FR3140121A1 - Procédé de régulation de la quantité de suies dans un filtre à particules - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de régulation de la quantité de suies dans un filtre à particules équipant une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule, le véhicule comprenant une unité de contrôle moteur comprenant une fonction de coupure d’injection de carburant configurée pour couper l’injection de carburant pour une situation de roulage du véhicule déterminée, le procédé comprenant une étape de détermination d’un nombre de particules de suies à la sortie de la ligne d’échappement (PNse), caractérisé en ce que si le nombre de particules de suies déterminé à la sortie de la ligne d’échappement (PNse) est supérieur à un seuil, une inhibition de la fonction de coupure d’injection est demandée. Figure 2
Description
La présente invention concerne la dépollution des moteurs à combustion interne, plus particulièrement des moteurs à essence, équipés de filtre à particules. Plus particulièrement, l’invention a pour objet un procédé de régulation de la quantité de suies dans un filtre à particules.
Les normes anti-pollution à venir, notamment en Europe durcissent fortement le seuil à respecter pour les particules émises par les motorisations à combustion interne.
Le respect d'une telle réglementation impose d'utiliser un filtre à particules dans la ligne d'échappement de tels moteurs. Un tel filtre à particules pour des motorisations essence, aussi communément appelé GPF pour la dénomination anglaise de « Gasoline Particle Filter », c'est-à-dire de filtre à particules pour carburant essence, est relativement similaire à ceux utilisés pour les motorisations Diesel mais ses caractéristiques sont adaptées afin de ne pas pénaliser les performances ou la consommation pour une motorisation à carburant essence.
Pour les moteurs thermiques à allumage commandé et notamment à carburant essence, ces conditions peuvent être naturellement présentes pour une régénération passive qui est en fait quasi continue. Donc il n'y a pas de déclenchement de régénération en mode nominal. Il s'ensuit que pour un moteur thermique à carburant 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 lever de pied ou lors des passages de rapport de boite de vitesse : cela apporte les conditions des régénérations passives avec des charges en suies dans le filtre relativement peu élevées.
Lorsque le filtre à particules est neuf celui a une efficacité de filtration pas encore optimale. En effet, un filtre à particules filtre les particules issues de la combustion de manière optimale s’il a une certaine quantité de suie ou de cendres.
Une solution au problème du filtre à particules neuf qui est vide en suie et en cendres est d’adapter sa conception, par exemple en réduisant sa porosité, afin qu’il soit plus efficace quel que soit l’âge du véhicule. Cependant cette solution n’est pas satisfaisante car elle représente un coût et que ce problème se représente essentiellement que sur les premiers kilomètres du véhicule.
Une autre solution connue du document FR-B1-2983913 d’avoir une étape de formation accélérée d’une couche comprenant des particules de suies et des hydrocarbures imbrûlés sur le filtre vierge de toute particule. Cependant, les stratégies proposées telle que la post injection de carburant pénalisent la consommation de carburant.
L’invention vise à résoudre les inconvénients de l’art antérieur en proposant selon l’invention un procédé de régulation de la quantité de suies dans un filtre à particules équipant une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule, le véhicule comprenant une unité de contrôle moteur comprenant une fonction de coupure d’injection de carburant configurée pour couper l’injection de carburant pour une situation de roulage du véhicule déterminée, le procédé comprenant une étape de détermination d’un nombre de particules de suies à la sortie de la ligne d’échappement, caractérisé en ce que si le nombre de particules de suies déterminé à la sortie de la ligne d’échappement est supérieur à un seuil, une inhibition de la fonction de coupure d’injection est demandée.
L’effet technique est gérer au juste nécessaire la formation de la couche minimum de suie requis pour obtenir une bonne filtration.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :
Dans un mode de réalisation, la détermination du nombre de particules de suies à la sortie de la ligne d’échappement comprend une étape de détermination du nombre de particules de suies à la sortie du moteur et une détermination de l’efficacité courante du filtre à particules.
Dans un mode de réalisation, la détermination de l’efficacité courante du filtre à particules comprend une étape de détermination d’une efficacité brute corrigée en fonction du nombre de particules de suies à la sortie du moteur et du débit de gaz d’échappement.
Dans un mode de réalisation, la détermination de l’efficacité brute comprend une étape de détermination d’une masse de suies, d’une masse de cendres et l’utilisation d’une première cartographie qui définit l’efficacité brute du filtre à particules en fonction de la masse de suies et de la masse de cendres.
Dans un mode de réalisation, le nombre de particules de suies à la sortie de la ligne d’échappement est un nombre moyen de particules de suies émis à la sortie de la ligne d’échappement pendant le roulage courant du véhicule.
