FR3063112A1 - Procede de pilotage d’un moteur thermique relie a un filtre a particules - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de pilotage d'un moteur (1) à combustion interne à allumage commandé comprenant des cylindres (3) pour la combustion relié à une ligne d'échappement comportant un filtre à particules (6), procédé dans lequel on détermine une consigne de couple, caractérisé en ce qu'on surveille qu'une demande de régénération du filtre à particules (6) est faite, et si suite à cette demande, l'autorisation de régénération est donnée, on désactive un cylindre par coupure d'injection de carburant dès que le moteur (1) à combustion interne peut réaliser la consigne de couple avec un cylindre de moins.
Description
Titulaire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
FR 3 063 112 - A1 (54) PROCEDE DE PILOTAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE RELIE A UN FILTRE A PARTICULES.
©) L'invention concerne un procédé de pilotage d'un moteur (1) à combustion interne à allumage commandé comprenant des cylindres (3) pour la combustion relié à une ligne d'échappement comportant un filtre à particules (6), procédé dans lequel on détermine une consigne de couple, caractérisé en ce qu'on surveille qu'une demande de régénération du filtre à particules (6) est faite, et si suite à cette demande, l'autorisation de régénération est donnée, on désactive un cylindre par coupure d'injection de carburant dès que le moteur (1) à combustion interne peut réaliser la consigne de couple avec un cylindre de moins.
PROCEDE DE PILOTAGE D’UN MOTEUR THERMIQUE RELIE A UN FILTRE A PARTICULES
La présente invention se rapporte au domaine des moteurs à combustion interne. L’invention concerne plus particulièrement la régénération d’un filtre à particules équipant un moteur à combustion interne à allumage commandé.
Dans le domaine de l'industrie automobile, la réduction des polluants est un problème majeur. Les gaz d'échappement des moteurs thermiques à allumage commandé fonctionnant à l’essence contiennent peu de particules. Cependant, les normes de lutte contre la pollution sont de plus en plus sévères et il est souhaitable, sinon nécessaire, d'éliminer ces particules.
A l’exemple du document FR2966870A1, une technique utilisée consiste à ajouter un filtre à particules dans le circuit d'échappement des gaz de combustion. Typiquement, ce filtre est de type à parois filtrantes, en céramique, par exemple en cordiérite, ou en carbure de silicium, à travers lequel circulent les gaz d'échappement.
Ce filtre est capable d'arrêter une forte proportion des suies engendrées par la combustion des combustibles dans le moteur. II devient cependant de moins en moins efficace au fur et à mesure que les suies s'y accumulent, car elles obturent progressivement le filtre, ce qui conduit à une perte de charge qui augmente dans le filtre, et ce qui finit par diminuer la performance du moteur. II est donc nécessaire de brûler régulièrement les suies collectées par les filtres, par une opération appelée régénération du filtre .
Pour régénérer un filtre à particules chargé en suie il faut apporter des calories et de l’oxygène. Or un moteur thermique à essence fonctionne à richesse 1, cela signifie qu’il n’y aura pas d’apport d’oxygène en charge.
II existe donc un besoin pour améliorer la régénération d’un filtre à particules équipant un moteur thermique à allumage commandé.
Pour atteindre cet objectif, il est prévu selon l’invention un procédé de pilotage d’un moteur à combustion interne à allumage commandé comprenant des cylindres pour la combustion relié à une ligne d’échappement comportant un filtre à particules, procédé dans lequel on détermine une consigne de couple, caractérisé en ce qu’on surveille qu’une demande de régénération du filtre à particules est faite, et si suite à cette demande, l’autorisation de régénération est donnée, on désactive un cylindre par coupure d’injection de carburant dès que le moteur à combustion interne peut réaliser la consigne de couple avec un cylindre de moins.
L’effet technique est que le cylindre désactivé apporte de l’oxygène au plus tôt, ce qui maximise cet apport et améliore la régénération du filtre à particules
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :
En variante, les conditions d’autorisation de la régénération du filtre à particules comprennent un seuil de chargement en suies du filtre à particules et une température du filtre à particules.
