FR2872215A1 - Systeme de determination d'une fenetre optimale de declenchement d'une regeneration de moyens de depollution - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système de détermination d'une fenêtre optimale de déclenchement de la régénération de moyens de dépollution (1) intégrés dans une ligne d'échappement (2) d'un moteur (3) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque type de roulage du véhicule, des moyens (5) d'établissement d'une première courbe de surconsommation en carburant du moteur liée à l'augmentation progressive de la charge des moyens de dépollution en fonction de la distance parcourue par le véhicule entre deux régénérations, des moyens (5) d'établissement d'une seconde courbe de surconsommation en carburant du moteur liée à la régénération des moyens de dépollution en fonction de la distance parcourue par le véhicule entre deux régénérations, des moyens (5) de corrélation de ces deux courbes pour obtenir une courbe de surconsommation globale, présentant un minimum et des moyens de détermination (5) de la fenêtre de déclenchement autour de ce minimum.
Description
La présente invention concerne un système de détermination d'une fenêtre
optimale de déclenchement de la régénération de moyens de dépollution.
Plus particulièrement l'invention concerne un tel système dans lequel des 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 de 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 dite normale, de niveau 1, de niveau 2 et/ou de niveau 2 surcalibré ont déjà été proposées.
On sait en effet que pour assurer la régénération des moyens de dépollution tels qu'un filtre à particules, les suies piégées dans celuici sont brûlées grâce à la thermique fournie par le moteur et à l'exotherme réalisé par la conversion 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, cette régénération des moyens de dépollution entraîne une surconsommation en carburant du moteur.
Le but de l'invention est de proposer un système qui permette d'optimiser le déclenchement de cette régénération et d'en minimiser la surconsommation.
A cet effet l'invention a pour objet un système de détermination d'une fenêtre optimale de déclenchement de la régénération de moyens de dépollution intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque type de roulage du véhicule: - des moyens d'établissement d'une première courbe de surconsommation en carburant du moteur liée à l'augmentation progressive de la charge des moyens de dépollution en fonction de la distance parcourue par le véhicule entre deux régénérations; - des moyens d'établissement d'une seconde courbe de surconsommation en carburant du moteur liée à la régénération des moyens de dépollution en fonction de la distance parcourue par le véhicule entre deux régénérations; - des moyens de corrélation de ces deux courbes de surconsommation pour obtenir une courbe de surconsommation globale du moteur, présentant un minimum; et des moyens de détermination de la fenêtre optimale autour de ce minimum.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le système comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la fenêtre est déterminée par des bornes inférieure et supérieure correspondant respectivement à des distances parcourues par le véhicule pour lesquelles la charge des moyens de dépollution est supérieure à un seuil bas prédéterminé et inférieure à un seuil haut prédéterminé ; - des moyens de surveillance du roulage du véhicule pour indiquer si celui-ci est avant, après ou dans la fenêtre optimale; - les moyens de corrélation des deux courbes de surconsommation comporte des moyens d'addition à celle-ci d'une valeur de majoration de consommation; - 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 COIHC; - le carburant comporte un additif formant piège à NOx; et - le moteur est associé à un turbocompresseur.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma synoptique illustrant la structure générale et le fonctionnement d'un système de détermination selon l'invention; - la figure 2 représente des courbes illustrant des surconsommations; - la figure 3 représente un organigramme illustrant la détermination d'une fenêtre optimale; et - la figure 4 représente des courbes illustrant cette détermination.
On a en effet illustré sur la figure 1, un système de détermination d'une fenêtre optimale de déclenchement de la régénération de moyens de dépollution intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur de véhicule automobile.
Sur cette figure 1, les moyens de dépollution sont désignés par la référence générale 1 et 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 automobile, les moyens de dépollution comprenant par exemple un filtre à particules ou autre, associé à des moyens formant catalyseur d'oxydation ou autre, 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 de détermination d'une fenêtre optimale de déclenchement de la régénération des moyens de dépollution afin de tenir compte de la surconsommation en carburant du moteur.
En effet, et comme cela est illustré sur la figure 2, deux phénomènes antagonistes interviennent au niveau de la surconsommation en carburant.
