FR3068386A1 - Procede de controle d'un systeme de regeneration de filtre a particules avec pompe a air electrique - Google Patents

Procede de controle d'un systeme de regeneration de filtre a particules avec pompe a air electrique Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé (300) de contrôle d'un système de régénération d'un filtre à particules comprenant les étapes de : - mesurer (301) un besoin de régénération du filtre à particule, - envoyer (302) une consigne d'ouverture ou fermeture de la vanne (202) de régénération, - envoyer (303) une consigne de vitesse à la pompe afin d'activer la régénération du filtre ou de l'arrêter.

Description

PROCEDE DE CONTROLE D'UN SYSTEME DE REGENERATION DE FILTRE A PARTICULES AVEC POMPE A AIR ELECTRIQUE
La présente invention concerne le domaine des pompes à air électrique, et plus particulièrement un procédé de contrôle d'un système de régénération de filtre à particules avec pompe à air régénérative.
Les normes de dépollution deviennent de plus en plus contraignantes pour les véhicules à moteur thermique. Un moteur thermique émet des émissions polluantes, dites brutes, qui sont ensuite traitées par le système de dépollution qui est inclus au système d'échappement. Le filtre à particules est un système de dépollution qui traite les émissions de particules. Il se remplit de particules et lorsqu'il atteint un certain seuil en quantité de particules, il se régénère en brûlant les particules qu'il contient. La température doit être alors suffisamment élevée et de l'oxygène doit être présent pour que la réaction ait lieu. Or, lors des phases de fonctionnement d'un moteur à allumage commandé actuel, il y a très peu d'oxygène dans le système d'échappement ou la localisation du filtre à particules dans le système d'échappement ne permet pas d'avoir des températures suffisamment élevées. Ce type de moteur thermique justifie alors l'utilisation d'un système pour régénérer le filtre à particules.
Une des problématiques actuelles est de trouver un système qui permet de contrôler précisément la quantité d'air injectée dans le système de dépollution. En effet, le bon fonctionnement de la régénération du filtre à particules est étroitement lié à la quantité d'air qui est injectée.
Les technologies actuelles des pompes à air sont celles d'un compresseur centrifuge qui voient leurs caractéristiques de débit énormément évoluer pour une même vitesse de rotation en fonction du rapport de pression aux bornes du compresseur. Or, lors d'une régénération, le filtre à particules voit ses pertes de charge diminuer du fait qu'il se vide de ses particules. Ainsi, le rapport de pression aux bornes de la pompe à air n'est pas fixe, ce qui entraîne un contrôle complexe de la quantité d'air injectée car elle n'est pas directement liée au régime de rotation du compresseur, ainsi que la nécessité de disposer de capteurs supplémentaires (par exemple capteurs de pression, ou de delta de pression ou encore de débit d'air) pour assurer un contrôle précis de la pompe à air.
Il est donc intéressant de proposer une solution où la quantité d'air injectée ne dépend pas ou peu du rapport de pression aux bornes de la pompe à air pour un même régime de rotation de celle-ci.
Pour cela la présente invention, propose un procédé de contrôle d'un système de régénération d'un filtre à particules, le système comportant une vanne de régénération et une pompe à air volumétrique, comprenant les étapes de :
mesurer un besoin de régénération du filtre à particule, envoyer une consigne d'ouverture ou fermeture de la vanne (202) de régénération, envoyer une consigne de vitesse à la pompe afin d'activer la régénération du filtre ou de l'arrêter.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé selon l'invention comprendt également les étapes de :
calculer le débit d'air nécessaire à la régénération, définit par les conditions d'utilisation du moteur thermique déduire de manière directe la vitesse de rotation cible de la pompe (201) asservir la vitesse de rotation de la pompe à air à une valeur cible pour permettre la régénération du filtre à particules
Selon un mode de réalisation de l'invention, la consigne est réalisée par comparaison du besoin calculé avec une valeur seuil prédéfinie.
Selon un mode de réalisation de l'invention, lequel l'ouverture ou la fermeture de la vanne est réalisée par un pilotage contrôlé par le calculateur moteur ou la pompe ellemême.
Selon un mode de réalisation de l'invention, lorsque la vanne est une vanne passive, le pilotage est réalisé sous l'action d'une surpression ou une dépression calibrée à ses bornes.
