WO2010061085A1 - Procédé de pilotage d'un moteur a combustion interne et moteur a combustion interne correspondant - Google Patents

Procédé de pilotage d'un moteur a combustion interne et moteur a combustion interne correspondant Download PDF

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WO2010061085A1
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particulate filter
control method
internal combustion
parameter
engine
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PCT/FR2009/052079
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Yann Chazal
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Renault S.A.S.
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Definitions

  • the present invention generally relates to reducing the consumption of internal combustion engines.
  • It relates more particularly to a method for controlling an internal combustion engine comprising an exhaust line equipped with a particulate filter, comprising: a) a step of acquiring a load parameter relating to the filling ratio of the particle filter, b) a step of comparing said load parameter with at least a determined threshold, c) a step of controlling the internal combustion engine at a determined operating point according to several criteria of different importance.
  • the anti-pollution standards generally associate a constraint given to each type of pollutant emitted by the engine (noise included).
  • the most unfavorable configuration is a succession of short and slow paths, during which the engine emits a lot of particles that can not be burned since the exhaust line remains cold.
  • the known control methods are then parameterized according to these worst conditions, without checking whether the vehicle is actually in these worst conditions or under more favorable conditions. This type of adjustment is therefore not optimized, particularly with regard to the fuel consumption of the engine.
  • the present invention proposes a new control method, in which the configuration in which the vehicle is located is taken into account in real time, so that the compromise is easier to find and not at the expense of engine fuel consumption.
  • a control method as defined in the introduction wherein, one of said criteria being the mass flow of particles entering the particulate filter, prior to step c), a coefficient called the stress level applied to the mass flow rate of particles is determined as a function of the result of step b) in order to weight the importance of this criterion in the determination of the operating point of the engine.
  • the engine is driven by taking into account the filling rate of the particulate filter, which improves the management of the engine. compromise between, on the one hand, the constraint on the flow of particles in the exhaust line, and, on the other hand, the other engine adjustment constraints.
  • the invention consists more precisely in evaluating in real time the severity of the constraint relating to the degree of filling of the filter so as to adapt accordingly all the settings that may have a direct or indirect impact on the quantity of particles emitted by the cylinders. in the exhaust line.
  • the filling rate of the filter is low, it is possible to control the engine by focusing on reducing its fuel consumption, even if the mass flow of particles is important and the filter fills up quickly.
  • the filling rate of the filter is important, it is possible to control the engine so as to favor the reduction of its particulate emissions in order to postpone the deadline from which this filling rate will reach a critical value.
  • the level of stress is also calculated as a function of the difference between, on the one hand, an autonomy parameter relating to the distance and / or the duration available. for regenerating the particulate filter under favorable regeneration conditions, and on the other hand, a probability parameter relative to the distance and / or duration estimated as being necessary to find running conditions conducive to the regeneration of the filter with particles.
  • the autonomy parameter makes it possible to approximate the distance or the rolling time remaining before reaching the critical filling rate, while the probability parameter makes it possible to estimate (in view of past experiences) the distance or the time that will probably be needed before the filter can be regenerated. Therefore, it is possible to assess the risk of encountering filter regeneration problems, and, depending on this risk, to control the engine in such a way as to favor rather the reduction of its particulate emissions or rather the reduction of its fuel consumption.
  • Other advantageous and non-limiting features of the control method according to the invention are the following:
  • the autonomy parameter is calculated according to said load parameter and / or the average charge speed of the particulate filter and / or the distance traveled since the last active regeneration of the particulate filter and / or the duration passed since the last active regeneration of the particulate filter and / or the filling rate range in which the particles can be regenerated under favorable regeneration conditions;
  • the probability parameter is calculated as a function of the distance traveled and / or the time elapsed since the last moment when the driving conditions were favorable for the regeneration of the particle filter, and the average distance and / or the duration average separating two instants where the rolling conditions are conducive to the regeneration of the particulate filter;
  • the probability parameter is also calculated as a function of the minimum threshold distance and / or the minimum threshold time separating two active regenerations of the particle filter; in step b), the load parameter is compared with at least two determined thresholds and, if the load parameter is greater than the two thresholds or lower than the two thresholds, the stress level is directly deduced therefrom;
  • the stress level is calculated according to the autonomy and probability parameters
  • each threshold has a predetermined fixed value
  • each threshold has a variable value
  • variable value is deduced from the usual conditions of use of the internal combustion engine; the level of stress varies continuously or in stages.
  • It also relates to an internal combustion engine comprising cylinders, a fresh air intake line in the cylinders, fuel injection means in the cylinders, an exhaust line of the burned gases out of the cylinders which is equipped. a particulate filter, and a fresh air and fuel flow control unit injected into the cylinders, which is adapted to implement this control method.
  • FIG. 1 is a diagram representing steps a) and c) of the control method according to the invention
  • FIG. 2 is a graph showing the variation of the filling rate of a particle filter of an engine as a function of the distance traveled by the vehicle equipped with this engine; and
  • FIG. 3 is a diagram representing steps a) and c) of an alternative embodiment of the control method represented in FIG. 1.
  • the invention applies to any type of internal combustion engine rejecting polluting particles adapted to be filtered, and more specifically to any type of internal combustion engine with compression ignition (Diesel).
  • Such an internal combustion engine conventionally comprises an engine block provided with four cylinders.
  • the internal combustion engine Upstream of the cylinders, the internal combustion engine has an intake line which draws fresh air into the atmosphere and which brings and distributes this fresh air in each of the cylinders of the engine block.
  • This intake line is here equipped with a fresh air flow control valve.
  • the internal combustion engine comprises a burnt gas exhaust line which collects the burnt gases leaving each of the cylinders and which discharges them into the atmosphere after being treated and filtered.
  • the exhaust line is for this purpose equipped with an oxidation catalyst adapted to oxidize the polluting elements from the combustion of the mixture of fresh air and fuel in the cylinders, and a particulate filter adapted to retain particles and soot from this combustion.
  • the internal combustion engine also comprises here a recirculation line of flue gas (also called EGR line) which originates in the exhaust line, which opens into the intake line and which is equipped with a control valve the flow of burnt gas.
