FR2999232A1 - Procede de gestion de la regeneration d'un systeme filtrant de type filtre a particules - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un procédé de gestion de la régénération d'un système filtrant. Conformément à l'invention, ce procédé comporte les étapes suivantes: - simuler (101) un vieillissement du système filtrant en réalisant une succession de cycles de chargement en suies et de régénérations du système filtrant, - déterminer (103) une fonction représentative d'une évolution d'un chargement en suies optimal permettant d'obtenir une température cible lors des régénérations en fonction d'un encrassement du système filtrant, dite fonction de forme (Φ), - déduire (104), à partir de la fonction de forme (Φ) et de deux valeurs de masse de chargement en suies optimales correspondant à deux niveaux d'encrassement distincts, une relation (f) entre la masse de chargement en suies optimale et l'encrassement du système filtrant, et - intégrer (105) cette relation (f) dans un calculateur moteur pour réaliser des régénérations du système filtrant basées sur ladite relation.
Description
PROCEDE DE GESTION DE LA REG ENERATION D'UN SYSTEME FILTRANT DE TYPE FILTRE A PARTICULES [0001] L'invention porte sur un procédé de gestion de la régénération d'un système filtrant de type Filtre à Particules (FAP). [0002] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des systèmes filtrants de type filtres à particules additivés ou catalysés, mais aussi des dispositifs combinant un FAP embarquant une fonctionnalité autre de type deN0x par exemple (« Piège à NOx » ou SCR pour "Selective Catalytic Reduction"), des catalyseurs quatre voies, ou des systèmes GPF - « Gasoline Particles Filter » pour des filtres à particule pour moteur essence, les distinguant des filtres à particules pour moteur diesel. [0003] Classiquement, afin de régénérer un filtre à particules, le véhicule automobile comprend un système qui permet d'injecter un carburant de telle façon que ce carburant se retrouve dans la ligne d'échappement du véhicule et subit une postcombustion dans un dispositif catalytique d'oxydation situé dans la ligne d'échappement, en amont du filtre à particules. La température élevée générée par cette postcombustion permet la combustion des suies contenues dans le filtre et ainsi la régénération de ce dernier. De préférence, ce carburant est injecté dans les cylindres du bloc moteur pendant les temps d'échappement. De manière connue en soi, un additif peut être utilisé pour aider à la régénération. [0004] Chaque filtre à particules possède un chargement en suies optimal exprimé en gramme de suie par litre de filtre disponible pour le stockage des particules pour lequel est atteinte une température maximale de fonctionnement de filtre garantissant une bonne filtration. Ce chargement en suies optimal (en g/1) varie au cours de l'utilisation du filtre, dans la mesure où il dépend d'un encrassement en cendres du filtre à particules correspondant à l'accumulation de résidus de la combustion. En effet, plus un niveau d'encrassement du filtre à particules (exprimé généralement en % ou en g) augmente, plus le chargement (en g/1) en suies optimal augmente pour conserver la température maximale de fonctionnement du filtre à particules. [0005] Actuellement, la détermination de la fonction établissant la relation entre le chargement en suies optimal et l'encrassement du filtre s'effectue sur banc moteur via une succession de cycles (plusieurs centaines) en partie automatisés de: - phases de chargement du filtre à particules en suies additivées, - phases de régénérations sévères, - phases de nettoyage du filtre à particules pour évacuer les suies imbrûlées lors des régénérations. Ces phases durent généralement environ 30 minutes à un régime moteur de l'ordre de 4000 tours par minute. [0006] Les régénérations sévères sont des régénérations ayant un coefficient efficacité de l'ordre de (1-e) avec e valant 0.05 en moyenne. Lors du vieillissement du filtre à particules, on a donc la relation: CH RG(n)= e.CH RG(n-1) + Em(n) avec e. CH RG(n-1) «< Em(n), CH RG(n) correspondant au chargement du filtre à particules à la régénération de rang n, CH RG(n-1) correspondant au chargement du filtre à particules à la régénération de rang n-1, Em(n) correspondant aux émissions de particules du moteur à la régénération de rang n. [0007] Le chargement du filtre à particules est réajusté régulièrement après un certain nombre de cycles correspondant à un encrassement significatif de quelques (3/0 ou grammes, par exemple tous les 25 