FR2872212A1 - Systeme d'evaluation de l'etat de charge de moyens de depollution d'une ligne d'echappement - Google Patents

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Abstract

Ce système d'évaluation de l'état de charge de moyens de dépollution intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (7) de détermination d'une pression au niveau des moyens de dépollution, des moyens (8) de détermination du débit volumique des gaz en amont de ces moyens de dépollution et des moyens (10) de comparaison du point d'état des moyens de dépollution, défini par la pression et le débit volumique ainsi déterminés, à un abaque (11) prédéterminé d'états absent, surchargé et colmaté des moyens de dépollution, pour évaluer l'état de ceux-ci.

Description

La présente invention concerne un système d'évaluation de l'état de charge
de moyens de dépollution.
Plus particulièrement, l'invention concerne un tel système dans lequel les moyens de dépollution sont intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule automobile.
Un tel moteur peut être associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant des cylindres de celui-ci, selon au moins une post-injection.
Une telle post-injection est, de façon classique, une injection de carburant après le point mort haut du cylindre considéré.
Ces moyens d'alimentation sont adaptés pour mettre en oeuvre, à isocouple, par modification de paramètres de contrôle de fonctionnement du moteur, différentes stratégies de régénération permettant d'obtenir des niveaux thermiques différents dans la ligne d'échappement.
Ainsi par exemple, des moyens d'alimentation mettant en oeuvre des stratégies de régénération dites normale, de niveau 1, de niveau 2 et/ou de ni-veau 2 surcalibré ont déjà été proposées.
On sait en effet que pour assurer la régénération de moyens de dépollution tels qu'un filtre à particules, les suies piégées dans celui- ci sont brûlées grâce à la thermique fournie par le moteur et l'exotherme réalisé par la combustion des HC et du CO sur des moyens formant catalyseur d'oxydation, placés par exemple en amont du filtre à particules.
Cette combustion peut être assistée par un élément catalyseur mélangé aux suies, issu par exemple d'un additif d'aide à la régénération, mélangé au carburant d'alimentation du moteur ou bien par un catalyseur déposé directement sur les parois du filtre à particules (filtre à particules catalysé).
Plus les niveaux thermiques dans la ligne d'échappement en entrée du filtre à particules sont élevés, plus la durée de régénération du filtre est courte.
Cependant, l'état de charge des moyens de dépollution doit être éva- lué de manière la plus fiable possible, pour des questions de sécurité de fonctionnement de ceux-ci et du moteur, et pour optimiser le déclenchement de la régénération.
Le but de l'invention est donc de proposer un tel système.
A cet effet, l'invention a pour objet un système d'évaluation de l'état de charge de moyens de dépollution intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détermination d'une pression au niveau des moyens de dépollution, des moyens de détermination du débit volumique des gaz en amont de ces moyens de dépollution et des moyens de comparaison du point d'état des moyens de dépollution, défini par la pression et le débit volumique ainsi déterminés, à un abaque prédéterminé d'états absent, surchargé et colmaté des moyens de dépollution, pour évaluer l'état de ceux-ci.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention: - la pression est une pression différentielle aux bornes des moyens de dépollution et le débit volumique en amont des moyens de dépollution est déterminé selon la relation suivante: Q oi=(R*(AT2 + 273.15) I (OP + P atmo)* Débit masse air) dans laquelle Quoi représente le débit volumique, R est une constante, AT2 est la température des gaz en amont des moyens de dépollution, AP est la pression différentielle aux bornes de ces moyens de dépollution, délivrée par un capteur de pression différentielle, Patmo est la pression atmosphérique et débit masse air est le débit des gaz traversant les moyens de dépollution; - la pression est une pression absolue en amont des moyens de dépollution et le débit volumique en amont des moyens de dépollution est déterminé selon la relation suivante: Q,01=(R*(AT2 + 273.15) / P4* Débit masse air) dans laquelle Qv0 représente le débit volumique, R est une constante, AT2 représente la température des gaz en amont des moyens de dépollution, P4 est la pression absolue des gaz délivrée par un capteur de pression absolue en entrée des moyens de dépollution, et débit masse air est le débit des gaz traversant les moyens de dépollution; - les états des moyens de dépollution sont définis par des courbes d'état absent, d'état surchargé et d'état colmaté, dont la courbe d'état absent des moyens de dépollution est multipliée par un coefficient de correction altimétrique