FR2950930A1 - Procede et dispositif de regulation de la regeneration d'un filtre a particules - Google Patents

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Abstract

Dispositif de régulation de la régénération d'un filtre à particules (42) installé dans le système des gaz d'échappement d'un moteur thermique (10) avec un catalyseur d'oxydation (41) et une unité de commande. L'unité de commande comporte des régulateurs PI (57, 58) ainsi que d'autres installations pour un circuit de régulation interne et externe (51, 52) pour prédéfinir des motifs d'injection (60, 70) ainsi que des mémoires pour des champs de caractéristiques de températures de consigne servant à prédéfinir des températures de consigne (53, 55) dépendant du point de fonctionnement, en amont du catalyseur d'oxydation (41) et en amont du filtre à particules (42). Pour la régénération, on détermine une charge de noir de fumée, spécifique, et on réduit la température dans le catalyseur (41) et dans le filtre (42) en dessous de la température de consigne respective (53, 55).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé de régulation de la régénération d'un filtre à particules installé dans le système des gaz d'échappement d'un moteur thermique.
L'invention concerne également un dispositif de régulation de la régénération d'un filtre à particules installé dans le système des gaz d'échappement d'un moteur thermique avec un catalyseur d'oxydation en amont selon le sens de passage des gaz d'échappement, et une unité de commande pour la régulation et la commande de la ré- génération. Etat de la technique Lors de la régénération d'un filtre à particules diesel (encore appelé filtre DPF), on relève tout d'abord la température des gaz d'échappement, usuellement, suffisamment pour que le noir de fumée (particules) accumulé dans le filtre DPF commence à brûler. Pour cela, on peut envisager un grand nombre de mesures car les températures nécessaires des gaz d'échappement qui se situent entre 600°C jusqu'à 650°C ne s'obtiennent que lorsque le moteur diesel fonctionne normalement seulement au voisinage de la charge maximale. En particulier dans le cas de charge de moteur faible et de vitesse de rotation correspondante, pour régler la plage de température évoquée ci-dessus, il faut prendre non seulement des mesures d'injection telles que par exemple un décalage dans le sens du retard de l'injection principale, le décalage de la post-injection dans le moteur Po12 (Pol = post-injection) et/ou le décalage d'une post-injection Poli qui brûle dans le catalyseur d'oxydation diesel (encore appelé catalyseur DOC) et aussi envisager de fortes interventions sur le système d'alimentation en air par le volet d'étranglement du système d'alimentation en air du moteur diesel. La suite du développement des systèmes de filtres à par- ticules notamment de filtres à particules diesel (filtre DPF) destinés à des moteurs diesel dépend fortement de la réduction du coût du système. Ainsi un potentiel important réside dans l'utilisation de matières de filtres DPF, économiques, telles que par exemple la cordiérite. Toute-fois, en général de telles matières ne se caractérisent pas seulement leur coût de fabrication avantageux mais également par une capacité de
2 sollicitation thermique fortement réduite par comparaison aux matières standards actuelles telles que le carbure de silicium SiC. L'utilisation par exemple de la cordiérite nécessite un procédé de gestion du moteur spécialement adapté à cette matière ainsi que des capacités étendues de la commande électronique du moteur (module de commande électro- nique ECU). Pour un fonctionnement sans défaut, il faut assurer que la combustion du noir de fumée soit suffisamment contrôlée pour que la température du filtre à particules ne dépasse pas la valeur maximale de 1000°C pendant la régénération, cette valeur maximale étant liée à la matière. Pour de telles matières de filtre, critiques sur le plan thermique, il est en outre nécessaire de réguler précisément l'apport en matière pour l'oxydation du noir de fumée, pour éviter d'endommager le substrat. Cela est important en particulier pour les points de fonctionnement à faible charge et faible débit massique de gaz d'échappement comme par exemple pendant le ralenti. Un élément essentiel de cette application est la représentation d'un mode de régénération limité en oxygène car ainsi les vitesses de combustion peuvent être contrôlées de la manière la plus efficace. Pour certaines plages de fonctionnement, on a développé un régulateur X. Ce régulateur garantit la stabilité de la combustion du point de vue de la dérive du système et du point de vue de l'offre d'oxygène en amont du filtre à particules.
Le document DE 103 33 441 Al décrit par exemple un procédé de commande d'un système de post-traitement des gaz d'échappement notamment d'un filtre à particules équipant un moteur thermique ; selon ce document, on prédéfinit une valeur de consigne (LAS) d'un signal X (L) ou une variation d'un signal X (L) et on saisit une valeur réelle du signal X (L) et partant de la comparaison entre la valeur réelle et la valeur de consigne, on génère un signal de commande pour un élément de réglage qui commande la réaction dans le système de post-traitement des gaz d'échappement de façon que la valeur réelle se rapproche de la valeur de consigne.
