EP2192293A1 - Stratégie de régénération d'un filtre à particules - Google Patents

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EP2192293A1
EP2192293A1 EP09173503A EP09173503A EP2192293A1 EP 2192293 A1 EP2192293 A1 EP 2192293A1 EP 09173503 A EP09173503 A EP 09173503A EP 09173503 A EP09173503 A EP 09173503A EP 2192293 A1 EP2192293 A1 EP 2192293A1
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EP
European Patent Office
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fuel
strategy
engine
injected
strategy according
Prior art date
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EP09173503A
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German (de)
English (en)
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EP2192293B1 (fr
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Pascal Folliot
Arnold Singer
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PSA Automobiles SA
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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Publication date
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
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    • F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/029—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a particulate filter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/10—Introducing corrections for particular operating conditions for acceleration
    • F02D41/107—Introducing corrections for particular operating conditions for acceleration and deceleration

Definitions

  • the invention relates to the field of the depollution of exhaust gases from a combustion engine, and more specifically to the regeneration of a soot particle filter used in the pollution of exhaust gases.
  • Pollutant emission levels for motor vehicles are regulated, including the level of particulate emissions.
  • One of the proposed solutions for achieving regulatory PM levels is to provide vehicles with a particulate filter.
  • This filter is disposed in the exhaust circuit of the gases from the combustion of a fuel mixture in the engine.
  • This filter may consist of various materials having a certain porosity, in order to allow efficient trapping of the particles.
  • the trapped particles are periodically removed by oxidation. By bringing the particles above a certain temperature, they are oxidized and the filter is regenerated.
  • the temperature of the exhaust gas at idle of a diesel engine comprising a turbocharger is of the order of 150 ° C. at the turbine outlet, while the oxidation temperature of the particles is of the order of 550 ° C. C (and may optionally be lowered to around 450 ° C with a suitable additive).
  • the additional energy to be added to the exhaust during the regeneration phases of the filter is provided by a degradation of the combustion and can be assisted by using the post injection, that is to say the fuel injection in the combustion chamber at the end of the combustion cycle, or at the end of relaxation or at the beginning of the exhaust phase.
  • oxidation catalyst positioned in the exhaust line upstream of the particulate filter is heated. For this, it degrades the combustion in the engine cylinders by sub-stalling the main fuel injection, and vannant the intake of air into the engine.
  • late fuel injections are made in the cylinders (post-injection).
  • the fuel injected late may burn completely or partially in the engine, thus generating an increase in the temperature of the exhaust gas or causing an increase in emissions of carbon monoxide and unburned hydrocarbons to the exhaust that will oxidize on the oxidation catalyst, previously heated, and thus creating an increase in heat.
  • the fuel of the post injection as performed in the prior art, is mainly burned in the combustion chamber.
  • the residue is treated by the oxidation catalyst, generating an exotherm to bring the exhaust gas to a temperature sufficient to oxidize the soot present in the particulate filter.
  • the fuel injected late and does not burn in the combustion chamber may cause the formation of a liquid fuel film on the inner walls of the engine cylinders.
  • a portion of fuel can pass under the piston and mix with the engine lubricating oil.
  • Such dilution adversely affects the lubricating properties of the oil, and can be detrimental to engine reliability, resulting in premature wear.
  • frequent draining of the engine lubrication system is necessary.
  • level 2 regeneration In order to improve the compromise between the efficiency of exhaust gas heating and the dilution of the engine lubricant with fuel, a strategy has recently been developed, namely to massively use post-injection particularly late in the cycle. motor, with a typical phasing between 160 ° and 180 °.
  • This strategy is employed in the second stage of the regeneration, referred to as level 2 regeneration, when the oxidation catalyst positioned upstream of the particle filter is primed, that is to say hot enough to treat the unburned hydrocarbons by the engine, thus generating the exotherm for the heating of the exhaust gases allowing the oxidation of soot in the particulate filter.
  • This lack of oxygen is related to a delay of the air loop inherent in the overall dynamics of the latter as well as to the performance of the actuators (metering device, actuator of a turbocharger with variable geometry, etc.).
  • these untreated hydrocarbons in the catalyst represent a "shortfall" in the exhaust gas temperature at the inlet of the particulate filter. that is to say that they were introduced in pure loss and do not participate in the expected extent to the heating of the exhaust gas.
  • the solution to these problems is to provide a particular strategy for late fuel post-injections during the regeneration of a particulate filter.
  • the invention therefore relates to a regeneration strategy of a particulate filter fitted to the exhaust line of a combustion engine, said line further comprising at least one oxidation catalyst upstream of the particulate filter said filter being regenerated periodically by heating the exhaust gases by late post-injections into the engine cylinders, wherein a basic set of fuel volume to be injected is determined during a late post-injection, and characterized in that the amount of available oxygen at the inlet of the oxidation catalyst immediately preceding the filter and the quantity of fuel capable of being burned with this quantity of oxygen, and that a revised setpoint equal to the basic instruction capped at the amount of fuel capable of being burned.
  • the revised setpoint is also capped at the maximum amount of fuel that can be injected as a function of the catalyst temperature so that the fuel injected does not cause the exceeding of a predetermined threshold of the temperature of the gases. exhaust.
  • a flow map of late post-injection depending on the flow of the exhaust gas and the temperature upstream of the particle filter ensures that the exotherm generated by the KTA does not exceed a critical value.
  • the revised setpoint is also capped at the maximum allowable amount as a function of the operating point of the engine so that the dilution of the engine lubricant with fuel is contained at a predefined maximum value.
  • the revised setpoint is also set to zero if the quantity of fuel to be injected is less than the minimum quantity that the injection means can dose with the desired precision.