  • a recirculation line of flue gas also called EGR line
  • the internal combustion engine further comprises fuel injectors that open into the cylinders of the internal combustion engine.
  • fuel injectors that open into the cylinders of the internal combustion engine.
  • the internal combustion engine comprises a control unit adapted to control the various engine components, in particular here the regulation valves of the flue gas and fresh air flow rates as well as the fuel injectors.
  • This control unit is further adapted to acquire, by means of an ad hoc sensor, the instantaneous filling rate C_FAP of the particulate filter which, as shown in FIG. 2, varies between 0 and 100%.
  • the critical filling threshold Sc As is well known, from a certain filling level, here called the critical filling threshold Sc, the efficiency of the particulate filter decreases sharply and the flue gases hardly come out of the exhaust line. he It is then necessary to eliminate the particles which clog the filter before reaching this critical threshold of filling Sc.
  • the first method consists in taking advantage of the conditions of temperature and pressure in the filter to, when these conditions are favorable, burn the particles. These favorable conditions are, however, not met sufficiently often so that passive regeneration opportunities (referenced 1 in FIG. 2) are sufficient to eliminate all the particles retained in the filter.
  • the second method called active regeneration, consists, when the filter is particularly congested, to inject an excess of fuel into the cylinders or directly into the exhaust line, resulting in an exothermic oxidation phase of the fuel in the catalyst. 'oxidation. The exhaust gases then exit the oxidation catalyst with a very high temperature and enter the particulate filter by burning most of the polluting particles that fill the latter. More efficient, however, this method is fuel-consuming and is therefore used on occasions (referenced 2 in Figure 2) as rare as possible.
  • a taxi is all the more favorable for the regeneration of the filter that it is fast and stable and stops are rare.
  • Each filter has indeed a range of filling rate in which it will have to be preferentially regenerated, a minimum spacing Delta_D between two active regenerations in order to avoid deteriorating it. As shown in FIG. 2, the filter will here preferably be regenerated over a filling ratio range of between 40 and 80%.
  • the control unit is programmed to implement the control method represented in the form of a diagram in FIG.
  • This method comprises three main stages including: a) a first step of acquiring the filling ratio C_FAP of the particulate filter, b) a second step of comparing this filling ratio C_FAP with at least one determined threshold, and c) a third step of controlling the internal combustion engine at an operating point determined according to several criteria of different importance.
  • one of said criteria being the mass flow rate of particles entering the particle filter, prior to step c)
  • a coefficient is determined as a function of the result of step b). (called stress level Nc) that is applied to the mass flow rate of particles to weight the importance of this criterion in the determination of the operating point of the engine.
  • the control unit compares the filling ratio C_FAP of the filter with two thresholds D1, D2.
  • the first threshold D1 corresponds to the filling rate of the filter below which there is a high probability of encountering "favorable taxi conditions" to regenerate the filter before exceeding the critical filling threshold Sc.
  • the second threshold D2 corresponds to the filling rate. filling the filter above which there is a high probability that we do not encounter such "favorable taxiing conditions" before exceeding the critical filling threshold Sc (unless modifying the stress level Nc).
  • These thresholds D1, D2 are predetermined, that is to say that they have invariable values and stored in the control unit. Here they are equal to 30% and 90% respectively.
  • these thresholds have variable values, derived for example from the usual conditions of use of the internal combustion engine.
  • the first threshold varies between 20 and 40% while the second threshold varies between 80 and 90%.
  • control unit will be adapted, on the one hand, to determine the rolling profile of the vehicle, as it is generally used rather on highways or rather in the city, and, on the other hand, to deduce from this rolling profile the values of the thresholds.
  • the thresholds will then have values all the higher as the vehicle will be used on expressways where the conditions of rolling are favorable for the regeneration of the filter.
  • the control unit compares them with the filling rate C_FAP of the filter.
  • control unit detects that the filling ratio C_FAP is lower than the first threshold D1, it assigns the constraint level Nc a minimum index, here equal to 0. Therefore, in step c), the engine is piloted without any particular attention to the flow of particles emitted by the engine out of the cylinders. Indeed, the filter is so empty that there is then a good margin of safety to find running conditions favorable to its regeneration before exceeding the critical threshold of filling Sc. To control the engine, it will then be possible to focus on reducing fuel consumption.
  • step c) the engine is driven so as to minimize the flow of particles emitted by the engine out of the cylinders.
  • the filling of the filter reaches almost its critical value Sc, so it is necessary to control the engine by focusing on the reduction of particulate emissions, even if it would be at the expense of its fuel consumption.
  • the control unit detects that the filling ratio C_FAP is between the two thresholds D1 and D2, it assigns to the stress level Nc an intermediate index equal, depending on the case, to 1 or 2.
  • the choice of the index among these two values is here made according to the estimated probability of meeting favorable running conditions to regenerate the filter before exceeding its critical filling threshold Sc.
  • the choice of the index is made as a function of the difference between two parameters to be determined, namely a P_auto autonomy parameter and a P_prob probability parameter.
  • the autonomy parameter P_auto is here relative to the distance available to regenerate the particulate filter under favorable regeneration conditions (when its filling ratio is between 40 and 80%, ).
  • the probability parameter P_prob is relative to the distance probably necessary to find rolling conditions conducive to the regeneration of the particulate filter. These parameters are here expressed as distances. Alternatively, it would be possible to express them as durations. Be that as it may, here the P_auto range parameter is calculated based on the filter's C_FAP fill rate, the average particle filter charge speed, and a predetermined safety margin.
  • an affine function F1 the number of kilometers remaining before the filling rate of the filter reaches its critical threshold Sc.
  • the director of this affine function F1 is chosen according to the average speed of charge of the particulate filter for the last kilometers traveled, and a safety margin providing for the case where the effective speed of charge of the filter would deviate from this average speed.
  • this autonomy parameter P_auto could be calculated as a function of additional data, such as, for example, the distance traveled since the last active regeneration of the particulate filter.