cycles. Cette opération de réajustement est effectuée en augmentant légèrement la masse de chargement en suies, ce qui correspond à augmenter la durée de chargement en suies, jusqu'à ce qu'on constate une réaction iso- thermique. [0008] La référence à la masse précise à chaque chargement impose la réalisation des phases de nettoyage pour vider le filtre à particules. Or, ces phases de nettoyage engendrent un tassement des résidus et un vieillissement prématuré du moteur, ce qui nuit à la représentativité du profil de vieillissement. En outre, ces phases augmentent la durée des cycles, ce qui rend la simulation du vieillissement du filtre très longue. En effet, il faut compter environ 6 à 9 mois pour sa réalisation. [0009] L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant un procédé de gestion de la régénération d'un système filtrant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - simuler un vieillissement du système filtrant en réalisant une succession de cycles de chargement en suies et de régénérations du système filtrant, - déterminer une fonction représentative d'une évolution d'un chargement en suies optimal permettant d'obtenir une température cible lors des régénérations en fonction d'un encrassement du système filtrant, dite fonction de forme, - déduire, à partir de la fonction de forme et de deux valeurs de masse de chargement en suies optimales correspondant à deux niveaux d'encrassement distincts, une relation entre le chargement en suies optimal et l'encrassement du filtre, et - intégrer cette relation dans un calculateur moteur pour réaliser des régénérations du système filtrant basées sur ladite relation. [0010] La relation entre le chargement en suies optimal et l'encrassement du système filtrant est ainsi déterminée uniquement à partir de la connaissance précise de deux masses de chargement en suies et de la fonction de forme entre ces deux points. L'invention permet ainsi de s'affranchir de la connaissance précise de la masse réelle du chargement en suies dans le filtre à particules provoquant la réaction iso-thermique recherchée. Il n'est donc plus nécessaire de réaliser des phases de nettoyage du filtre, ce qui réduit le temps de réalisation du procédé d'au moins un mois. L'invention augmente en outre la représentativité du profil de vieillissement dans la mesure où on tient compte de la réelle contrainte responsable du vieillissement du filtre à particules liée à la température maximale et aux gradients en régénérations. [0011] Selon une mise en oeuvre, les deux niveaux d'encrassement correspondent respectivement à un niveau d'encrassement proche de 0% en début de campagne d'essai et à un niveau d'encrassement avancé compris entre 40 et 50 (3/0 obtenu à la fin de la campagne d'essai. [0012] Selon une mise en oeuvre, la fonction de forme est obtenue à partir d'une fonction représentative d'une durée de chargement du système filtrant, d'une fonction représentative de l'encrassement du système filtrant, d'une fonction représentative d'émissions de particules polluantes du moteur thermique, et d'une fonction représentative d'un volume libre du système filtrant obtenues à l'issue de la simulation. [0013] Selon une mise en oeuvre, la fonction de forme est obtenue en multipliant la fonction représentative de la durée de chargement par la fonction représentative des émissions de particules polluantes du moteur thermique et en la divisant par la fonction représentative du volume libre du système filtrant, le tout étant composé par la réciproque de la fonction représentative de l'encrassement du système filtrant. [0014] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de simuler le vieillissement du système filtrant en adaptant par régulation une durée de chargement en suies de manière à conserver la température cible tout au long de la simulation. Cette régulation sur la consigne thermique via la durée de chargement permet d'éviter les réajustements manuels en disposant d'un réajustement automatique à chaque cycle de régénération. [0015] Selon une mise en oeuvre, l'adaptation de la durée de chargement en suies est effectuée en réalisant les étapes suivantes: - mesurer une température maximale à l'intérieur du système filtrant lors d'une régénération, - comparer cette température maximale mesurée avec une température maximale cible, et - adapter la durée de chargement en suies en fonction de la comparaison de température. [0016] Selon une mise en oeuvre, la température maximale mesurée est obtenue par filtrage de plusieurs mesures de température réalisées par des thermocouples