, tels des filtre à particules équipant les véhicules, placés dans la ligne d'échappement des gaz de combustion émis par le moteur thermique du véhicule. [0002] La pollution provoquée par les véhicules automobiles est devenue un sujet d'actualité vu le nombre important et croissant de véhicules circulant dans le monde. Les constructeurs automobiles s'efforcent de diminuer ou même d'éliminer la pollution de leurs véhicules par différents moyens, par exemple en diminuant la consommation en carburant et/ou en filtrant les gaz d'échappement. Ces derniers peuvent en effet contenir des particules qui sont rejetées dans l'atmosphère malgré le danger potentiel qu'elles représentent pour la santé. [0003] Des filtres à particules ont alors été développés et équipent maintenant de plus en plus de véhicules. Ces filtres sont généralement constitués par des blocs cylindriques en céramique formant une multitude de canaux parallèles de petits diamètres (de l'ordre de la dizaine de microns). Les gaz d'échappement traversent le filtre et les particules qu'ils contiennent sont piégées dans les canaux. Ces filtres à particules fonctionnent correctement mais présentent cependant l'inconvénient de devoir être régénérés régulièrement pour éliminer les particules qui tendent à obstruer les canaux du filtre. L'élimination des particules s'effectuent généralement par combustion en chauffant le filtre. Cette opération peut être effectuée par démontage du filtre en atelier ou automatiquement, sans intervention humaine, ce qui est plus pratique et moins onéreux pour le propriétaire du véhicule. [0004] Ainsi, le brevet FR 2 805 222, déposé par la demanderesse, a pour objet un système de commande de la régénération du filtre à particule d'un véhicule hybride dont la traction est assurée par un moteur Diesel et un moteur électrique. Le véhicule comporte des moyens pour stocker de 2
l'énergie électrique qui est utilisée pour alimenter le moteur électrique. La régénération est effectuée en élevant la température des gaz d'échappement ce qui provoque une augmentation de température du filtre. Cependant, le système décrit dans ce brevet ne concerne que les véhicules hybrides munis d'un moteur Diesel. [0005] La présente invention propose un procédé de régénération des filtres à particules fonctionnant avec tous les types de véhicules, hybrides ou non, et avec un moteur à combustion essence ou Diesel. [0006] De façon plus précise, l'invention concerne un procédé d'aide à la régénération d'un filtre, notamment d'un filtre à particules placé dans la ligne d'échappement d'un moteur thermique équipant un véhicule muni par ailleurs d'une machine électrique pouvant fournir de l'énergie électrique et d'au moins un stockeur de l'énergie électrique fournie par ladite machine et de consommateurs électriques. La régénération étant effectuée par l'augmentation de la température des gaz d'échappement, le procédé comprenant une phase de préparation lorsque le besoin de régénération du filtre à particules à été détecté, phase selon laquelle les moyens de stockage d'énergie électrique sont déchargés jusqu'à un niveau prédéterminé et une phase de régénération du filtre à particules selon laquelle la charge du moteur thermique est augmentée en faisant fonctionner la machine électrique et en stockant l'énergie électrique fournie par la machine électrique dans les stockeurs d'énergie.. [0007] Selon l'invention, durant la phase de préparation, les stockeurs d'énergie sont déchargés au moins partiellement en alimentant au moins l'un 25 des consommateurs électriques. [0008] Les consommateurs électriques peuvent comprendre au moins l'un des consommateurs suivants : les moyens de chauffage électrique de la lunette arrière, les moyens de chauffage électrique des sièges, les moyens de chauffage électrique des rétroviseurs extérieurs, les bougies de 3
préchauffage, les phares, les essuie-glaces, la radio (placée par exemple en marche en niveau d'écoute moyen, des afficheurs (montre numérique, tableau de bord en position nuit , des moyens d'éclairage (éclairage de la boite à gant, feux de croisement, feux de direction, feux de position, feux de la plaque d'immatriculation, feux de stop, éclairage de la cave à pied), plafonniers, rétroviseur électrochrome. Cette liste n'ayant pas un caractère limitatif et dépendant bien sûr de l'équipement du véhicule et de la gêne considérée comme tolérable pour les occupants du véhicule. Ainsi, l'éclairage de la boite à gants alors qu'elle est fermée ne sera normalement pas remarqué alors que la mise en route des plafonniers le sera plus facilement, de sorte que ce choix sera si possible écarté. Il va de soi qu'avant tout autre