  • the probability parameter P_prob is calculated using the following formula:
  • P_prob Max (D_moy - Delta_D0; Delta_D), where:
  • - D_moy is the distance usually traveled by the vehicle between two times when the driving conditions were conducive to the regeneration of the particle filter (distance obtained by statistics);
  • - Delta_D0 is the distance traveled since the last time tO where the driving conditions were conducive to the regeneration of the particulate filter;
  • Delta_D is the minimum distance between two active regenerations of the filter, imposed to prevent too frequent regenerations, especially in case of component malfunction.
  • control unit compares the values of these autonomy parameters P_auto and probability P_prob.
  • the control unit detects that the autonomy parameter P_auto is greater than the probability parameter P_prob, it assigns the constraint level Nc a reduced index, here equal to 1.
  • the engine setting for the flow rate of particles emitted by the engine out of the cylinders is not changed.
  • the superiority of the autonomy parameter P_auto means that a priori has sufficient autonomy to find driving conditions favorable to the regeneration of the filter before reaching the critical threshold of filling Sc.
  • step c) the engine is driven to substantially reduce the flow rate of particles emitted by the engine out of the cylinders. Indeed, if the engine remained piloted in this way, there would be a high probability that the filling of the filter exceeds its critical threshold Sc before we meet favorable taxi conditions.
  • the control of the engine in step c) makes it possible to regulate the flow rate of particles emitted by the engine out of the cylinders as a function of the degree of filling of the filter and of the probability that it exists to be able to regenerate it before it does not go beyond its sole criticism Sc.
  • the piloting unit estimates that the quantity of particles stored in the filter is not of concern, it controls the engine by favoring the reduction of its fuel consumption, even if it must cause an increase in the flow rate of particles emitted by the engine out of the cylinders.
  • the present invention is not limited to this embodiment described and shown, but the skilled person will be able to make any variant within his mind.
  • control unit it will be possible to program the control unit so that, when it detects that the filling ratio C_FAP is between the two thresholds D1 and D2, it assigns to the stress level Nc an index which varies continuously between 0 and 3, depending on the gap between the autonomy settings
  • the index of the stress level Nc attributed will tend to 0.
  • the index of the stress level Nc attributed will tend towards 3.
  • the control unit compares the filling rate C_FAP of the filter with a single threshold.
  • control unit detects that the filling ratio C_FAP is below the threshold, it assigns the stress level Nc a minimum index. Therefore, in step c), the motor is driven without any particular attention to the flow of particles emitted by the engine out of the cylinders.
  • control unit detects that the filling ratio C_FAP is greater than the threshold, it assigns the constraint level Nc a maximum index. Therefore, in step c), the motor is controlled so as to minimize the flow of particles emitted by the engine out of the cylinders.
  • This control method has the advantage of being particularly simple to implement, and therefore to be very reliable.
  • control unit compares the filling ratio C_FAP of the filter with four distinct thresholds D1, D2, D3, D4.
  • the thresholds D1 - D4 may be predetermined or variable.
  • step c) the motor is driven without any particular attention to the flow rate of particles emitted by the engine out of the cylinders.
  • control unit detects that the fill rate C_FAP is greater than the fourth threshold D4, it assigns the stress level Nc a maximum index, here equal to 6. Therefore, in step c), the engine is controlled so as to minimize the flow of particles emitted by the engine out of the cylinders.
  • control unit detects that the filling ratio C_FAP is between the two thresholds D2 and D3, it assigns the stress level Nc an intermediate index here equal to 3. Therefore, in step c), the motor setting the flow rate of particles emitted by the engine out of the cylinders being correct, it is not changed.
  • control unit If the control unit detects that the filling ratio C_FAP is between the two thresholds D1 and D2, it assigns to the stress level Nc an intermediate index equal, depending on the case, to 1 or 2.
  • control unit detects that the filling ratio C_FAP is between the two thresholds D3 and D4, it assigns to the stress level Nc an intermediate index equal, depending on the case, to 4 or 5.
  • the choice of the index among these values is, as in the first embodiment of the piloting method, carried out as a function of the estimated probability of meeting favorable running conditions to regenerate the filter before exceeding its critical filling threshold. Sc. More precisely, the choice of the index is made as a function of the difference between two parameters to be determined, namely an autonomy parameter P_auto1 or P_auto2 and a probability parameter P_prob.
  • the probability parameter P_prob is calculated using the formula described previously. It does not vary according to the case envisaged (C_FAP between D3 and D4 or between D1 and D2).
  • the autonomy parameter P_auto is different according to the case envisaged. It is in fact calculated according to the filling rate C_FAP of the filter, the average charge speed of the particulate filter and a predetermined safety margin. This safety margin will not be the same depending on whether the filter will be very full (C_FAP between D3 and D4) or not very full (C_FAP between D1 and D2).
  • the motor will be driven according to a greater variety of stress levels Nc, which will regulate more finely the flow of particles emitted by the engine as a function of the filling rate of the filter and the probability that it exists to be able to regenerate it before it exceeds its critical threshold Sc.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comportant une ligne d'échappement équipée d'un filtre à particules, comprenant : a) une étape d'acquisition d'un paramètre de charge (C_FAP) relatif au taux de remplissage du filtre à particules, b) une étape de comparaison dudit paramètre de charge avec au moins un seuil déterminé (D1, D2), c) une étape de pilotage du moteur à combustion interne en un point de fonctionnement déterminé en fonction de plusieurs critères d'importances différentes. Selon l'invention, l'un desdits critères étant le débit massique de particules entrant dans le filtre à particules, préalablement à l'étape c), on détermine en fonction du résultat de l'étape b) un coefficient appelé niveau de contrainte (Nc) qu'on applique au débit massique de particules pour pondérer l'importance de ce critère dans la détermination du point de fonctionnement du moteur. Ainsi, le moteur est piloté en tenant compte du taux de remplissage du filtre à particules, ce qui permet d'améliorer la gestion du compromis entre, d'une part, la contrainte sur le débit de particules dans la ligne d'échappement, et, d'autre part, les autres contraintes de réglage du moteur.

Description

PROCEDE DE PILOTAGE D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE ET MOTEUR A COMBUSTION INTERNE CORRESPONDANT
Domaine technique auquel se rapporte l'invention La présente invention concerne de manière générale la réduction de la consommation des moteurs à combustion interne.
