FR2934316A1

FR2934316A1 - Procede d'adaptation d'une regulation de la temperature d'un filtre a particules.

Info

Publication number: FR2934316A1
Application number: FR0855119A
Authority: FR
Inventors: Damien Lefebvre; Evangelos Georgiadis
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2010-01-29
Anticipated expiration: 2028-07-25
Also published as: RU2011106915A; CN102084095B; FR2934316B1; EP2307675A1; WO2010010268A1; BRPI0910157A2; US20110126518A1; RU2500900C2; CN102084095A

Abstract

L'invention concerne un procédé de régulation de la température d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement (1) durant une phase de régénération de ce filtre, par injection de carburant dans les gaz d'échappement, comprenant les étapes consistant à mesurer la température (T5) au niveau du filtre à particules; à déterminer une quantité de carburant à injecter dans les gaz d'échappement (Qigec), cette quantité comprenant une première composante (Qc1 c) déterminée par l'intermédiaire d'une boucle ouverte d'asservissement ne prenant pas en compte la température mesurée, et cette quantité comprenant une deuxième composante (Qc2) déterminée par l'intermédiaire d'une boucle fermée d'asservissement prenant en compte la température mesurée ; et, en fonction de l'amplitude de la deuxième composante par rapport à la quantité de carburant déterminée, à déterminer un terme correcteur (Kc) de la première composante et appliquer ce terme correcteur dans la boucle ouverte d'asservissement.

Description

PROCEDE D'ADAPTATION D'UNE REGULATION DE LA TEMPERATURE D'UN FILTRE A PARTICULES [cool ] L'invention concerne les filtres à particules, et en particulier les procédés de 5 régulation de la température d'un filtre à particules associé à un système d'injection de gazole à l'échappement. [0002] Pour réduire la teneur en particules des gaz d'échappement d'un moteur diesel, il est répandu d'utiliser un filtre captant ces particules en sortie du moteur. [0003] Les particules s'accumulant dans le filtre en formant des suies, il est 10 nécessaire de traiter ces dernières pour éviter un colmatage du filtre. Ce traitement s'effectue en portant le filtre à une température permettant la combustion des suies accumulées. [0004 Afin de mettre en oeuvre ce traitement de façon optimale, une première approche comprend l'ajout d'un additif dans le carburant pour abaisser la 15 température de combustion des suies de 600°C à 450°C. [0005] Selon une seconde approche, on injecte directement du gazole dans les gaz d'échappement. La combustion de ce gazole au sein d'un catalyseur d'oxydation en amont du filtre permet de chauffer les gaz d'échappement et de porter le filtre à la température requise de 600°C. Cette température doit être régulée pour maintenir 20 une température la plus stable possible, afin d'assurer une régénération rapide et efficace. [0006] La demande ayant le numéro d'enregistrement FR07 57789 au nom de la demanderesse décrit un procédé de régulation de la température à l'entrée du filtre. Ce procédé associe une boucle ouverte et une boucle fermée pour la régulation de 25 la température des gaz à l'entrée du filtre à particules afin d'assurer la combustion des suies. La boucle ouverte et la boucle fermée déterminent des composantes respectives d'une quantité de carburant à injecter à l'échappement. En cumulant ces composantes, on détermine la quantité de carburant à injecter à l'échappement. [0007] Cependant, une telle régulation présente des inconvénients. En pratique, les 30 éléments de l'échappement à réguler subissent un vieillissement, notamment le catalyseur, les différentes sondes de température, le débitmètre d'air et l'injecteur de carburant. Des fuites dans le circuit de carburant peuvent également apparaître. La fabrication de l'échappement implique également des dispersions. L'efficacité thermique du catalyseur se réduisant avec le vieillissement, une plus grande quantité de carburant devra être injectée à l'échappement pour assurer la régénération. En fonctionnement normal c'est la boucle fermée qui compense ce manque de carburant. Du fait de l'inertie thermique du circuit d'échappement, la correction par la boucle fermée produit ses effets avec un certain retard. Pour garantir que la température reste tout de même dans la plage de température souhaitée, une solution peut consister à rallonger les phases de régénération, au détriment du fonctionnement du moteur. Par ailleurs, ces variations de la régulation peuvent aboutir à l'application d'une température trop élevée à l'entrée du catalyseur, ce qui peut conduire à sa