  • the revised setpoint is so low that it could not be precisely metered, this could lead to the injection of a small amount of fuel that could not be processed by the catalyst due to lack of oxygen or that would lead to a dreaded phenomenon, such as overheating of the line or excessive dilution of the lubricant. To avoid this, it is better not to inject fuel.
  • the difference between the basic setpoint and the revised setpoint is stored.
  • This storage can be done through a conventional electronic architecture, or directly in the engine control system equipping the engine to which we will apply the strategy.
  • This storage will allow the subsequent use of the non-injected quantity of fuel with respect to the setpoint of based.
  • This difference may result from a lack of oxygen in the exhaust gas, adverse thermal conditions, or an inability to dose a set of instructions that has become too small.
  • the basic setpoint is modified by adding the difference stored in memory.
  • the fuel that could not be injected during the previous late post-injection can then be injected, if the conditions are favorable, that is to say if the conditions that will be evaluated according to the strategy according to the The invention will be fulfilled, namely the presence of sufficient oxygen in the exhaust gas, adequate thermal conditions, and the fact of not causing a problem of dilution of the lubricant with fuel.
  • the difference stored in memory is limited to a predefined maximum value. This limitation makes it possible not to accumulate in memory a too large quantity of fuel, which would be long to destock afterwards, and would upset the calibration of the predefined regeneration strategies.
  • the difference stored in memory is reset at the exit of a regeneration phase involving late post-injections of fuel.
  • the strategy aims to optimize the regeneration phases of the filter by improving the use of fuel injected late during regeneration, or even a particular phase of a regeneration during which post-injections are used. particularly late. There is no reason to postpone the amount of fuel that could not be injected during regeneration on the next one.
  • the invention also relates to the application of a regeneration strategy of a particulate filter as described above to an engine control device, said engine control being further provided with means for applying a protection strategy thermal of an exhaust line and / or protection against the dilution of the engine lubricating oil, characterized in that the thermal protection strategy and / or the protection strategy against the dilution of the lubricating oil the engine has priority over the regeneration strategy as previously described.
  • a protection strategy thermal of an exhaust line and / or protection against the dilution of the lubricating oil characterized in that the thermal protection strategy and / or the protection strategy against the dilution of the lubricating oil the engine has priority over the regeneration strategy as previously described.
  • the figure 1 represents on a temporal graph the temperature upstream of the filter and the unburned hydrocarbon emissions, with and without the developed strategy.
  • the figure 2 represents on a temporal graph the quantities of fuel injected during late post-injections, in different configurations.
  • the figure 3 presents in the form of a logic diagram a strategy according to the invention, in a particular embodiment.
  • Curve A represents the input temperature of the particle filter over time, when a strategy in accordance with the invention is involved.
  • Curve B represents the input temperature of the particle filter over time, over time. the same rolling cycle, in the absence of a strategy according to the invention.
  • Curve C shows the concentration of unburned hydrocarbons in the exhaust gas when a strategy according to the invention is involved.
  • the curve D shows the unburned hydrocarbon concentration in the exhaust gas in the absence of a strategy according to the invention.
  • the observed cycle is an essentially urban cycle, traveled by a vehicle of the M1 segment and equipped with a 1.6L diesel engine of displacement.
  • the average temperature is not altered, and even slightly increased by the application of the strategy, while unburned hydrocarbon emissions are greatly reduced, and are more than divided by 2 in this particular case.
  • the figure 2 makes it possible to understand the contribution of the memorization of the quantities of non-injected fuel in the developed strategy.
  • the time in seconds flowing during the studied cycle is presented on the abscissa.
  • On the ordinate are two separate scales.
  • the scale on the left corresponds to the cumulative mass, in grams, of fuel injected during late post-injections during the cycle under consideration.
  • On the right the scale corresponds to the speed in kilometers per hour of the vehicle considered running through the cycle. Note that this cycle is identical to that shown on the figure 1 , that is, an essentially urban cycle.
  • the speed throughout the cycle is represented by the curve H.
  • Curve E represents the cumulative mass of fuel injected in the context of late post-injections during the cycle, in the absence of a specific strategy such as described in the invention.
  • Curve F represents the cumulative mass of fuel injected in the context of late post-injections during the cycle, when a strategy according to the invention is put into play.
  • Curve G represents the cumulative mass of fuel injected in the context of late post-injections during the cycle, when a strategy of limiting the quantity of fuel injected according to the oxygen available in the exhaust line is put into play. upstream of the last catalyst preceding the particulate filter, but without storing the amount of fuel not injected due to the limitation.
  • the amount of fuel introduced in the context of the strategy developed is substantially equivalent to that which would be without the strategy (curve E). This indicates that there is not a significant shortfall in the amount of fuel injected, which could result in less heating of the exhaust gases.
  • the fuel injected when the strategy is applied optimally in that all the fuel injected will actually participate in the warming of the exhaust gas, the temperature obtained is equivalent or slightly higher with the application of a strategy according to the invention.
  • the late fuel post-injections can be temporally shifted by the strategy (time shift between the variations of the curve E and of the curve F).
  • the difference in mass injected in the end can be related to several phenomena, according to the variant of the applied invention.
  • the quantity of non-injected fuel stored in memory may have reached a predefined maximum, according to one of the variants of the invention. Once this maximum is reached, new quantities of non-injected fuel can not be accumulated in memory.
  • the vehicle is released, one or more times during the cycle, regeneration phases of the filter involving late post-injections, or it has left completely a phase of regeneration of the filter. In such cases, and according to the variant of the invention applied, the amount of unadjected fuel stored in memory can be reset.