3 La valeur de consigne (LAS) peut être prédéfinie pour régler une vitesse de combustion prédéfinie des particules d'un filtre à particules contenues dans le système de post-traitement des gaz d'échappement et/ou pour avoir une température prédéfinie dans le système de post-traitement des gaz d'échappement. Un tel mode de régénération, ainsi régulé, à oxygène limité pour le filtre à particules permet de contrôler la vitesse de combustion des particules et ainsi l'augmentation de la température dans le filtre à particules par suite de la réaction exothermique.
Le document DE 103 33 441 Al décrit en outre un dispositif de commande d'un système de post-traitement des gaz d'échappement en particulier d'un filtre à particules décrivant une ma-chine avec des moyens prédéfinissant une valeur de consigne (LAS) du signal X (L) ou une variation du signal X (L), des moyens qui saisissent une valeur réelle du signal X (L) ou la variation du signal X (L) et des moyens qui, partant de la comparaison entre la valeur réelle et la valeur de consigne (LAS) du signal X (L) ou de la variation du signal X (L), ont un signal de commande correspondant à un élément de réglage qui commande la réaction dans le système de post-traitement des gaz d'échappement en la prédéfinissant de façon que la valeur se rapproche de la valeur de consigne. A l'aide de l'élément de réglage, on peut influencer la quantité de carburant dans les gaz d'échappement. L'élément de réglage peut être réalisé sous la forme d'une soupape de retour de gaz d'échappement, d'un volet d'étranglement ou pour in- fluencer un turbocompresseur de gaz d'échappement ; il peut également s'agir d'un système simple qui effectue une post-injection de carburant dans le moteur thermique. Selon un autre document, on connaît un procédé de régulation de la régénération d'un filtre à particules installé dans le sys- tème des gaz d'échappement d'un moteur thermique, la combustion des particules dans le filtre à particules au cours d'une opération de régénération est contrôlée par la régulation de la teneur en oxygène des gaz d'échappement et/ou dont la température des gaz d'échappement ou d'au moins un composant du système de traitement des gaz d'échappement est régulé. Il est ainsi prévu des actions de régulation
4 pour réguler la teneur en oxygène contenue dans les gaz d'échappement et/ou la température des composants du système de post-traitement des gaz d'échappement seulement pour des conditions de combustion stables du moteur thermique.
Ce procédé évite que des actions de régulation pendant des conditions de combustion insuffisamment stables du moteur thermique génèrent des conditions dans le système de post-traitement des gaz d'échappement du moteur thermique aboutissant à une température suffisamment élevée (non acceptable) des différents composants du système de post-traitement des gaz d'échappement. L'efficacité des interventions de régulation dépend très fortement des conditions de fonctionnement du moteur thermique. A titre d'exemple, pour des actions de régulation du coefficient dans un système d'injection, par exemple d'une post-injection à combustion neutre du point de vue du couple, et qui brûle de manière définie dans le moteur thermique. Sinon, par une augmentation des émissions d'hydrocarbures imbrûlés, on aura des réactions exothermiques, non acceptables dans le système de post-traitement des gaz d'échappement, en particulier dans un catalyseur d'oxydation ce qui peut entraîner une forte élévation de la température et dans cet exemple, l'endommagement du catalyseur d'oxydation. La difficulté actuelle est que si pendant la régénération on n'atteint pas les températures d'allumage et si l'oxydation est lancée dans le filtre à particules, notamment pour des charges résiduelles de particules très élevées (de manière caractéristique > 4 g/1 ou > 10 g en valeur absolue) sans changer les mesures actives dans le mode de fonctionnement de base. Cela pourrait se traduire par l'endommagement du substrat par des températures excessives car déjà pour de faibles émissions massiques de gaz d'échappement comme celles que l'on rencontre au ralenti et de fortes concentrations en oxygène comme celles usuelles dans le mode de fonctionnement de base, la chaleur brutalement dégagée par l'accélération de la combustion des particules ne peut plus être évacuée suffisamment rapidement et risque ainsi d'endommager des matières du filtre moins résistantes à la température. