FR3085996A1

FR3085996A1 - Procede d'etablissement d'une cartographie de la qualite d'une regeneration d'un filtre a particules

Info

Publication number: FR3085996A1
Application number: FR1858393A
Authority: FR
Inventors: Emmanuel Laigle; Pascal Folliot
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-09-18
Publication date: 2020-03-20

Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé de génération d'une cartographie (Carto_RG) représentative d'un niveau de qualité d'une régénération d'un filtre à particules (16) de moteur thermique (10) à partir d'informations issues d'une flotte de véhicules automobiles connectés, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape de calcul, pour plusieurs véhicules de la flotte, d'un paramètre caractéristique d'une qualité d'une régénération du filtre à particules (16), ledit paramètre étant associé à une zone d'un trajet où s'est produite la régénération, - une étape de traitement, par un système centralisé (21), des paramètres caractéristiques de la qualité de la régénération du filtre à particules (16) pour les véhicules de la flotte, et - une étape de génération d'une cartographie (Carto_RG) représentative d'une moyenne du paramètre caractéristique de la qualité de la régénération du filtre à particules (16).

Description

PROCEDE D'ETABLISSEMENT D'UNE CARTOGRAPHIE DE LA QUALITE D'UNE REGENERATION D'UN FILTRE A PARTICULES [0001] La présente invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique, en particulier dans l'élimination des particules. Plus précisément, l'invention porte sur un procédé d'établissement d'une cartographie de la qualité d'une régénération d'un filtre à particules.

[0002] Lors de la combustion d'un mélange d'air et de carburant dans un moteur thermique, des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone, et/ou de gouttelettes d'huile peuvent également être émises. Ces particules ont typiquement une taille comprise entre quelques nanomètres et un micromètre. Pour les piéger, on peut avantageusement prévoir des filtres à particules, usuellement constitués 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.

[0003] Le filtre à particules permet de limiter les émissions de particules des moteurs thermiques par un fonctionnement alternatif entre deux phases de vie :

- le stockage des particules issues de la combustion dans le moteur ou chargement. Cette phase de fonctionnement est largement majoritaire.

- la régénération du filtre à particules lorsque ce dernier est suffisamment chargé en particules. A cet effet, on augmente la température dans la ligne d’échappement, ce qui entraîne la combustion des suies dans le filtre à particules. A l’issue de la régénération, le filtre à particules est débarrassé des suies qu’il contenait et un nouveau cycle de chargement commence.

[0004] La hausse de température dans la ligne d’échappement (permettant de brûler les suies contenues dans le filtre à particules) est obtenue par un procédé de post-injection de carburant. A cet effet, après la combustion principale dans le moteur du mélange aircarburant, lorsque le piston descend et que la soupape d’échappement s’ouvre, on injecte une petite quantité de carburant qui est évacuée dans la ligne d’échappement puis brûlée par le catalyseur d’oxydation. L’exotherme produit sert à chauffer le reste de la ligne, dont le filtre à particules. Lorsque la température dans le filtre à particules est suffisante, la combustion des suies commence. La température de combustion cible des suies peut être abaissée par l’ajout d’un additif d’aide à la régénération.

[0005] Toutefois, une partie du carburant de la post-injection n’est pas évacuée à l’échappement mais passe à travers la segmentation du piston et tombe dans le bac à huile moteur. Ce carburant se mélange à l’huile du moteur et diminue son pouvoir lubrifiant. Ce phénomène devient problématique si la quantité de carburant diluée dans l’huile devient trop importante. En effet, on observera alors une usure prématurée des pièces du moteur, ce qui peut aboutir, dans un cas extrême, à la casse du moteur. Le système à filtre à particules est dimensionné pour que chaque véhicule ne dilue son huile de moteur que dans une certaine limite entre deux vidanges, typiquement de 20000 km à 30000 km.

[0006] La quantité de carburant introduite dans l’huile dépend de nombreux paramètres :

- la quantité de carburant en post-injection: cette quantité est choisie pour assurer un exotherme suffisant pour atteindre la température de combustion des suies en amont du filtre à particules,

- la proportion de carburant projetée sur la paroi du piston qui dépend de l’angle vilebrequin lors de l’injection et de l’angle du jet de carburant. Pour éviter la combustion de la quantité de carburant post-injectée, on doit réaliser la post-injection lorsque le piston est proche du point mort bas. La proportion de carburant projetée sur la paroi est définie par la conception de la chambre de combustion, et

- la température de la paroi du cylindre: plus celle-ci est élevée, plus l’évaporation du carburant sur la paroi est importante, ce qui limite la dilution.