destruction. [000s~ L'invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L'invention porte ainsi sur un procédé d'adaptation de la régulation de la température d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement durant une phase de régénération de ce filtre, par injection de carburant dans les gaz d'échappement, comprenant les étapes consistant à mesurer la température au niveau du filtre à particules, à déterminer une quantité de carburant à injecter dans les gaz d'échappement, cette quantité comprenant une première composante déterminée par l'intermédiaire d'une boucle ouverte d'asservissement ne prenant pas en compte la température mesurée, et cette quantité comprenant une deuxième composante déterminée par l'intermédiaire d'une boucle fermée d'asservissement prenant en compte la température mesurée et, en fonction de l'amplitude de la deuxième composante par rapport à la quantité de carburant déterminée, à déterminer un terme correcteur de la première composante et appliquer ce terme correcteur dans la boucle ouverte d'asservissement. [0009 Selon une variante, le procédé comprend le calcul d'un indicateur représentatif de l'amplitude de la deuxième composante par rapport à la quantité de carburant injectée, l'application du terme correcteur de la première composante dans la boucle ouverte d'asservissement lorsque l'indicateur dépasse un seuil prédéterminé. [0o10 ] Selon encore une variante, le seuil est calculé en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur. [col 1 ] Selon une autre variante, le terme correcteur de la première composante n'est appliqué dans la boucle ouverte d'asservissement que lorsque plusieurs valeurs de 5 l'indicateur calculées successivement dépassent ledit seuil. [0012] Selon encore une variante, lequel l'indicateur I est calculé par la formule suivante : LJQc2HQIGEC / Qc2 Qc2ini dt I ^ Qc2 ini `GIGEC,,E J 15 f dt RG avec RG la durée de la régénération, Qc2ini et Qc2 les valeurs de débit de la deuxième composante déterminées respectivement à un instant de référence et lors 20 de la détermination en cours, Qigecini et Qigec les valeurs de débit de la quantité de carburant à injecter dans les gaz d'échappement déterminées respectivement à un instant de référence et lors de la détermination en cours. [0013] Selon encore une autre variante, la boucle ouverte d'asservissement est basée sur un modèle estimant la température au niveau du filtre à particules en 25 fonction du débit des gaz d'échappement, de la température des gaz d'échappement en amont d'un catalyseur d'oxydation placé en amont du filtre à particules, et en fonction de la quantité de carburant à injecter dans les gaz d'échappement. [0014] Selon une variante, le procédé comprend la détection d'un dysfonctionnement du moteur et le maintien du terme correcteur appliqué lors de la détection du 30 dysfonctionnement. [0015] Selon encore une variante, la boucle fermée d'asservissement comprend un régulateur proportionnel intégral. [0016] L'invention porte également sur un véhicule automobile muni d'une ligne d'échappement comprenant un filtre à particules, comprenant un dispositif d'injection 35 de carburant dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particules ; un dispositif de mesure de la température au niveau du filtre à particules ; et un dispositif de détermination d'une quantité de carburant à injecter dans les gaz d'échappement afin de réguler la température au niveau du filtre à particules, comprenant une boucle ouverte d'asservissement ne prenant pas en compte la température mesurée et déterminant une première composante de ladite quantité de carburant, et comprenant une boucle fermée d'asservissement prenant en compte la température mesurée et déterminant une deuxième composante de ladite quantité de carburant. [0017] Le dispositif de détermination de la quantité de carburant à injecter détermine un terme correcteur de la première composante et applique ce terme correcteur dans la boucle ouverte d'asservissement en fonction de l'amplitude de la deuxième composante par rapport à la quantité de carburant à injecter déterminée. [0018] 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 15 référence aux dessins annexés, dans lesquels : • la figure 1 illustre schématiquement une ligne d'échappement dans laquelle l'invention est mise en oeuvre ; • la figure 2 illustre un exemple de processus de régulation de la température de régénération du filtre à particules ; 20 • la figure 3 illustre schématiquement le processus d'application d'un terme correcteur de l'amplitude d'une boucle ouverte. [0019] L'invention propose de modifier les amplitudes respectives de deux composantes d'une quantité de carburant à injecter à l'échappement. En fonction de 25 l'amplitude d'une composante déterminée par une boucle fermée d'asservissement prenant en compte la température au niveau du filtre à particules, on modifie l'amplitude d'une composante déterminée par une boucle ouverte d'asservissement ne prenant pas en compte cette température. [0020] La figure 1 illustre un moteur diesel 9 comprenant une ligne d'échappement 1. 