FR2893979A1 - Procede de mesure de la pression dans un systeme de post-traitement d'un moteur thermique. - Google Patents

Procede de mesure de la pression dans un systeme de post-traitement d'un moteur thermique. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de mesure de la pression dans un système de post-traitement d'un moteur Diesel comprenant un filtre à particules et deux sondes à oxygène en amont et en aval, qui comporte en mode nominal :- le calcul de la pression (Pav) en aval à partir de la pression atmosphérique et de la perte de charge modélisée entre ledit filtre et le pot d'échappement,- une estimation de la pression (Pam) en amont, par modélisation de la perte de charge à travers le filtre à partir de la pression en aval,- la correction des signaux (Sam et Sav) délivrés par les deux sondes (Sam , Sav) après recalage, en fonction de la pression estimée en amont et de la pression calculée en aval, les concentrations en oxygène détectées étant identiques,- le calcul de la différence entre les signaux desdites sondes, due à une différence de pression.

Description

Procédé de mesure de la pression dans un système de post-traitement d'un
moteur thermique.
La présente invention concerne un procédé de mesure de la pression dans un système de post-traitement d'un moteur thermique de type Diesel dans un véhicule automobile, et plus particulièrement dans un système muni d'un filtre à particules disposant de deux sondes à oxygène, ou sondes de richesse, de type proportionnel.
Le but de l'invention est de limiter le nombre de capteurs nécessaires pour contrôler le système de post-traitement utilisé dans le cadre de la dépollution des moteurs Diesel à combustion interne. L'invention se propose d'utiliser les propriétés des sondes à oxygène proportionnelles pour obtenir, en complément de l'information qu'elles délivrent, c'est-à-dire un signal électrique proportionnel à la concentration en oxygène des gaz d'échappement, la pression régnant au voisinage des sondes.
Actuellement, pour les moteurs équipés de filtre à particules classique, la mesure de la pression est effectuée par un capteur spécifique. Mais, dans le cas notamment d'un système de post-traitement doté d'un filtre à particules dit sous turbo , regroupant les fonctions de post-traitement des particules de suie, des hydrocarbures imbrûlés HC et du monoxyde de carbone CO présents dans les gaz d'échappement, qui utilise deux sondes à oxygène proportionnelles, montées de part et d'autre du filtre pour piloter précisément la température au cours des phases de régénération du filtre, un capteur spécifique constituerait un surcoût notable.
La régénération d'un filtre consiste à brûler les suies présentes dans le filtre et qui risquent de le colmater et donc de dégrader les performances du moteur. Cette combustion des suies est provoquée par élévation de la température des gaz d'échappement aux environs de 600 C, obtenue en dégradant le rendement moteur par des procédés appropriés d'aide à la régénération. Par exemple, on peut injecter une quantité supplémentaire de carburant dans au moins une des chambres de combustion sous la forme d'une post-injection, c'est-à-dire une injection supplémentaire de carburant, ou réaliser une injection à l'aide d'un injecteur placé dans l'échappement, effectuée en phase de détente et produisant une augmentation de la teneur en hydrocarbures et en monoxyde de carbone à l'échappement.
