FR3079554A1 - Procede de recalage d'un estimateur de chargement en suies d'un filtre a particules de moteur thermique - Google Patents

Procede de recalage d'un estimateur de chargement en suies d'un filtre a particules de moteur thermique Download PDF

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Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé de recalage d'un estimateur de chargement en suies d'un filtre à particules de moteur thermique relié à une ligne d'échappement, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de déclenchement d'une régénération (Reg) du filtre à particules lorsqu'une quantité de suies stockée dépasse un seuil (S), - une étape de mesure d'une masse de suies (Mes_capt_su) par un capteur de suies au cours d'une phase temporaire (P3) pendant laquelle l'efficacité de filtration du filtre à particules est réduite, voire nulle, - une étape d'estimation en parallèle de la masse de suies (M_su_est) à l'aide de l'estimateur au cours de la phase temporaire (P3) pendant laquelle l'efficacité de filtration du filtre à particules est réduite, voire nulle, - une étape de comparaison entre la masse de suies mesurée (Mes_capt_su) et la masse de suies estimée (M_su_est) au cours de la phase temporaire (P3), et - une étape d'ajustement de l'estimateur en fonction de la comparaison de manière à faire coïncider la masse de suies estimée (M_su_est) avec la masse de suies mesurée (Mes_capt_su) par le capteur de suies.