intégrés au système filtrant. [0017] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de définir une plage de différences de températures pour laquelle la durée de chargement en suies du système filtrant demeure inchangée. [0018] Selon une mise en oeuvre, le procédé comporte l'étape de définir une durée minimale et une durée maximale de chargement en suies du système filtrant. [0019] Selon une mise en oeuvre, les régénérations réalisées sont des régénérations sévères présentant un coefficient d'efficacité proche de un. [0020] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'a titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. [0021] La figure 1 représente un diagramme des étapes du procédé de gestion de la régénération d'un système filtrant selon l'invention; [0022] La figure 2 montre une représentation fonctionnelle d'un système de régulation d'une température maximale cible à l'intérieur du filtre à particules par adaptation d'une durée de chargement en suies du système filtrant. [0023] Comme cela ressort de la figure 1, le procédé selon l'invention comporte une première étape 101 de simulation d'un vieillissement d'un filtre à particules en réalisant une succession de cycles de chargement en suies et de régénérations du filtre à particules. Les régénérations réalisées lors de la simulation sont des régénérations sévères présentant un coefficient d'efficacité de l'ordre de (1-e) avec e valant 0.05 en moyenne. Lors du vieillissement du filtre à particules, on a donc la relation: CH RG(n)= e.CH RG(n-1) + Em(n) avec e. CH RG(n-1) «< Em(n), CH RG(n) correspondant au chargement du filtre à particules à la régénération de rang n, CH RG(n-1) correspondant au chargement du filtre à particules à la régénération de rang n-1, Em(n) correspondant aux émissions de particules du moteur à la régénération de rang n. [0024] La durée de chargement en suies Dch du filtre à particules est adaptée par un système 10 de régulation montré sur la figure 2 de manière à conserver une température cible Tmax c tout au long de la simulation. [0025] A cet effet, le filtre à particules est équipé de thermocouples capables de mesurer les températures T à l'intérieur du filtre lors de chaque régénération. Un filtrage est réalisé sur plusieurs mesures de température T au moyen du module moyenneur 11 pour obtenir une température maximale mesurée Tmax m lors d'une régénération. [0026] Par ailleurs, une température maximale cible Tmax c est définie pour le filtre à particules à analyser. Cette température Tmax c pour laquelle la régénération est optimale dépend des matériaux du filtre à particules pouvant être notamment du carbure de silicium (SiC), un alliage de silicium et de carbure de silicium (Si-SiC), ou de la Cordiérite. Par exemple, pour un filtre de type SiC ou Si-SiC, la température maximale visée est comprise entre 700°C et 1000°C selon la robustesse à attribuer au filtre à particules. [0027] Une durée de chargement optimale par défaut Dini est définie au départ lorsque le filtre n'est pas encrassé. Cette durée de chargement optimale est la durée de chargement pour laquelle la température maximale cible Tmax c est atteinte lors d'une régénération. Cette durée est modifiée, via un module 12, par un contrôleur 13 en fonction d'une comparaison entre la température maximale mesurée Tmax m et la température maximale cible Tmax c afin que la température maximale cible Tmax c soit maintenue tout au long de la simulation. La comparaison entre les températures Tmax m et Tmax c est effectuée par un module référencé 14. [0028] Ainsi, lorsque la température Tmax m a tendance à diminuer en raison de l'augmentation de la robustesse instantanée du filtre à particules liée à son encrassement, le contrôleur 13 augmente la durée Dch de chargement du filtre à particules et donc la masse de chargement. Inversement, dans le cas où le la température Tmax m a tendance à augmenter, le contrôleur 13 réduit la durée de chargement Dch du filtre à particules et donc la masse de chargement. [0029] De préférence, un module 15 définit une zone morte correspondant à une plage Z de différences entre les températures Tmax m et Tmax c pour laquelle la durée de chargement Dch demeure inchangée. [0030] Par ailleurs, des durées de chargement minimale et maximale sont définies via la prise en compte d'une durée de correction minimale Cor mini et maximale Cor max de la durée de chargement Dini. Dans un exemple de mise en oeuvre, la durée de chargement initiale est de l'ordre 1 à plusieurs heures (en fonction des réglages du moteur) pour un filtre