critère, la sélection des consommateurs sera effectuée en tenant compte des règles de sécurité et des réglementations applicables. [0009] De façon avantageuse, la machine électrique est déconnectée du 15 moteur thermique pendant la phase de préparation et reconnectée pendant la phase de régénération. [0o10] Lorsque le véhicule est un véhicule hybride dont la traction est assurée alternativement par un moteur thermique et par un moteur électrique, les moyens de stockage d'énergie électrique peuvent être 20 déchargés au moins partiellement en actionnant le véhicule par le moteur électrique pendant la phase de préparation. [0011] La valeur du couple mécanique fourni à la machine électrique par le moteur thermique peut avantageusement être ajustée pendant la phase de régénération, afin d'obtenir l'augmentation de température souhaitée des gaz 25 d'échappement. De plus, la valeur du couple mécanique que doit fournir le moteur thermique pour la traction du véhicule peut être déterminée, par exemple par le calcul, et les conditions de fonctionnement du moteur thermique peuvent être déterminées en fonction desdites valeurs de couples mécaniques que doit fournir le moteur thermique pour la traction du véhicule 4
et pour le fonctionnement de la machine électrique afin d'obtenir l'augmentation de température souhaitée des gaz d'échappement. [0012] Les conditions de fonctionnement du moteur thermique peuvent être avantageusement déterminées pour obtenir une durée de régénération du 5 filtre à particules la plus courte possible. [0013] Le besoin de régénérer le filtre à particules peut être déterminé en mesurant, pendant le fonctionnement du filtre, la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre. [0014] D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au 10 cours de la description qui suit de plusieurs modes de mise en oeuvre de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés et sur lesquels : [0015] la figure 1 montre schématiquement un mode de mise en oeuvre de l'invention pour un véhicule hybride, et 15 [0016] la figure 2 montre schématiquement un mode de mise en oeuvre de l'invention pour un véhicule avec une architecture conventionnelle. [0017] Sur la figure 1, le véhicule comporte un moteur thermique 10 et une ligne d'échappement 12 par laquelle sont évacués les gaz d'échappement 14. Un filtre à particule 16 est placé dans la ligne d'échappement 12 ainsi 20 qu'éventuellement un pot catalytique 18. Le trajet des gaz d'échappement est indiqué par des flèches représentées en pointillés. Le véhicule comporte également un moteur électrique (non représenté) pour la traction du véhicule, alternativement avec le moteur thermique 10. Une machine électrique 20 est couplée au moteur thermique 10 et prélève une énergie mécanique (un 25 couple mécanique) au moteur thermique. Les flux de puissance (flux d'énergie mécanique ou électrique) sont représentés par des flèches en tirets. Cette machine électrique 20 peut être par exemple un alternateur dont le rotor est couplé à l'arbre de sortie du moteur thermique 10 afin de fournir du courant électrique. [0018] De façon avantageuse, un mécanisme à embrayage (non représenté) permet de désolidariser la machine électrique 20 du moteur 5 thermique 10. L'énergie électrique fournie par la machine 20 peut être stockée dans des moyens de stockage d'énergie électrique 22 et 24 et/ou utilisée directement par des consommateurs électriques 26 du véhicule. Les consommateurs 26 peuvent être constitués par exemple par les moyens de chauffage électrique de la lunette arrière, les moyens de chauffage électrique des sièges, les moyens de chauffage électrique des rétroviseurs extérieurs, les bougies de préchauffage, les phares, les essuie-glaces, la radio, à compléter. Un convertisseur DC/DC 28 relie, d'une part, les consommateurs électriques 26 à la machine électrique 20 et, d'autre part, relie entre eux les moyens de stockage 22 et 24. [0019] De façon générale, les moyens de stockage 22 sont à une tension électrique plus élevée que les moyens de stockage 24. Ces derniers peuvent par exemple être constitués par une batterie classique au plomb de 12 Volts alors que les moyens de stockage 22 peuvent être par exemple formés par un ensemble de supercapacités ou de batteries à une tension par exemple de 48 Volts ou plus. Les moyens de stockage 22 et/ou 24 peuvent alimenter les consommateurs électriques 26. Un superviseur 30, qui peut par exemple être un microprocesseur programmé, détermine le besoin de régénérer le filtre à particules 16. Pour cela, il contrôle la pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à l'aide de capteurs de pression (non représentés).