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro-cédé notamment en utilisant des matières de filtre économiques et de ce fait moins résistantes aux températures et par lesquelles on peut termi- s ner la régénération même dans le cas de fortes charges résiduelles de particules sans risquer d'endommager la matière filtrante par des températures excessives. L'invention a également pour but de développer un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un dispositif du type dé-fini ci-dessus caractérisé en ce que l'unité de commande comporte des régulateurs PI ainsi que d'autres installations pour un circuit de régulation interne et externe pour prédéfinir des motifs d'injection ainsi que des unités de mémoire pour des champs de caractéristiques de températures de consigne servant à prédéfinir des températures de consigne dépendant du point de fonctionnement, en amont du catalyseur d'oxydation et en amont du filtre à particules, et pour terminer l'opération de régénération, on détermine une charge de noir de fumée, spécifique, en modèle ou à l'aide d'un capteur de différence de pression relié à l'unité de commande ou d'un capteur de pression absolue et on prend des mesures pour réduire les températures dans le catalyseur d'oxydation et dans le filtre à particules en dessous de la température de consigne respective en amont du catalyseur d'oxydation et du filtre à particules par des interventions dans le circuit de régulation interne et externe. L'unité de commande peut faire partie d'une commande principale de moteur. La fonction peut également être réalisée au moins en partie sous la forme d'un programme ce qui est notamment avanta- geux vis-à-vis des modifications et des innovations apportées à la stratégie de régénération des filtres à particules. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que pour terminer l'opération de régénération, on détermine une charge spécifique de noir de fumée et des mesures pour réduire les tempéra- tures dans un catalyseur d'oxydation en amont du filtre à particules
6 selon le sens des passages des gaz d'échappement ainsi que dans le filtre à particules en dessous d'une température de consigne respective, en amont du catalyseur d'oxydation et du filtre à particules. Le procédé et le dispositif présenté ci-dessus pour sa mise en oeuvre permettent d'arrêter la régénération des filtres à parti-cules lorsque les conditions ne sont pas favorables sans que cela n'endommage la matière du filtre car les moyens proposés permettent d'éviter des sollicitations par des températures excessives. De telles conditions défavorables peuvent exister par exemple dans les phases de fonctionnement à faible rendement et à consommation de carburant fortement augmentée. Cela est notamment avantageux si l'on utilise des matières de filtre (ou matières filtrantes) à faible tenue en température car dans ce cas également on peut utiliser des stratégies de régénération par exemple pour l'économie de carburant ou pour éviter une trop forte dilution du carburant qui serait par ailleurs interdite. C'est ainsi que notamment pour de forts résidus de particules, la régénération pourra se terminer après un abaissement suffisant de la température. Une variante de réalisation préférentielle est caractérisée en ce qu'après la demande d'un changement de mode de fonctionne- ment pour passer de la régénération au mode de fonctionnement de base, on prend des mesures pour réduire la température si la concentration spécifique de la charge de noir de fumée présente encore un niveau > 4 g/1. En particulier, pour de telles charges élevées en particules sans les mesures de l'invention, pour des états de fonctionne- ment défavorables on pourrait arriver à des températures élevées endommageant la matière du filtre. La concentration spécifique en noir de fumée peut être déterminée sous la forme d'un modèle ou en utilisant un capteur de pression différentielle ou un capteur de pression absolue installé dans le système des gaz d'échappement du moteur thermique. Selon une autre caractéristique préférentielle, en cas de dépassement vers le bas de la température de consigne respective en amont du catalyseur d'oxydation et du filtre à particules, on libère la demande de commutation vers le mode de fonctionnement de base. On évite ainsi en toute sécurité tout dommage du substrat par des tempé-