à particules de type SiC ou Si-SiC, tandis que la durée de correction minimale Cor mini vaut 1 à plusieurs heures, et la durée de correction maximale Cor max vaut 1 à plusieurs heures. Ces réglages sont à adapter en fonction de la durée de la campagne et de la nature du FAP. [0031] A intervalles réguliers, par exemple tous les 50 ou 100 cycles, on réalise dans une étape 102 des analyses du filtre à particules. Ces analyses consistent notamment en une mesure du niveau d'encrassement du filtre exprimé en pou rcents ou en grammes via des pesées différentielles et des mesures aux Rayons X ou à l'aide d'un endoscope (insertion de tiges graduées dans les canaux encrassés) Ces multiples procédures sont bien connues de l'homme du métier. [0032] Ces analyses permettent de déterminer une fonction g représentative de la durée de chargement Dch en fonction du nombre de cycles, ainsi qu'une fonction k représentative de l'encrassement du filtre en fonction du nombre de cycles. A cette fin, les points de mesures correspondants sont interpolés entre eux de manière linéaire. [0033] On caractérise également le moteur en termes d'émissions de particules polluantes par exemple par opacimétrie. On obtient alors une fonction h représentative des émissions de particules polluantes du moteur thermique (en g/h) en fonction du nombre de cycles. Pour l'obtention de la courbe correspondante, les points des mesures sont interpolés entre eux de manière linéaire. [0034] On détermine également une fonction V représentative d'un volume libre du filtre à particules en fonction de l'encrassement du filtre à particules. [0035] Une fonction (1), dite fonction de forme, est déterminée dans une étape 103 à partir des quatre fonctions précédentes. Cette fonction de forme (1) représente l'évolution du chargement de suies optimal fourni par le moteur pour conserver la température cible Tmax c tout au long des différents cycles de régénérations. On rappelle que ce chargement en suies est exprimé en gramme de suie par litre de filtre disponible pour le stockage des particules. [0036] Plus précisément, pour déterminer la fonction de forme (1), la fonction g représentative de la durée de chargement est multipliée par la fonction h représentative des émissions de particules polluantes du moteur et divisée par la fonction V représentative du volume libre du filtre à particules, le tout étant composé avec la réciproque de la fonction k représentative de l'encrassement du filtre à particules. Ainsi, x représentant l'encrassement du filtre à particules, on a la formule suivante: (I)(x) = (g x h / V) o k-1(x). [0037] On déduit ensuite dans une étape 104, à partir de la fonction de forme (1) et de deux valeurs de masse de chargement en suies optimales correspondant à deux niveaux d'encrassement du filtre distincts, une relation f entre le chargement en suies optimal et l'encrassement du filtre. [0038] De préférence, on utilise la masse précise CO de chargement en suies optimal correspondant à un niveau d'encrassement E0 proche de 0%. On utilise également la masse précise Cfin de chargement en suies optimale correspondant à un niveau d'encrassement Efin obtenu en fin de simulation compris entre 40 et 50 %. En effet, une fois la simulation du vieillissement terminée et l'encrassement Efin connu, on peut l'utiliser pour déterminer de manière précise la masse de suies nécessaire pour obtenir la température cible Tmax c via quelques cycles de chargement et régénérations sévères supplémentaires. [0039] Ainsi, on a: f(x)=A.(1)(x) + B avec f(E0)=C0 et f(Efin)=Cf in, Et on en déduit alors: A = (Cfin-00) /(c1)(Efin)-(1)(E0)) et B = [(1)(Efin).00- (1)(E0).Cfin] / [(1)(Efin)- (I)(E0)] [0040] Dans une étape 105, la relation f ainsi déterminée est ensuite intégrée dans un calculateur moteur pour réaliser des régénérations du filtre à particules en se basant sur cette relation f. L'encrassement pourra être déterminé par le calculateur moteur notamment en fonction de la consommation en carburant, de la consommation d'huile du véhicule, et le cas échéant de la quantité consommée d'additif d'abaissement de la température de combustion des suies. En fonction de cet encrassement, le calculateur pourra alors faire varier la durée de chargement pour obtenir la masse correspondante en suies optimale indiquée par la fonction f. [0041] Bien entendu, l'homme du métier pourra apporter des modifications aux paramètres du procédé de gestion de la régénération du filtre à particules précédemment décrit sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, alternativement, la