Selon un mode ed réalisation de l'invention, lorsque la vanne est une vanne active, le pilotage est réalisé directement par le calculateur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, lorsqu'un besoin de régénérer le filtre à particules est détecté et que les conditions moteurs l'autorisent, la pompe est pilotée et l'ouverture de la vanne est commandée, et lorsque que le calculateur de contrôle moteur détecte que la régénération est terminée, la pompe est désactivée et la fermeture la vanne est commandée.
L'invention concerne également un ensemble moteur comportant des moyens permettant de mettre en œuvre le procédé de détection selon l'invention.
L'invention concerne également l'utilisation de l'ensemble moteur selon l'invention, dans un moteur thermique ou une pile à combustible.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles :
- la figure 1 est une représentation graphique d'un ensemble moteur selon l'invention,
- la figure 2 est une représentation schématique d'un procédé selon l'invention.
La présente invention concerne un procédé de contrôle d'un système de régénération d'un filtre à particules, comportant une pompe à air régénérative associée à une vanne régénérative.
Dans le cadre de l'invention, une pompe à air électrique est une pompe alimentée électriquement dans le but d'introduire une quantité d'air dans le système d'échappement d'un moteur thermique à allumage commandé, quel que soit le carburant utilisé, essence, gaz, éthanol... Cette quantité d'air est introduite en amont du filtre à particules.
Selon un mode de réalisation, la pompe 201 à air est une pompe volumétrique.
Dans le cadre de l'invention, cette pompe à air est associée à une vanne.
Le système selon l'invention est intégré dans une architecture moteur illustrée figure 1.
Sur cette figure 1 est illustré un ensemble 1 moteur avec un conduit d'admission 4 du circuit d'admission, un moteur 2 thermique à combustion interne de véhicule automobile et un système de régénération.
Ce moteur 2 comporte, selon un mode de réalisation de l'invention, une chambre de combustion 3 comportant une pluralité de cylindres, au nombre par exemple de quatre sur les figures, destinée à recevoir un mélange de comburant et de carburant, et par exemple l'essence comme carburant et de l'air pur ou un mélange air/gaz de recirculation comme comburant.
La combustion dans les cylindres génère le travail du moteur 2. Le fonctionnement du moteur 2 est classique : les gaz sont admis dans la chambre de combustion 3, y sont comprimés, brûlés puis expulsés sous forme de gaz d'échappement.
Ce moteur 2 a une entrée 11 reliée au conduit d'admission 4 et une sortie 12 reliée à un circuit d'échappement de gaz 10.
L'entrée 11 du conduit d'admission 4 définit l'entrée par laquelle l'air frais pénètre dans l'ensemble 1 tandis que la sortie 12 du circuit d'échappement 10 définit la sortie par laquelle les gaz d'échappement sont évacués de l'ensemble 1.
Le conduit d'admission 4 débouche dans un collecteur d'admission 7 qui forme ainsi une boîte d'entrée des gaz dans la chambre de combustion 3 du moteur 2.
On entend par conduit d'admission 4 la canalisation d'admission pour les gaz d'admission, cette canalisation étant située entre l'entrée 11 d'air et le moteur 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention le conduit d'admission 4 comporte un compresseur mécanique 111 des gaz d'admission, qui est par exemple un turbocompresseur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le conduit d'admission 4 comporte un échangeur de chaleur 6, permettant le refroidissement des gaz d'admission, et par exemple les gaz issus du compresseur mécanique 111.
Selon un mode de réalisation de l'invention, en amont du collecteur d'admission 7 des gaz dans le moteur 2, le conduit d'admission 4 comporte une vanne 8 comportant un obturateur de type papillon dont la fonction est par exemple de régler le débit de gaz pour la régulation du régime moteur. Cette vanne 8 est commandée par une unité de commande moteur (également appelé ECU qui signifie Engine Control Unit selon la terminologie anglaise), bien connue de l'homme du métier, et permet de réguler la quantité d'air introduite dans le moteur.
La sortie du moteur 2 est formée par un collecteur 9 des gaz d'échappement. Ce dernier est relié à une voie ou canalisation d'échappement des gaz faisant partie du circuit d'échappement de gaz.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'échappement 10 comporte une turbine 121, solidaire en rotation du compresseur mécanique 111 des gaz d'admission et formant avec lui un turbocompresseur.