30 La ligne d'échappement 1 comprend un collecteur d'échappement 2. Les gaz d'échappement traversent le collecteur 2 à une température T4, mesurée par la sonde de température 7, et à un débit Qair, typiquement mesuré par un débitmètre non illustré. La ligne d'échappement comprend un injecteur 3 de gazole. L'injecteur 3 est placé en amont d'un catalyseur d'oxydation 4. Le catalyseur 4 est placé en amont d'un filtre à particules 5. La température T5 de l'air entrant dans le filtre à particules 5 doit être maintenue à une température de l'ordre de 600°C durant une régénération pour permettre la combustion des suies formées par les particules captées. Pour ce faire, on met en oeuvre une injection de gazole à l'échappement par l'intermédiaire de l'injecteur 3. Le carburant injecté est oxydé par le catalyseur 4 lors d'une réaction exothermique. Une sonde de température 6 mesure la température au niveau du filtre à particules 5, typiquement dans un conduit de jonction entre le catalyseur d'oxydation 4 et le filtre à particules 5. [0021 ~ Un dispositif de commande 8 illustré à la figure 2 permet de commander les injections de carburant par l'injecteur 3 de façon à réguler la température T5 au niveau du filtre à particules 5 durant une régénération. La sonde de température 6 mesure la température T5 des gaz d'échappement au niveau de l'entrée du filtre à particules 5. Cette température T5 ne doit être ni trop élevée ù ce qui provoquerait une détérioration du filtre et du catalyseur ou son vieillissement prématuré ù ni trop basse ù ce qui provoquerait un arrêt de la combustion des suies et augmenterait le temps global de régénération du filtre. La température T5 de l'air en entrée du filtre 5 est connue grâce à la sonde 6. Suivant l'emplacement de cette sonde 6, la température cible à atteindre diffère car la température au coeur du filtre 5 est plus élevée qu'à sa périphérie. [0022 ] La commande 8 détermine une quantité de carburant à injecter dans les gaz d'échappement. Cette quantité est déterminée sous forme d'une consigne de débit de carburant Qigec de l'injecteur 3 pendant une durée d'injection. Une consigne de débit associée à une durée d'injection constitue ainsi une consigne de quantité de carburant. Le débit de carburant à injecter est déterminé par deux composantes Qc1 c et Qc2. La somme de ces deux composantes équivaut à la valeur de la consigne de débit Qigec. [0023 ] La première composante Qc1 c est déterminée par l'intermédiaire d'une boucle ouverte d'asservissement. Cette boucle ouverte d'asservissement ne prend pas en compte la température T5 mesurée par la sonde 6. La boucle ouverte d'asservissement est destinée à présenter un temps de réponse rapide. La boucle ouverte d'asservissement est avantageusement destinée à définir plus de 85 à 90% de l'amplitude de la quantité de carburant à injecter déterminée. [0024] La boucle ouverte d'asservissement utilise par exemple un modèle de comportement thermique du catalyseur 4, en fonction du débit de l'injecteur de gazole Qigec, de la température des gaz d'échappement T4 et du débit des gaz d'échappement en amont du catalyseur 4. On utilise pour cela un module de calcul 83 exploitant le modèle de comportement thermique du catalyseur 4 pour calculer une estimation de la température T5 au niveau du filtre à particules 5. [0025] Le comportement thermique du catalyseur 4 dépend de paramètres de régulation rapide comme le débit d'air dans le collecteur 2 de la ligne d'échappement 1. De fait, une homogénéisation des températures dans cette ligne 1 est d'autant plus rapide que ce débit d'air est élevé. Un second paramètre de régulation rapide est la température T4 des gaz d'échappement à l'entrée 2 de la ligne d'échappement 1. Une forte élévation de cette température T4 générée par le moteur 9 entraine une élévation de la température en entrée du catalyseur 4. Cette élévation de la température en entrée du catalyseur 4 entraine une élévation de la température T5 du filtre 5 de façon analogue - aux déperditions de chaleur avec l'extérieur près. Outre ces paramètres