Ainsi, la régénération des suies piégées dans le filtre à particules à l'aide de stratégies de régénération à post-injections engendre ponctuellement une surconsommation importante mais dont la pénalité diminue avec l'espacement des demandes d'aide à la régénération au cours du roulage du véhicule.
Ceci est illustré par la courbe désignée par la référence générale A sur cette figure 2.
On peut en effet constater que la pénalité liée à ce type de surconsommation diminue lorsque par exemple la distance parcourue par le 15 véhicule entre deux demandes d'aide à la régénération, augmente.
Par ailleurs l'accroissement de la charge en suies dans le filtre à particules engendre une contre-pression LP qui pénalise la consommation. De plus, la vitesse de variation de la contre-pression augmente lorsque le volume utile du filtre à particules diminue.
Cette surconsommation liée à cet accroissement de la charge en suies est illustrée par la courbe B sur cette figure 2 et l'on constate que la pénalité augmente avec la distance parcourue.
On conçoit alors que plus le véhicule roule, plus la surconsommation en carburant liée à l'augmentation de la charge en suies du filtre à particules, augmente et plus l'importance de la surconsommation liée à la régénération, diminue.
Il est alors possible, par mise en corrélation de ces deux courbes de surconsommation, d'obtenir une courbe de surconsommation globale du moteur présentant un minimum de surconsommation. Cette courbe de surconsommation globale est désignée par la référence générale C sur cette figure 2, le minimum de surconsommation étant désigné par exemple par le point D sur cette figure.
Ainsi pour chaque type de roulage du véhicule, il existe un optimum de régénération. En effet un type de roulage définit une caractéristique de filtre particulière (courbe AP = f (Q vol)) et un niveau de surconsommation pendant la demande de régénération (fonction du point de fonctionnement). Au final la courbe de surconsommation est unique et possède un minimum propre.
II est alors possible de déterminer une fenêtre optimale de régénération autour de ce minimum.
Cette détermination est par exemple réalisée par des moyens intégrés dans le calculateur 5 qui comporte alors, pour chaque type de roulage du véhicule, des moyens d'établissement d'une première courbe de surconsommation en carburant du moteur liée à l'augmentation progressive de la charge des moyens de dépollution en fonction de la distance parcourue par le véhicule entre deux régénérations, des moyens d'établissement d'une seconde courbe de surconsommation en carburant du moteur liée à la régénération des moyens de dépollution en fonction de la distance parcourue par le véhicule entre deux régénérations, des moyens de corrélation de ces deux courbes de surconsommation pour obtenir une courbe de surconsommation globale du moteur, présentant un minimum et des moyens de détermination de la fenêtre optimale autour de ce minimum.
Ceci est par exemple illustré par l'organigramme de la figure 3, dans laquelle l'étape désignée par la référence 10 est une étape d'établissement de la première courbe de surconsommation, l'étape désignée par la référence générale 11 est une étape d'établissement de la deuxième courbe de surconsommation, l'étape 12 est une étape de mise en corrélation de ces deux courbes et l'étape 13 est une étape de détermination de la fenêtre optimale.
Cette fenêtre optimale est par exemple illustrée par la référence E sur la figure 4, autour du minimum de surconsommation D entre des bornes inférieure et supérieure correspondant respectivement à des distances parcourues par le véhicule pour lesquelles la charge des moyens de dépollution est supérieure à un seuil bas prédéterminé et inférieure à un seuil haut prédéterminé, ces seuils étant désignés par les références Sb et Sh respectivement.
En fait ces seuils peuvent par exemple correspondre respectivement à des états de charge moyens bas et élevé du filtre à particules, permettant d'obtenir une bonne régénération.
Les moyens de corrélation peuvent être adaptés pour ajouter à la courbe de surconsommation globale, une valeur de majoration de surconsommation appelée delta conso sur cette figure 4, ce qui permet de définir la plage dans laquelle il est souhaitable de régénérer les moyens de dépollution.
De plus ces moyens peuvent également être adaptés pour surveiller le roulage du véhicule afin d'indiquer si celui-ci est avant, après ou dans la fenêtre optimale de régénération.
Il existe donc un minimum de surconsommation pour chaque type de roulage sauf éventuellement pour un roulage de type autoroute dans lequel la contre-pression aP n'augmente pratiquement pas bien que la masse de particules piégées augmente. L'indicateur de charge du filtre à particules est dans ce cas déterminant pour le déclenchement d'une demande d'aide.