en fonction de la pression atmosphérique; - les moyens de comparaison comprennent des moyens de comparai-son du débit volumique déterminé à une valeur de seuil bas de débit volumique pour n'autoriser la détermination de l'état des moyens de dépollution que si le débit volumique déterminé est supérieur à la valeur de seuil bas; - les moyens de comparaison comprennent des moyens de validation de l'état si celui-ci est maintenu pendant une période de temps supérieure à une 5 période de temps de confirmation prédéterminée; - les moyens de dépollution comprennent un filtre à particules; - le filtre à particules est catalysé ; - les moyens de dépollution comprennent un piège à NOx; le carburant comporte un additif destiné à se déposer avec des particules auxquelles il est mélangé, sur les moyens de dépollution pour faciliter leur régénération; - les moyens de dépollution sont imprégnés avec une formulation SCR, assurant une fonction d'oxydation CO/HC; - le carburant comporte un additif formant piège à NOx; et - le moteur est associé à un turbocompresseur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente un schéma synoptique illustrant la structure géné- rate et le fonctionnement d'un moteur équipé de moyens de dépollution; - la Fig.2 représente un schéma synoptique illustrant la structure générale et le fonctionnement d'un système d'évaluation selon l'invention; - la Fig.3 représente un abaque prédéterminé d'états des moyens de dépollution; et - les Figs.4 et 5 illustrent deux variantes de réalisation de moyens de détermination du débit volumique des gaz en amont des moyens de dépollution.
On a en effet illustré sur la figure 1, des moyens de dépollution qui sont désignés par la référence générale 1 et qui sont intégrés dans une ligne d'échappement 2 d'un moteur 3 de véhicule automobile.
Le moteur peut par exemple être un moteur Diesel de véhicule auto-mobile, les moyens de dépollution comprenant par exemple un filtre à particules ou autres, associé à des moyens formant catalyseur d'oxydation ou autres, comme cela est déjà connu dans l'état de la technique.
Ce moteur est associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant, désignés par la référence générale 4 sur cette figure, adaptés pour mettre en oeuvre, sous le contrôle par exemple d'un calculateur désigné par la référence générale 5, des stratégies de régénération des moyens de dépollution en utilisant des post-injections de carburant dans les cylindres du moteur.
Ces différentes stratégies sont par exemple stockées dans des moyens de mémorisation désignés par la référence générale 6 et associés au calculateur 5.
Ce calculateur comporte également des moyens d'évaluation de l'état de charge des moyens de dépollution.
En effet, et comme cela est illustré sur la figure 2, ce calculateur intègre des moyens de détermination de la pression différentielle aux bornes des moyens de dépollution, ou de la pression absolue en amont des moyens de dé- pollution, désignés par la référence générale 7 sur cette figure 2 et des moyens de détermination du débit volumique des gaz en amont de ces moyens de dépollution, ces moyens étant désignés par la référence générale 8.
De plus, le calculateur comporte des moyens de définition d'un point d'état des moyens de dépollution à partir de ce débit volumique et de cette pres- sion différentielle, désignés par la référence générale 9 et des moyens 10 de comparaison du point d'état ainsi défini des moyens de dépollution, à un abaque prédéterminé d'états absent, surchargé ou colmaté de ces moyens de dépollution, cet abaque étant par exemple stocké dans des moyens de mémorisation désignés par la référence générale 11.
Par comparaison du point d'état défini à cet abaque prédéterminé d'états, il est alors possible au calculateur 5 par exemple, de délivrer une information de moyens de dépollution absents, surchargés ou colmatés.
Ceci est en effet illustré sur la figure 3, qui représente un exemple de réalisation d'un tel abaque où en fonction de la position du point d'état sur cet abaque, il est possible de déterminer l'état de ces moyens de dépollution en sur- veillant la contre-pression à l'échappement.
C'est ainsi par exemple que l'on peut utiliser un capteur de pression différentielle aux bornes des moyens de dépollution.
Dans ce cas, et comme cela est illustré sur la figure 4, les moyens de détermination de la masse volumique 8 reçoivent en entrée la température des gaz en amont du filtre à particules, à partir d'un capteur désigné par la référence générale 12 sur cette figure, la pression différentielle à partir d'un capteur dési- gné par la référence générale 13, la pression atmosphérique mesurée à partir d'un capteur désigné par la référence générale 14 et une information de débit de masse de gaz traversant ces moyens de dépollution, à partir de moyens de détermination correspondants désignés par la référence générale 15.