de régulation rapide, il existe des paramètres de régulation lente de la température du filtre dont les caractéristiques de propagation de la chaleur au sein du catalyseur influent sur la température T5 du filtre. [0026] Les connaissances du métier indiquent que c'est, en première approximation, la concentration en hydrocarbure au sein du catalyseur 4 qui engendre le niveau d'élévation de la température T5. Cette concentration est définie par le rapport entre le débit de carburant et le débit d'air et peut être prise en compte dans le modèle. [0027] Le module de calcul 83 établit une consigne de débit Qcl en fonction de ce modèle. [0028] La seconde composante Qc2 est déterminée par l'intermédiaire d'une boucle fermée d'asservissement. La boucle fermée d'asservissement prend en compte la température T5 mesurée par la sonde 6. Cette température T5 est comparée à une consigne de température Ct. La consigne de température Ct sera par exemple de 600°C. La différence entre T5 et Ct est appliquée à l'entrée d'un régulateur proportionnel intégral 81. Le régulateur 81 détermine la deuxième composante de débit Qc2 en fonction de l'erreur correspondant à cette différence. Le régulateur 81 détermine la deuxième composante Qc2 en prenant en compte un terme proportionnel à la différence et un terme intégrant cette différence. L'objectif du terme intégral est d'assurer que la température T5 soit la plus proche possible de la température de consigne Ct. [0029] La commande 8 comprend un dispositif de correction 84. Ce dispositif de correction 84 détermine l'amplitude de la deuxième composante Qc2 par rapport au débit de carburant Qigec. En fonction de cette amplitude, le dispositif de correction 84 détermine un terme correcteur Kc à appliquer à la première composante. Ce terme correcteur est alors appliqué dans la boucle ouverte d'asservissement. Le terme correcteur Kc est un facteur multiplicateur de la consigne de débit Qcl , de sorte Qcl c= Qcl *Kc. On peut également envisager que le terme correcteur soit ajouté à la consigne Qc1. [0030] En corrigeant l'amplitude de la première composante générée par la boucle ouverte, la régulation de la température au niveau du filtre à particules ne sera pas affectée par le vieillissement des composants de la ligne d'échappement 1, l'encrassement de l'élément de dosage de carburant (par exemple la pompe doseuse ou l'injecteur), la dérive des sondes de température 6 et 7 ou la dérive des débitmètres d'air. En effet, la proportion de la première composante dans la consigne de quantité de carburant injecté doit être maintenue, de sorte que le vieillissement des composants n'induira pas une prépondérance accrue de la deuxième composante calculée par la boucle fermée. Ainsi, la régulation ne subira pas une augmentation du retard de sa correction. La durée de la phase de régénération pourra ainsi être contenue. De plus, les risques de destruction du catalyseur 4 par une température des gaz d'échappement transitoirement excessive sont également réduits du fait que l'amplitude de la deuxième composante est limitée par la correction de la première composante. [0031 ] Le dispositif de correction 84 augmente typiquement la valeur du terme correcteur Kc lorsque l'amplitude de la deuxième composante Qc2 augmente par rapport à la quantité de carburant injectée Qigec. [0032 Pour valider l'application du terme correcteur Kc dans la première composante Qcl c, le dispositif 84 calcule un indicateur I représentatif de l'amplitude de la deuxième composante Qc2 par rapport à la quantité de carburant injectée Qigec. Le terme correcteur calculé Kc n'est alors appliqué que lorsque l'indicateur I dépasse un seuil prédéterminé. Le terme correcteur calculé Kc remplace alors la valeur du terme correcteur précédemment appliquée. Le seuil validant l'application du nouveau terme correcteur Kc peut être calculé notamment en fonction de paramètres de fonctionnement du moteur tels que la vitesse du véhicule, le couple moteur ou le régime moteur. Ainsi, les conditions d'adaptation de la première composante dépendront du type de roulage du véhicule. [0033] On peut ainsi éviter l'application intempestive du nouveau terme correcteur lors de conditions transitoires de fonctionnement. Pour encore réduire le risque d'un changement intempestif du terme correcteur, on peut également exiger que l'indicateur franchisse plusieurs fois successivement ledit seuil avant de valider l'application du nouveau terme correcteur Kc calculé. En effet, le vieillissement ou la dérive des composants étant un phénomène lent, il est souhaitable que de nouveaux termes correcteurs ne soient pas appliqués à intervalles trop réduits. [0034] Pour éviter qu'un dysfonctionnement du moteur, par exemple une fuite externe ou interne d'essence, ne conduise à une application erronée du terme correcteur Kc, on maintiendra avantageusement le terme correcteur en cours d'application lors de la détection d'un tel dysfonctionnement. [0035] L'indicateur I peut être calculé par la formule suivante : L Qc2 _ Qc2ini I = \ LC2 + QIGEC (~ Qc2 ini + n LIGEC,,, J f dt RG dt