Description

PROCEDE DE RECALAGE D'UN ESTIMATEUR DE CHARGEMENT EN SUIES D'UN FILTRE A PARTICULES DE MOTEUR THERMIQUE [0001] L'invention porte sur un procédé de recalage d'un estimateur de chargement en suies d'un filtre à particules de moteur thermique. L'invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique, notamment de véhicule automobile.
[0002] Lors de la combustion d'un mélange d'air et de carburant dans un moteur thermique, des polluants peuvent être émis dans la ligne d'échappement du moteur. Ces polluants sont principalement des hydrocarbures imbrûlés (HC), des oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2) et des oxydes de carbone (dont le monoxyde de carbone CO).
[0003] Les normes environnementales en matière de dépollution des gaz d'échappement imposent l'installation de systèmes de post-traitement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement des moteurs. La ligne d'échappement d'un moteur est donc généralement au moins munie d'un catalyseur, par exemple un catalyseur à trois voies, permettant la réduction des oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, l'oxydation des monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau.
[0004] Des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone peuvent également être émises. Pour les piéger, on prévoit généralement un filtre à particules constitué d'une matrice minérale, de type céramique, de structure alvéolaire, définissant des canaux disposés sensiblement parallèlement à la direction générale d'écoulement des gaz d'échappement dans le filtre, et alternativement obturés du côté de la face d'entrée des gaz du filtre et du côté de la face de sortie des gaz du filtre, comme cela est décrit dans le document EP2426326.
[0005] Le filtre à particules nécessite des régénérations régulières pour ne pas être surchargé. Ces régénérations ont lieu en présence de thermique et d’oxygène.
[0006] Pour un moteur à essence, une zone importante de fonctionnement moteur permet d’apporter la thermique nécessaire et l’oxygène peut être apporté par des coupures d’injection lors de relâchements de la pédale d'accélération ou lors des passages de rapport.
[0007] Pour un moteur diesel, lorsqu’une coupure d’injection de carburant dans le moteur se produit (changement de rapport de boîte de vitesses, moteur entraîné par les roues en descente,...) et si la température du filtre à particules est suffisante, on brûle partiellement ou totalement les suies stockées. Si la combustion passive des suies ne suffit pas, un mode actif de régénération peut s’activer pour vider le filtre à particules.
[0008] La détermination de la masse de suies stockées dans un filtre à particules pour un moteur essence ou diesel utilise généralement deux méthodes:
- une estimation du débit de suies en sortie du moteur selon le point de fonctionnement régime/couple du moteur thermique et d’autres paramètres éventuels (richesse, température d’eau,...), qui est ensuite intégré pour fournir la masse de suies dans le filtre à particules,
- une mesure de contre-pression (DeltaP) aux bornes du filtre à particules, qui est caractéristique de son état de chargement.
[0009] Selon les dispersions du moteur et la précision des données d’entrée nécessaires au calcul, l’estimation des suies en sortie du moteur peut être décalée par rapport à la réalité, de sorte que la masse estimée stockée dans le filtre à particules est différente de la masse réelle.
[0010] Dans le cas où la masse réelle est supérieure à l’estimation, la combustion des suies lors de la régénération du filtre à particules peut devenir très rapide et générer un fort exotherme. La température dans le filtre à particules devient alors très importante et le filtre est susceptible d’être endommagé. Le filtre subit alors une perte partielle ou totale de sa capacité à filtrer les suies.
[0011] Dans le cas où la masse estimée est supérieure à la réalité, la régénération du filtre à particules est lancée trop tôt. La régénération est alors activée à un moment qui n’est pas optimum pour le filtre à particules de moteur diesel en termes d’introduction de gazole de post-injection dans l’huile.
[0012] Afin de recaler l'estimateur du chargement en suies et remédier aux inconvénients précités, l'invention tire profit de la caractéristique du filtre selon laquelle, pour un filtre fonctionnel, les émissions mesurées en sortie du filtre à particules sont nulles sauf pendant une courte période après la phase de régénération. En effet, pour un filtre à particules vide, les suies étant sensiblement plus petites que les pores du filtre, celles-ci passent à travers la paroi et ne sont que très peu retenues.
[0013] Progressivement, quelques suies se collent aux parois et réduisent le diamètre des pores à traverser : le filtre en retient alors de plus en plus. Puis lorsque les pores sont remplis, ceux-ci participent à la filtration puisque les suies ne peuvent pas passer à travers la paroi. L'invention propose de recaler l'estimateur en réalisant des mesures à l'aide d'un capteur de chargement en suies lors de la phase transitoire se situant juste après une régénération et pendant laquelle l’efficacité de filtration du filtre à particules est réduite, voire nulle.
[0014] Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de recalage d'un estimateur de chargement en suies d'un filtre à particules de moteur thermique relié à une ligne d'échappement, caractérisé en ce que le procédé comporte:
- une étape de déclenchement d'une régénération du filtre à particules lorsqu'une quantité de suies stockée dépasse un seuil,
- une étape de mesure d'une masse de suies par un capteur de suies au cours d'une phase temporaire pendant laquelle l’efficacité de filtration du filtre à particules est réduite, voire nulle,
- une étape d'estimation en parallèle de la masse de suies à l'aide de l'estimateur au cours de la phase temporaire pendant laquelle l’efficacité de filtration du filtre à particules est réduite, voire nulle,
- une étape de comparaison entre la masse de suies mesurée et la masse de suies estimée au cours de la phase temporaire, et
- une étape d'ajustement de l'estimateur en fonction de la comparaison de manière à faire coïncider la masse de suies estimée avec la masse de suies mesurée par le capteur de suies.
[0015] L'invention permet ainsi de réduire le risque de surcharge du filtre à particules, ainsi que le risque de dégradation potentielle en cas de régénération violente sur un fort chargement. L'invention permet donc de réduire la fréquence de remplacement des filtres à particules en service après-vente. Les activations des régénérations du filtre à particules pour moteur diesel pourront également être effectuées au juste nécessaire pour limiter l’introduction de gazole dans l’huile.
[0016] Selon une mise en œuvre, la phase temporaire pendant laquelle l’efficacité de filtration du filtre à particules est réduite, voire nulle, est définie par un critère de temps.
[0017] Selon une mise en œuvre, la phase temporaire pendant laquelle l’efficacité de filtration du filtre à particules est réduite, voire nulle, est définie par un critère de distance.
[0018] Selon une mise en œuvre, la phase temporaire pendant laquelle l’efficacité de filtration du filtre à particules est réduite, voire nulle, est définie par un critère de masse de suies estimée en sortie du moteur thermique.
[0019] Selon une mise en œuvre, le critère est adapté en fonction d'un état de vieillissement du filtre à particules.
[0020] Selon une mise en œuvre, le critère est adapté en fonction d'une distance depuis un début de vie du filtre à particules.