[0007] Il existe donc le besoin d'être en mesure de pouvoir réaliser les régénérations du filtre à particules de façon à limiter au maximum la dilution de l'huile du moteur.

[0008] L'invention vise à répondre efficacement à ce besoin en proposant un procédé de génération d'une cartographie représentative d'un niveau de qualité d'une régénération d'un filtre à particules de moteur thermique à partir d'informations issues d'une flotte de véhicules automobiles connectés, caractérisé en ce que le procédé comporte:

- une étape de calcul, pour plusieurs véhicules de la flotte, d'un paramètre caractéristique d'une qualité d'une régénération du filtre à particules, le paramètre étant associé à une zone d'un trajet où s'est produite la régénération,

- une étape de traitement, par un système centralisé, des paramètres caractéristiques de la qualité de la régénération du filtre à particules pour les véhicules de la flotte, et

- une étape de génération d'une cartographie représentative d'une moyenne du paramètre caractéristique de la qualité de la régénération du filtre à particules.

[0009] L'invention permet ainsi, grâce à la génération de la cartographie, d'identifier les zones d'un trajet les plus favorables à la réalisation des régénérations du filtre à particules. On pourra ainsi optimiser l'élimination des suies tout en limitant la dilution de l'huile de façon à préserver le fonctionnement des composants du moteur thermique du véhicule.

[0010] Selon une mise en oeuvre, le paramètre caractéristique de la qualité de la régénération du filtre à particules est un ratio entre une masse de carburant introduite dans une huile moteur divisée par une masse de suies présente dans le filtre à particules.

[0011] Selon une mise en oeuvre, la masse de suies présente dans le filtre à particules est calculée en boucle ouverte à partir d'une quantité de suies émise par le moteur thermique et d'un débit de combustion calculé pendant une régénération.

[0012] Selon une mise en oeuvre, la masse de suies présente dans le filtre à particules est calculée en boucle fermée à partir d'une contre-pression mesurée à des bornes du filtre à particules.

[0013] Selon une mise en oeuvre, la masse de carburant introduite dans l’huile moteur est estimée en fonction notamment des paramètres suivants: un point de fonctionnement du moteur thermique, une température de liquide de refroidissement, un débit de post-injection.

[0014] Selon une mise en oeuvre, la masse de carburant introduite dans l'huile moteur et la masse de suies présente dans le filtre à particules sont calculées de façon continue.

[0015] Selon une mise en oeuvre, la cartographie est générée pour l’ensemble des véhicules automobiles de la flotte et/ou par type de véhicule automobile, et/ou par type de moteur thermique, et/ou par type de conduite.

[0016] Selon une mise en oeuvre, la cartographie est générée par des mises à jour régulières en moyennant le paramètre caractéristique de la qualité d'une régénération du filtre à particules sur une zone où a lieu une régénération avec un paramètre caractéristique de la qualité d'une régénération du filtre à particules précédemment calculé dans cette zone.

[0017] L'invention a également pour objet un système centralisé destiné à être en communication avec une flotte de véhicules automobiles connectés, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de génération d'une cartographie représentative d'un niveau de qualité d'une régénération d'un filtre à particules tel que précédemment défini.

[0018] 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.

[0019] La figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement d'un moteur thermique comportant un filtre à particules et un calculateur en communication avec un système centralisé selon l'invention;

[0020] Les figures 2a à 2c sont des représentations graphiques illustrant les différentes étapes permettant de calculer un ratio moyen d'un paramètre caractéristique de la qualité d'une régénération d'un filtre à particules pour établir une cartographie selon l'invention;

[0021] La figure 3 est une représentation graphique du ratio moyen du paramètre caractéristique de la qualité d'une régénération d'un filtre à particules obtenu après un traitement d'un grand nombre de valeurs de ce paramètre retournées par des véhicules automobiles d'une flotte.

[0022] La figure 1 représente un moteur thermique 10, par exemple un moteur de type diesel, 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.

[0023] 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.

[0024] La ligne d’échappement 12 comprend en outre un filtre à particules 16 pour 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 du carburant.

[0025] 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 du filtre à particules 16 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 14 de dépollution et le filtre à particules 16 pourront être implantés à l'intérieur d'une même enveloppe 17.

[0026] La ligne d'échappement 12 est également munie d'un capteur 18 de mesure de pression différentielle entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 16 à partir de laquelle il est possible de déduire une quantité de suies accumulées. A cet effet, on utilise une cartographie établissant une corrélation, en fonction du débit d’air admis, entre la mesure de variation de pression et la masse en particules dans le filtre à particules 16.