  • the curve G makes it possible to understand the importance of storing the non-injected quantities due to an insufficient amount of oxygen in the exhaust gas.
  • the late injection setpoint is limited when the running conditions do not allow the catalyst to convert all unburned hydrocarbons.
  • the quantity of non-injected diesel is stored and then reinjected when the conditions are better, while respecting the dilution and thermal in the exhaust line. If it were sufficient to limit the injection without subsequently injecting the non-injected fuel due to the limitation, it would be possible under certain conditions to achieve the quantity of fuel injected during the late post-injections represented by the curve G. In this case, In specific cases, the cumulative lack of injected fuel is important, and would result in a weakness of the temperature increase of the exhaust gases.
  • the figure 3 presents in the form of a logic diagram the course of a strategy according to the invention, in a particular embodiment in which, in addition to the maximum fuel volume injectable as a function of the oxygen available to the exhaust, account is taken of the minimum volume that can be metered by the injection system, the temperature of the catalyst, and the phenomenon of dilution of the engine lubricant with fuel.
  • a basic setpoint Q0 of the quantity to be injected during a late post-injection participating in the regeneration of a particle filter is established, according to a predefined calculation method or cartography.
  • the basic setpoint is modified according to modalities that will be discussed later to obtain a modified base setpoint Q1.
  • Q1 is equal to Q0.
  • a first phase E1 the maximum fuel volume Qmax 02 that can be introduced to the exhaust during late post-injections as a function of the quantity of oxygen available to the exhaust is calculated, in particular so that unburned hydrocarbons thus introduced may be burned or treated with an oxidation catalyst present in the exhaust line upstream of the particulate filter.
  • the basic reference volume 01 is compared with the volume Qmax 02.
  • a revised reference volume Q2 is defined equal to Q1 if Q1 is less than Qmax 02 and equal to Qmax 02 if Q1 is greater than Qmax 02. In the latter case, the difference between Q1 and Qmax 02 is added in the memory of an accumulator A.
  • a second phase E2 the minimum fuel volume Qinj min that can be introduced to the exhaust during the late post-injections according to the metering accuracy of the fuel injection means in the engine.
  • the volume Q2 is compared with the volume Qinj min.
  • Q2 is added to the memory of the accumulator A.
  • a third phase E3 the maximum fuel volume Qmax Kta that can be introduced to the exhaust during late post-injections as a function of the temperature of the catalyst positioned upstream of the particulate filter, and the influence that will have this injection on the catalyst temperature.
  • the volume Q3 is compared with the volume Qmax Kta.
  • a fourth volume Q4 equal to Q3 if Q3 is less than Qmax Kta, and equal to Qmax Kta if Q3 is greater than Qmax Kta.
  • the difference between Q3 and Qmax Kata is added to the memory of the accumulator A.
  • a fourth phase E4 the maximum fuel volume Qmax Dil that can be introduced to the exhaust during late post-injections is calculated as a function of the dilution of the engine lubricant with the fuel that would be induced by the late post-injections.
  • the volume Q4 is compared with the volume Qmax Dil.
  • a second volume Q5 is defined, equal to Q4 if Q4 is less than Qmax Dil, and equal to Qmax Dil if Q4 is greater than Qmax Dil. In the latter case, the difference between Q4 and Qmax Dil is added to the memory of the accumulator A.
  • the revised and capped set volume taking into account the aforementioned factors Q5 is then injected into an INJ injection step.
  • the amount of fuel stored, corresponding to the difference between the accumulator A is added to the set volume.
  • the invention makes it possible to reduce the peaks of emission of unburned hydrocarbons , and to limit the late post-injections carried out in pure loss.
  • the overconsumption of the motor associated with the regeneration of the filter is limited, and the phenomenon of dilution of the lubricating oil with fuel is reduced.

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Abstract

L'invention porte sur une stratégie de régénération d'un filtre à particules équipant la ligne d'échappement d'un moteur à combustion, ladite ligne comportant en outre au moins un catalyseur d'oxydation en amont du filtre à particules, ledit filtre étant régénéré périodiquement en échauffant les gaz d'échappement grâce à des post-injections tardives dans les cylindres du moteur, dans laquelle on détermine une consigne de base (Q0, Q1) du volume de carburant à injecter lors d'une post-injection tardive, et caractérisée en ce que l'on détermine la quantité d'oxygène disponible à l'entrée du catalyseur d'oxydation précédant immédiatement le filtre et la quantité de carburant (Qmax) capable d'être brûlée avec cette quantité d'oxygène, et que l'on détermine une consigne révisée (Q2) égale à la consigne de base plafonnée à la quantité de carburant capable d'être brûlée. L'invention porte également sur l'application d'une telle stratégie à un dispositif de contrôle moteur.

Description

  • L'invention porte sur le domaine de la dépollution des gaz d'échappement issus d'un moteur à combustion, et plus précisément sur la régénération d'un filtre à particules de suies mis en jeu dans la dépollution des gaz d'échappement.
  • Les niveaux d'émissions polluantes des véhicules automobiles sont réglementés, et notamment le niveau d'émissions de particules. Une des solutions proposées pour atteindre les niveaux d'émissions de particules réglementaires consiste à doter les véhicules d'un filtre à particules. Ce filtre est disposé dans le circuit d'échappement des gaz issus de la combustion d'un mélange carburé dans le moteur. Ce filtre peut être constitué de divers matériaux présentant une certaine porosité, afin de permettre un piégeage efficace des particules. Dans un type de filtre largement utilisé notamment sur des applications automobiles, les particules piégées sont périodiquement éliminées par oxydation. En portant les particules au-delà d'une certaine température, elles sont oxydées et le filtre est ainsi régénéré.