Elle concerne plus particulièrement un procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comportant une ligne d'échappement équipée d'un filtre à particules, comprenant : a) une étape d'acquisition d'un paramètre de charge relatif au taux de remplissage du filtre à particules, b) une étape de comparaison dudit paramètre de charge avec au moins un seuil déterminé, c) une étape de pilotage du moteur à combustion interne en un point de fonctionnement déterminé en fonction de plusieurs critères d'importances différentes.
Elle concerne également un moteur à combustion interne équipé d'une unité de pilotage adaptée à mettre en oeuvre ce procédé de pilotage. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Les normes anti-pollution associent généralement une contrainte donnée à chaque type de polluant émis par le moteur (bruit compris).
Lorsque ces normes ne sont pas trop sévères, il est possible de trouver différents modes de pilotage permettant, pour un couple et un régime-moteur donnés, de satisfaire à ces normes. Il est en particulier possible de trouver un mode de pilotage qui, d'une part, satisfait ces normes, et, d'autre part, permet d'optimiser la consommation en carburant du moteur.
Toutefois, les normes associées aux moteurs à allumage par compression (Diesel) sont particulièrement sévères et nécessitent de perfectionner l'architecture et les systèmes de pilotage des moteurs à combustion interne.
Cependant, passé un certain niveau de perfectionnement, il n'est plus possible de passer les normes anti-pollution en ne jouant que sur l'architecture et les systèmes de pilotage des moteurs. Aussi est-il nécessaire de prévoir des systèmes de post-traitement des éléments polluants (de type filtre à particules) pour pouvoir trouver un compromis entre émissions de polluants, bruit, et autres contraintes. Seulement, ces systèmes de post-traitement sont onéreux à fabriquer, à entretenir et à implanter dans les véhicules automobiles. Ils sont par conséquent dimensionnés au juste nécessaire, si bien que le compromis entre les différentes contraintes demeure toujours délicat à gérer. Actuellement, les contraintes prises en compte pour piloter les moteurs sont déterminées en considérant la situation la plus défavorable au moteur, et sont donc indépendantes de la configuration dans laquelle les véhicules se trouvent effectivement (en ville, sur autoroute, ...).
En l'espèce, parmi les contraintes actuellement prises en compte et qui rendent ce compromis délicat à trouver, on peut citer le taux de chargement du filtre à particules. Il faut en effet prévoir la possibilité de le régénérer régulièrement, quelle que soit la configuration dans laquelle le véhicule se trouve.
La configuration la plus défavorable qui soit correspond à des successions de trajets courts et lents, au cours desquelles le moteur émet beaucoup de particules qui ne peuvent être brûlés puisque la ligne d'échappement reste froide.
Les procédés de pilotage connus sont alors paramétrés en fonction de ces pires conditions, sans vérifier si le véhicule se trouve effectivement dans ces pires conditions ou dans des conditions plus favorable. Ce type de réglage n'est donc pas optimisé, en particulier à l'égard de la consommation en carburant du moteur.
OBJET DE L'INVENTION
Afin de remédier à l'inconvénient précité de l'état de la technique, la présente invention propose un nouveau procédé de pilotage, dans lequel on tient compte en temps réel de la configuration dans laquelle se trouve le véhicule, de manière que le compromis soit plus aisé à trouver et qu'il ne se fasse pas au détriment de la consommation en carburant du moteur.
Plus particulièrement, on propose selon l'invention un procédé de pilotage tel que défini dans l'introduction, dans lequel, l'un desdits critères étant le débit massique de particules entrant dans le filtre à particules, préalablement à l'étape c), on détermine en fonction du résultat de l'étape b) un coefficient appelé niveau de contrainte qu'on applique au débit massique de particules pour pondérer l'importance de ce critère dans la détermination du point de fonctionnement du moteur. Ainsi, grâce à l'invention, le moteur est piloté en tenant compte du taux de remplissage du filtre à particules, ce qui permet d'améliorer la gestion du compromis entre, d'une part, la contrainte sur le débit de particules dans la ligne d'échappement, et, d'autre part, les autres contraintes de réglage du moteur.
L'invention consiste plus précisément à évaluer en temps réel la sévérité de la contrainte relative au taux de remplissage du filtre afin d'adapter en conséquence l'ensemble des réglages pouvant avoir un impact direct ou indirect sur la quantité de particules émises par les cylindres dans la ligne d'échappement. De cette manière, s'il apparaît que le taux de remplissage du filtre est faible, il est possible de piloter le moteur en privilégiant la réduction de sa consommation en carburant, quitte à ce que le débit massique de particules soit important et que le filtre se remplisse rapidement. En revanche, s'il apparaît que le taux de remplissage du filtre est important, il est possible de piloter le moteur de manière à privilégier la réduction de ses émissions de particules afin de repousser l'échéance à partir de laquelle ce taux de remplissage atteindra une valeur critique. Selon une caractéristique avantageuse du procédé de pilotage conforme à l'invention, le niveau de contrainte est également calculé en fonction de l'écart entre, d'une part, un paramètre d'autonomie relatif à la distance et/ou à la durée disponibles pour régénérer le filtre à particules dans des conditions de régénération favorables, et, d'autre part, un paramètre de probabilité relatif à la distance et/ou à la durée estimées comme étant nécessaires pour trouver des conditions de roulage propices à la régénération du filtre à particules.