7 ratures excessives si pour de faibles flux massiques de gaz d'échappement comme ceux que l'on rencontre par exemple au ralenti et de fortes concentrations en oxygène comme celles usuelles dans le mode de fonctionnement de base, l'accélération de la combustion des particules produit une élévation brutale de la température. Les températures maximales autorisées pour la matière du filtre peuvent ainsi être respectées en toute sécurité. Selon la variante de procédé décrite ci-dessus, on détermine les températures réelles en amont du catalyseur d'oxydation et en amont ou dans le filtre à particules, selon un modèle ou à l'aide d'un ou plusieurs capteurs de température dans le système des gaz d'échappement du moteur thermique. Les températures réelles déterminées à l'aide d'un modèle ou simulées se calculent à partir de valeurs déjà enregistrées dans la commande du moteur et qui ont été obtenues par des capteurs de gaz d'échappement, des dispositifs de mesure de débit de gaz d'échappement, etc. Les capteurs de température peuvent être installés en tant que capteur distinct à un endroit approprié dans le système des gaz d'échappement du moteur thermique ou être intégrés au moins en partie dans d'autres capteurs par exemple dans des sondes X. Pour le respect des températures maximales autorisées pour la matière du filtre, il est avantageux suivant une autre caractéristique, qu'après la demande de changement de mode de fonctionnement pour passer de la régénération au mode de fonctionnement de base, on fixe comme température de consigne en amont du catalyseur d'oxydation ou en amont du filtre à particules, chaque fois une température < 550°C. Ce seuil de température doit pouvoir être dépassé vers le bas pour environ 2 mn avant de commuter sur le mode de fonctionnement de base car les substrats ou supports du catalyseur et du filtre à particules stockent en partie l'énergie apportée. Il faut tenir compte de ce que la température en amont des substrats ou supports est différente des températures dans le substrat ou support. Suivant une caractéristique préférentielle, comme moyen de réduction de la température, on adapte la température de consigne en amont du catalyseur d'oxydation dans un circuit de régulation in-
8 terne ou on adapte la température de consigne en amont du filtre à particules dans un circuit de régulation externe et/ou on effectue une pré-commande de correction pour influencer un système de dosage de carburant du moteur thermique dans des plages du champ de caracté- ristiques du moteur régulé en température. La température de consigne en amont du catalyseur d'oxydation peut être adaptée dans un champ de caractéristiques de valeurs de consigne dépendant de la vitesse de rotation et du couple. Par rapport à une prédéfinition rigide de la valeur de consigne, on peut prédéfinir la valeur de consigne en fonction du point de fonctionnement. Pour abaisser la température en amont du filtre à parti-cules (filtre DPF) ou dans celui-ci, on réduit la température de consigne en amont du catalyseur d'oxydation de 40 K jusqu'à 60 K. Cela assure déjà un léger abaissement de la température en amont du catalyseur d'oxydation (catalyseur DOC) et la teneur en oxygène résiduel des gaz d'échappement ne sera pas relevée trop fortement car pour l'abaissement de la température, on ne diminue que légèrement la dose injectée par rapport à la dose prévue par le régulateur du circuit de régulation interne.
Suivant une caractéristique préférentielle, l'unité de commande implémente une précommande de correction pour déterminer ou corriger la quantité de carburant d'une post-injection comme composant du circuit de régulation interne ou externe. Ce modèle « oxydat inverse » calcule avec les grandeurs d'entrée telles que le débit mas- Bique de gaz d'échappement, la température réelle en amont du catalyseur DOC et la déperdition calorifique vers l'environnement, la dose de carburant nécessaire pour la future post-injection, pour atteindre la température de consigne en amont du filtre à particules DPF. Si l'on abaisse la température de consigne en amont du filtre à particules de 290 jusqu'à 310 K, ce qui est synonyme de cou-pure du modèle « oxydat inverse » et du circuit de régulation extérieure, car la température réelle dans le circuit de régulation est toujours supérieure à la température de consigne corrigée en amont du filtre DPF ou le circuit de régulation extérieure est directement coupé si bien qu'il n'y aura plus de post-injection ultérieure.