L'optimum doit donc être situé au plus proche de l'état de charge maximum pour cette configuration de roulage très favorable.
Le principe de calibration de ce module consiste donc à définir le minimum de la fonction de surconsommation = f (distance de chargement filtre), pour chaque type de roulage donné, puis des corrections associées afin de tenir compte de l'encrassement du filtre.
A titre d'exemple, la période optimale peut être définie de la façon suivante: Période optimale = E (X DA (i)* optimum type (1))1(100-X DA (0)) où X DA(i) sont les composantes de rang (i) du vecteur Distribution Actuelle, et optimum (i) sont les optima de rang (i) associés au type de roulage de rang (i), chaque optimum possède une courbe de correction propre fonction de la masse totale d'additif.
A chaque type de roulage correspond une période de régénération optimale, définie par une distance kilométrique de chargement, rassemblée dans un tableau de périodes optimales (optimum kilométrique de RG par type de roulage).
Le principe d'établissement de ce tableau consiste à définir la 30 caractéristique d'encrassement du filtre sur un cycle de référence au banc à rouleaux.
Pour différents niveaux de chargement du filtre, une mesure de consommation (émission de CO2) est effectuée sur le cycle de référence servant au chargement du FAP. On obtient ainsi la courbe d'évolution de la surconsommation due à la AP. Pour un cycle effectué après (km) kilomètres de chargement, on obtient: Delta conso due à la AP (km)=(conso FAP chargé (km)-conso FAP régénéré)lconso FAP régénéré Par ailleurs, on obtient la courbe de surconsommation due à la régénération en utilisant le principe suivant: Soit DDA(i) le temps de demande d'aide nécessaire pour régénérer le filtre pour le cycle de référence utilisé. Une mesure de la consommation, avec et sans post-injection sur le cycle, permet de déterminer le niveau de surconsommation apporté par la post-injection, ainsi: Delta conso due à la post (km)=(conso avec post (km)-conso sans post)*DDA(i)lnbr (km) La surconsommation totale est donc: Surconso totale (km)=Delta conso due à la post (km)+Delta conso 15 due à la AP (km) La détermination du minimum local de fonction surconsommation totale permet d'obtenir la valeur de l'optimum de régénération. On vérifie que cette valeur est compatible avec l'état de charge courant pour le même cycle type. Dans le cas où cet optimum n'est pas dans le segment [charge moyen bas; charge élevée], on calibre la valeur aux limites du segment (le déclenchement de la régénération serait dans le cas contraire impossible du fait qu'aucune règle de décision ne pourrait être appliquée).
La fenêtre de régénération est définie par un paramètre qui est en fait un coefficient définissant la fenêtre kilométrique autour de l'optimum de régénération.
II n'existe pas de différence du point de vue des règles d'enclenchement au sein du module de décision de régénération entre l'état à l'optimum et l'état après l'optimum. Le principe de la fenêtre de régénération peut être dans ce cas supprimé.
Une méthode peut consister à majorer la surconsommation globale ce qui permet de définir la plage dans laquelle il est souhaitable de déclencher la régénération. On s'assure alors que cette zone est incluse dans la plage charge moyen bas charge élevée comme cela a été indiqué précédemment.
Il convient également de définir les courbes de correction de l'optimum en fonction de l'encrassement du filtre.
Cette correction peut être fonction du kilométrage déjà parcouru par le véhicule depuis l'état neuf ou depuis le dernier nettoyage, par la quantité d'additif déjà utilisée, la consommation d'huile cumulée du véhicule, la consommation de carburant cumulée, etc..
En première approximation, il existe autant de courbes de correction que de types de roulage. Il peut cependant être opportun de se limiter à trois familles de types de roulage à savoir type urbain, 0 et 1, type route/montagne, 2 et 3, et type autoroute, 4, ce qui limite la calibration à l'élaboration de trois courbes de correction.
La méthode est identique à ce qui a été indiqué précédemment en réalisant des essais avec un FAP encrassé à différents stades ou avec un système de vannage à l'échappement reproduisant la caractéristique d'un FAP encrassé (50 000, 100 000 et 150 000 kilomètres par exemple).