  • L'obtention de cette température d'oxydation est une difficulté majeure dans l'utilisation d'un filtre à particule. Typiquement, la température des gaz d'échappement au ralenti d'un moteur Diesel comportant un turbocompresseur est de l'ordre de 150°C en sortie de turbine, tandis que la température d'oxydation des particules est de l'ordre de 550°C (et peut éventuellement être abaissée autour de 450°C à l'aide d'un additif approprié).
  • Classiquement le complément d'énergie à apporter à l'échappement lors des phases de régénération du filtre est fourni par une dégradation de la combustion et peut être secondé par utilisation de la post injection, c'est-à-dire l'injection de carburant dans la chambre de combustion à la fin du cycle de combustion, voire en fin de détente ou en début de phase d'échappement.
  • Il est connu lors d'une régénération d'un filtre à particules de suie de réaliser l'échauffement nécessaire à l'oxydation des suies dans le filtre en deux phases distinctes. Dans un premier temps, le catalyseur d'oxydation positionné dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particules est chauffé. Pour cela, on dégrade la combustion dans les cylindres du moteur en sous-calant l'injection principale de carburant, et en vannant l'admission d'air dans le moteur.
  • Dans un second temps, on réalise des injections tardives de carburant dans les cylindres (post-injection). Le carburant injecté tardivement peut brûler totalement ou partiellement dans le moteur, générant ainsi une élévation de la température des gaz d'échappement ou entraînant une augmentation des émissions de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés à l'échappement qui vont s'oxyder sur le catalyseur d'oxydation, chauffé précédemment, et créant ainsi une augmentation de chaleur.
  • Le carburant de la post injection, telle que réalisée dans l'art antérieur, est majoritairement brûlé dans la chambre de combustion. Le reliquat est traité par le catalyseur d'oxydation, en générant un exotherme permettant d'amener les gaz d'échappement à une température suffisante pour oxyder les suies présentes dans le filtre à particules.
  • La dégradation de la combustion et le recours à la post injection entraînent une augmentation de la dilution du gazole dans l'huile du circuit de lubrification du moteur. En effet, le carburant injecté tardivement et qui ne brûle pas dans la chambre de combustion peut entrainer la formation d'un film de carburant liquide sur les parois internes des cylindres du moteur. Malgré la segmentation portée par les pistons, une part de carburant peut passer sous le piston et se mélanger à l'huile de lubrification du moteur. Une telle dilution nuit aux propriétés lubrifiantes de l'huile, et peut être préjudiciable à la fiabilité du moteur, en entraînant son usure prématurée. De fait, pour éviter l'endommagement du moteur, des vidanges fréquentes du circuit de lubrification du moteur sont nécessaires.
  • Afin d'améliorer le compromis entre l'efficacité du chauffage des gaz d'échappement et la dilution du lubrifiant du moteur par du carburant, une stratégie a été mise au point dernièrement, consistant à utiliser massivement la post-injection particulièrement tardive dans le cycle moteur, avec un phasage typique entre 160° et 180°. Cette stratégie est employée dans la deuxième phase de la régénération, dite régénération de niveau 2, lorsque le catalyseur d'oxydation positionné en amont du filtre a particule est amorcé, c'est-à-dire suffisamment chaud pour traiter les hydrocarbures imbrûlés par le moteur, générant ainsi l'exotherme pour le réchauffement des gaz d'échappement permettant l'oxydation des suies dans le filtre à particules.
  • Cette nouvelle stratégie présente néanmoins un inconvénient majeur : dans certaines conditions, on constate à l'échappement des pics importants d'hydrocarbures imbrûlés essentiellement sur les décollages (démarrage du véhicule depuis l'arrêt) et les ré-attelages (accélération précédée d'une décélération) et dans une moindre mesure sur les retours du moteur vers le ralenti.
  • Ces pics sont la conséquence essentielle d'un manque d'oxygène dans les gaz d'échappement qui empêche la conversion complète des hydrocarbures dans le catalyseur. Le traitement des hydrocarbures imbrûlés par le catalyseur nécessite la disponibilité d'une quantité suffisante d'oxygène.
  • Ce manque d'oxygène est lié à un retard de la boucle d'air inhérent à la dynamique globale de celle-ci ainsi qu'à la performance des actionneurs (doseur, actionneur d'un turbocompresseur à géométrie variable, etc.). Outre le fait qu'ils impactent les émissions de polluants réglementés, ces hydrocarbures non traités dans le catalyseur représentent un « manque à gagner » vis-à-vis de la température des gaz d'échappement à l'entrée du filtre à particules, c'est-à-dire qu'ils ont été introduits en pure perte et ne participent pas dans la mesure attendue à l'échauffement des gaz d'échappement.
  • Les pics d'hydrocarbures observés sont donc la conséquence essentielle d'un manque d'oxygène dans les gaz d'échappement qui empêche leur conversion complète dans le catalyseur. Hors, actuellement, si la quantité d'oxygène dans les gaz d'échappement est relativement bien connue et prise en compte sur les régimes stabilisés du moteur, sa prise en compte précise n'est pas réalisée dans les phases transitoires (accélération et décélérations du moteur).
  • Par le réglage des paramètres de combustion du moteur, de l'admission d'air dans le moteur ou encore d'une boucle de recirculation des gaz d'échappement, on peut influer sur la quantité d'oxygène disponible pour la combustion ou le traitement des hydrocarbures présents dans les gaz d'échappement, mais le retard inhérent à l'adaptation de ces éléments ne permet pas d'apporter une réponse satisfaisante et complète à la problématique.