9 Pendant une régénération de régulation X du filtre à particules, ce qui peut être critique à cause du faible débit massique, jus-qu'à passer en dessous des températures de consigne respectives en amont du catalyseur d'oxydation et en amont du filtre à particules, on ne prend pas de mesures particulières car jusqu'à la libération de la commutation vers le mode de fonctionnement de base, c'est-à-dire la température réelle en amont du filtre à particules, par exemple < 550°C, il faut une régulation précise de l'oxygène résiduel. On cherche pour cela dans les états de fonctionnement non critiques pour le filtre à particules DPF (débit massique important, plage de température régulée) à refroidir le filtre à particules, suffisamment pour qu'il puisse passer sans risque dans le mode de fonctionnement de base. Une application préférentielle du procédé telle qu'elle a été décrite ci-dessus dans ses variantes prévoit une régulation de la ré- 15 génération des filtres à particules dans le système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur thermique en forme de moteur die-sel et pour la matière du filtre à particules diesel, on utilise des matières de filtre économiques mais toutefois moins stables en température. De façon préférentielle, on utilise un corps de base en cor- 20 diérite. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : 25 - la figure 1 est une vue schématique de l'environnement technique auquel s'applique le procédé de l'invention, - la figure 2 montre un diagramme de circuit de régulation du pro-cédé de l'invention, et - la figure 3 montre un diagramme du procédé. 30 Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention La figure 1 montre schématiquement l'environnement technique dans lequel s'inscrit l'invention. On a représenté un moteur thermique 10 sous la forme d'un moteur diesel équipé d'un système de dosage de carburant 11, d'une conduite d'alimentation en air 20 dans 35 laquelle passe une veine d'air d'alimentation 21 et une conduite de gaz
10 d'échappement 30 traversée par la veine des gaz d'échappement 32 émis par le moteur thermique 10. Dans le sens de passage de la veine d'air d'alimentation 21, la conduite d'alimentation en air 20 comporte successivement un étage de compression 23 dans le turbocompresseur 22 et un volet d'étranglement 24. Une conduite de recyclage des gaz d'échappement 25 relie la conduite d'alimentation en air 20 à la con-duite des gaz d'échappement 30 à travers une soupape de recyclage des gaz d'échappement 26. Selon le sens de passage de la veine des gaz d'échappement 32, en aval du moteur thermique 10, on a une turbine de gaz d'échappement 31 faisant partie du turbocompresseur 22 ainsi que les composants d'un système de post-traitement des gaz d'échappement 40, à savoir une première sonde X 43, une alimentation en carburant 45, un catalyseur d'oxydation 41 sous la forme d'un catalyseur d'oxydation diesel (catalyseur DOC), une seconde sonde 44 ain- si qu'un filtre à particules 42 sous la forme d'un filtre à particules diesel (filtre DPF). Pour appliquer l'invention, il faut au moins l'une des deux sondes 43, 44. L'air frais arrive dans le moteur 10 par la conduite d'alimentation en air 20. La quantité d'air se détermine à l'aide d'un dispositif de mesure massique de l'air 27, par exemple un débitmètre massique d'air à film chaud encore appelé débitmètre HFM. L'air frais est comprimé par l'étage de compression 23 du turbocompresseur 22 entraîné par les gaz d'échappement 32 actionnant la turbine des gaz d'échappement 31. Le volet d'étranglement 24 permet de régler la quan- tité d'air fournie. Pour réduire les émissions polluantes, la veine d'air d'alimentation 21 est mélangée par le recyclage des gaz d'échappement 25 à une quantité de gaz d'échappement du conduit de gaz d'échappement 30 dépendant des paramètres de fonctionnement du moteur thermique 10. Le coefficient de recyclage des gaz d'échappement se règle à l'aide de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 26. Les matières polluantes émises par le moteur thermique 10 sont transformées ou filtrées dans le système de post-traitement des gaz d'échappement 40. C'est ainsi que les hydrocarbures imbrûlés et le monoxyde de carbone seront oxydés dans le catalyseur d'oxydation 41 alors que le filtre à particules 42 retient les particules de noir de fumée.
11 L'alimentation en carburant 45 permet d'introduire du carburant dans le conduit de gaz d'échappement 30 par une post-injection retardée (Poli). La figure 1 ne montre pas les unités de commande et de régulation assurant le fonctionnement du moteur 10 et du système de post-traitement des gaz d'échappement 40 ni les unités servant au diagnostic du chargement du filtre à particules 42. Pendant le fonctionnement du moteur thermique 10, le filtre à particules 42 se charge jusqu'à ce que soit signalé l'épuisement de sa capacité d'accumulation. Puis la phase de régénération du filtre à particules 42 sera lancée au cours de laquelle les particules accumulées dans le filtre à particules 42 sont brûlées par une réaction exothermique. Pour lancer la réaction exothermique, il faut des températures de gaz d'échappement comprises entre 600°C/650°C en amont du filtre à particules 