[0027] Un calculateur 20, par exemple le calculateur moteur ou un calculateur dédié, pilote une régénération du filtre à particules 16.

[0028] Un système centralisé 21 comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé d'établissement d'une cartographie spatiotemporelle Carto RG représentative d'un niveau de qualité d'une régénération d'un filtre à particules 16, décrit ci-après en référence aux figures 2a, 2b, 2c et 3.

[0029] Ce système centralisé 21, notamment de type serveur, est destiné à centraliser les données relatives à des régénérations du filtre à particules 16. Ces données sont envoyées par une flotte de véhicules automobiles connectés pour être analysées par le système centralisé 21. A cet effet, les calculateurs 20 des véhicules de la flotte échangent des données avec le système centralisé 21 via une liaison de communication radiofréquence. La flotte de véhicules connectés est suffisamment importante pour obtenir des résultats fiables. La flotte est avantageusement constituée de plusieurs milliers de véhicules.

[0030] Au cours d'une première étape du procédé, on calcule, pour chaque véhicule, un paramètre caractéristique d'une qualité d'une régénération du filtre à particules 16 sur un trajet donné. Ce paramètre est associé à une zone du trajet où s'est produite la régénération.

[0031] La qualité d’une régénération du filtre à particules 16 peut être définie au travers de différents objectifs:

- elle introduit peu de carburant dans l’huile, et donc entraîne une faible hausse de la dilution,

- elle permet de brûler une grande partie voire la totalité des suies contenues dans le filtre à particules 16,

- elle introduit peu de carburant dans l’huile et elle permet de brûler une grande partie voire la totalité des suies contenues dans le filtre à particules 16.

[0032] C’est ce dernier objectif que l'on cherche à atteindre pour assurer le bon fonctionnement sur le long terme du filtre à particules 16 et du moteur thermique 10. Il peut être quantifié par un ratio entre la masse de carburant introduite dans l’huile et la masse de suies présente dans le filtre à particules 16 et à brûler. On cherche donc à minimiser ce ratio qui constitue, dans l'exemple décrit ci-après, le paramètre caractéristique d'une qualité de la régénération du filtre à particules 16. Dans la suite de la description, on note R RGi (i étant un nombre entier) le ratio d'une régénération en cours et R moy un ratio moyen calculé à partir des valeurs de ratio R RGi de plusieurs régénérations de filtre à particules 16. Toutefois, l'invention n’est pas restrictive à ce critère, en sorte qu'il sera possible de choisir un autre critère pour sa mise en oeuvre.

[0033] Le système centralisé 21 traite les paramètres caractéristiques R RGi de la qualité de la régénération du filtre à particules 16 pour les véhicules de la flotte. Le système centralisé 21 pourra ainsi faire l'acquisition des ratios R RGi calculés directement par les calculateurs 20 des véhicules. Alternativement, le système centralisé 21 reçoit des informations relatives à la masse de carburant introduite dans l’huile et à la masse de suies présente dans le filtre à particules 16, et calcule les ratios R RGi pour les différents véhicules de la flotte.

[0034] Le système centralisé 21 génère ensuite une cartographie Carto_RG représentative d'une moyenne du ratio R moy sur le trajet donné. Pour un trajet donné, la cartographie spatio-temporelle Carto_RG est mise à jour en moyennant le ratio de la zone où a lieu la régénération avec le ratio précédemment calculé dans cette zone. La cartographie Carto_RG est de préférence stockée dans la mémoire électronique du système centralisé 21 et est consultée à distance par les véhicules de la flotte. Alternativement, la cartographie Carto_RG est stockée dans une mémoire d'un calculateur 20 du véhicule.

[0035] On décrit ci-après, en référence aux figures 2a, 2b, 2c et 3, un exemple de mise en oeuvre du procédé pour un trajet entre un point A et un point B.

[0036] Sur les figures 2a à 2c, le graphique du haut montre la zone du trajet entre A et B sur laquelle a lieu une régénération du filtre à particules RG1, RG2, RG3. Le graphique intermédiaire montre un ratio R RG1, R RG2, R RG3 obtenu lors de la régénération en cours du filtre à particules 16 (cf. courbes en pointillés) et un ratio moyen Rmoy (cf. courbes en trait plein). Le graphique du bas montre le cumul d'un ancien nombre de régénérations du filtre à particules An_RG (cf. courbes en pointillés) et le cumul d'un nouveau nombre de régénérations du filtre à particules Nn_RG (cf. courbes en trait plein).