La dépendance en pression du signal fourni par une sonde à oxygène du type proportionnel est un phénomène connu, corrigé dans l'utilisation classique d'une telle sonde pour obtenir une information fiable du potentiel oxydant des gaz dans lesquels la sonde est immergée. Le but de l'invention est d'exploiter cette dépendance pour effectuer une mesure de la pression au voisinage de la sonde, donc en amont du dispositif de post-traitement, sans utiliser de capteur supplémentaire, afin de contrôler le système de post-traitement des gaz d'échappement. 10 Pour cela, l'objet de l'invention est un procédé de mesure de la pression dans un système de post-traitement d'un moteur thermique de type Diesel dans un véhicule automobile, comprenant un filtre à particules dont la température est pilotée par un calculateur électronique, et deux sondes à oxygène l'une implantée en amont dans une 15 zone où la pression est recherchée et l'autre implantée en aval dudit filtre dans la zone où la pression est connue, caractérisé en ce qu'il comporte, lorsque le moteur est en mode de fonctionnement nominal, ou en fonctionnement de régénération du filtre à particules pendant les coupures de la post-injection tardive, et que la concentration en oxygène est identique en amont et en aval du dispositif de post-traitement, un recalage 20 initial des dérives différentielles des deux sondes, suivi par : a) le calcul de la pression en aval du filtre à particules à partir de la valeur de la pression atmosphérique et de la perte de charge modélisée entre ledit filtre et le pot en fin de ligne d'échappement, b) une première estimation de la pression en amont dudit filtre, obtenue par 25 exemple par un modèle de perte de charge à travers le filtre à partir de la pression en aval (Pav), - c) la correction des signaux délivrés par les deux sondes en amont et en aval du filtre en fonction de la valeur estimée de la pression en amont et de la valeur calculée de la pression en aval, les concentrations en oxygène 30 détectées par les deux sondes étant supposées identiques, - d) le calcul de la différence entre les signaux délivrés par les deux sondes en amont et en aval du filtre qui est due, les concentrations en oxygène des gaz entre l'amont et l'aval du filtre étant identiques, à une différence de pression dont la valeur est obtenue, à l'étape e) par inversion de la table de 35 correspondance entre les concentrations et les pressions établie par calibration.5 Selon une autre caractéristique, le procédé de mesure de la pression est tel que, le moteur étant en phase de post-injection pendant le mode de régénération du filtre à particules, il réalise les étapes suivantes : - a') le calcul de la pression en aval du filtre à particules à partir de la valeur de la pression atmosphérique et de la perte de charge modélisée entre ledit filtre et le pot en fin de ligne d'échappement, b') l'estimation de la pression en amont dudit filtre, calculée par exemple par un modèle de perte de charge à travers le filtre à partir de la dernière valeur estimée en mode nominal ou pendant les phases de coupure de post- injection tardive en mode de régénération, c') la correction des signaux délivrés par les deux sondes en amont et en aval du filtre en fonction de ladite valeur estimée de la pression en amont et de la valeur calculée de la pression en aval pour obtenir les concentrations effectives en oxygène détectées par les sondes, - d') le calcul de la différence de concentration en oxygène des gaz entre l'amont et l'aval du filtre, dont la valeur est obtenue par inversion de la table de correspondance entre les concentrations et les pressions établie par calibration.
Selon une autre caractéristique, le procédé comporte une étape supplémentaire de calcul de l'écart de température régnant aux bornes du filtre à partir de l'écart entre les taux d'oxygène effectifs mesurés par les deux sondes en amont et en aval, suivi d'une étape de calcul, à partir de la température en amont du filtre calculable, de la température maximale que doit atteindre le filtre à particules, en aval, pour une combustion optimale des suies, sans risque de destruction du filtre.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, illustrée par les figures suivantes qui sont : - la figure 1 : un schéma fonctionnel d'un système de post-traitement des gaz d'échappement équipé de deux sondes à oxygène, - les figures 2 et 3 : deux organigrammes des différentes étapes du procédé de mesure de la pression selon l'invention, en mode nominal et en mode de régénération respectivement.
Comme le montre le schéma de la figure 1, la sortie du collecteur 1 des gaz d'échappement d'un moteur Diesel est équipé d'une turbine 2, ou turbocompresseur, qui les propulse dans un système de post-traitement comprenant dans un même volume une fonction catalyseur d'oxydation et éventuellement piège à NOx, et un filtre à particules 3 destiné à piéger les particules, et éventuellement les NOx. Ce système comprend un calculateur électronique de contrôle 4, le calculateur de contrôle moteur par exemple destiné à piloter avec précision la température du filtre au cours de ses phases de régénération.