  • Dans la présente invention, la solution à ces problèmes consiste à proposer une stratégie particulière pour les post-injections tardives de carburant durant la régénération d'un filtre à particules.
  • Plus précisément, l'invention porte donc sur une stratégie de régénération d'un filtre à particules équipant la ligne d'échappement d'un moteur à combustion, ladite ligne comportant en outre au moins un catalyseur d'oxydation en amont du filtre à particules, ledit filtre étant régénéré périodiquement en échauffant les gaz d'échappement grâce à des post-injections tardives dans les cylindres du moteur, dans laquelle on détermine une consigne de base du volume de carburant à injecter lors d'une post-injection tardive, et caractérisée en ce que l'on détermine la quantité d'oxygène disponible à l'entrée du catalyseur d'oxydation précédant immédiatement le filtre et la quantité de carburant capable d'être brûlée avec cette quantité d'oxygène, et que l'on détermine une consigne révisée égale à la consigne de base plafonnée à la quantité de carburant capable d'être brûlée. Il est possible de choisir si la concentration d'oxygène en amont du catalyseur d'oxydation provient directement de la mesure par sonde lambda ou si elle est recalculée. Le calcul du débit de gazole maximal que le catalyseur d'oxydation peut convertir tout en respectant une consigne de pourcentage d'02 en entrée du filtre à particules peut être effectué de différentes manières.
  • De préférence, on plafonne en outre la consigne révisée à la quantité maximale de carburant que l'on peut injecter en fonction de la température du catalyseur de sorte que le carburant injecté n'entraine pas le dépassement d'un seuil prédéterminé de température des gaz d'échappement. Pour cela, une cartographie de débit des post-injections tardives dépendante du débit des gaz d'échappement et de la température en amont du filtre à particule garantit que l'exotherme généré par le KTA ne dépasse pas une valeur critique.
  • De préférence, on plafonne en outre la consigne révisée à la quantité maximale admissible en fonction du point de fonctionnement du moteur de sorte que la dilution du lubrifiant du moteur par du carburant soit contenue à une valeur maximale prédéfinie. Ainsi, on s'assure que la mise en place de a stratégie selon l'invention ne sera pas préjudiciable à la fiabilité du moteur, qui peut être remise en cause par le phénomène de dilution.
  • De préférence, on porte en outre la consigne révisée à zéro si la quantité de carburant à injecter est inférieure à la quantité minimale que peuvent doser les moyens d'injection avec la précision souhaitée. En effet, si suite aux diverses limitations effectuées sur la consigne de base, la consigne révisée est tellement faible qu'elle ne pourrait être précisément dosée, cela pourrait conduire à l'injection d'une petite quantité de carburant qui ne pourrait être traitée par le catalyseur du fait du manque d'oxygène ou qui conduirait à un phénomène redouté, tel que la surchauffe de la ligne ou une dilution du lubrifiant excessive. Pour éviter cela, mieux vaut ne pas injecter de carburant.
  • De préférence, on met en mémoire de la différence entre la consigne de base et la consigne révisée. Cette mise en mémoire peut se faire au travers d'une architecture électronique classique, ou directement dans le système de contrôle moteur équipant le moteur auquel on va appliquer la stratégie. Cette mise en mémoire va permettre l'utilisation ultérieure de la quantité non injectée de carburant par rapport à la consigne de base. Cette différence peut résulter d'un manque d'oxygène dans les gaz d'échappement, de conditions thermiques défavorables, ou encore d'une incapacité à doser une consigne devenue trop petite.
  • De préférence, lors de la post-injection tardive suivante, la consigne de base est modifiée en lui ajoutant la différence mise en mémoire. Ainsi, le carburant qui n'a pu être injecté lors de la post-injection tardive précédente peut alors être injecté, si les conditions sont favorables, c'est-à-dire si les conditions qui seront évaluées en application de la stratégie selon l'invention seront remplies, à savoir la présence de suffisamment d'oxygène dans les gaz d'échappement, des conditions thermiques adéquates, et le fait de ne pas engendrer de problème de dilution du lubrifiant par du carburant.
  • Dans une variante de l'invention, la différence mise en mémoire est limitée à une valeur maximale prédéfinie. Cette limitation permet de ne pas cumuler en mémoire une quantité de carburant trop importante, qui serait longue à déstocker par la suite, et viendrait bouleverser la calibration des stratégies de régénération prédéfinies.
  • Dans une variante de l'invention, la différence mise en mémoire est remise à zéro dès la sortie d'une phase de régénération mettant en jeu des post-injections tardives de carburant. En effet, la stratégie vise à optimiser les phases de régénération du filtre en améliorant l'emploi fait du carburant injecté tardivement lors d'une régénération, ou même d'une phase particulière d'une régénération lors de laquelle on emploie des post-injections particulièrement tardives. Il n'y a pas de raison de reporter la quantité de carburant n'ayant pu être injectée lors d'une régénération sur la suivante.
  • La stratégie proposée est donc composée de deux fonctions principales :
    • L'adaptation de la quantité d'HC injectée par la post-injection tardive en fonction de la quantité d'oxygène disponible dans les gaz d'échappement ;
    • Le stockage en mémoire et réinjection ultérieure, quand les conditions redeviennent favorables, du débit non injecté pour compenser la perte thermique en amont du filtre à particules.
  • La post-injection du débit accumulé est réalisée en plus du débit de base :
    • lorsque la température en amont du filtre à particules et l'exotherme généré dans le catalyseur ne risquent pas de dépasser les critères maximums prédéfinis ;
    • sur plusieurs injections dont le débit dans chacune d'elles est limitée à une augmentation maximale par rapport à la consigne de base en fonction du point de fonctionnement moteur de manière à maîtriser la dilution.