En variante, l’autorisation de régénération du filtre à particules est donnée et la désactivation d’un cylindre est faite pour :
-un seuil de chargement compris entre un seuil de chargement maximum au-delà duquel on interdit toute régénération du filtre à particules et un seuil de chargement intermédiaire, ce seuil de chargement intermédiaire étant inférieur au seuil de chargement maximum et supérieur à un seuil de chargement minimum en deçà duquel une régénération du filtre à particules ne présente aucun risque d’endommagement de son matériau filtrant, et
- une température du filtre à particules inférieure à la température limite définie par une courbe d’endommagement qui détermine la limite en température en fonction du chargement au-delà de laquelle une régénération du filtre à particules peut conduire à son endommagement physique, par fissuration ou fusion de son matériau filtrant.
En variante, la coupure d’injection est inhibée pour une température de filtre à particules supérieure à la limite définie par la courbe d’endommagement.
En variante, la coupure d’injection est inhibée uniquement si le seuil de chargement est inférieur au seuil de chargement intermédiaire ou supérieur au seuil de chargement maximum.
En variante, si l’autorisation de régénération du filtre à particules est donnée et que le seuil de chargement est inférieur au seuil de chargement minimum et la température du filtre à particules inférieure à la température limite définie par la courbe d’endommagement, on favorise la coupure d’injection de tous les cylindres si le fonctionnement moteur le permet.
Dans une variante où le moteur à combustion interne équipe un véhicule, les conditions de la régénération du filtre à particules comprennent une durée moyenne de trajet du véhicule, la vitesse moyenne du véhicule.
L’invention a aussi pour objet un calculateur, caractérisé en ce qu’il comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d’un procédé selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites.
L’invention a aussi pour objet un véhicule comprenant un moteur à combustion interne à allumage commandé relié à une ligne d’échappement comprenant un filtre à particules, caractérisé en ce qu’il comprend un tel calculateur pour le pilotage du moteur à combustion interne.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- La figure 1 est une représentation schématique d’un moteur thermique à allumage commandé selon l’invention.
- La figure 2 est une représentation schématique d’une évolution d’une consigne de couple et montrant la désactivation d’un cylindre.
- La figure 3 présente les possibilités de régénération du filtre à particules qui en fonction de son chargement, Cgpf, en suies et de sa température, Tgpf.
La figure 1 présente un moteur 1 thermique à combustion interne à allumage commandé, par exemple un moteur à essence. Un tel moteur 1 thermique équipe de préférence un véhicule, en particulier automobile, pour permettre un déplacement de celui-ci. Le moteur 1 thermique comprend un bloc moteur 2 avec des cylindres 2, par exemple ici quatre cylindres, pour la combustion.
Le moteur 1 thermique est relié à une ligne 4 d’échappement pour l’évacuation des gaz brûlés produits par le fonctionnement du moteur 1 thermique. La ligne 2 d’échappement comprend un organe 5 de dépollution de polluant gazeux, par exemple un catalyseur d’oxydation, ou un catalyseur trois-voies.
La ligne 4 d’échappement comprend encore un filtre à particules 6 de filtration des particules de suies dans les gaz d'échappement du moteur 1 thermique. Le filtre à particules 6 est adapté à la filtration de particules de suies provenant de la combustion d'essence (correspondant ainsi en anglais à un « gasoline particulate filter >> abrégé en GPF), qui se différencie des filtres à particules classiques assurant une filtration des particules de suies issues de la combustion du gazole.
Dans le filtre à particules 6, les gaz d'échappement traversent la matière composant le filtre à particules 6. Ainsi lorsque le filtre à particules 6 est formé de canaux, chacun de ces canaux comprend une extrémité bouchée, de sorte que les gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre à particules 6 passent de canaux en canaux en traversant les parois des différents canaux du filtre à particules 6 pour sortir du filtre à particules 6.
Un calculateur 7 est également prévu pour assurer le pilotage du fonctionnement du moteur 1 thermique. Ce calculateur 7 comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en œuvre du procédé détaillé après.
L’invention consiste à utiliser la coupure sélective de cylindres pour apporter de l’oxygène afin de régénérer le filtre à particules 6.