Ainsi, le paramètre d'autonomie permet d'approximer la distance ou le temps de roulage restant avant d'atteindre le taux de remplissage critique, tandis que le paramètre de probabilité permet d'estimer (au vu des expériences passées) la distance ou le temps qui sera sans doute nécessaire avant de pouvoir régénérer le filtre. Par conséquent, il est possible d'évaluer le risque de rencontrer des problèmes de régénération du filtre, et, en fonction de ce risque, de piloter le moteur de manière à privilégier plutôt la réduction de ses émissions de particules ou plutôt la réduction de sa consommation en carburant. D'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé de pilotage conforme à l'invention sont les suivantes :
- le paramètre d'autonomie est calculé en fonction dudit paramètre de charge et/ou de la vitesse moyenne de charge du filtre à particules et/ou de la distance parcourue depuis la dernière régénération active du filtre à particules et/ou de la durée passée depuis la dernière régénération active du filtre à particules et/ou de la plage de taux de remplissage au sein de laquelle le filtre à particules peut être régénéré dans des conditions de régénération favorables ;
- le paramètre de probabilité est calculé en fonction de la distance parcourue et/ou de la durée passée depuis le dernier instant où les conditions de roulage étaient propices à la régénération du filtre à particules, et de la distance moyenne et/ou de la durée moyenne séparant deux instants où les conditions de roulage sont propices à la régénération du filtre à particules ;
- le paramètre de probabilité est également calculé en fonction de la distance minimum seuil et/ou de la durée minimum seuil séparant deux régénérations actives du filtre à particules ; - à l'étape b), on compare le paramètre de charge avec au moins deux seuils déterminés et, si le paramètre de charge est supérieur aux deux seuils ou inférieur aux deux seuils, on en déduit directement le niveau de contrainte ;
-en revanche, si le paramètre de charge est compris entre deux desdits seuils, le niveau de contrainte est calculé en fonction des paramètres d'autonomie et de probabilité ;
- chaque seuil présente une valeur fixe prédéterminée ;
- en variante, chaque seuil présente une valeur variable;
- ladite valeur variable est déduite des conditions d'utilisation habituelles du moteur à combustion interne ; - le niveau de contrainte varie continûment ou par paliers.
Elle concerne également un moteur à combustion interne comportant des cylindres, une ligne d'admission d'air frais dans les cylindres, des moyens d'injection de carburant dans les cylindres, une ligne d'échappement des gaz brûlés hors des cylindres qui est équipée d'un filtre à particules, et une unité de pilotage des débits d'air frais et de carburant injectés dans les cylindres, qui est adaptée à mettre en oeuvre ce procédé de pilotage.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'UN EXEMPLE DE RÉALISATION La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée.
Sur les dessins annexés :
- la figure 1 est un diagramme représentant les étapes a) et c) du procédé de pilotage conforme à l'invention ;
- la figure 2 est un graphique représentant la variation du taux de remplissage d'un filtre à particules d'un moteur en fonction de la distance parcourue par le véhicule équipé de ce moteur ; et - la figure 3 est un diagramme représentant les étapes a) et c) d'une variante de réalisation du procédé de pilotage représenté sur la figure 1.
L'invention s'applique à tout type de moteur à combustion interne rejetant des particules polluantes adaptées à être filtrées, et plus précisément à tout type de moteur à combustion interne à allumage par compression (Diesel).
Un tel moteur à combustion interne comprend classiquement un bloc- moteur pourvu de quatre cylindres.
En amont des cylindres, le moteur à combustion interne comporte une ligne d'admission qui prélève de l'air frais dans l'atmosphère et qui amène et répartit cet air frais dans chacun des cylindres du bloc-moteur. Cette ligne d'admission est ici équipée d'une vanne de régulation du débit d'air frais.
En sortie des cylindres, le moteur à combustion interne comporte une ligne d'échappement de gaz brûlés qui collecte les gaz brûlés qui sortent de chacun des cylindres et qui les évacue dans l'atmosphère après les avoir traités et filtrés. La ligne d'échappement est à cet effet équipée d'un catalyseur d'oxydation adapté à oxyder les éléments polluants provenant de la combustion du mélange d'air frais et de carburant dans les cylindres, et d'un filtre à particules adapté à retenir les particules et les suies provenant de cette combustion.
Le moteur à combustion interne comporte par ailleurs ici une ligne de recirculation des gaz brûlés (également appelée ligne EGR) qui prend naissance dans la ligne d'échappement, qui débouche dans la ligne d'admission et qui est équipée d'une vanne de régulation du débit de gaz brûlés.
Le moteur à combustion interne comporte par ailleurs des injecteurs de carburant qui débouchent dans les cylindres du moteur à combustion interne. En variante, on pourra bien sûr prévoir de faire déboucher ces injecteurs de carburant en amont des cylindres, dans la ligne d'admission.
Le moteur à combustion interne comporte enfin une unité de pilotage adaptée à piloter les différents organes du moteur, en particulier ici les vannes de régulation des débits de gaz brûlés et d'air frais ainsi que les injecteurs de carburant.
Cette unité de pilotage est en outre adaptée à acquérir, au moyen d'un capteur ad hoc, le taux instantané de remplissage C_FAP du filtre à particules qui, comme le montre la figure 2, varie entre 0 et 100 %.
Comme on le sait bien, à partir d'un certain taux de remplissage, ici appelé seuil critique de remplissage Sc, l'efficacité du filtre à particules diminue fortement et les gaz brûlés sortent difficilement de la ligne d'échappement. Il convient alors d'éliminer les particules qui encombrent le filtre avant d'atteindre ce seuil critique de remplissage Sc.
On distingue deux méthodes pour régénérer le filtre à particules. La première méthode, appelée régénération passive, consiste à profiter des conditions de température et de pression dans le filtre pour, lorsque ces conditions sont favorables, brûler les particules. Ces conditions favorables ne se rencontrent toutefois pas suffisamment souvent pour que les occasions de régénération passive (référencées 1 sur la figure 2) suffisent à éliminer toutes les particules retenues dans le filtre. La seconde méthode, appelée régénération active, consiste, lorsque le filtre est particulièrement encombré, à injecter un excédent de carburant dans les cylindres ou directement dans la ligne d'échappement, ce qui entraîne une phase d'oxydation exothermique du carburant dans le catalyseur d'oxydation. Les gaz d'échappement sortent alors du catalyseur d'oxydation avec une température très élevée et entrent dans le filtre à particules en brûlant la majorité des particules polluantes qui remplissent ce dernier. Plus efficace, cette méthode est cependant consommatrice de carburant et est donc utilisée à des occasions (référencées 2 sur la figure 2) aussi rares que possible.