42. Comme on atteint de telles températures en fonctionnement normal du moteur thermique 10 qu'en étant proche de la charge maximale, il faut augmenter la température par des moyens supplémentaires. En particulier, si la charge du moteur et sa vitesse de rotation sont faibles, en plus de l'action sur le système d'alimentation en air, par exemple à l'aide du volet d'étranglement 24, il faut prendre d'autres mesures au niveau de l'injection du carburant par le système de dosage de carburant 11. Ces mesures peuvent être prises dans le moteur comme par exemple le décalage dans le sens du retard de l'injection principale ou une post-injection Po12 brûlée dans le moteur 10 sans fournir de couple ou une post-injection Poil par l'alimentation en carburant 45 dans le canal des gaz d'échappement 30 en amont du catalyseur d'oxydation 41 pour brûler dans ou sur le catalyseur d'oxydation 41. On peut également modifier le coefficient de recyclage des gaz d'échappement par l'intermédiaire de la soupape de recyclage des gaz d'échappement 26. Pour surveiller les températures selon l'exemple présenté, le conduit des gaz d'échappement 30 comporte un capteur de température 47 déterminant la température en amont du catalyseur d'oxydation 41, la température réelle avant le catalyseur DOC (T_vor_DOC), 54, ain- si qu'un capteur de température 48 pour déterminer la température en
12 amont du filtre à particules 42 c'est-à-dire la température réelle en amont du filtre DPF (T_vor_DPF) 56. Ces capteurs de température 47, 48 peuvent être des capteurs installés de manière indépendante ou des capteurs intégrés dans les sondes 43, 44. On peut en outre prévoir un dispositif de mesure supplémentaire pour déterminer un débit massique de gaz d'échappement 46 du côté de la sortie dans la conduite des gaz d'échappement 30. Les températures réelles 54, 56 peuvent également se déterminer ou se simuler en s'appuyant sur un modèle. Les mesures prises influencent non seulement la température des gaz d'échappement mais également leur composition, en particulier leur teneur en oxygène. Comme la teneur en oxygène a une influence importante sur la vitesse de combustion des particules accumulées dans le filtre à particules 42 pendant la phase de régénération et ainsi sur l'énergie libérée à chaque instant, il est connu de réguler 15 l'évolution de la combustion des particules et ainsi la température du filtre à particules par la régulation de la teneur en oxygène des gaz d'échappement. Pour cela une unité de régulation non représentée compare le signal ou la variation du signal d'au moins l'une des deux sondes 43, 44 à une valeur prédéfinie et en fonction de la différence 20 de régulation obtenue, on entreprend l'une des actions ou une combinaison de plusieurs telles actions. En vue de terminer la régénération notamment avec une forte concentration de charge de particules (de manière caractéristique > 4 g/1), le procédé selon l'invention prévoit que pour une demande de 25 changement de mode de fonctionnement, on détermine d'abord la charge spécifique en particules puis on prend des mesures pour diminuer la température du catalyseur d'oxydation 41 et du filtre à parti-cules 42 en dessous de la température de consigne respective 53, 55 en amont du catalyseur d'oxydation 41 et en amont du filtre à particules 30 42. Une action pour réduire la température, comme le montre schématiquement la figure 2 par un diagramme de régulation 50, consiste à adapter d'une part la température de consigne 53 en amont du catalyseur d'oxydation 41 dans un circuit de régulation in- 35 terne 51 et adapter la température de consigne 55 en amont du filtre à
13 particules 42 dans un circuit de régulation externe 52. De plus ou en variante à l'adaptation dans le circuit de régulation externe 52, un dis-positif de commande préalable de correction 59 permet d'influencer le système de dosage de carburant 11 du moteur thermique 10.
De manière détaillée, la figure 2 montre le circuit de régulation interne 51 qui effectue des actions internes au moteur pour réguler la température en amont du catalyseur d'oxydation 41 (catalyseur DOC). Pour cela il est prévu un premier régulateur PI 57 (régulateur proportionnel/intégral) qui compare la température de consigne 53 en amont du catalyseur d'oxydation 41, par exemple 500°C, à la température réelle avant le catalyseur DOC (T_vor_DOC) 54, et on régule de manière correspondante sur la valeur de la température de consigne 53 en amont du catalyseur DOC. Cela se fait par des injections appropriées selon un premier motif d'injections 60 consistant à prédéfinir l'instant de l'injection et la dose de carburant