Dans un mode de réalisation, la situation de roulage du véhicule déterminée comprend le lever de pied d’une pédale d’accélérateur et/ou le changement de rapport d’une boite de vitesse du véhicule.
Dans un mode de réalisation, l’inhibition de la fonction de coupure d’injection est accordée si les conditions d’activations suivantes sont également vérifiées :
-La masse de suies est inférieure à un seuil haut,
-Le volume efficace est supérieur à un seuil.
-La masse de suies est inférieure à un seuil haut,
-Le volume efficace est supérieur à un seuil.
Dans un mode de réalisation, l’inhibition de la fonction de coupure d’injection est accordée si la condition d’activation suivante est également vérifiée : La température en amont du filtre à particules dépasse un seuil bas.
L’invention a aussi pour objet un véhicule comprenant un moteur à combustion interne équipé d’une ligne d’échappement disposant d’un filtre à particules, caractérisé en ce qu’il comprend une unité de commande configurée pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des variantes précédemment décrites.
Dans un mode de réalisation, le moteur à combustion interne est un moteur à allumage commandé à essence.
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 :
Un véhicule équipé d’un moteur à combustion à allumage commandé à essence, est équipé d’une ligne d’échappement disposant d’un filtre à particules, communément appelé GPF pour la dénomination anglaise de « Gasoline Particle Filter », c'est-à-dire de filtre à particules pour carburant essence.
Le véhicule comprend encore une unité de contrôle moteur configurée pour mettre en œuvre la stratégie de l’invention. L’unité de contrôle moteur 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 des étapes du procédé de l’invention.
L’unité de contrôle moteur comprend également une fonction de coupure d’injection de carburant configurée pour couper l’injection de carburant pour une situation de roulage du véhicule déterminée. La situation de roulage est principalement un lever de pied du conducteur au niveau de la pédale d’accélérateur. Une autre situation peut un changement de rapport de boite de vitesse du véhicule.
Le principe de l’invention consiste à créer un lit de suies, encore désigné par l’expression « soot cake » en anglais afin d’améliorer l’efficacité de filtration du filtre lorsque celui-ci est vide de suies, par exemple lorsqu’il est neuf, en inhibant les coupures d’injection de carburant. En effet, un filtre à particules, GPF, filtre les particules issues de la combustion de manière optimale s’il a une certaine quantité de suies ou de cendres. Toutefois à l’état neuf, il n’a pas encore de suies et sur une motorisation essence, les conditions de régénération passive sont très souvent réunies pour que le niveau de suie retombe à zéro. On entend par régénération passive, l’action qui vide le filtre à particules, GPF, sur un certain apport d’oxygène et s’il est suffisamment chaud. Cet apport d’oxygène peut avoir lieu dans les situations de roulage précitée pendant laquelle l’injection de carburant est coupée. Ainsi en interdisant la coupure d’injection de carburant, on ne lui apporte plus d’oxygène et le filtre à particules, GPF, va conserver son niveau de suies.
La illustre les conditions d’activation de la stratégie de l’invention, c’est-à-dire celle qui vont interdire la coupure d’injection de carburant du moteur à combustion interne.
L’inhibition de la coupure d’injection, ICI, est accordée si :
-La masse de suies, Ms, est inférieure à un seuil haut, Sch. La masse de suies peut être estimée par un modèle.
-La température, Tagpf, en amont du filtre à particules dépasse un seuil bas, Stb. La température en amont du filtre à particules peut être mesurée ou estimée.
-La fonction PN active une requête. Cette fonction PN sera détaillée ensuite.
-Le volume efficace, Veff, est supérieur à un seuil, Sveff. Le volume efficace peut être estimé par un modèle. Ce critère permet de prendre en compte la présence des cendres dans le filtre à particules, GPF. Si le volume efficace, Veff, est supérieur à ce seuil, Sveff, cela signifie qu’il n’y a pas assez de cendres dans le filtre pour contribuer à la filtration optimale souhaitée.
Les conditions d’activation peuvent également comprendre un booléen d’activation globale de la stratégie, Ba.
La présent plus en détail les étapes de la fonction PN précitée.
Une masse de suies, Ms, ainsi qu’une masse de cendres, Mc sont estimées, par exemple à partir de modèles. A partir de cette masse de suies, Ms, et de cette masse de cendres, Mc estimées, une première cartographie M1 détermine l’efficacité brute, Effb, du filtre à particule, GPF.