Ces deux méthodes ont en commun de ne pouvoir être utilisées que lorsque le véhicule rencontre des « conditions de roulage favorables », c'est-à-dire des conditions qui permettent au filtre d'être régénéré soit de manière passive, soit à défaut de manière active avec le minimum d'effets indésirables, c'est-à-dire de manière peu coûteuse en consommation de carburant, avec une influence négligeable sur la conduite du véhicule, sur l'environnement, sur l'état des différents composants du véhicule, sans risque significatif d'emballement de la régénération...
En général, un roulage est d'autant plus favorable à la régénération du filtre qu'il est rapide et stable et que les arrêts y sont rares.
Ces conditions de roulage favorables sont en particulier tributaires de l'architecture du filtre à particules. Chaque filtre présente en effet une plage de taux de remplissage dans laquelle il devra être préférentiellement régénéré, un espacement minimum Delta_D entre deux régénérations actives afin d'éviter de le détériorer. Comme le montre la figure 2, le filtre sera ici préférentiellement régénéré sur une plage de taux de remplissage comprise entre 40 et 80 %. L'unité de pilotage est programmée pour mettre en œuvre le procédé de pilotage représenté sous forme de diagramme sur la figure 1. Ce procédé comporte trois étapes principales dont : a) une première étape d'acquisition du taux de remplissage C_FAP du filtre à particules, b) une seconde étape de comparaison de ce taux de remplissage C_FAP avec au moins un seuil déterminé, et c) une troisième étape de pilotage du moteur à combustion interne en un point de fonctionnement déterminé en fonction de plusieurs critères d'importances différentes.
Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, l'un desdits critères étant le débit massique de particules entrant dans le filtre à particules, préalablement à l'étape c), on détermine en fonction du résultat de l'étape b) un coefficient (appelé niveau de contrainte Nc) qu'on applique au débit massique de particules pour pondérer l'importance de ce critère dans la détermination du point de fonctionnement du moteur. Premier mode de pilotage
Plus précisément ici, au cours de la seconde étape b), l'unité de pilotage compare le taux de remplissage C_FAP du filtre avec deux seuils D1 , D2. Le premier seuil D1 correspond au taux de remplissage du filtre en dessous duquel il existe une forte probabilité de rencontrer des « conditions de roulage favorables » pour régénérer le filtre avant de dépasser le seuil critique de remplissage Sc. Le second seuil D2 correspond au taux de remplissage du filtre au-dessus duquel il existe une forte probabilité qu'on ne rencontre pas de telles « conditions de roulage favorables » avant de dépasser le seuil critique de remplissage Sc (à moins de modifier le niveau de contrainte Nc). Ces seuils D1 , D2 sont prédéterminés, c'est-à-dire qu'ils présentent des valeurs invariables et mémorisées dans l'unité de pilotage. Ils sont ici respectivement égaux à 30 % et 90 %.
En variante, on pourra prévoir que ces seuils présentent des valeurs variables, déduites par exemple des conditions d'utilisation habituelles du moteur à combustion interne. A titre d'exemple, on pourra prévoir que le premier seuil varie entre 20 et 40 % tandis que le second seuil varie entre 80 et 90 %.
Dans cette variante, l'unité de pilotage sera adaptée, d'une part, à déterminer le profil de roulage du véhicule, selon qu'il est généralement utilisé plutôt sur voies rapides ou plutôt en ville, et, d'autre part, à déduire de ce profil de roulage les valeurs des seuils. Les seuils présenteront alors des valeurs d'autant plus élevées que le véhicule sera utilisé sur voies rapides où les conditions de roulage sont favorables à la régénération du filtre.
Quoi qu'il en soit, ces seuils D1 , D2 étant connus, l'unité de pilotage les compare avec le taux de remplissage C_FAP du filtre.
Si l'unité de pilotage détecte que le taux de remplissage C_FAP est inférieur au premier seuil D1 , elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice minimum, ici égal à 0. De ce fait, à l'étape c), le moteur est piloté sans aucune attention particulière vis-à-vis du débit de particules émises par le moteur hors des cylindres. En effet, le filtre est si vide qu'on dispose alors d'une bonne marge de sécurité pour trouver des conditions de roulage favorables à sa régénération avant de dépasser le seuil critique de remplissage Sc. Pour piloter le moteur, il sera alors possible de privilégier la réduction de sa consommation en carburant.
En revanche, si l'unité de pilotage détecte que le taux de remplissage C_FAP est supérieur au second seuil D2, elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice maximum, ici égal à 3. De ce fait, à l'étape c), le moteur est piloté de manière à réduire au maximum le débit de particules émises par le moteur hors des cylindres. En effet, le remplissage du filtre atteint presque sa valeur critique Sc, si bien qu'il est nécessaire de piloter le moteur en privilégiant la réduction des émissions de particules, quand bien même cela se ferait au détriment de sa consommation en carburant. Enfin, si l'unité de pilotage détecte que le taux de remplissage C_FAP est compris entre les deux seuils D1 et D2, elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice intermédiaire égal, selon les cas, à 1 ou 2.
Le choix de l'indice parmi ces deux valeurs est ici réalisé en fonction de la probabilité estimée de rencontrer des conditions de roulage favorables pour régénérer le filtre avant de dépasser son seuil critique de remplissage Sc.
Plus précisément, le choix de l'indice est réalisé en fonction de l'écart entre deux paramètres à déterminer, à savoir un paramètre d'autonomie P_auto et un paramètre de probabilité P_prob.
Le paramètre d'autonomie P_auto est ici relatif à la distance disponible pour régénérer le filtre à particules dans des conditions de régénération favorables (lorsque son taux de remplissage est compris entre 40 et 80 %, ...).
Le paramètre de probabilité P_prob est quant à lui relatif à la distance probablement nécessaire pour trouver des conditions de roulage propices à la régénération du filtre à particules. Ces paramètres sont ici exprimés sous forme de distances. On pourrait en variante prévoir de les exprimer sous forme de durées. Quoi qu'il en soit, ici, le paramètre d'autonomie P_auto est calculé en fonction du taux de remplissage C_FAP du filtre, de la vitesse moyenne de charge du filtre à particules et d'une marge de sécurité prédéterminée.