injecté par l'intermédiaire du système de dosage de carburant 11 du moteur thermique 10 avec une injection pilote 61 (PI) une injection principale 62 (MI) et une post-injection 63 (Pol). Le circuit de régulation interne 51 utilise pour cela une précommande de correction 59 pour déterminer ou corriger la dose de carburant utilisée pour une post-injection ainsi qu'une dose d'injection de correction 59.1. Le modèle, appelé modèle « oxydat inverse », est en-registré ; ce modèle prédéfinit avec les grandeurs d'entrée débit massique de gaz d'échappement 46, température réelle en amont du catalyseur DOC 54 et perte thermique prévisionnelle vers l'environnement, la dose de carburant nécessaire (qHc) d'une post-injection ultérieure 73 (Pol) selon un second motif d'injection 70 pour maintenir ou atteindre la température de consigne en amont du filtre DPF 55 par exemple à température de 600°C. Le second motif d'injection 70 comprend en plus de la post-injection 73, retardée, une injection pilote 71 (PI) ainsi qu'une injection principale 72 (MI) qui, au contraire du premier motif d'injection 60, peuvent également différer l'une de l'autre en quantité. La figure 2 montre également le circuit de régulation ex- terne 52 comme moyen de correction dynamique de la régulation décrite
14 précédemment. Il est prévu un second régulateur PI 58 (régulateur proportionnel/intégral) qui compare la température de consigne 55 en amont du filtre à particules 42, fixée par exemple à 600°C, à la température réelle avant le filtre DPF (T_vor_DPF) 56 et régule ainsi sur la va- leur de la température de consigne 55 en amont du filtre DPF. Cela se fait avec des injections appropriées correspondant au second motif d'injection 70 qui prédéfinit l'instant et la dose de carburant injecté par le système de dosage de carburant 11 du moteur thermique 10 pour l'injection pilote 71 (PI), l'injection principale 72 (MI) ainsi que la post- injection ultérieure 73 (Pol) ; la post-injection retardée 73 est adaptée par la précommande de correction 59 suivant une dose d'injection corrigée 59.1 correspondant au modèle « oxydat inverse » enregistré dans la précommande de correction 59. Comme le montre de manière simplifiée le diagramme de la figure 3, il est possible de transformer la fonction assurée par l'appareil de commande selon l'ordinogramme 80. Après le départ 81 du procédé, on vérifie tout d'abord par une première interrogation 82 si l'on est en présence d'une requête de commutation vers le mode de fonctionnement de base. Si cela est le cas, dans une seconde interrogation 83, on vérifie si la température réelle 56 en amont ou dans le filtre à particules 42 (filtre DPF) est inférieure à la température de consigne prédéfinie 55 en amont du filtre à particules 42 (filtre DPF). Si cela n'est pas le cas, par une troisième interrogation 84, on vérifie si l'on est encore en présence d'une concentration élevée de particules. Si cela est le cas, c'est-à-dire si la concentration de parti-cules est encore supérieure ou égale à 4 g/1, alors dans un premier bloc fonctionnel 85, on exécute les actions décrites ci-dessus pour abaisser la température. D'une part, on abaisse la température de consigne 53 en amont du catalyseur d'oxydation (catalyseur DOC) dans le circuit de régulation interne 51, en l'abaissant par exemple de 50 K et d'autre part, on abaisse la température de consigne 55 en amont du filtre à particules 42 (filtre DPF) dans le circuit de régulation externe 52, par exemple d'une température de 300 K (voir à cet effet la figure 2). Par une quatrième interrogation 87, on détermine si les actions ainsi entre- prises réduisent la température réelle 56 en amont ou dans le filtre à
15 particules 42 en dessous de la température de consigne prédéfinie 55 en amont du filtre à particules 42. Cette action est appliquée jusqu'à ce que la condition soit remplie. Ce n'est qu'ensuite, dans un second bloc fonctionnel 86, que l'on libère de manière retardée la commutation di- recte vers le mode de fonctionnement de base, ce qui arrête le déroule- ment du procédé (fin 88). Si déjà pour la seconde interrogation 83, la condition « la température réelle 56 en amont ou dans le filtre à particules 42 (filtre DPF) est, elle, inférieure à la température de consigne prédéfinie 55 », alors on libère la commutation directe vers le mode de fonctionnement de base (second bloc fonctionnel 86). Cela se fait également si déjà, lors de la troisième interrogation 84, on constate que la concentration en particules est < 4 g/1. La température de consigne 55 en amont du filtre DPF selon le procédé préférentiel est fixée à une valeur de 550°C.