Dans ce cas, le débit volumique est calculé selon la relation suivante: Q oi=(R*(AT2 + 273.15) / (AP + P atm)* Débit masse air) dans laquelle représente le débit volumique, R est une constante, AT2 est la température des gaz en amont des moyens de dépollution, AP est la pression différentielle aux bornes des moyens de dépollution, Patmo est la pression atmosphérique et débit masse air est le débit des gaz traversant les moyens de dépollution.
Cependant, un capteur de pression absolue en amont des moyens de dépollution peut également être envisagé.
Dans ce cas, et comme cela est représenté sur la figure 5, les moyens de détermination de la masse volumique 8 reçoivent alors en entrée, la tempéra- ture des gaz en amont du filtre à particules à partir du capteur 12, le débit de masse d'air traversant les moyens de dépollution à partir des moyens de détermination 15, et la pression absolue des gaz en entrée des moyens de dépollution à partir d'un capteur correspondant désignés par la référence générale 16.
Ainsi, les moyens de détermination 8 peuvent déterminer le débit volumique par la relation suivante: Q 01=(R*(AT2 + 273.15) I P4* Débit masse air) dans laquelle Quoi représente le débit volumique, R est une constante, AT2 est la température des gaz en amont du filtre à particules, P4 est la pression absolue en entrée des moyens de dépollution et débit masse air est le débit des gaz traversant les moyens de dépollution.
L'abaque présente alors trois courbes, respectivement C Absent, C Surchargé, C Colmaté, qui permettent respectivement de détecter la présence ou l'absence des moyens de dépollution, un état colmaté des moyens de dépollution permettant d'assurer la protection du moteur et un état surchargé des moyens de dépollution sécurisant l'indicateur de charge issu par exemple d'autres modules de détermination de charge de ces moyens de dépollution en cas de dérive de ceux-ci et assurant ainsi la protection des moyens de dépollution vis-à-vis des températures de régénération trop critiques.
La détermination de l'état de charge peut bien entendu être soumise à une condition de maintien de cet état pendant un temps de confirmation d'état prédéterminé.
Ainsi: Si 0 <(Qvol, OP) < C Absent Pour un temps supérieur à temps confirmation état Alors l'état du FAP est absent ou Etat FAP = 25% Si C Absent <(Qvol, AP) < C Surchargé Pour un temps supérieur à temps confirmation état Ou si RestEtatFAP=1 Alors l'état du FAP est normal ou Etat FAP = 0% Si C Surchargé<(Qvol, OP) > C Colmaté Pour un temps supérieur à temps confirmation état Alors l'état du FAP est surchargé ou Etat FAP = 75% Si (Qvol, AP) < C Colmaté Pour un temps supérieur à temps confirmation état Alors l'état du FAP est colmaté ou Etat FAP = 100% L'état des moyens de dépollution doit bien entendu être mémorisé à chaque coupure d'alimentation du calculateur 5.
Différentes fonctions supplémentaires peuvent être envisagées.
Ainsi par exemple, afin d'obtenir une précision satisfaisante et éviter les fausses détections, la courbe C Absent peut par exemple être multipliée par un coefficient de correction altimétrique en fonction de la pression atmosphérique.
Pour éviter les fausses détections, la détection des différents états peut également être soumise à une comparaison du débit volumique déterminé à une valeur de seuil bas de débit volumique, ce seuil étant par exemple calibrable.
Ainsi, les moyens de comparaison 10 peuvent également être adaptés pour comparer le débit volumique déterminé à cette valeur de seuil limite bas calibrable, pour n'autoriser la détermination de l'état des moyens de dépollution que si le débit volumique déterminé est supérieur à la valeur de seuil bas.
Des conditions supplémentaires peuvent également être fixées pour la détection de l'absence des moyens de dépollution.
Ainsi par exemple, si un capteur de pression différentielle est utilisé, il convient que la phase d'apprentissage de l'offset de celui-ci, soit terminée, que le débit des post-injections soit nul depuis une durée minimale prédéterminée et qu'un compteur de temps autorise la détection d'un tel état.
Les différentes courbes d'état mentionnées précédemment peuvent 15 être calibrées selon une méthodologie analogue.
Ainsi par exemple, la courbe C Absent peut être obtenue par caractérisation sur banc-moteur d'un ensemble catalyseur + FAP en l'absence de FAP.