Lorsque cette pression différentielle atteint un seuil prédéterminé, le superviseur commande la régénération du filtre. Sur la figure 1, les flux d'informations transmis et/ou envoyés par le superviseur 30 sont représentés par des flèches en traits pleins. [0020] Lorsqu'un besoin de régénérer le filtre à particules 16 est détecté, le 30 superviseur 30 commande tout d'abord une phase de préparation. Selon 6
cette phase, la machine électrique 20 est de préférence découplée mécaniquement du moteur thermique 10 (si des moyens tels qu'un embrayage permettent de le faire) de façon à éviter les pertes d'énergie dues à l'entraînement de la machine par le moteur thermique. Ensuite, le superviseur 30 commande la décharge des moyens de stockage d'énergie électrique 22 et 24. Cette décharge est obtenue en alimentant les consommateurs électriques 26, par exemple les moyens de dégivrage des rétroviseurs extérieurs et les moyens de chauffage de la lunette arrière (les consommateurs électriques qui sont mis en marche sont choisis de façon à ne pas gêner le conducteur et les passagers du véhicule ou à les perturber le moins possible), jusqu'à ce que les niveaux de charge des moyens de stockage 22 et 24 atteignent pour chacun un niveau de charge minimum prédéterminé. [0021] Ce niveau minimum dépend du type des moyens de stockage. Par exemple, pour une batterie classique, il n'est pas recommandé de la décharger en dessous de 10 à 30% de sa charge totale afin de ne pas abréger sa durée de vie ; pour une supercapacité, la décharge peut être totale mais si cette capacité est par exemple utilisée pour redémarrer le moteur thermique dans le cas d'un véhicule équipé d'un système d'arrêt et de redémarrage automatique du moteur thermique (système connu sous l'appellation Stop & Start STT ), la charge de la supercapacité ne devra pas être descendue en dessous de la charge nécessaire pour le fonctionnement de la fonction STT. Si le véhicule est du type hybride, la décharge des moyens de stockage 22 et 24 peut, mais non nécessairement, être effectuée par la traction du véhicule avec le moteur électrique, en plus de celle provoquée par la mise en marche de certains consommateurs d'électricité 26. [0022] Lorsque les niveaux de charge minima des moyens de stockage 22 et 24 sont atteints, le superviseur 30 commande la phase de régénération proprement dite du filtre 16. La machine électrique 20 est alors recouplée au 7
moteur thermique 10, si elle avait été précédemment découplée. On fait alors fonctionner la machine électrique 20 pour qu'elle fournisse une puissance électrique élevée , ce qui permet, d'une part, de prélever du couple mécanique sur le moteur thermique et, d'autre part, de recharger les moyens de stockage d'énergie 22 et 24. Pour son fonctionnement, la machine électrique prélève de l'énergie mécanique (du couple) au moteur thermique. La charge imposée au moteur thermique provoque une augmentation de la température des gaz d'échappement, ce qui élève la température du filtre à particules. La température à atteindre pour le filtre doit être suffisante pour permettre la combustion des particules piégées (sous forme de suies) dans le filtre. A titre d'exemple, la température des gaz d'échappement est de l'ordre de 100 à 300 °C et la température à atteindre pour la régénération du filtre peut être de l'ordre de 600 à 700 °C. [0023] On remarquera que l'augmentation de la charge sur le moteur thermique permet non seulement l'augmentation de la température des gaz d'échappement, ce qui permet la régénération du filtre à particules, mais également la recharge des moyens de stockage d'énergie. [0024] Le bilan énergétique de régénération du filtre à particules peut être optimisé. Ainsi, le superviseur 30 peut déterminer la valeur du couple à fournir par le moteur thermique pour la traction du véhicule de même que la valeur du couple prélevé par la machine électrique 20. Le superviseur 30 pilote alors le fonctionnement de la machine électrique 20, plus précisément la valeur du couple à prélever au moteur thermique par la machine électrique, pour que la température des gaz d'échappement nécessaire pour la régénération du filtre à particules soit atteinte et que le bilan énergétique soit optimum. L'élévation de température des gaz d'échappement dépend des conditions de fonctionnement du moteur thermique, notamment de la charge qu'on lui impose et .du régime moteur. Le superviseur peut aussi commander une injection supplémentaire de carburant pour augmenter la température des gaz d'échappement. Pour certaines conditions, qui 8
dépendent du type de moteur thermique et qui peuvent être obtenues expérimentalement ou par le calcul, l'élévation de température est plus importante et plus rapide que pour d'autres conditions. Les conditions procurant une élévation de température importante et rapide sont privilégiées afin d'obtenir la régénération du filtre le plus rapidement possible. [0025] La figure 2 représente schématiquement un mode de mise en oeuvre de l'invention dans le cas d'un véhicule classique (non hybride), équipé d'un moteur thermique qui peut être à essence ou Diesel. Les éléments communs aux figures 1 et 2 sont indiqués par les mêmes numéros de référence.
