FR2955892A1 - Procede et systeme de gestion de la temperature de regeneration d'un filtre a particules - Google Patents

Procede et systeme de gestion de la temperature de regeneration d'un filtre a particules Download PDF

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Abstract

Procédé de gestion de la température de régénération d'un filtre à particules 3 monté dans la ligne d'échappement 7 d'un moteur à combustion interne 1 de véhicule automobile dans lequel on régule la température en entrée du filtre à particules 3 autour d'une valeur de température seuil. Dans ce procédé, on adapte le temps de montée jusqu'à la température seuil, en fonction de la masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules et de la valeur de la température seuil.

Description

DEMANDE DE BREVET B09-0329FR/AXC/AR PJ9705-VRX/CL
Société par Actions Simplifiée dite : RENAULT s.a.s. Procédé et système de gestion de la température de régénération d'un filtre à particules Invention de : Gilles HAMADANI Procédé et système de gestion de la température de régénération d'un filtre à particules
La présente invention concerne d'une manière générale la régénération d'un filtre à particules pour véhicule automobile et en particulier la gestion de la température du filtre à particules lors de ces phases de régénération. Les filtres à particules sont utilisés dans les véhicules automobiles comportant un moteur à combustion interne, en particulier du type diesel, pour piéger les particules émises à l'échappement. Le filtre à particules ainsi utilisé est positionné dans la ligne d'échappement. De la sorte, les particules ne sont pas rejetées dans l'atmosphère mais sont stockées dans le filtre. Les particules s'accumulant dans le filtre, des régénérations périodiques sont nécessaires. Au cours de ces régénérations, les particules stockées dans le filtre à particules sont brûlées. Pour réaliser ces régénérations, la température du filtre à particules doit être accrue: elle doit atteindre une température minimum à partir de laquelle l'oxydation des particules peut avoir lieu.
Cette augmentation de température au sein du filtre à particules peut être réalisée par une augmentation de la température des gaz d'échappement en entrée du filtre à particules. Pour augmenter la température des gaz en entrée du filtre à particules, on peut réaliser une injection de carburant directement dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particules ou pratiquer une ou plusieurs injections de carburant supplémentaires au sein des chambres de combustion du moteur. Ces injections se traduisent par une surconsommation de carburant ainsi que par une dilution du carburant dans l'huile moteur. Il est donc préférable que la durée des phases de régénération soit la plus courte possible. Le déclenchement d'une phase de régénération du filtre à particules est, en général, conditionné à l'atteinte d'un seuil de déclenchement dépendant de la masse de particules maximale que le filtre à particules peut stocker. Lorsque la masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules (la masse de particules instantanée peut par exemple être mesurée par pression différentielle en amont et en aval du filtre) atteint cette valeur de seuil, on déclenche la régénération. I1 n'est pas tenu compte de conditions autres que l'atteinte de ce seuil. Or il serait intéressant de pouvoir déclencher les phases de régénération à la demande en tenant compte de conditions supplémentaires qui pourraient être favorables au déclenchement de la régénération. La demande de brevet FR 2 897 650 décrit un système comprenant un automate apte à déclencher automatiquement les phases de régénération. Pour cela, l'état actuel du véhicule est représenté sur trois échelles: charge du filtre à particules, nombre de kilomètres que le véhicule peut parcourir jusqu'au niveau limite de charge du filtre, type de roulage (roulage en ville, en montagne, sur autoroute). Puis à partir des niveaux de ces trois échelles, une décision de déclenchement peut être prise. Le système décrit dans cette demande de brevet améliore les conditions de déclenchement des régénérations. I1 n'est cependant pas prévu dans cette demande de brevet une montée en température progressive des gaz en entrée du filtre à particules. C'est un inconvénient car une augmentation trop brusque de la température peut endommager le filtre à particules. La demande de brevet FR 2 901 307 décrit un système d'injection de carburant capable de moduler progressivement la quantité de carburant injectée depuis un premier seuil de température des gaz en entrée du filtre à particules jusqu'à un deuxième seuil. On connaît également par la demande de brevet WO 2006/083750, un procédé d'injection de combustible permettant une augmentation linéaire de la température en entrée du filtre à particules. Dans ce procédé l'injection est réalisée avec un taux variable et est contrôlée de manière à ce que l'augmentation de la température suive une pente constante et soit linéaire. I1 est aussi prévu une augmentation de cette pente de manière à accélérer la régénération.