[0021] Selon une mise en œuvre, le critère est adapté en fonction d'une estimation d'une quantité de cendres stockée par le filtre à particules.
[0022] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de recalage d'un estimateur de chargement en suies d'un filtre à particules de moteur thermique tel que précédemment défini.
[0023] L'invention a également pour objet un moteur thermique, notamment pour véhicule automobile, comportant un calculateur moteur tel que précédemment défini.
[0024] 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’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[0025] La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur thermique avec lequel est mis en œuvre le procédé selon l'invention;
[0026] La figure 2 montre des représentations graphiques de l'évolution, en fonction du temps, des différentes phases, notamment de régénération, de mesure, et de recalage de l'estimateur, observables lors de la mise en œuvre du procédé selon l'invention.
[0027] La figure 1 représente un moteur thermique 10 notamment destiné à équiper un véhicule automobile. Le moteur thermique 10 est relié à une ligne d’échappement 12 pour l’évacuation des gaz brûlés produits par le fonctionnement du moteur thermique 10.
[0028] La ligne d’échappement 12 comprend un organe 14 de dépollution de polluant gazeux, par exemple un catalyseur d’oxydation, ou un catalyseur trois voies. Le catalyseur trois voies 14 permet notamment de réduire les oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, d'oxyder les monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et les hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau.
[0029] En outre, un filtre à particules 16 permet de filtrer des particules de suies dans les gaz d'échappement du moteur thermique 10. Le filtre à particules 16 est adapté à la filtration de particules de suies provenant de la combustion de carburant. Ce filtre à particules 16 est appelé en anglais Gasoline Particulate Filter abrégé en GPF pour les moteurs à essence.
[0030] Dans le filtre à particules 16, les gaz d'échappement traversent la matière composant le filtre à particules 16. Ainsi, lorsque le filtre à particules 16 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 16 passent de canaux en canaux, en traversant les parois des différents canaux pour sortir du filtre à particules 16. Le filtre à particules 16 pourra être à base d'une matrice céramique poreuse, par exemple en cordiérite, mullite, titanate d'aluminium ou carbure de silicium. S'il y a lieu, l'organe de dépollution 14 et le filtre à particules 16 pourront être implantés à l'intérieur d'une même enveloppe.
[0031] La ligne d'échappement 12 est également munie de deux capteurs de mesure de pression 18, 19. Un des capteurs 18 est disposé en amont du filtre à particules 16 et l'autre capteur 19 est disposé en aval du filtre à particules 16. Les capteurs de mesure de pression 18, 19 permettent de mesurer une différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 16, dite différence de pression dP aux bornes du filtre à particules 16, à partir de laquelle il est possible, dans certaines conditions de fonctionnement du moteur thermique 10, de déduire une quantité de particules accumulées, c’est-à-dire un chargement en suies du filtre à particules 16.
[0032] Un capteur de suies 21 disposé en aval du filtre à particules 16 collecte une partie des suies passant dans la ligne d’échappement 12. La quantité stockée dans le capteur de suies 21 est mesurée en continu. Quand il est rempli de suies, par exemple de l’ordre de 0.2g, le capteur 21 lance une phase de régénération du filtre à particules 16 au cours de laquelle les suies sont brûlées, et une nouvelle phase de collecte débute.
[0033] Un calculateur moteur 22 est également prévu pour assurer le pilotage du fonctionnement du moteur thermique 10. Ce calculateur 22 comprend une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de recalage d'un estimateur de chargement en suies du filtre à particules 16 selon l'invention décrit ci-après en référence avec la figure 2.
[0034] Au cours de la phase P1, le débit de suies réel Deb_su_re est supérieur au débit de suies estimé Deb_su_est. Cette estimation est effectuée par un estimateur dédié qui tient compte du point de fonctionnement régime/couple du moteur thermique 10 et d’autres paramètres éventuels (richesse, température d’eau,...). La masse de suies estimée M_su_est dans le filtre à particules 16 (obtenue par intégration du débit instantané estimé Deb_su_est) est donc inférieure à la masse réelle de suies M_su_re.
[0035] Au début de la phase P2, la masse de suies estimée M_su_est dépasse un seuil S, de sorte que le calculateur moteur 22 déclenche une régénération Reg du filtre à particules 16. Les masses de suies réelles M_su_re et les masses de suies estimées M_su_est tendent alors vers 0.
[0036] Pendant une phase temporaire P3 de quelques kilomètres après la régénération Reg, le filtre à particules 16 possède une efficacité de filtration réduite connue, voire nulle. Le capteur de suies 21 permet alors de mesurer la masse de suies Mes_capt_su au cours de cette phase P3.
[0037] A la fin de la phase P3, on ne peut plus considérer que le filtre à particules 16 laisse passer des suies et la mesure par le capteur 21 pour les besoins de recalage de l’estimation s’arrête. En comparant la masse de suies M_su_re vue par le capteur 21 avec la masse de suies estimée M_su_est, on applique un gain sur l’estimateur pour les faire coïncider. Les masses de suies stockées réelles M-su_re et estimées M_su_est sont désormais cohérentes.
[0038] Un recalage analogue pourra être réalisé dans le cas où le débit de suies réel Deb_su_re est inférieur au débit de suies estimé Deb_su_est.
[0039] Il est important de définir correctement la durée de la phase temporaire P3 pendant laquelle la mesure de la masse de suies Mes_capt_su à l'aide de l'estimateur peut être réalisée afin de recaler l'estimateur.
[0040] Ainsi, la phase temporaire P3 pourra être définie par un critère de temps en réalisant la mesure de la masse de suies Mes_capt_su pendant une durée comprise entre 4 et 10 minutes par exemple. Alternativement, la phase temporaire P3 pourra être définie par un critère de distance en réalisant la mesure de la masse de suies Mes_capt_su sur une distance comprise entre 5 et 10km.
[0041 ] Alternativement, la phase temporaire P3 pourra être définie par un critère de masse de suies estimée M_su_est en sortie du moteur thermique 10 en réalisant la mesure jusqu'à 5 ce que la masse de suies estimée M_su_est atteigne une valeur seuil comprise entre 0.05g et 0.2g.
[0042] Ces critères peuvent être modulés par l’état de vieillissement du filtre à particules
16. En effet, à neuf, le filtre 16 ne contient pas de cendres issues de l’huile et du carburant participant à réduire durablement la taille des pores. Il faut donc moins de temps à un filtre 10 16 contenant des cendres pour redevenir parfaitement filtrant. L’efficacité de filtration peut être déterminée en fonction du chargement en suies et en cendres.
[0043] Ainsi, le critère précédemment défini (de temps, de distance, ou de masse seuil) pourra être adapté en fonction d'une distance parcourue par le véhicule depuis un début de vie du filtre à particules 16 par exemple et/ou en fonction d'une estimation d'une quantité de 15 cendres stockée par le filtre à particules 16.
[0044] On peut choisir d’appliquer la correction à l'estimateur immédiatement après une régénération Reg, ou après plusieurs analyses pour améliorer la précision du recalage de l'estimateur.