Ce déroulement du procédé est de préférence enregistré comme programme dans la commande du moteur. Les actions décrites ci-dessus pour abaisser la température permettent notamment, dans le cas d'une charge élevée en parti-cules, de terminer de façon anticipée l'opération de régénération du filtre à particules 42 sans avoir des températures de niveau inacceptable qui pourraient endommager des matériaux moins résistants à la température comme par exemple la cordiérite, par comparaison par exemple à des matériaux standards tels que SIC.25 NOMENCLATURE 10 Moteur thermique 11 Système de dosage 40 Système de post-traitement 41 Catalyseur d'oxydation 42 Filtre à particules 47, 48 Capteurs de température 51 Circuit de régulation interne 52 Circuit de régulation externe 53, 55 Températures de consigne 54, 56 Températures réelles 57, 58 Régulateurs PI 59 Précommande de correction 60, 70 Motifs d'injection20

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1 °) Procédé de régulation de la régénération d'un filtre à particules (42) d'un système de gaz d'échappement d'un moteur thermique (10), procédé caractérisé en ce que pour terminer l'opération de régénération, on détermine une charge spécifique de particules et on prend des mesures pour réduire les températures dans un catalyseur d'oxydation (41) en amont du filtre à particules (42) selon le sens de passage des gaz d'échappement ainsi que dans le filtre à particules (42), en dessous d'une température de con-signe (53, 55) respective, en amont du catalyseur d'oxydation (41) et du filtre à particules (42). 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' 15 après la demande d'un changement de mode de fonctionnement pour passer de la régénération au mode de fonctionnement de base, on prend des mesures pour réduire la température si la concentration spécifique de la charge de particules présente encore des niveaux > 4 g/1. 20 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine la concentration spécifique de la charge en particules par un modèle ou à l'aide d'un capteur de pression différentielle ou d'un capteur de pression absolue installé dans le système des gaz 25 d'échappement du moteur thermique (10). 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en cas de dépassement vers le bas de la température de consigne res- 30 pective (53, 55) en amont du catalyseur d'oxydation (41) et du filtre à particules (42), on libère la demande de commutation vers le mode de fonctionnement de base. 5°) Procédé selon la revendication 1, 35 caractérisé en ce que 18 l'on détermine les températures réelles (54, 56) en amont du catalyseur d'oxydation (41) et en amont ou dans le filtre à particules (42), selon un modèle ou à l'aide d'un ou plusieurs capteurs de température (47, 48) dans le système des gaz d'échappement du moteur thermique (10). 6°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' après la demande de changement de mode de fonctionnement pour passer de la régénération au mode de fonctionnement de base, on fixe comme température de consigne (53, 55) en amont du catalyseur d'oxydation (41) ou en amont du filtre à particules (42), chaque fois une température < 550°C. 7°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que comme moyen de réduction de la température, on adapte la température de consigne (53) en amont du catalyseur d'oxydation (41) dans un circuit de régulation interne (51) ou une adaptation de la température de consigne (55) en amont du filtre à particules (42) dans un circuit de régulation externe (52) et/ou une précommande de correction (59) pour influencer un système de dosage de carburant (11) du moteur thermique (10) dans des plages de champ de caractéristiques du moteur régulé en température. 8°) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on adapte la température de consigne (53) en amont du catalyseur d'oxydation (41) dans un champ de valeurs de consigne dépendant de la vitesse de rotation et du couple. 9°) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on réduit la température de consigne (53) en amont du catalyseur d'oxydation (41) d'une valeur de 40 K à 60 K.35 19 10°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réduit la température de consigne (55) en amont du filtre à parti-cules (42) pour passer de 290 à 310 K ou on coupe le circuit de régula- tion externe (52). 11 °) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pendant une régénération du filtre à particules (42) avec régulation du coefficient jusqu'au dépassement vers le bas des températures de consigne respectives (53, 55) en amont du catalyseur d'oxydation (41) et en amont du filtre à particules (42), on ne prend pas de mesure spéciale. 12°) Application du procédé selon l'une des revendications 1 à 11 pour réguler la régénération de filtres à particules (42) installés dans un système de post-traitement des gaz d'échappement (40) d'un moteur thermique (10) en forme de moteur diesel équipé d'un corps de base en cordiérite. 13°) Dispositif de régulation de la régénération d'un filtre à particules (42) installé dans le système des gaz d'échappement d'un moteur thermique (10) avec un catalyseur d'oxydation (41) en amont selon le sens de passage des gaz d'échappement, et pour la régulation et la commande de la régénération, il est prévu une unité de commande, dispositif caractérisé en ce que l'unité de commande comporte des régulateurs PI (57, 58) ainsi que d'autres installations pour un circuit de régulation interne et externe (51, 52) pour prédéfinir des motifs d'injection (60, 70) ainsi que des uni-tés de mémoire pour des champs de caractéristiques de températures de consigne servant à prédéfinir des températures de consigne (53, 55) dépendant du point de fonctionnement, en amont du catalyseur d'oxydation (41) et en amont du filtre à particules (42), 20 et pour terminer l'opération de régénération, on détermine une charge de noir de fumée, spécifique, en modèle ou à l'aide d'un capteur de différence de pression relié à l'unité de commande ou d'un capteur de pression absolue et on prend des mesures pour réduire les tempéra- tures dans le catalyseur d'oxydation (41) et dans le filtre à particules (42) en dessous de la température de consigne respective (53, 55) en amont du catalyseur d'oxydation (41) et du filtre à particules (42) par des interventions dans le circuit de régulation interne et externe (51, 52). 14°) Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'unité de commande implémente une précommande de correction (59) pour déterminer ou corriger la quantité de carburant d'une post- injection comme composant du circuit de régulation interne ou externe (51, 52).20
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