Lors de l'utilisation de ces systèmes et procédés connus, il est nécessaire de limiter la température maximale des gaz à l'entrée pour éviter de détériorer le filtre par une température interne trop élevée. I1 en résulte que la durée des phases de régénération ne peut pas être diminuée au-delà d'une limite qui dépend de cette température maximale. La présente invention a pour objet de résoudre cette difficulté et de permettre l'utilisation d'une température seuil des gaz en entrée du filtre à particules plus importante.
Un autre objet de l'invention est de ne pas endommager le filtre à particules lors de la montée vers cette température seuil. L'invention a également pour objet de permettre une régénération plus rapide du filtre à particules en utilisant une température de régénération plus importante.
Enfin l'invention a encore pour objet de permettre de déclencher la régénération indépendamment de la masse de particules maximale qui peut être contenue dans le filtre à particules et de tenir compte d'autres éléments comme un type de roulage favorable ou un fonctionnement spécifique du moteur.
Selon un premier aspect, il est proposé un procédé de gestion de la température de régénération d'un filtre à particules monté dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile dans lequel on régule la température en entrée du filtre à particules autour d'une valeur de température seuil. On adapte en outre le temps de montée en température jusqu'à la température seuil, en fonction de la masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules et de la valeur de la température seuil. Ainsi, une température seuil plus importante peut être utilisée pour la régénération. La durée de la régénération peut donc être réduite. Cela permet de limiter la surconsommation et la dilution du carburant dans l'huile moteur et donc d'accroître l'intervalle de vidange du véhicule. L'invention propose en effet une réduction du gradient de montée en température à l'entrée du filtre pour réduire la durée de la régénération en augmentant la température des gaz en entrée. En effet, d'une part, pour une même masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules, une montée en température plus lente permet de viser sans détérioration une température des gaz en entrée plus importante. D'autre part, une température des gaz en entrée du filtre à particules plus importante permet une réduction de la durée de la régénération. Par ailleurs, la température maximale admissible en entrée du filtre à particules dépend de la masse instantanée de particules et il est donc avantageux d'augmenter la température des gaz en tenant compte de cette masse et de la température seuil de régénération. Avantageusement, on détermine, au préalable, des températures maximales admissibles en entrée du filtre à particules, en fonction des temps de montée et des masses instantanées de particules stockées dans le filtre à particules, pour lesquelles le filtre à particules n'est pas détérioré. Ces températures maximales admissibles déterminées peuvent être représentées sous la forme au moins d'une courbe tridimensionnelle. On peut utiliser ladite courbe tridimensionnelle en vue de déterminer, pour ladite valeur de température seuil et pour une masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules, un temps de montée en température pour lequel le filtre à particules n'est pas détérioré. Ainsi, le temps de montée choisi permet une variation de la température des gaz en entrée du filtre à particules suffisamment progressive pour que le filtre à particules ne soit pas détérioré. De préférence, on déclenche la régénération du filtre à particules selon les conditions de fonctionnement du moteur, indépendamment de la masse maximale de particules qui peut être stockée dans le filtre à particules. I1 est donc possible de tenir compte des conditions de fonctionnement du moteur favorables au déclenchement d'une phase de régénération, par exemple du type de roulage.
La température seuil est de préférence comprise entre 600°C et 630°C. Selon un autre aspect, il est proposé un système de gestion de la température de régénération d'un filtre à particules monté dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile. Ce système de gestion comprend des moyens de détermination de la masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules, des moyens d'élévation de la température en entrée du filtre à particules et des moyens de régulation de ladite température en entrée du filtre à particules autour d'une valeur de température seuil, aptes à faire élever progressivement la température jusqu'à la température seuil. Le système comprend, en outre, des moyens de calcul pour adapter le temps de montée en température en fonction de la masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules et de la valeur de la température seuil. Selon un mode de réalisation, les moyens de calcul