Selon l'invention, ce système comprend de plus deux sondes à oxygène Sam en amont et Sav en aval du filtre à particules 3, qui délivrent des signaux électriques sam et saä au calculateur électronique 4 de contrôle du post-traitement des gaz d'échappement, dans le but de réguler la température durant les régénérations du filtre ou de mesurer la richesse des gaz. Cette sonde Saä est implantée en aval dans une zone où la pression est connue, c'est par exemple la pression atmosphérique corrigée par la perte de charge modélisée entre la fin de la ligne d'échappement et le filtre, et la sonde amont Sam est implantée dans la zone où la pression est recherchée de façon à obtenir une estimation de la perte de charge provoquée par le filtre. La sonde soumise à une pression connue est dite sonde instrumentée, et la sonde soumise à une pression recherchée est dite sonde non instrumentée.
Comme le montre l'organigramme de la figure 2, le procédé de mesure selon l'invention comporte, lorsque le moteur est en fonctionnement nominal, les étapes suivantes réalisées alors que les compositions des gaz en amont et en aval du dispositif de post-traitement sont quasi identiques, donc que leurs concentrations en oxygène sont identiques. Les écarts de mesure entre les deux sondes amont et aval sont imputables soit à une dérive différentielle des deux sondes, soit à un écart entre les pressions subies par les deux sondes.
C'est pourquoi le procédé peut commencer par un recalage des dérives différentielles des deux sondes, comprenant une étape e,) d'identification des points de fonctionnement du moteur pour lesquels le débit volumique des gaz dans le filtre à particules est faible, donc les pressions amont et aval sont identiques, en particulier les points de régime de ralenti. Pour ces points de fonctionnement, le procédé compare à l'étape e2) les signaux sam et sav délivrés par les deux sondes, qui devraient être identiques, et introduit une fonction de correction à l'étape e3) dans le cas où ils sont différents. Les dérives étant lentes, cette correction peut être faite peu après la mise en route du moteur et rester valable jusqu'à son arrêt. On peut aussi préférer le faire à intervalles de temps réguliers dès que des circonstances favorables se présentent.
Ce recalage étant fait, le procédé de mesure de la pression en amont réalise les étapes suivantes : a) le calcul de la pression Pav en aval du filtre à particules 3 à partir de la valeur de la pression atmosphérique, délivrée par un capteur installé sur le véhicule, et de la perte de charge modélisée entre ledit filtre et le pot en fin de ligne d'échappement, b) une première estimation de la pression Pam en amont dudit filtre 3, obtenue par exemple par un modèle de perte de charge à travers le filtre à partir de la pression en aval (Pav), - c) la correction des signaux Sam et sav délivrés par les deux sondes Sam en amont et Sav en aval du filtre après recalage, en fonction de la valeur estimée de la pression Pam en amont et de la valeur calculée de la pression Paä en aval, les concentrations en oxygène détectées par les sondes étant supposées identiques, d) le calcul de la différence entre les signaux délivrés par les deux sondes en amont et en aval du filtre, qui est due, étant donné que la concentration en oxygène des gaz est identique, à une différence de pression dont la valeur est obtenue, à l'étape e), par inversion de la table de correspondance entre les concentrations apparentes et les pressions, établie par calibration.
Ainsi, comme la concentration en oxygène entre l'amont et l'aval du filtre à particules est identique, l'écart entre les signaux électriques délivrés par les deux sondes en amont et en aval s'interprète comme une différence de pression, et le procédé permet donc de connaître la différence de pression aux bornes du système de post-traitement des gaz d'échappement, soit la pression en amont à partir de la valeur connue en aval.
Il est possible d'ajouter une correction du décalage temporel existant entre les deux sondes, comme de prétraiter les signaux délivrés par les deux sondes pour réduire le bruit de mesure de ces sondes.
Lorsque le moteur est en mode de régénération du filtre à particules, par injection tardive notamment, l'utilisation des deux sondes à oxygène permet de réguler la température du filtre pour une régénération optimale. Cela nécessite donc que les écarts entre les taux d'oxygène mesurés dans les gaz entre l'amont et l'aval du filtre à particules, qui sont représentatifs de la différence de température des gaz selon des lois connues de la thermodynamique, soient connus avec une précision suffisante, par
6
conséquent que la pression estimée au niveau de la sonde non instrumentée en amont soit précise.