D'une manière générale, la température des gaz d'échappement en moteur essence est plus élevée qu'en moteur diesel. Les températures des gaz d'échappement de moteur essence peuvent être par exemple de l'ordre de 550 °C à 660 °C. Avec de telles températures de gaz, les suies filtrées par le filtre à particules 6 peuvent être brûlées dans le filtre à particules 6 avec l’oxygène apporté grâce à la désactivation d’un cylindre.
Au cours du fonctionnement du moteur thermique, une consigne de couple est déterminée. La figure 2 présente un exemple d’évolution de la consigne de couple Ce, en fonction du temps ainsi qu’en superposition la plage de couple réalisable avec n cylindres en fonctionnement, cette plage étant délimitée par un couple maximum réalisable, Cmax(n) et un couple minimum, Cmin(n) réalisable, ainsi que la plage de couple réalisable avec n-1 cylindres, cette plage étant délimitée par un couple maximum réalisable, Cmax(n-1) et un couple minimum, Cmin(n-1) réalisable. Comme le montre la figure 2 les plages de couples réalisables avec n et n-1 cylindres se recouvrent, autrement dit, le couple maximum réalisable, Cmax(n-1), avec n-1 cylindre est supérieur au couple minimum, Cmin(n) réalisable avec n cylindres.
Au cours du fonctionnement du moteur thermique, le calculateur 7 surveille qu’une demande de régénération du filtre à particule est faite et que l’autorisation est donnée. Dans l’affirmative, afin de maximiser l’apport en oxygène, on désactive un cylindre, autrement dit l’injection de carburant est coupé sur un cylindre dès que le moteur thermique peut réaliser la consigne de couple Cc avec un cylindre de moins. Sur la figure 2 cet instant est matérialisé par l’étoile, lorsque la consigne de couple atteint Cmax(n-1).
La figure 3 présente un champ qui en fonction du chargement, Cgpf, du filtre à particules 6, et d’une température, Tgpf, du filtre à particules 6, présente la zone pour laquelle la régénération du filtre à particule 6 par désactivation d’un cylindre est autorisée.
La courbe Send représente la limite en température en fonction du chargement au-delà de laquelle une régénération du filtre à particules peut conduire à son endommagement physique, par fissuration ou fusion de son matériau filtrant.
Sur la figure 3, le seuil S1 de chargement du filtre à particules 6 représente le seuil de chargement minimum en deçà duquel une régénération du filtre à particules 6 ne présente aucun risque d’endommagement du matériau filtrant (zone Z1). La température T1 représente la température maximum atteignable par le filtre à particules 6 en fonctionnement normal. Pour un moteur thermique à essence, cette température T1 peut être de l’ordre de 850°C.
Sur la figure 3 encore, le seuil S3 de chargement du filtre à particules 6 représente le seuil de chargement maximum au-delà duquel on interdit toute régénération du filtre à particules 6 (zone Z2). En effet au-delà du seuil S3, on considère le filtre à particules 6 trop chargé pour être vidé par régénération.
Sur la figure 3 encore, la zone Z4 représente la zone pour laquelle la régénération est physiquement impossible car la température du filtre à particules est insuffisante.
Sur la figure 3 encore, le seuil S2 est un seuil de chargement intermédiaire entre S1 et S3. Ainsi la régénération du filtre à particule 6 par désactivation d’un cylindre est autorisée pour la plage de seuil de chargement, Cgpf, du filtre à particules comprise entre les seuils de chargement S2 et S3.
Sur la figure 3 encore, entre le seuil S1de chargement minimum et le seuil S2 de chargement intermédiaire, et sous la courbe d’endommagement, Send, la régénération est autorisée mais n’est pas nécessairement favorisée par la désactivation de l’injection d’un cylindre. Dans cette zone Z5, on favorise la régénération dite passive, c’est-à-dire une situation de fonctionnement, par exemple un lever de pied, pour laquelle on peut se permettre de couper l’injection sur tous les cylindres.
La régénération du filtre à particule 6 par désactivation d’un cylindre est autorisée lorsque la température du filtre à particules est inférieure à la température limite définie par la courbe Send d’endommagement. Comme le montre la figure 3, cette température limite est de T2 pour le seuil de chargement intermédiaire S2 et de T3 pour le seuil de chargement S3 maximum. A titre indicatif, les températures T2 et T3 peuvent être respectivement de l’ordre de 650 °C et 600 °C.