De plus, on estime, par exemple par modélisation, le nombre de particules à la sortie du moteur, PNsmot, et on détermine à partir d’une seconde cartographie M2 une première correction à apporter à l’efficacité brute, Effb. On estime encore le débit de gaz d’échappement, Qv et on détermine à partir d’une troisième cartographie M3 une seconde correction à apporter à l’efficacité brute, Effb. Le produit de l’efficacité brute, Effb et de ces deux corrections permet d’obtenir l’efficacité courante finale, Efff, du filtre à particule. Le nombre de particules à la canule, autrement dit à la sortie échappement, PNse, est obtenu par le produit du nombre de particules à la sortie du moteur, PNsmot, et du facteur (1-Eff).
On peut déterminer les émissions moyennes en nombre de particules sur le roulage courant. A cet effet on effectue l’intégrale, Int, des émissions de particules en nombre à la canule, que l’on divise par la distance parcourue, DC. Une distance minimum, Dmin, peut être requise pour rendre le calcul robuste. La distance parcourue DC est une distance parcourue avec le moteur en fonctionnement, pour prendre compte les moteur hybrides thermique-électrique.
L’inhibition de la coupure d’injection est demandée si les émissions moyennes dépassent un seuil haut, Sdh. Une hystérésis, avec un seuil bas, Sdb, peut être prévue pour limiter un basculement intempestif entre un état ou l'autre.
Les figures 3a et 3b montrent une première illustration de la stratégie sur un premier cycle à 23°C avec un filtre à particules neuf. Cet exemple montre aucune activation de la stratégie. En effet même si le filtre à particules est neuf, le niveau de particules en nombre sur ce cycle et à cette température reste en-dessous du seuil règlementaire.
Les figures 4a et 4b montrent une deuxième illustration de la stratégie sur un autre cycle à -30°C de température ambiante. Dans cet exemple, la stratégie s’active au cours de la première partie du roulage.
L’invention permet d’assurer une quantité minimale de suies dans le filtre à particules, GPF, afin qu’il soit le plus efficace possible sur la filtration des particules en nombre. Il permet donc de mieux contrôler et de réguler la quantité de suie dans le filtre à particules et ainsi de limiter et de respecter les émissions de particules en nombre tout au long de la vie du véhicule. La stratégie permet d’inhiber la coupure d’injection au juste nécessaire pour limiter la consommation de carburant.
Claims (10)
- Procédé de régulation de la quantité de suies dans un filtre à particules équipant une ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule, le véhicule comprenant une unité de contrôle moteur comprenant une fonction de coupure d’injection de carburant configurée pour couper l’injection de carburant pour une situation de roulage du véhicule déterminée, le procédé comprenant une étape de détermination d’un nombre de particules de suies à la sortie de la ligne d’échappement (PNse), caractérisé en ce que si le nombre de particules de suies déterminé à la sortie de la ligne d’échappement (PNse) est supérieur à un seuil, une inhibition de la fonction de coupure d’injection est demandée.
- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination du nombre de particules de suies à la sortie de la ligne d’échappement (PNse) comprend une étape de détermination du nombre de particules de suies à la sortie du moteur (PNsmot) et une détermination de l’efficacité courante (Efff) du filtre à particules.
- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la détermination de l’efficacité courante (Efff) du filtre à particules comprend une étape de détermination d’une efficacité brute (Effb) corrigée en fonction du nombre de particules de suies à la sortie du moteur (PNsmot) et du débit de gaz d’échappement (Qv).
- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la détermination de l’efficacité brute (Effb) comprend une étape de détermination d’une masse de suies (Ms), d’une masse de cendres (Mc) et l’utilisation d’une première cartographie (M1) qui définit l’efficacité brute (Effb) du filtre à particules en fonction de la masse de suies (Ms) et de la masse de cendres (Mc).
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de particules de suies à la sortie de la ligne d’échappement (PNse) est un nombre moyen de particules de suies émis à la sortie de la ligne d’échappement pendant le roulage courant du véhicule.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la situation de roulage du véhicule déterminée comprend le lever de pied d’une pédale d’accélérateur et/ou le changement de rapport d’une boite de vitesse du véhicule.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce l’inhibition de la fonction de coupure d’injection est accordée si les conditions d’activations suivantes sont également vérifiées :
-La masse de suies (Ms) est inférieure à un seuil haut (Sch),
-Le volume efficace (Veff) est supérieur à un seuil (Sveff). - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce l’inhibition de la fonction de coupure d’injection est accordée si la condition d’activation suivante est vérifiée : La température (Tagpf) en amont du filtre à particules dépasse un seuil bas (Stb).
- Véhicule comprenant un moteur à combustion interne équipé d’une ligne d’échappement disposant d’un filtre à particules, caractérisé en ce qu’il comprend une unité de commande configurée pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- Véhicule selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne est un moteur à allumage commandé à essence.
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