Dans le cadre de l'invention, les gaz d'échappement traversent un filtre 122 à particules.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'échappement comporte un convertisseur 123 catalytique disposé en amont du filtre 122 à particules.
Comme illustré sur la figure 1, l'ensemble 1 moteur comporte un système 200 de régénération. Selon un mode de réalisation de l'invention, le système 200 de régénération est disposé sur le conduit 4 d'admission.
Le système 200 de régénération selon l'invention est formé par une pompe 201 à air et une vanne 202 de régénération. Le système 200 de régénération comprend ainsi au moins deux éléments distincts disposés dans un ordre particulier.
Plus précisément, la vanne 202 de régénération est disposée en aval de la pompe 201 à air. Une partie de l'air d'admission circule à travers ce système 200 et est envoyé dans le filtre à particules. Plus précisément, l'air est envoyé via un conduit de régénération 203 débouchant en amont du filtre 122 à particules.
Selon un mode de réalisation de l'invention le système peut disposer ou non de son propre filtre 300 à air.
Selon une variante de l'invention, la vanne 202 de régénération est passive, dans ce cas elle n'est pas pilotée et va s'actionner d'elle-même par exemple sous l'action d'une surpression ou une dépression calibrée à ses bornes.
Selon une autre variante de l'invention, la vanne 202 de régénération est active, dans ce cas elle est pilotée par le calculateur de contrôle moteur ou par la pompe ellemême.
Le fait que la pompe soit volumétrique, permet que le contrôle de la quantité d'air injectée soit directement régulé par la vitesse de la pompe, sans se soucier des pertes de charge générées par le filtre 122 à particules et le système 200 de régénération. Il est ainsi possible d'utiliser une vanne de type tout ou rien.
Plus précisément, la vanne 202 de régénération est une vanne qui autorise ou non le passage des gaz entre la pompe 201 à air et l'amont du filtre 122 à particules.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 202 est située en aval de la pompe 201 à air. Si la vanne 202 est ouverte et que la pompe 201 génère une pression plus importante que celle présente en amont du filtre 122 à particules, alors un débit d'air se créé depuis le milieu ambiant vers le système d'échappement. Si la vanne est ouverte avec une pompe 201 à air arrêtée ou qui génère une pression inférieure à celle en amont du filtre 122 à particules, un débit de gaz (brûlés, air, ou un mélange des deux) se créé depuis le système d'échappement vers le milieu ambiant. Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne est équipée d'un système de non retour qui supprime ce dernier phénomène néfaste pour la pompe, la vanne et les systèmes environnants.
Dans le cadre de l'invention, plusieurs architectures moteur sont possibles, et par exemple, l'admission de l'air du système 200 de régénération peut se faire en amont ou en aval du filtre 300 à air principal du moteur 2, voire ne pas être relié au circuit 4 d'admission. Le dispositif peut partager son circuit avec celui d'une éventuelle boucle d'injection d'air à l'échappement pour accélérer la chauffe du catalyseur. La pompe à air peut avoir en addition de sa fonction d'origine celle d'alimenter le circuit d'injection d'air à l'échappement pour accélérer de la chauffe du catalyseur.
Le procédé 300 de contrôle du système de régénération selon l'invention, consiste à contrôler la quantité d'air injectée dans le filtre 122 à particules.
Ainsi lorsqu'un besoin en régénération est nécessaire et est mesuré 301, une consigne 302 est envoyée à la vanne pour permettre la régénération du filtre. La vanne est ainsi ouverte.
Une consigne 303 de vitesse est ensuite envoyée à la pompe afin d'activer la régénération du filtre ou de l'arrêter.
A l'aide des les conditions d'utilisation du moteur thermique, le débit d'air nécessaire à la régénération est calculé 303.
A partir de ce débit, la vitesse de rotation cible de la pompe est déduire de manière directe 201.
Puis, la vitesse de rotation de la pompe à air est asservie à une valeur cible pour permettre la régénération du filtre à particules.
L'avantage d'une pompe volumétrique est que la quantité d'air la traversant varie peu en fonction de son rapport de pression pour une même vitesse de rotation de celleci. La conversion de la mesure de vitesse en besoin de débit est donc fiable.
Le calculateur moteur envoie ensuite une consigne d'ouverture ou fermeture de la vanne si celle-ci est pilotée.
La consigne est réalisée par comparaison du besoin calculé avec une valeur seuil prédéfinie.