Au-delà de la courbe d’endommagement Send, la coupure d’injection de carburant est inhibée dans le but de limiter le taux d’oxygène, et de préférence uniquement si le seuil de chargement est inférieur à S2 ou supérieur à S3.
Les conditions d’autorisation de la régénération du filtre à particules 6 par désactivation d’un cylindre peuvent comprendre d’autres conditions que le seuil de chargement en suies du filtre à particules 6 et la température du filtre à particules 6.
En effet on peut prévoir d’ajouter comme conditions d’autorisation, une durée moyenne de trajet du véhicule et / ou encore la vitesse moyenne du véhicule, ce qui permet de s’assurer d’avoir le temps de régénérer le filtre à particule 6 lorsqu’une demande est effectuée.
L’invention permet de maximiser l’apport en oxygène à l’échappement lorsque les situations de vie permettent de suivre les faibles demandes de couple, par exemple pour de l’agrément de conduite ou lors de changement de rapport dans le cas d’une boîte de vitesse automatique.
Claims (9)
- Revendications1. Procédé de pilotage d’un moteur (1) à combustion interne à allumage commandé comprenant des cylindres (3) pour la combustion relié à une ligne d’échappement comportant un filtre à particules (6), procédé dans lequel on détermine une consigne de couple (Ce), caractérisé en ce qu’on surveille qu’une demande de régénération du filtre à particules (6) est faite, et si suite à cette demande, l’autorisation de régénération est donnée, on désactive un cylindre par coupure d’injection de carburant dès que le moteur (1) à combustion interne peut réaliser la consigne de couple (Ce) avec un cylindre de moins.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conditions d’autorisation de la régénération du filtre à particules (6) comprennent un seuil de chargement en suies du filtre à particules et une température du filtre à particules (6).
- 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’autorisation de régénération du filtre à particules est donnée et la désactivation d’un cylindre est faite pour :-un seuil de chargement compris entre un seuil (S3) de chargement maximum au-delà duquel on interdit toute régénération du filtre à particules (6) et un seuil (S2) de chargement intermédiaire, ce seuil (S2) de chargement intermédiaire étant inférieur au seuil (S3) de chargement maximum et supérieur à un seuil (S1) de chargement minimum en deçà duquel une régénération du filtre à particules (6) ne présente aucun risque d’endommagement de son matériau filtrant, et- une température du filtre à particules (6) inférieure à la température limite définie par une courbe d’endommagement qui détermine la limite en température en fonction du chargement au-delà de laquelle une régénération du filtre à particules (6) peut conduire à son endommagement physique, par fissuration ou fusion de son matériau filtrant.
- 4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la coupure d’injection est inhibée pour une température de filtre à particules (6) supérieure à la limite définie par la courbe d’endommagement.
- 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la coupure d’injection est inhibée uniquement si le seuil de chargement est inférieur au seuil (S2) de chargement intermédiaire ou supérieur au seuil (S3) de chargement maximum.
- 6. Procédé selon l’une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que si l’autorisation de régénération du filtre à particules est donnée et que le seuil de chargement est inférieur au seuil (S1) de chargement minimum et la température du filtre à particules (6) inférieure à la température limite définie par la courbe d’endommagement,5 on favorise la coupure d’injection de tous les cylindres si le fonctionnement moteur le permet.
- 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (1) à combustion interne équipant un véhicule, les conditions de la régénération du filtre à particules (6) comprennent une durée moyenne de trajet du10 véhicule, la vitesse moyenne du véhicule.
- 8. Calculateur, caractérisé en ce qu’il comprend les moyens d’acquisition, de traitement par instructions logicielles stockées dans une mémoire ainsi que les moyens de commande requis à mise en oeuvre d’un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.15
- 9. Véhicule comprenant un moteur (1) à combustion interne à allumage commandé relié à une ligne d’échappement comprenant un filtre à particules (6), caractérisé en ce qu’il comprend un calculateur selon la revendication précédente pour le pilotage du moteur (1 ) à combustion interne.1/1
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