En effet, comme le montre la figure 2, à l'instant t, il est possible d'approximer avec une fonction affine F1 le nombre de kilomètres restant avant que le taux de remplissage du filtre n'atteigne son seuil critique Sc. Le coefficient directeur de cette fonction affine F1 est à cet effet choisi en fonction de la vitesse moyenne constatée de charge du filtre à particules sur les derniers kilomètres parcourus, et d'une marge de sécurité prévoyant le cas où la vitesse effective de charge du filtre s'écarterait de cette vitesse moyenne.
En variante, on pourrait calculer ce paramètre d'autonomie P_auto en fonction de données supplémentaires, telles que par exemple la distance parcourue depuis la dernière régénération active du filtre à particules.
Le paramètre de probabilité P_prob est quant à lui calculé au moyen de la formule suivante :
P_prob = Max (D_moy - Delta_D0 ; Delta_D), où :
- D_moy correspond à la distance généralement parcourue par le véhicule entre deux instants où les conditions de roulage étaient propices à la régénération du filtre à particules (distance obtenue par statistique) ; - Delta_D0 correspond à la distance parcourue depuis le dernier instant tO où les conditions de roulage étaient propices à la régénération du filtre à particules ; et
- Delta_D correspond à la distance minimale à parcourir entre deux régénérations actives du filtre, imposée pour prévenir des régénérations trop fréquentes, en particulier en cas de dysfonctionnement des composants.
Puis, l'unité de pilotage compare les valeurs de ces paramètres d'autonomie P_auto et de probabilité P_prob.
Si, comme cela est représenté sur la figure 2, l'unité de pilotage détecte que le paramètre d'autonomie P_auto est supérieur au paramètre de probabilité P_prob, elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice réduit, ici égal à 1. De ce fait, à l'étape c), le réglage du moteur concernant le débit de particules émises par le moteur hors des cylindres n'est pas modifié. En effet, la supériorité du paramètre d'autonomie P_auto signifie qu'on dispose a priori d'une autonomie suffisante pour trouver des conditions de roulage favorables à la régénération du filtre avant d'atteindre le seuil critique de remplissage Sc.
En revanche, si l'unité de pilotage détecte que le paramètre d'autonomie P_auto est inférieur au paramètre de probabilité P_prob, elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice important, ici égal à 2. De ce fait, à l'étape c), le moteur est piloté de manière à réduire sensiblement le débit de particules émises par le moteur hors des cylindres. En effet, si le moteur restait piloté de la sorte, il existerait une forte probabilité que le remplissage du filtre dépasse son seuil critique Sc avant qu'on ne rencontre des conditions de roulage favorables.
En résumé, le pilotage du moteur à l'étape c) permet de réguler le débit de particules émises par le moteur hors des cylindres en fonction du taux de remplissage du filtre et de la probabilité qu'il existe de pouvoir le régénérer avant qu'il ne dépasse son seul critique Sc. Ainsi, lorsque l'unité de pilotage estime que la quantité de particules stockées dans le filtre n'est pas préoccupante, elle pilote le moteur en privilégiant la réduction de sa consommation en carburant, même si cela doit engendrer une augmentation du débit de particules émises par le moteur hors des cylindres. La présente invention n'est nullement limitée à ce mode de réalisation décrit et représenté, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit.
Second mode de pilotage
En particulier, selon un second mode de réalisation du procédé de pilotage conforme à l'invention, on pourra prévoir de faire varier l'indice du niveau de contrainte Nc de manière continue entre 0 et 3.
Dans cette variante, on pourra programmer l'unité de pilotage pour que, lorsqu'elle détecte que le taux de remplissage C_FAP est compris entre les deux seuils D1 et D2, elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice qui varie continûment entre 0 et 3, en fonction de l'écart entre les paramètres d'autonomie
P_auto et de probabilité P_prob.
Plus précisément, lorsque le paramètre d'autonomie P_auto sera très supérieur au paramètre de probabilité P_prob, l'indice du niveau de contrainte Nc attribué tendra vers 0. Au contraire, lorsque le paramètre d'autonomie P_auto sera très inférieur au paramètre de probabilité P_prob, l'indice du niveau de contrainte Nc attribué tendra vers 3.
Enfin, lorsque le paramètre d'autonomie P_auto sera égal au paramètre de probabilité P_prob, l'indice du niveau de contrainte Nc attribué sera égal à 1 ,5. Troisième mode de pilotage
Selon un troisième mode de réalisation du procédé de pilotage conforme à l'invention, on pourra prévoir qu'au cours de la seconde étape b), l'unité de pilotage compare le taux de remplissage C_FAP du filtre avec un unique seuil.
Dans ce mode de réalisation, si l'unité de pilotage détecte que le taux de remplissage C_FAP est inférieur au seuil, elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice minimum. De ce fait, à l'étape c), le moteur est piloté sans aucune attention particulière vis-à-vis du débit de particules émises par le moteur hors des cylindres.
En revanche, si l'unité de pilotage détecte que le taux de remplissage C_FAP est supérieur au seuil, elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice maximum. De ce fait, à l'étape c), le moteur est piloté de manière à réduire au maximum le débit de particules émises par le moteur hors des cylindres.
Ce procédé de pilotage présente l'avantage d'être particulièrement simple à mettre en oeuvre, et donc d'être très fiable.
Quatrième mode de pilotage Selon un quatrième mode de réalisation du procédé de pilotage conforme à l'invention illustré sur la figure 3, on pourra prévoir qu'au cours de la seconde étape b), l'unité de pilotage compare le taux de remplissage C_FAP du filtre avec quatre seuils D1 , D2, D3, D4 distincts.
Dans ce mode de réalisation, les seuils D1 - D4 pourront être prédéterminés ou variables.
Quoi qu'il en soit, si l'unité de pilotage détecte que le taux de remplissage
C_FAP est inférieur au premier seuil D1 , elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice minimum, ici égal à 0. De ce fait, à l'étape c), le moteur est piloté sans aucune attention particulière vis-à-vis du débit de particules émises par le moteur hors des cylindres.
Si l'unité de pilotage détecte que le taux de remplissage C_FAP est supérieur au quatrième seuil D4, elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice maximum, ici égal à 6. De ce fait, à l'étape c), le moteur est piloté de manière à réduire au maximum le débit de particules émises par le moteur hors des cylindres.