  • L'invention porte également sur l'application d'une stratégie de régénération d'un filtre à particules telle que précédemment décrite à un dispositif de contrôle moteur, ledit contrôle moteur étant en outre doté de moyens d'application d'une stratégie de protection thermique d'une ligne d'échappement et/ou de protection contre la dilution de l'huile de lubrification du moteur, caractérisé en ce que la stratégie de protection thermique et/ou la stratégie de protection contre la dilution de l'huile de lubrification du moteur est prioritaire sur la stratégie de régénération telle que précédemment décrite. Ainsi, et afin de conserver une structure de contrôle moteur compatible de l'existant dans l'état de la technique, les fonctions de protection thermique de la ligne d'échappement ainsi que la fonction de protection contre la dilution du lubrifiant restent prioritaires. Leur activation inhibe la stratégie de régénération selon l'invention.
  • L'invention est décrite plus en détail ci-après et en référence aux figures représentant schématiquement l'effet de la stratégie développée sur un exemple particulier de cycle de fonctionnement du moteur.
  • La figure 1 représente sur un graphique temporel la température en amont du filtre et les émissions d'hydrocarbures imbrûlés, avec et sans la stratégie développée.
  • La figure 2 représente sur un graphique temporel les quantités de carburant injecté lors des post-injections tardives, dans différentes configurations.
  • La figure 3 présente sous la forme d'un logigramme une stratégie selon l'invention, dans un mode de réalisation particulier.
  • Sur la figure 1 est présenté en abscisse le temps en seconde s'écoulant lors du cycle étudié. En ordonnée figurent deux échelles distinctes, à gauche la concentration en hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement en ppm et à droite la température à l'entrée du filtre à particules en °C. La courbe A représente la température en entrée du filtre à particule au cours du temps, lorsque qu'une stratégie conforme à l'invention est mise en jeu. La courbe B représente la température en entrée du filtre à particule au cours du temps, sur le même cycle de roulage, en l'absence d'une stratégie conforme à l'invention. La courbe C présente la concentration en hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement lorsque qu'une stratégie conforme à l'invention est mise en jeu. La courbe D présente la concentration en hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement en l'absence d'une stratégie conforme à l'invention.
  • Le cycle observé est un cycle essentiellement urbain, parcouru par un véhicule du segment M1 et équipé d'un moteur Diesel de 1,6L de cylindrée.
  • L'application de la stratégie permet de limiter nettement l'amplitude des pics d'hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement. Ainsi, la courbe C présente-t-elle un extremum ponctuel de 2500ppm environ, tandis qu'il est de 7800 ppm environ pour la courbe D. En outre, la courbe D dépasse à 16 reprises dans ce cycle l'extremum de 2500 ppm atteint par la courbe D. Ces pics important d'hydrocarbures sont particulièrement difficile à traiter. En outre, on considère fréquemment que tout pic de plus de 500ppm pendant plus de 6 secondes pose problème lors de son traitement par les moyens contenus dans la ligne d'échappement. Sur le cycle considéré, et pour l'application considérée, la stratégie développée permet d'éviter 12 dépassements du seuil de 500ppm.
  • En outre, on constate par l'analyse des courbes A et B, que dans le cas de figure considéré, non seulement la température obtenue avec la stratégie ne pâtit pas de la stratégie appliquée, mais est même sensiblement supérieure en moyenne sur le cycle. Ceci est permis par le fait que les volumes de carburant non injectés afin de ne pas provoquer de pic d'hydrocarbures, qui n'auraient en outre pas participé à l'élévation de la température dans la ligne d'échappement, sont injectés dans des conditions propices, et participent donc à l'élévation de la température dans la ligne d'échappement.
  • En synthèse de la figure 1, on obtient donc les résultats suivants :
    Sans stratégie Avec stratégie
    Température moyenne à l'entrée du filtre, entre 200 et 700 secondes 513 °C 523°C
    Emissions moyenne d'hydrocarbures, entre 200 et 700 secondes 215 ppm 142 ppm
    Température moyenne à l'entrée du filtre, entre 700 secondes et la fin du cycle 488 °C 488 °C
    Emissions moyenne d'hydrocarbures entre 700 secondes et la fin du cycle 433 ppm 137 ppm
    Emissions globales d'hydrocarbures 0.453 g/km 0.207 g/km
  • La température moyenne n'est donc pas altérée, et même légèrement augmentée par l'application de la stratégie, tandis que les émissions d'hydrocarbures imbrûlés sont fortement réduits, et sont notamment plus que divisés par 2 dans ce cas de figure particulier.
  • La figure 2 permet de bien comprendre l'apport de la mémorisation des quantités de carburant non injectées dans la stratégie développée. Le temps en seconde s'écoulant lors du cycle étudié est présenté en abscisse. En ordonnée figurent deux échelles distinctes. L'échelle de gauche correspond à la masse cumulée, en grammes, de carburant injecté lors de post-injections tardives au cours du cycle considéré. A droite, l'échelle correspond à la vitesse en kilomètres par heure du véhicule considéré parcourant le cycle. Notons que ce cycle est identique à celui représenté sur la figure 1, c'est-à-dire un cycle essentiellement urbain. La vitesse tout au long du cycle est figurée par la courbe H.
  • La courbe E représente la masse cumulée de carburant injecté dans le cadre de post-injections tardives au cours du cycle, en l'absence d'une stratégie spécifique telle que décrite dans l'invention. La courbe F représente la masse cumulée de carburant injecté dans le cadre de post-injections tardives au cours du cycle, lorsqu'on met en jeu une stratégie selon l'invention. La courbe G représente la masse cumulée de carburant injecté dans le cadre de post-injections tardives au cours du cycle, lorsqu'on met en jeu une stratégie de limitation de la quantité de carburant injecté selon l'oxygène disponible dans la ligne d'échappement en amont du dernier catalyseur précédant le filtre à particules, mais sans mémorisation de la quantité de carburant non injectée du fait de la limitation.