Lorsque la vanne est une vanne passive, elle n'est pas pilotée directement par le calculateur. Elle va donc s'actionner d'elle-même par exemple sous l'action d'une surpression ou une dépression calibrée à ses bornes.
Ainsi, le système 200 de régénération injecte de l'air dans le système d'échappement, en amont du filtre 122 à particules. Cela permet de régénérer le filtre
122 à particules, c'est-à-dire de le vider de ses particules en les brûlants à l'aide de l'oxygène présent dans l'air. Lorsque la régénération est terminée, la vanne se ferme. Le système de dépollution, et plus particulièrement le filtre 122 à particules revient alors dans un mode de fonctionnement où il se remplit de particules au fur et à mesure que le moteur thermique en produit.
Selon une autre variante de l'invention, lorsque la vanne 202 de régénération est active, dans ce cas elle est pilotée par le calculateur de contrôle moteur. Plus précisément, la vanne est contrôlée pour être ouverte lorsque la pompe à air est utilisée pour envoyer de l'air dans le circuit d'échappement, et est contrôlée pour être fermée dans le cas contraire où la pompe à air n'est plus utilisée.
Comme expliqué précédemment, la pompe 201 et la vanne 202, lorsqu'elle est de type active, sont pilotées par le calculateur de contrôle moteur ou par la pompe ellemême, qui lorsqu'un besoin de régénérer le filtre 122 à particules est détecté et que les conditions moteurs l'autorisent, pilote la pompe 201 et commande l'ouverture de la vanne 202. Ainsi, le système 200 de régénération injecte de l'air dans le système d'échappement, en amont du filtre 122 à particules. Cela permet de régénérer le filtre 122 à particules, c'est-à-dire de le vider de ses particules en les brûlants à l'aide de l'oxygène présent dans l'air. Lorsque que le calculateur de contrôle moteur détecte que la régénération est terminée, via un capteur de pression au borne du filtre à particule, il désactive la pompe 201 et commande la fermeture la vanne. Le système de dépollution, et plus particulièrement le filtre 122 à particules revient alors dans un mode de fonctionnement où il se remplit de particules au fur et à mesure que le moteur thermique en produit.
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.

Claims (8)

1. Procédé (300) de contrôle d'un système de régénération d'un filtre à particules, le système comportant une vanne (202) de régénération et une pompe à air (201) volumétrique, comprenant les étapes de :
mesurer (301) un besoin de régénération du filtre à particule, envoyer (302) une consigne d'ouverture ou fermeture de la vanne (202) de régénération, envoyer (303) une consigne de vitesse à la pompe afin d'activer la régénération du filtre ou de l'arrêter.
2. Procédé (300) selon la revendication 1, comprenant également les étapes de :
calculer le débit d'air nécessaire à la régénération, définit par les conditions d'utilisation du moteur thermique déduire de manière directe la vitesse de rotation cible de la pompe (201) asservir la vitesse de rotation de la pompe à air à une valeur cible pour permettre la régénération du filtre à particules
2. Procédé (300) selon la revendication 1, dans lequel la consigne est réalisée par comparaison du besoin calculé avec une valeur seuil prédéfinie.
3. Procédé (300) selon une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'ouverture ou la fermeture de la vanne est réalisée par un pilotage contrôlé par le calculateur moteur ou la pompe elle-même.
4. Procédé (300) selon une des revendications 1 à 3, dans lequel lorsque la vanne est une vanne passive, le pilotage est réalisé sous l'action d'une surpression ou une dépression calibrée à ses bornes.
5. Procédé (300) selon une des revendications 1 à 3, dans lequel lorsque la vanne est une vanne active, le pilotage est réalisé directement par le calculateur.
6. Procédé (300) selon une des revendications 1 à 5, dans lequel lorsqu'un besoin de régénérer le filtre (122) à particules est détecté et que les conditions moteurs l'autorisent, la pompe (201) est pilotée et l'ouverture de la vanne (202) est commandée, • et lorsque que le calculateur de contrôle moteur détecte que la régénération est terminée, la pompe (201) est désactivée et la fermeture la vanne (202) est commandée.
7. Ensemble (1) moteur comportant des moyens permettant de mettre en œuvre le procédé de contrôle selon une des revendications 1 à 6.
5
8. Utilisation de l'ensemble (1) moteur selon la revendication 7, dans un moteur thermique ou une pile à combustible.
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