Comme dans l'exemple précédent du véhicule hybride de la figure 1, le véhicule comporte un moteur thermique 10 qui peut être du type à essence ou Diesel, une ligne d'échappement 12 des gaz 14, un filtre à particules 16, éventuellement un pot catalytique 18, une machine électrique 20, des consommateurs électriques 26, des moyens de stockage d'énergie électrique 24 et un superviseur 30. Comme dans le cas de la figure 1, les flux de puissance sont représentés par des flèches en traits pleins, les gaz d'échappement par des flèches en pointillés et les flux d'informations par des flèches en tirets. Le procédé décrit en regard de la figure 1 s'applique également avec une exception : le véhicule ne comportant pas plusieurs moyens de stockage d'énergie mais seulement les moyens 24 (habituellement une batterie au plomb de 12 Volts), la décharge des moyens de stockage consiste à décharger les moyens de stockage 24 jusqu'à un niveau de décharge compatible avec le type de batterie, comme indiqué précédemment. [0026] Le contrôle du fonctionnement de la machine électrique pendant la régénération du filtre permet de limiter l'augmentation de consommation induite par la régénération du filtre. La diminution de consommation procurée par la mise en oeuvre du procédé dépend des caractéristiques des différents organes, telles que la capacité des moyens de stockage et la puissance maximale de la machine électrique. 9
[0027] D'autres modes de réalisation que ceux décrits et représentés peuvent être conçus par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, un véhicule peut comporter plusieurs filtres à particules. C'est le cas notamment lorsque plusieurs lignes d'échappement équipent le véhicule. Chacun ces filtres peut être régénéré selon le procédé de la présente invention.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'aide à la régénération d'un filtre placé dans la ligne d'échappement (12) d'un moteur thermique (10) équipant un véhicule muni d'une machine électrique (20) pouvant fournir de l'énergie électrique, au moins un stockeur (22, 24) de l'énergie électrique fournie par ladite machine (20) et de consommateurs électriques (26), procédé selon lequel, lorsqu'un besoin de régénération du filtre est détecte, on décharge les stockeurs d' énergie (22, 24) jusqu'à un niveau prédéterminé puis on augmente la charge du moteur en faisant fonctionner la machine électrique pour fournie de l'énergie électrique stockée dans les stockeurs d'énergie, caractérisé en ce que la décharge des stockeurs est effectuée au moins partiellement en alimentant au moins l'un des consommateurs électriques (26).
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les consommateurs électriques (26) peuvent comprendre au moins l'un des consommateurs suivants : les moyens de chauffage électrique de la lunette arrière, les moyens de chauffage électrique des sièges, les moyens de chauffage électrique des rétroviseurs extérieurs, les bougies de préchauffage, les phares, les essuie-glaces, la radio.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la machine électrique (20) pouvant être entraînée par le moteur thermique (10), la machine électrique est déconnectée du moteur thermique pendant la phase de préparation et reconnectée pendant la phase de régénération.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, le véhicule étant un véhicule hybride dont la traction est assurée alternativement par un moteur thermique et par un moteur électrique, les stockeurs d'énergie électrique (22, 24) sont déchargés au moins 11 partiellement en actionnant le véhicule par le moteur électrique pendant la phase de préparation.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la valeur du couple mécanique fourni à la machine électrique (20) par le moteur thermique (10) pendant la phase de régénération est ajusté, afin d'obtenir l'augmentation de température souhaitée des gaz d'échappement.
6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que on détermine la valeur du couple mécanique que doit fournir le moteur thermique pour la traction du véhicule et on détermine les conditions de fonctionnement du moteur thermique en fonction desdites valeurs de couples mécaniques que doit fournir le moteur thermique pour la traction du véhicule et pour le fonctionnement de la machine électrique afin d'obtenir l'augmentation de température souhaitée des gaz d'échappement.
7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que les conditions de fonctionnement du moteur thermique sont déterminées pour obtenir une durée de régénération du filtre à particules la plus courte possible.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le besoin de régénérer le filtre à particules (16) est déterminé en mesurant, pendant le fonctionnement du filtre, la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre.
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