  • D'une part, la quantité de carburant introduite dans le cadre de la stratégie développée (courbe F) est sensiblement équivalente à celle qui le serait sans la stratégie (courbe E). Ceci indique qu'il n'y a pas un manque important dans la quantité de carburant injectée, qui pourrait se traduire par une chauffe moins importante des gaz d'échappement. Comme nous l'avons par ailleurs vu à la figure 1, le carburant injecté lorsqu'on applique la stratégie l'étant d'une manière optimale, en cela que tout le carburant injecté va effectivement participer au réchauffement des gaz d'échappement, la température obtenue est équivalente voire légèrement supérieure avec l'application d'une stratégie selon l'invention.
  • On voit que les post-injections tardives de carburant peuvent être temporellement décalées par la stratégie (décalage temporel entre les variations de la courbe E et de la courbe F). La différence de masse injectée au final peut être liée à plusieurs phénomènes, selon la variante de l'invention appliquée. Notamment, à un ou plusieurs moments, la quantité de carburant non-injecté stockée en mémoire peut avoir atteint un maximum prédéfini, selon l'une des variantes de l'invention. Une fois ce maximum atteint, de nouvelles quantités de carburant non injecté ne peuvent être cumulées en mémoire. D'autre part, il est possible que le véhicule soit sorti, à une ou plusieurs reprises pendant le cycle, des phases de régénération du filtre mettant en jeu des post-injections tardives, voire qu'il soit sorti totalement d'une phase de régénération du filtre. Dans de tels cas, et selon la variante de l'invention appliquée, la quantité de carburant non injecté stockée en mémoire peut être remise à zéro.
  • D'autre part la courbe G permet de comprendre l'importance de mémoriser les quantités non injectées du fait d'une quantité d'oxygène insuffisante dans les gaz d'échappement. Selon l'invention, la consigne d'injection tardive est limitée quand les conditions de roulage ne permettent pas au catalyseur de convertir la totalité des hydrocarbures imbrûlés. La quantité de gazole non injectée est stockée puis réinjectée quand les conditions sont meilleures, tout en respectant les critères de dilution et de thermique dans la ligne d'échappement. Si l'on se contentait de limiter l'injection sans injecter ultérieurement le carburant non injecté du fait de la limitation, on pourrait aboutir dans certaines conditions à la quantité de carburant injectée lors des post-injections tardives représentée par la courbe G. Dans ce cas précis, le manque cumulé de carburant injecté est important, et se traduirait par une faiblesse de l'augmentation de température des gaz d'échappement. En effet, dans le cas de la courbe F et dans celui de la courbe G, du fait de l'adoption d'une stratégie de limitation des quantités injectées, tout le carburant injecté tardivement participe à l'échauffement des gaz d'échappement. La différence de quantité injectée se traduit donc directement sur le réchauffement des gaz d'échappement. Les régénérations du filtre seraient alors plus longues, ou incomplètes, voire inexistantes dans le cas de figure représenté par la courbe G.
  • La figure 3 présente sous la forme d'un logigramme le déroulement d'une stratégie selon l'invention, dans un mode de réalisation particulier dans lequel, outre le volume de carburant maximum injectable en fonction de l'oxygène disponible à l'échappement, on tient compte du volume minimal pouvant être dosé par le système d'injection, de la température du catalyseur, et du phénomène de dilution du lubrifiant du moteur par du carburant.
  • Une consigne de base Q0 de la quantité à injecter lors d'une post-injection tardive participant à la régénération d'un filtre à particule est établie, selon une méthode de calcul ou une cartographie prédéfinie. On modifie la consigne de base selon des modalités qui seront évoquées par la suite pour obtenir une consigne de base modifiées Q1. Lors du la première post-injection tardive menée lors d'une régénération du filtre à particules, Q1 est égale à Q0.
  • Dans une première phase E1, on calcule le volume de carburant maximum Qmax 02 pouvant être introduit à l'échappement lors des post-injections tardives en fonction de la quantité d'oxygène disponible à l'échappement, notamment pour que les hydrocarbures imbrûlés ainsi introduits puissent être brûlés ou traités par un catalyseur d'oxydation présent dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particules. On compare le volume de consigne de base 01 au volume Qmax 02. On définit un volume de consigne révisé Q2, égal à Q1 si Q1 est inférieur à Qmax 02, et égal à Qmax 02 si Q1 est supérieur à Qmax 02. Dans ce dernier cas, la différence entre Q1 et Qmax 02 est ajoutée dans la mémoire d'un accumulateur A.
  • Dans une seconde phase E2, on calcule le volume de carburant minimum Qinj min pouvant être introduit à l'échappement lors des post-injections tardives en fonction de la précision de dosage du moyen d'injection du carburant dans le moteur. On compare le volume Q2 au volume Qinj min. Afin de plafonner le volume de consigne révisé dans le cas ou l'on ne pourrait injecter précisément la quantité de carburant souhaitée, on définit un troisième volume Q3, égal à Q2 si Q2 est supérieur à Qinj min, et égal à zéro si Q2 est inférieur à Qinj min. Dans ce dernier cas, Q2 est ajouté dans la mémoire de l'accumulateur A.