Si l'unité de pilotage détecte que le taux de remplissage C_FAP est compris entre les deux seuils D2 et D3, elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice intermédiaire ici égal à 3. De ce fait, à l'étape c), le réglage du moteur concernant le débit de particules émises par le moteur hors des cylindres étant correct, il n'est pas modifié.
Si l'unité de pilotage détecte que le taux de remplissage C_FAP est compris entre les deux seuils D1 et D2, elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice intermédiaire égal, selon les cas, à 1 ou 2.
Enfin, si l'unité de pilotage détecte que le taux de remplissage C_FAP est compris entre les deux seuils D3 et D4, elle attribue au niveau de contrainte Nc un indice intermédiaire égal, selon les cas, à 4 ou 5.
Le choix de l'indice parmi ces valeurs est, comme dans le premier mode de réalisation exposé du procédé de pilotage, réalisé en fonction de la probabilité estimée de rencontrer des conditions de roulage favorables pour régénérer le filtre avant de dépasser son seuil critique de remplissage Sc. Plus précisément, le choix de l'indice est réalisé en fonction de l'écart entre deux paramètres à déterminer, à savoir un paramètre d'autonomie P_auto1 ou P_auto2 et un paramètre de probabilité P_prob.
Le paramètre de probabilité P_prob est calculé au moyen de la formule exposée précédemment. Il ne varie donc pas selon le cas envisagé (C_FAP compris entre D3 et D4 ou entre D1 et D2).
Le paramètre d'autonomie P_auto est quant à lui différent suivant le cas envisagé. Il est en effet calculé en fonction du taux de remplissage C_FAP du filtre, de la vitesse moyenne de charge du filtre à particules et d'une marge de sécurité prédéterminée. Cette marge de sécurité ne sera pas la même selon que le filtre sera très rempli (C_FAP compris entre D3 et D4) ou peu rempli (C_FAP compris entre D1 et D2).
En résumé, dans ce mode de réalisation, le moteur sera piloté en fonction d'une plus grande variété de niveaux de contrainte Nc, ce qui permettra de réguler plus finement le débit de particules émises par le moteur en fonction du taux de remplissage du filtre et de la probabilité qu'il existe de pouvoir le régénérer avant qu'il ne dépasse son seuil critique Sc.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de pilotage d'un moteur à combustion interne comportant une ligne d'échappement équipée d'un filtre à particules, comprenant : a) une étape d'acquisition d'un paramètre de charge (C_FAP) relatif au taux de remplissage du filtre à particules, b) une étape de comparaison dudit paramètre de charge (C_FAP) avec au moins un seuil déterminé (D1 , D2), c) une étape de pilotage du moteur à combustion interne en un point de fonctionnement déterminé en fonction de plusieurs critères d'importances différentes, caractérisé en ce que l'un desdits critères est le débit massique de particules entrant dans le filtre à particules et en ce que, préalablement à l'étape c), on détermine en fonction du résultat de l'étape b) un coefficient appelé niveau de contrainte (Nc) qu'on applique au débit massique de particules pour pondérer l'importance de ce critère dans la détermination du point de fonctionnement du moteur.
2. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel le niveau de contrainte (Nc) est également calculé en fonction de l'écart entre, d'une part, un paramètre d'autonomie (P_auto) relatif à la distance et/ou à la durée disponibles pour régénérer le filtre à particules dans des conditions de régénération favorables, et, d'autre part, un paramètre de probabilité (P_prob) relatif à la distance et/ou à la durée estimées comme étant nécessaires pour trouver des conditions de roulage propices à la régénération du filtre à particules.
3. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel le paramètre d'autonomie (P_auto) est calculé en fonction dudit paramètre de charge (C_FAP) et/ou de la vitesse moyenne de charge du filtre à particules et/ou de la distance parcourue depuis la dernière régénération active du filtre à particules et/ou de la durée passée depuis la dernière régénération active du filtre à particules et/ou de la plage de taux de remplissage au sein de laquelle le filtre à particules peut être régénéré dans des conditions de régénération favorables.
4. Procédé de pilotage selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel le paramètre de probabilité (P_prob) est calculé en fonction de la distance parcourue et/ou de la durée passée depuis le dernier instant où les conditions de roulage étaient propices à la régénération du filtre à particules, et de la distance moyenne et/ou de la durée moyenne séparant deux instants où les conditions de roulage sont propices à la régénération du filtre à particules.
5. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel le paramètre de probabilité (P_prob) est également calculé en fonction de la distance minimum seuil et/ou de la durée minimum seuil séparant deux régénérations actives du filtre à particules.
6. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, à l'étape b), on compare le paramètre de charge (C_FAP) avec au moins deux seuils déterminés (D1 , D2) et, si le paramètre de charge (C_FAP) est supérieur aux deux seuils (D1 , D2) ou inférieur aux deux seuils (D1 , D2), on en déduit directement le niveau de contrainte (Nc).
7. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes prise en dépendance de la revendication 2, dans lequel, à l'étape b), on compare le paramètre de charge (C_FAP) avec au moins deux seuils (D1 , D2) déterminés et, si le paramètre de charge est compris entre deux desdits seuils (D1 , D2), le niveau de contrainte (Nc) est calculé en fonction des paramètres d'autonomie et de probabilité (P_auto, P_prob).
8. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque seuil (D1 , D2) présente une valeur fixe prédéterminée.
9. Procédé de pilotage selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel chaque seuil (D1 , D2) présente une valeur variable.
10. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel ladite valeur variable est déduite des conditions d'utilisation habituelles du moteur à combustion interne.
1 1. Procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le niveau de contrainte (Nc) varie continûment ou par paliers.
12. Moteur à combustion interne comportant des cylindres, une ligne d'admission d'air frais dans les cylindres, des moyens d'injection de carburant dans les cylindres, une ligne d'échappement des gaz brûlés hors des cylindres qui est équipée d'un filtre à particules, et une unité de pilotage des débits d'air frais et de carburant injectés dans les cylindres, caractérisé en ce que l'unité de pilotage est adaptée à mettre en oeuvre un procédé de pilotage selon l'une des revendications précédentes.
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