comprennent des moyens de mémorisation d'au moins une courbe tridimensionnelle exprimant des températures maximales admissibles en entrée du filtre à particules en fonction des masses de particules et des temps de montée. Avantageusement, les moyens de calcul sont couplés aux moyens de mémorisation et sont aptes à calculer, pour une valeur de température seuil et pour une masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules, un temps de montée en température pour lequel le filtre à particules n'est pas détérioré. Selon un autre mode de réalisation, le système de gestion comprend en outre des moyens de déclenchement de la régénération du filtre à particules qui sont configurés pour déclencher la régénération selon les conditions de fonctionnement du moteur, indépendamment de la masse maximale de particules qui peut être stockée dans le filtre à particules. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'étude de la description détaillée de modes de mise en oeuvre et de réalisation, pris à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un mode de réalisation d'un système de gestion de la température de régénération selon l'invention ; - la figure 2 montre des courbes de montée en température du filtre à particules ; - la figure 3 illustre une courbe tridimensionnelle utilisée pour la détermination du temps de montée en température ; et - la figure 4 illustre différentes étapes d'une régulation de la température de régénération. Sur la figure 1 sont illustrés schématiquement un moteur 1 noté M, suivi d'un catalyseur 2 noté C et d'un filtre à particules 3 noté FAP. La présence du catalyseur 2 est optionnelle. Le catalyseur et le filtre à particules 3 sont montés dans la ligne d'échappement 7. Une unité de commande électronique 10 notée UCE sur la figure comprend des moyens de déclenchement 4, des moyens de régulation 5 et des moyens de détermination 6 du temps de montée en température. L'unité de commande électronique 10 est reliée au moteur 1 via des connexions électriques 9. Dans l'exemple illustré, les moyens de régulation 5 peuvent agir, via les moyens de liaison électronique 9, sur la quantité de combustible injectée dans le moteur. L'injection supplémentaire permet, en augmentant la richesse des gaz d'échappement, d'obtenir une combustion plus en aval dans la ligne d'échappement 7 et ainsi une montée en température des gaz en entrée du filtre à particules 3. Dans d'autres modes de réalisation, l'augmentation de température à l'entrée du filtre 3 peut être obtenue par une injection de carburant directement dans la ligne d'échappement 7 en amont du filtre 3. Les moyens de régulation 5 sont reliés via des connexions électriques 8 à un capteur de température 12 capable de déterminer la température des gaz en entrée du filtre à particules 3. La régulation de la température des gaz en entrée du filtre 3 peut être faite de diverses manières, par exemple au moyen d'une boucle d'asservissement. Les moyens de détermination 6 du temps de montée en température sont reliés, via des connexions électriques 8, à deux capteurs de pression 11 et 13 placés dans la ligne d'échappement respectivement en amont et en aval du filtre 3. La masse instantanée de particules stockée à chaque instant dans le filtre à particules peut être déterminée à partir de la valeur de pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules 3. Cette valeur est exprimée en g/1 et dépend donc de la capacité du filtre 3. Sur la figure 2, sont illustrées les représentations de deux exemples 21, 22 de l'évolution de la température des gaz en entrée du filtre à particules au cours de sa régénération, en fonction du temps (t) et ce pour une même masse instantanée de particules stockée au sein du filtre à particules. La représentation graphique de la fonction affine par morceaux 21 en pointillés sur la figure 2 comporte deux phases: une phase de montée linéaire de la température en entrée du filtre pendant une durée Atl jusqu'à une température seuil (seuil TEFAP1) et une phase de stabilisation autour de cette température. La deuxième représentation graphique 22 en trait plein sur la figure 2 comporte elle aussi les deux mêmes phases, à savoir, une augmentation linéaire de la température des gaz en entrée du filtre pendant un temps At2 jusqu'à une température seuil (seuil TEFAP2) et une phase de stabilisation autour de cette température. La deuxième représentation graphique 22 représente une évolution de la température des gaz d'entrée permettant une valeur du seuil TEFAP2 supérieure au seuil TEFAP1 de la représentation 21.
Cela est possible sans détérioration du filtre à particules par une augmentation de la durée de la phase de montée At2, supérieure à Atl. Une montée plus lente de la température des gaz en entrée du filtre à particules 3 permet, en effet, une température maximale admissible des gaz à l'entrée du filtre à particules (TEFAP) plus importante.