Claims (9)

1. Procédé de recalage d'un estimateur de chargement en suies d'un filtre à particules (16) de moteur thermique (10) relié à une ligne d'échappement (12), caractérisé en ce que ledit procédé comporte:
- une étape de déclenchement d'une régénération (Reg) du filtre à particules (16) lorsqu'une quantité de suies stockée dépasse un seuil (S),
- une étape de mesure d'une masse de suies (Mes_capt_su) par un capteur de suies (21) au cours d'une phase temporaire (P3) pendant laquelle l’efficacité de filtration du filtre à particules (16) est réduite, voire nulle,
- une étape d'estimation en parallèle de la masse de suies (M_su_est) à l'aide de l'estimateur au cours de la phase temporaire (P3) pendant laquelle l’efficacité de filtration du filtre à particules (16) est réduite, voire nulle,
- une étape de comparaison entre la masse de suies mesurée (Mes_capt_su) et la masse de suies estimée (M_su_est) au cours de la phase temporaire (P3), et
- une étape d'ajustement de l'estimateur en fonction de la comparaison de manière à faire coïncider la masse de suies estimée (M_su_est) avec la masse de suies mesurée (Mes_capt_su) par le capteur de suies (21).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase temporaire (P3) pendant laquelle l’efficacité de filtration du filtre à particules (16) est réduite, voire nulle, est définie par un critère de temps.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase temporaire (P3) pendant laquelle l’efficacité de filtration du filtre à particules (16) est réduite, voire nulle, est définie par un critère de distance.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase temporaire (P3) pendant laquelle l’efficacité de filtration du filtre à particules (16) est réduite, voire nulle, est définie par un critère de masse de suies estimée (M_su_est) en sortie du moteur thermique (10).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le critère est adapté en fonction d'un état de vieillissement du filtre à particules (16).
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le critère est adapté en fonction d'une distance depuis un début de vie du filtre à particules (16).
7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le critère est adapté en fonction d'une estimation d'une quantité de cendres stockée par le filtre à particules (16).
8. Calculateur moteur (22) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de recalage d'un estimateur de chargement en suies
5 d'un filtre à particules (16) de moteur thermique (10) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
9. Moteur thermique (10), notamment pour véhicule automobile, comportant un calculateur moteur (22) tel que défini selon la revendication 8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20080097678A1 (en) * 2004-11-25 2008-04-24 Avl List Gmbh Process for Determining Particle Emission in the Exhaust Fume Stream from an Internal Combustion Engine
FR3026431A1 (fr) * 2014-09-29 2016-04-01 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de recalage de l'estimation de particules de suie dans un filtre a particules d'un vehicule automobile

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