Le mode de régénération du filtre à particules comprend des phases d'injection tardive de carburant dans une des chambres de combustion du moteur, interrompues par des coupures régulières au cours desquelles les compositions des gaz en amont et en aval du dispositif de post-traitement sont quasi identiques. Pour connaître avec précision la composition des gaz en amont du filtre, et ainsi ajuster la température de fonctionnement du filtre, dans le cas où le moteur est en coupure de post-injection tardive, le procédé reprend donc les étapes a) à d) réalisées en mode de fonctionnement normal pour obtenir une estimation de la pression en amont du filtre à particules qui va permettre de corriger le signal délivré par la sonde amont, comme le montre l'organigramme de la figure 3.
Dans le cas où le moteur est en mode de régénération du filtre à particules, le procédé réalise les étapes suivantes : a') le calcul de la pression Pav en aval du filtre à particules 3 à partir de la valeur de la pression atmosphérique délivrée par un capteur installé sur le véhicule et de la perte de charge modélisée entre ledit filtre et le pot en fin de ligne d'échappement, b') l'estimation de la pression Pam en amont dudit filtre 3, calculée par exemple par un modèle de perte de charge à travers le filtre à partir de la dernière valeur estimée en mode nominal ou pendant les phases de coupure de post-injection tardive en mode de régénération, c') la correction des signaux sam et saä délivrés par les deux sondes Sam en amont et Sav en aval du filtre en fonction de ladite valeur estimée de la pression Pam en amont et de la valeur calculée de la pression Pav en aval, pour obtenir les concentrations effectives en oxygène détectées par les sondes, - d') le calcul de la différence de concentration en oxygène des gaz entre l'amont et l'aval du filtre, due à une différence de pression dont la valeur est obtenue, à l'étape e'), par inversion de la table de correspondance entre les concentrations et les pressions établie par calibration.
Ce calcul de l'écart entre les taux d'oxygène effectifs mesurés par les deux sondes en amont et en aval permet d'en déduire l'écart de température régnant aux bornes du filtre. Comme la température en amont du filtre est calculable, il est possible d'en déduire la température maximale que doit atteindre le filtre à particules, en aval, pour une combustion optimale des suies, sans risque de destruction du filtre.
Pour ce mode de régénération du filtre à particules, le procédé de mesure de la pression peut s'affranchir des dérives d'information entre les sondes, au cours de la vie du véhicule, comme pour le mode de fonctionnement nominal du moteur, par un recalage des signaux qu'elles émettent sur des points de fonctionnement où la pression différentielle est connue pour être quasi nulle, tels que des points du régime de ralenti, et où la quantité de réducteur des gaz d'échappement est faible, tel qu'en mode de fonctionnement normal. Dans ce cas, les signaux fournis par les deux sondes doivent être identiques. Les évaluations de la dérive différentielle et les corrections éventuelles sont effectuées à des intervalles réguliers dépendant du vieillissement attendu du composant.