Une valeur de seuil pour la température en entrée du filtre TEFAP entre 600 et 630°C est avantageusement choisie. Sur la figure 3, est représentée une courbe tridimensionnelle 31, préalablement déterminée par exemple par des essais, cette courbe dépendant du filtre à particules. Elle exprime les températures maximales des gaz en entrée du filtre (TEFAP) que le filtre à particules peut supporter pour des valeurs différentes de temps de montée (At) et de masse instantanée de particules stockées (M). La figure comporte trois axes: l'axe 32 des températures exprimés en degrés Celsius, l'axe 33 du temps de montée exprimés en secondes et l'axe 34 de la masse instantanée de particules M exprimée en grammes par litre. Sur cette figure sont en outre représentés un plan horizontal 35 d'équation T= 620°C, parallèle au plan défini par les axes 33 et 34 et une courbe 36. La courbe 36 correspond à l'intersection entre le plan 35 et la courbe 31. La courbe 31 exprime, pour une température donnée, le temps de montée en température minimum en fonction d'une masse instantanée de particules. Ainsi, l'intersection 36 en deux dimensions exprime le temps de montée minimum en fonction d'une masse instantanée de particules pour une température des gaz en entrée du filtre à particules égale à 620°C. Dans le cadre de l'invention, après avoir fixé une température des gaz en entrée du filtre, permettant la régénération du filtre, le temps de montée minimum At vers cette température est déterminé en suivant la courbe 36. Sur la figure 4 sont illustrées les trois étapes principales d'un procédé de régénération du filtre à particules selon la présente invention. Au cours d'une première étape 41, on déclenche une phase de régénération du filtre à particules. Puis au cours d'une deuxième étape 42, pour une température de seuil TEFAP, on détermine, en fonction de la masse instantanée de particules stockées dans le filtre M, le temps de montée At en utilisant la courbe 31 comme expliqué plus haut. Au cours d'une troisième étape 43, on régule la température des gaz en entrée du filtre à particules (TEFAP). Cette régulation est telle que la température seuil soit la valeur TEFAP choisie (par exemple 620°C) et que la montée en température ait une durée At telle que déterminée par la courbe 36 de la figure 3. L'évolution temporelle de cette montée en température est par exemple linéaire comme illustré sur la figure 2 mais pourrait être non linéaire. L'invention telle qu'elle a été décrite permet une régénération du filtre à particules rapide, efficace et sûre. Bien entendu, la montée en température des gaz à l'entrée du filtre peut présenter une autre évolution temporelle que celle d'une droite affine. Par exemple une courbe oscillante autour de la droite affine est envisageable ou encore une parabole jusqu'à la température seuil. La température qui a été choisie dans l'exemple de la figure 3 et qui est la température cible des gaz à l'entrée du filtre à particules peut bien entendu être différente de 620°C. Pour une température choisie Tseuil par exemple entre 600°C et 630°C, la courbe permettant de déterminer le temps de montée optimum en fonction de la masse instantanée de particules est l'intersection du plan ayant pour équation T= Tseuil avec la courbe tridimensionnelle 31. Bien que dans l'exemple illustré on ait utilisé une seule courbe tridimensionnelle 31, on pourrait envisager d'utiliser plusieurs courbes de ce type correspondant chacune à un état du filtre à particules, ce qui permet de tenir compte de l'évolution dans le temps du filtre.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion de la température de régénération d'un filtre à particules monté dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile dans lequel on régule la température en entrée du filtre à particules autour d'une valeur de température seuil, caractérisé en ce qu'on adapte le temps de montée jusqu'à la température seuil, en fonction de la masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules et de la valeur de la température seuil.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on détermine, au préalable, des températures maximales admissibles en entrée du filtre à particules, en fonction des temps de montée et des masses instantanées de particules stockées dans le filtre à particules, pour lesquelles le filtre à particules n'est pas détérioré.
  3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel les températures maximales admissibles déterminées sont représentées sous la forme d'au moins une courbe tridimensionnelle.
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on utilise ladite courbe tridimensionnelle en vue de déterminer, pour ladite valeur de température seuil et pour une masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules, un temps de montée en température pour lequel le filtre à particules n'est pas détérioré.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconques des revendications 1 à 4, dans lequel on déclenche la régénération du filtre à particules selon les conditions de fonctionnement du moteur, indépendamment de la masse maximale de particules pouvant être stockée dans le filtre à particules.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la valeur de la température seuil est comprise entre 600°C et 630°C.
  7. 7. Système de gestion de la température de régénération d'un filtre à particules monté dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne de véhicule automobile, comprenant des moyens de détermination de la masse instantanée de particules stockée dans lefiltre à particules, des moyens d'élévation de la température en entrée du filtre à particules, des moyens de régulation de ladite température en entrée du filtre à particules autour d'une valeur de température seuil, aptes à faire élever progressivement la température jusqu'à la température seuil, caractérisé en ce que le système comprend en outre des moyens de calcul pour adapter le temps de montée en température en fonction de la masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules et de la valeur de la température seuil.
  8. 8. Système selon la revendication 7, dans lequel les moyens de calcul comprennent des moyens de mémorisation d'au moins une courbe tridimensionnelle exprimant des températures maximales admissibles en entrée du filtre à particules en fonction des masses de particules et des temps de montée.
  9. 9. Système selon la revendication 8, dans lequel lesdits moyens de calcul sont couplés aux moyens de mémorisation et sont aptes à calculer, pour une valeur de température seuil et pour une masse instantanée de particules stockée dans le filtre à particules, un temps de montée en température pour lequel le filtre à particules n'est pas détérioré.
  10. 10. Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, comprenant des moyens de déclenchement de la régénération du filtre à particules configurés pour déclencher la régénération selon les conditions de fonctionnement du moteur, indépendamment de la masse maximale de particules qui peut être stockée dans le filtre à particules.
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