  • Dans une troisième phase E3, on calcule le volume de carburant maximum Qmax Kta pouvant être introduit à l'échappement lors des post-injections tardives en fonction de la température du catalyseur positionné en amont du filtre à particules, et de l'influence qu'aura cette injection sur la température du catalyseur. On compare le volume Q3 au volume Qmax Kta. Afin de plafonner le volume de consigne révisé dans le cas il entrainerait une surchauffe dans la ligne d'échappement, on définit un quatrième volume Q4, égal à Q3 si Q3 est inférieur à Qmax Kta, et égal à Qmax Kta si Q3 est supérieur à Qmax Kta. Dans ce dernier cas, la différence entre Q3 et Qmax Kata est ajoutée dans la mémoire de l'accumulateur A. Ainsi, on évite le dépassement par les gaz d'échappement d'un seuil de température prédéterminé, qui serait dommageable au bon fonctionnement du catalyseur ou de tout autre moyen de traitement des gaz d'échappement présent dans la ligne d'échappement.
  • Dans une quatrième phase E4, on calcule le volume de carburant maximum Qmax Dil pouvant être introduit à l'échappement lors des post-injections tardives en fonction de la dilution du lubrifiant du moteur par le carburant qui serait induite par les post-injections tardives. On compare le volume Q4 au volume Qmax Dil. Afin de plafonner le volume de consigne révisé dans le cas ou il entrainerait une dilution jugée trop importante du lubrifiant du moteur par du carburant, on définit un second volume Q5, égal à Q4 si Q4 est inférieur à Qmax Dil, et égal à Qmax Dil si Q4 est supérieur à Qmax Dil. Dans ce dernier cas, la différence entre Q4 et Qmax Dil est ajoutée dans la mémoire de l'accumulateur A.
  • Les différentes limitations sont ici présentées successivement dans un ordre définit par une variante particulière de l'invention. Elles peuvent être menées dans un ordre différent, voire simultanément, selon la variante de l'invention appliquée.
  • Le volume de consigne révisé et plafonné en tenant compte des facteurs mentionnés précédemment Q5 est alors injectée dans une étape d'injection INJ. Lors de la post-injection tardive suivante, éventuellement sur un autre cylindre, la quantité de carburant mise en mémoire, correspondant à la différence entre dans l'accumulateur A est ajoutée au volume de consigne.
  • Il est ainsi possible, par une stratégie d'injection ne nécessitant pas la mise en place d'un dispositif spécifique, d'améliorer la régénération d'un filtre à particules équipant un moteur à combustion. Sans perdre d'un point de vue thermique, c'est-à-dire avec un échauffement des gaz du même ordre qu'en l'absence de stratégie spécifique, l'invention permet de réduire les pics d'émission d'hydrocarbures imbrûlés, et de limiter les post-injections tardives réalisées en pure perte. Ainsi, la surconsommation du moteur liée à la régénération du filtre est-elle limitée, et, le phénomène de dilution de l'huile de lubrification par du carburant est-il réduit.

Claims (9)

  1. Stratégie de régénération d'un filtre à particules équipant la ligne d'échappement d'un moteur à combustion, ladite ligne comportant en outre au moins un catalyseur d'oxydation en amont du filtre à particules, ledit filtre étant régénéré périodiquement en échauffant les gaz d'échappement grâce à des post-injections tardives dans les cylindres du moteur, dans laquelle on détermine une consigne de base (Q0, Q1) du volume de carburant à injecter lors d'une post-injection tardive, et caractérisée en ce que l'on détermine la quantité d'oxygène disponible à l'entrée du catalyseur d'oxydation précédant immédiatement le filtre et la quantité de carburant (Qmax) capable d'être brûlée avec cette quantité d'oxygène, et que l'on détermine une consigne révisée (Q2) égale à la consigne de base plafonnée à la quantité de carburant capable d'être brûlée.
  2. Stratégie selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'on plafonne en outre la consigne révisée à la quantité maximale de carburant que l'on peut injecter en fonction de la température du catalyseur (Qmax Kta) de sorte que le carburant injecté n'entraine pas le dépassement d'un seuil prédéterminé de température des gaz d'échappement.
  3. Stratégie selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce qu'on plafonne en outre la consigne révisée à la quantité maximale admissible en fonction du point de fonctionnement du moteur (Qmax Dil) de sorte que la dilution du lubrifiant du moteur par du carburant soit contenue à une valeur maximale prédéfinie.
  4. Stratégie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en en ce qu'on porte en outre la consigne révisée à zéro si la quantité de carburant à injecter est inférieure à la quantité minimale que peuvent doser les moyens d'injection (Qinj min) avec la précision souhaitée.
  5. Stratégie selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par la mise en mémoire (A) de la différence entre la consigne de base et la consigne révisée.
  6. Stratégie selon la revendication 5, caractérisée en ce que lors de la post-injection tardive suivante, la consigne de base (Q0) est modifiée en lui ajoutant la différence mise en mémoire.
  7. Stratégie selon la revendication 5 ou la revendication 6 caractérisé en ce que la différence mise en mémoire est limitée à une valeur maximale prédéfinie.
  8. Stratégie selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que la différence mise en mémoire est remise à zéro dès la sortie d'une phase de régénération mettant en jeu des post-injections tardives de carburant.
  9. Application d'une stratégie selon l'une quelconque des revendications précédentes à un dispositif de contrôle moteur, ledit contrôle moteur étant en outre doté de moyens d'application d'une stratégie de protection thermique d'une ligne d'échappement et/ou de protection contre la dilution de l'huile de lubrification du moteur, caractérisé en ce que la stratégie de protection thermique et/ou la stratégie de protection contre la dilution de l'huile de lubrification du moteur est prioritaire sur la stratégie selon l'une des revendications précédentes.
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