avec RG la durée de la régénération, Qc2;n; et Qc2 les valeurs de débit de la deuxième composante déterminées respectivement à un instant de référence et lors de la dernière détermination, Qigec;n; et Qigec les valeurs de débit de la quantité de carburant à injecter dans les gaz d'échappement déterminées respectivement à un instant de référence et lors de la dernière détermination. Les valeurs à l'instant de référence peuvent correspondre à des valeurs mémorisées auparavant et lues au démarrage du véhicule. Cet indicateur I est basé sur la partie intégrale de la boucle fermée d'asservissement. Plus la valeur de l'indicateur est élevée, plus la boucle ouverte d'asservissement est mal réglée. La valeur du terme correcteur peut être basée sur la valeur de l'indicateur I. [0036] En règle générale, le facteur multiplicatif Kc est compris entre 0,5 et 1,5 soit 50% de la valeur nominale. En pratique, lors d'essais, la plage effective est comprise entre 0,8 et 1,2. [0037] La figure 3 représente de façon schématique le processus d'application du terme correcteur Kc de la première composante. Lors de l'étape 101, l'indicateur I est calculé en fonction des valeurs Qc2 et Qigec. Lors de l'étape 102, un seuil S est calculé en fonction de paramètres moteurs tels que la vitesse du véhicule ou le couple moteur. Lors de l'étape 103, on compare l'indicateur I au seuil S. Si l'indicateur I dépasse le seuil S, alors un signal de validation du terme correcteur est généré. Durant l'étape 104, on calcule le terme correcteur Kc en fonction de l'indicateur I. Si un signal de validation du terme correcteur a été généré, le terme correcteur Kc est appliqué pour corriger la première composante. [0038] Le calcul du terme de correction et la validation de son application peuvent être réalisés à la fin de chaque régénération. Si le nouveau terme de correction est validé, ce terme peut être mis à jour et être appliqué pour la ou les régénérations suivantes du filtre à particules. Le terme correcteur peut être stocké en mémoire non volatile dans la commande 8. Le terme correcteur peut être mis à jour dès que cela est nécessaire, notamment lors d'un remplacement d'un catalyseur. Lors d'un remplacement du catalyseur par un catalyseur neuf, le terme correcteur doit être modifié afin d'éviter une surconsommation ou une température d'échappement excessive. [0039 ] Avantageusement, un dispositif 82 modifie la consigne du débit de l'injecteur de gazole en fonction de saturations significatives de la richesse des gaz dans la ligne d'échappement 1. La consigne de débit de carburant peut être saturée avant d'être soumise à l'injecteur 3. De fait, la prise en compte de saturations au sein de la boucle ouverte d'asservissement permet une régulation plus précise. [0040] Ces saturations proviennent principalement de la concentration en oxygène estimée au sein de la ligne d'échappement 1. De fait, la quantité de carburant injectée à l'échappement est limitée par la possibilité de réduction du catalyseur 4 qui dépend de la quantité d'oxygène disponible.10

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de régulation de la température d'un filtre à particules (5) d'une ligne d'échappement (1) durant une phase de régénération de ce filtre (5), par injection de carburant dans les gaz d'échappement, comprenant les étapes consistant à : - mesurer la température (T5) au niveau du filtre à particules (5) ; - déterminer une quantité de carburant à injecter dans les gaz d'échappement (Qigec), cette quantité comprenant une première composante (Qcl c) déterminée par l'intermédiaire d'une boucle ouverte d'asservissement ne prenant pas en compte la température mesurée, et cette quantité comprenant une deuxième composante (Qc2) déterminée par l'intermédiaire d'une boucle fermée d'asservissement prenant en compte la température mesurée ; - en fonction de l'amplitude de la deuxième composante par rapport à la quantité de carburant déterminée, déterminer un terme correcteur (Kc) de la première composante et appliquer ce terme correcteur dans la boucle ouverte d'asservissement.