La courbe est alors construite en relevant les différentes valeurs de AP en fonction de Q vol. Pour la courbe C Colmaté, on peut par exemple charger un filtre à particules en suies, jusqu'à atteindre la valeur AP maximale, c'est-à-dire une valeur limite admissible avant la réouverture des soupapes d'échappement du moteur.
La courbe C Surchargé peut quant à elle être, par exemple, une transposition de la courbe C Colmaté.
Bien entendu, d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés.
En particulier, différents modes de réalisation des moyens de dépollution peuvent être prévus.
Ainsi, par exemple, les moyens de dépollution et les moyens formant 30 catalyseur d'oxydation peuvent être intégrés dans un seul et même élément, notamment sur un même substrat.
A titre d'exemple, un filtre à particules intégrant la fonction d'oxydation peut être envisagé.
Ces moyens de dépollution peuvent également être imprégnés avec une formulation SCR assurant une fonction d'oxydation CO/HC de façon classique.
De même, un piège à NOx intégrant une fonction d'oxydation peut également être envisagé, que celui-ci soit additivé ou non.
Cette fonction d'oxydation et/ou de piège à NOx peut être remplie par exemple par un additif mélangé au carburant.
Dans ce cas, le carburant peut en effet comporter un additif destiné à se déposer avec les particules auxquelles il est mélangé, sur les moyens de dé- pollution, pour faciliter leur régénération.
De même, le moteur peut être associé ou non à un turbocompresseur.

Claims (13)

REVENDICATIONS
1. Système d'évaluation de l'état de charge de moyens de dépollution (1) intégrés dans une ligne d'échappement (2) d'un moteur (3) de véhicule auto-mobile, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (7) de détermination d'une pression au niveau des moyens de dépollution (1), des moyens de détermination (8) du débit volumique des gaz en amont de ces moyens de dépollution (1) et des moyens (10) de comparaison du point d'état des moyens de dépollution, défini par la pression et le débit volumique ainsi déterminés, à un abaque prédéterminé d'états absent, surchargé et colmaté des moyens de dépollution (1) pour évaluer l'état de ceux-ci.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression est une pression différentielle aux bornes des moyens de dépollution et le débit volumique en amont des moyens de dépollution (1) est déterminé selon la relation suivante: Q o,=(R*(AT2 + 273.15) I (AP + P atmo)* Débit masse air) dans laquelle Q oi représente le débit volumique, R est une constante, AT2 est la température des gaz en amont des moyens de dépollution, AP est la pression différentielle aux bornes de ces moyens de dépollution, délivrée par un capteur de pression différentielle, Patmo est la pression atmosphérique et débit masse air est le débit des gaz traversant les moyens de dépollution.
3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression est une pression absolue en amont des moyens de dépollution et le débit volumique en amont des moyens de dépollution (1) est déterminé selon la relation suivante: Q oi=(R*(AT2 + 273.15)1 P4* Débit masse air) dans laquelle représente le débit volumique, R est une constante, AT2 représente la température des gaz en amont des moyens de dépollution, P4 est la pression absolue des gaz délivrée par un capteur de pression absolue en entrée des moyens de dépollution, et débit masse air est le débit des gaz traver- sant les moyens de dépollution.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les états des moyens de dépollution (1) sont définis par des courbes d'état absent, d'état surchargé et d'état colmaté, dont la courbe d'état absent des moyens de dépollution est multipliée par un coefficient de cor-rection altimétrique en fonction de la pression atmosphérique.
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de comparaison (10) comprennent des moyens de comparaison du débit volumique déterminé à une valeur de seuil bas de débit volumique pour n'autoriser la détermination de l'état des moyens de dépollution (1) que si le débit volumique déterminé est supérieur à la valeur de seuil bas.
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de comparaison (10) comprennent des moyens de validation de l'état si celui-ci est maintenu pendant une période de temps su- périeure à une période de temps de confirmation prédéterminée.
7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de dépollution (1) comprennent un filtre à parti-cules.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le filtre à particules est catalysé.
9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de dépollution comprennent un piège à NOx.
10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carburant comporte un additif destiné à se déposer avec des particules auxquelles il est mélangé, sur les moyens de dépollution pour faciliter leur régénération.
11. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de dépollution (1) sont imprégnés avec une 25 formulation SCR assurant une fonction d'oxydation CO/HC.
12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le carburant comporte un additif formant piège à NOx.
13. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (3) est associé à un turbocompresseur.
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