Selon une variante du procédé de mesure de la pression selon l'invention, il comporte une étape supplémentaire de prise en compte du décalage temporel entre les propriétés mesurées par les deux sondes, dû au temps de transfert des gaz entre la sonde amont et la sonde aval. Ce recalage temporel, calculé à l'aide de paramètres de fonctionnement du moteur, peut être introduit par exemple juste avant d'estimer la différence entre les signaux fournis par les sondes. De même, il peut comporter une étape supplémentaire de filtrage des mesures effectuées, introduite par exemple juste après la mesure fournie par la sonde ainsi qu'une étape de correction d'environnement, tenant compte par exemple de la composition des gaz autour des sondes ou de la température des sondes si la composition est connue. Dans le cas de la composition des gaz, les signaux des deux sondes peuvent être comparés lors des levers de pied, lorsque l'injection de carburant est coupée.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure de la pression dans un système de post-traitement d'un moteur thermique de type Diesel dans un véhicule automobile, comprenant un filtre à particules dont la température est pilotée par un calculateur électronique, et deux sondes à oxygène, l'une étant implantée en amont dans une zone où la pression est recherchée et l'autre étant implantée en aval dudit filtre dans la zone où la pression est connue, caractérisé en ce qu'il comporte, lorsque le moteur est en mode de fonctionnement nominal, un recalage initial des dérives différentielles des deux sondes, suivi par : - a) le calcul de la pression (Pav) en aval du filtre à particules (3) à partir de la valeur de la pression atmosphérique et de la perte de charge modélisée entre ledit filtre et le pot en fin de ligne d'échappement, - b) une première estimation de la pression (Pam) en amont dudit filtre (3), obtenue par exemple par un modèle de perte de charge à travers le filtre à partir de la pression en aval (Paä), c) la correction des signaux (sam et saä) délivrés par les deux sondes (Sam) en amont et (Sav) en aval du filtre après recalage, en fonction de la valeur estimée de la pression (Pam) en amont et de la valeur calculée de la pression (Pav) en aval, les concentrations en oxygène détectées par les sondes étant supposées identiques, d) le calcul de la différence entre les signaux (sam et sav) délivrés par les deux sondes (Sam) en amont et (Sa,,) en aval du filtre, qui est due, étant donnée que les concentrations en oxygène des gaz entre l'amont et l'aval du filtre sont identiques, à une différence de pression dont la valeur est obtenue, à l'étape e), par inversion de la table de correspondance entre les concentrations et les pressions établie par calibration.
2. Procédé de mesure de la pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le moteur étant en phase de post-injection pendant le mode de régénération du filtre à particules, il réalise les étapes suivantes : a') le calcul de la pression (Pa,) en aval du filtre à particules (3) à partir de la valeur de la pression atmosphérique et de la perte de charge modélisée entre ledit filtre et le pot en fin de ligne d'échappement, b') l'estimation de la pression (Pam) en amont dudit filtre (3), calculée par exemple par un modèle de perte de charge à travers le filtre à partir de la 9 dernière valeur estimée en mode nominal ou pendant les phases de coupure de post-injection tardive en mode de régénération, c') la correction des signaux (sam et sav) délivrés par les deux sondes (Sam) en amont et (Sav) en aval du filtre en fonction de ladite valeur estimée de la pression (Pam) en amont et de la valeur calculée de la pression (Pav) en aval pour obtenir les concentrations effectives en oxygène détectées par les sondes, - d') le calcul de la différence de concentration en oxygène des gaz entre l'amont et l'aval du filtre, dont la valeur est obtenue, à l'étape e'), par inversion de la table de correspondance entre les concentrations et les pressions établie par calibration.
3. Procédé de mesure de la pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le recalage initial des deux sondes à oxygène comprend une étape d'identification des points de fonctionnement du moteur pour lesquels le débit volumique des gaz dans le filtre à particules est faible, donc les pressions amont et aval sont identiques, en particulier les points de régime de ralenti, suivie pour ces points de fonctionnement, d'une étape de comparaison des signaux délivrés par les deux sondes, avec introduction d'une fonction de correction dans le cas où les deux signaux sont différents.
4. Procédé de mesure de la pression selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire de correction du décalage temporel existant entre les deux sondes, et une étape de prétraitement des signaux délivrés par les deux sondes pour réduire le bruit.
5. Procédé de mesure de la pression selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire de calcul de l'écart de température régnant aux bornes du filtre à partir de l'écart entre les taux d'oxygène effectifs mesurés par les deux sondes en amont et en aval, suivi d'une étape de calcul, à partir de la température en amont du filtre calculable, de la température maximale que doit atteindre le filtre à particules, en aval, pour une combustion optimale des suies, sans risque de destruction du filtre.
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