[0037] Comme cela est représenté sur la figure 2a, à l’issue d'une première régénération RG1, le ratio R RG1 est calculé. Dans l'exemple, la régénération RG1 est de bonne qualité et son ratio R RG1 vaut 1. On met à jour le ratio moyen R moy qui se confond avec cette première valeur de ratio R RG1.

[0038] Comme cela est représenté sur la figure 2b, à l’issue d'une deuxième régénération RG2, le ratio R RG2 est calculé. Dans l’exemple, la régénération est de mauvaise qualité et son ratio R RG2 vaut 3. Le ratio moyen R moy est mis à jour avec cette dernière valeur de ratio R RG2.

[0039] Comme cela est représenté sur la figure 2c, à l’issue d'une troisième régénération RG3, le ratio R RG3 est calculé. Dans l’exemple, la régénération est de qualité moyenne et son ratio R RG3 vaut 2. Le ratio moyen R moy est mis à jour avec cette dernière valeur de ratio R RG3.

[0040] Après un très grand nombre de régénérations, on obtient le ratio moyen R moy entre la masse de carburant introduite dans l'huile moteur divisée par la masse de suies présente dans le filtre à particules 16 sur l'ensemble du trajet entre les points A et B, tel que cela est montré sur la figure 3.

[0041] On peut ainsi identifier les zones du trajet entre les points A et B qui sont les plus favorables pour la réalisation des régénérations du filtre à particules 16, c’est-à-dire celles pour lesquelles le ratio moyen R moy est minimal.

[0042] En analysant l’ensemble des régénérations de la flotte de véhicules, on parvient ainsi progressivement à construire une cartographie spatio-temporelle Carto_RG du niveau de qualité moyen des régénérations du filtre à particules 16.

[0043] On peut construire cette cartographie Carto_RG selon différentes configurations :

- une cartographie Carto_RG pour l’ensemble des véhicules de la flotte,

- une cartographie Carto_RG par type de véhicule automobile,

- une cartographie Carto_RG par type de moteur thermique,

- une cartographie Carto_RG par type de conduite (souple, sportif, ou autre...),

- ou toute configuration cumulant plusieurs de ces critères.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de génération d'une cartographie (Carto_RG) représentative d'un niveau de qualité d'une régénération d'un filtre à particules (16) de moteur thermique (10) à partir d'informations issues d'une flotte de véhicules automobiles connectés, caractérisé en ce que ledit procédé comporte:

- une étape de calcul, pour plusieurs véhicules de la flotte, d'un paramètre caractéristique (R_RGi) d'une qualité d'une régénération du filtre à particules (16), ledit paramètre (R_RGi) étant associé à une zone d'un trajet où s'est produite la régénération,

- une étape de traitement, par un système centralisé (21), des paramètres caractéristiques (R_RGi) de la qualité de la régénération du filtre à particules (16) pour les véhicules de la flotte, et

- une étape de génération d'une cartographie (Carto_RG) représentative d'une moyenne du paramètre caractéristique (R_moy) de la qualité de la régénération du filtre à particules (16).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le paramètre caractéristique (R RGi) de la qualité de la régénération du filtre à particules (16) est un ratio entre une masse de carburant introduite dans une huile moteur divisée par une masse de suies présente dans le filtre à particules (16).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la masse de suies présente dans le filtre à particules (16) est calculée en boucle ouverte à partir d'une quantité de suies émise par le moteur thermique (10) et d'un débit de combustion calculé pendant une régénération.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la masse de suies présente dans le filtre à particules (16) est calculée en boucle fermée à partir d'une contrepression mesurée à des bornes du filtre à particules (16).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la masse de carburant introduite dans l’huile moteur est estimée en fonction notamment des paramètres suivants: un point de fonctionnement du moteur thermique, une température de liquide de refroidissement, un débit de post-injection.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la masse de carburant introduite dans l'huile moteur et la masse de suies présente dans le filtre à particules (16) sont calculées de façon continue.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cartographie (Carto_RG) est générée pour l’ensemble des véhicules automobiles de la flotte et/ou par type de véhicule automobile, et/ou par type de moteur thermique, et/ou par type de conduite.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la cartographie (Carto_RG) est générée par des mises à jour régulières en moyennant le paramètre caractéristique de la qualité d'une régénération du filtre à particules (16) sur une zone où a lieu une régénération avec un paramètre caractéristique de la qualité d'une régénération du filtre à particules (16) précédemment calculé dans cette zone.
9. Système centralisé (21) destiné à être en communication avec une flotte de véhicules automobiles connectés, caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en oeuvre du procédé de génération d'une cartographie (Carto_RG) représentative d'un niveau de qualité d'une régénération d'un filtre à particules (16) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.