température cible retenue comme critère thermique n'est pas la température maximale mais une autre température observable lors des régénérations du filtre à particules. [0042] De manière équivalente, la fonction f est obtenue pour plusieurs encrassements via des essais sur banc moteur avec des filtres à particules encrassés artificiellement. On obtient alors quelques points de mesure que l'on peut régresser par une loi adaptée pour obtenir directement f. Cela nécessite d'encrasser en parallèle plusieurs filtre à particules. [0043] L'invention pourra également être mise en oeuvre avec tout autre type de système filtrant régénéré régulièrement ayant un encrassement irréversible au cours de son vieillissement.25
Claims (10)
- REVENDICATIONS: 1. Procédé de gestion de la régénération d'un système filtrant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - simuler (101) un vieillissement du système filtrant en réalisant une succession de cycles de chargement en suies et de régénérations du système filtrant, - déterminer (103) une fonction représentative d'une évolution d'un chargement en suies optimal permettant d'obtenir une température cible lors des régénérations en fonction d'un encrassement du système filtrant, dite fonction de forme (0), - déduire (104), à partir de la fonction de forme (0) et de deux valeurs de masse de chargement en suies optimales (CO, Cfin) correspondant à deux niveaux d'encrassement (E0, Efin) distincts, une relation (f) entre le chargement en suies optimal et l'encrassement du système filtrant, et - intégrer (105) cette relation (f) dans un calculateur moteur pour réaliser des régénérations du système filtrant basées sur ladite relation.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, les deux niveaux d'encrassement (E0, Efin) correspondent respectivement à un niveau d'encrassement (E0) proche de 0% en début de simulation et à un niveau d'encrassement avancé (Efin) compris entre 40 et 50 (3/0 obtenu à la fin de la simulation.
- 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la fonction de forme (0) est obtenue à partir d'une fonction (g) représentative d'une durée (Dch) de chargement du système filtrant, d'une fonction (k) représentative de l'encrassement du système filtrant, d'une fonction (h) représentative d'émissions de particules polluantes du moteur thermique, et d'une fonction (V) représentative d'un volume libre du système filtrant obtenues à l'issue de la simulation.
- 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fonction de forme (0) est obtenue en multipliant la fonction (g) représentative de la durée de chargement par la fonction (h) représentative des émissions de particules polluantes du moteur thermique et en la divisant par la fonction (V) représentative du volume libre du système filtrant, le tout étant composé par la réciproque de la fonction (k) représentative de l'encrassement du système filtrant.
- 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de simuler le vieillissement du système filtrant en adaptant par régulation une durée de chargement (Dch) en suies de manière à conserver la température cible (Tmax c) tout au long de la simulation.
- 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'adaptation de la durée de chargement (Dch) en suies est effectuée en réalisant les étapes suivantes: - mesurer une température maximale (Tmax m) à l'intérieur du système filtrant lors d'une régénération, - comparer cette température maximale mesurée (Tmax m) avec maximale cible (Tmax c), et - adapter la durée de chargement (Dch) en suies en comparaison de température.
- 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la température maximale mesurée (Tmax m) est obtenue par filtrage de plusieurs mesures de température (T) réalisées par des thermocouples intégrés au système filtrant.
- 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de définir une plage (Z) de différences de températures pour laquelle la durée de chargement (Dch) en suies du système filtrant demeure inchangée.
- 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de définir une durée minimale (Cor min) et une durée maximale (Cor max) de chargement en suies du système filtrant.
- 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les régénérations réalisées sont des régénérations sévères présentant un coefficient d'efficacité proche de un. une température fonction de la
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- 2012-12-06 FR FR1261708A patent/FR2999232B1/fr active Active
Patent Citations (2)
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