Seule la loi de l'évolution de la surconsommation due à la AP va évoluer de manière significative et entraîner une diminution de l'optimum kilométrique de régénération, c'est-à-dire une augmentation de la fréquence de régénération du filtre.
En toute rigueur, l'adaptation du temps de post-injection en fonction de la charge courante du filtre conduit à identifier la courbe due à la postinjection. Mais cette correction n'est pas retenue compte-tenu de la difficulté à calibrer ces temps de post-injection. D'une façon générale on doit maximiser les optima dans l'état FAP neuf (proche de l'état de charge élevé) et les minimiser pour un FAP encrassé (plus proche de l'état charge moyen bas) car la pénalité en consommation due à la AP croît avec l'encrassement du filtre.
Il va de soi bien entendu que différents modes de réalisation de ce système peuvent être envisagés et que les moyens de dépollution peuvent comporter un filtre à particules, comme par exemple un filtre à particules catalysé ou encore un piège à NOx.
De plus, le carburant peut également comporter un additif destiné à se déposer avec les particules auxquelles il est mélangé, sur les moyens de dépollution pour faciliter leur régénération.
Ces moyens de dépollution peuvent également être imprégnés avec une formulation SCR assurant une fonction d'oxydation CO/HC de façon classique.
D'autres moyens formant catalyseur d'oxydation peuvent être envisagés et les moyens de dépollution et les moyens formant catalyseur d'oxydation peuvent être intégrés dans un seul et même élément, notamment sur le même substrat.
A titre d'exemple, un filtre à particules intégrant la fonction d'oxydation peut être envisagé.
De même, un piège à NOx intégrant une telle 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.
De même, le moteur peut être associé ou non à un turbocompresseur.
Claims (12)
1. Système de détermination d'une fenêtre optimale de déclenchement de la régénération de moyens de dépollution (1) intégrés dans une ligne d'échappement (2) d'un moteur (3) de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque type de roulage du véhicule: - des moyens (5) d'établissement d'une première courbe (B) de surconsommation en carburant du moteur liée à l'augmentation progressive de la charge des moyens de dépollution en fonction de la distance parcourue par le véhicule entre deux régénérations; - des moyens (5) d'établissement d'une seconde courbe (A) de surconsommation en carburant du moteur liée à la régénération des moyens de dépollution en fonction de la distance parcourue par le véhicule entre deux régénérations; - des moyens (5) de corrélation de ces deux courbes de 15 surconsommation pour obtenir une courbe (C) de surconsommation globale du moteur, présentant un minimum (D) ; et - des moyens de détermination (5) de la fenêtre optimale (E) autour de ce minimum (D).
2. Système de détermination d'une fenêtre optimale selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fenêtre (E) est déterminée par des bornes inférieure et supérieure correspondant respectivement à des distances parcourues par le véhicule pour lesquelles la charge des moyens de dépollution est supérieure à un seuil bas prédéterminé (Sb) et inférieure à un seuil haut prédéterminé (Sh).
3. Système de détermination d'une fenêtre optimale selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (5) de surveillance du roulage du véhicule pour indiquer si celui-ci est avant, après ou dans la fenêtre optimale.
4. Système de détermination d'une fenêtre optimale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de corrélation des deux courbes de surconsommation comporte des moyens (5) d'addition à celle-ci d'une valeur de majoration de consommation (delta conso).
5. Système de détermination d'une fenêtre optimale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de détermination de l'optimum de régénération sont corrigés en fonction de l'encrassement des moyens de dépollution.
6. Système de détermination d'une fenêtre optimale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de dépollution (1) comprennent un filtre à particules.
7. Système de détermination d'une fenêtre optimale selon la revendication 6, caractérisé en ce que le filtre à particules est catalysé.
8. Système de détermination d'une fenêtre optimale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de dépollution (1) comprennent un piège à NOx.
9. Système de détermination d'une fenêtre optimale 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 (1) pour faciliter leur régénération.
10. Système de détermination d'une fenêtre optimale selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le carburant comporte un additif formant piège à NOx.
11. Système de détermination d'une fenêtre optimale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de dépollution sont imprégnés avec une formulation SCR, assurant une fonction d'oxydation COIHC.
12. Système de détermination d'une fenêtre optimale selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (3) est associé à un turbocompresseur.
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