2. Procédé de régulation selon la revendication 1, comprenant le calcul d'un indicateur (I) représentatif de l'amplitude de la deuxième composante (Qc2) par rapport à la quantité de carburant injectée (Qigec), l'application du terme correcteur de la première composante dans la boucle ouverte d'asservissement lorsque l'indicateur dépasse un seuil prédéterminé (S).
3. Procédé de régulation selon la revendication 2, dans lequel ledit seuil (S) est calculé en fonction d'au moins un paramètre de fonctionnement du moteur.
4. Procédé de régulation selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel le terme correcteur (Kc) de la première composante n'est appliqué dans la boucle ouverte d'asservissement que lorsque plusieurs valeurs de l'indicateur (I) calculées successivement dépassent ledit seuil (S). . Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l'indicateur I est calculé par la formule suivante : i f Qc2 J n I RG \ `QC2 + QIGEC = Qc2ini Qc2.. + QIGEC.,,, f dt RG dt avec RG la durée de la régénération, Qc2;n; et Qc2 les valeurs de débit de la deuxième composante déterminées respectivement à un instant de référence et lors de la détermination en cours, Qigec;n; et Qigec les valeurs de débit de la quantité de carburant à injecter dans les gaz d'échappement déterminées respectivement à un instant de référence et lors de la détermination en cours. 6. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la boucle ouverte d'asservissement est basée sur un modèle estimant la température au niveau du filtre à particules en fonction du débit des gaz d'échappement, de la température des gaz d'échappement en amont d'un catalyseur d'oxydation (4) placé en amont du filtre à particules (5), et en fonction de la quantité de carburant à injecter (Qigec) dans les gaz d'échappement. 7. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant la détection d'un dysfonctionnement du moteur (9) et le maintien du terme correcteur appliqué lors de la détection du dysfonctionnement. 8. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la boucle fermée d'asservissement comprend un régulateur proportionnel intégral (81). 9. Véhicule automobile muni d'une ligne d'échappement (2) comprenant un filtre à particules (5), comprenant un dispositif d'injection de carburant (3) dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particules ; un dispositif de mesure (6) de la température (T5) au niveau du filtre à particules ; un dispositif (8) de détermination d'une quantité de carburant à injecter dans les gaz d'échappement afin de réguler la température (T5) au niveau du filtre à particules, comprenantune boucle ouverte d'asservissement ne prenant pas en compte la température mesurée et déterminant une première composante de ladite quantité de carburant (Qcl c), et comprenant une boucle fermée d'asservissement prenant en compte la température mesurée et déterminant une deuxième composante (Qc2) de ladite quantité de carburant ; caractérisé en ce que le dispositif de détermination de la quantité de carburant à injecter détermine un terme correcteur (Kc) de la première composante et applique ce terme correcteur dans la boucle ouverte d'asservissement en fonction de l'amplitude de la deuxième composante par rapport à la quantité de carburant à injecter déterminée.