FR3071543A1 - Procede de pilotage d'un moteur thermique - Google Patents

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Abstract

L'invention porte principalement sur un procédé de pilotage d'un moteur thermique (10), notamment d'un véhicule automobile, relié à une ligne d'échappement (12) comportant un filtre à particules (16), caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape de mesure d'un débit volumique des gaz d'échappement traversant le filtre à particules (16), - une étape de comparaison du débit volumique des gaz d'échappement mesuré avec un seuil prédéterminé, et - une étape d'adaptation d'une stratégie de mesure d'une quantité de particules accumulées dans le filtre à particules (16) en fonction du résultat de cette comparaison.

Description

PROCEDE DE PILOTAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE [0001] L'invention porte sur un procédé de pilotage d'un moteur thermique. L'invention se situe dans le domaine de la dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique.
[0002] Lors de la combustion d'un mélange d'air et de carburant dans un moteur thermique, des polluants peuvent être émis dans la ligne d'échappement du moteur. Ces polluants sont principalement des hydrocarbures imbrûlés (HC), des oxydes d'azote (monoxyde d'azote NO et dioxyde d'azote NO2) et des oxydes de carbone (dont le monoxyde de carbone CO).
[0003] Les normes environnementales en matière de dépollution des gaz d'échappement imposent l'installation de systèmes de post-traitement des gaz d'échappement dans la ligne d'échappement des moteurs. La ligne d'échappement d'un moteur est donc généralement au moins munie d'un catalyseur, par exemple un catalyseur à trois voies, permettant la réduction des oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, l'oxydation des monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et l'oxydation des hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau.
[0004] Des particules solides ou liquides constituées essentiellement de suies à base de carbone, et/ou de gouttelettes d'huile peuvent également être émises. Ces particules ont typiquement une taille comprise entre quelques nanomètres et un micromètre. Pour les piéger, on prévoit généralement un filtre à particules constitué d'une matrice minérale, de type céramique, de structure alvéolaire, définissant des canaux disposés sensiblement parallèlement à la direction générale d'écoulement des gaz d'échappement dans le filtre, et alternativement obturés du côté de la face d'entrée des gaz du filtre et du côté de la face de sortie des gaz du filtre, comme cela est décrit dans le document EP2426326.
[0005] Le filtre à particules nécessite des régénérations régulières pour ne pas être surchargé. Ces régénérations ont lieu en présence de thermique et d’oxygène. Pour un moteur à essence, une zone importante de fonctionnement moteur permet d’apporter la thermique nécessaire et l’oxygène peut être apporté par des coupures d’injection lors de levers de pied ou lors des passages de rapport.
[0006] Toutefois, il peut exister des situations pour lesquelles les conditions ne sont pas réunies pendant suffisamment longtemps lors d’un roulage (temps de régénération trop faible, thermique trop faible ou pas assez d’oxygène à l’échappement). Si ces situations se prolongent ou se reproduisent successivement pendant trop longtemps, alors le filtre à particules peut stocker une quantité de particules importante susceptible de détériorer le moteur en cas de régénération.
[0007] L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant un procédé de pilotage d'un moteur thermique, notamment d'un véhicule automobile, relié à une ligne d'échappement comportant un filtre à particules, caractérisé en ce qu'il comporte:
- une étape de mesure d'un débit volumique des gaz d'échappement traversant le filtre à particules,
- une étape de comparaison du débit volumique des gaz d'échappement mesuré avec un seuil prédéterminé, et
- une étape d'adaptation d'une stratégie de mesure d'une quantité de particules accumulées dans le filtre à particules en fonction du résultat de cette comparaison.
[0008] L'invention permet ainsi d'adapter la stratégie de mesure de la charge du filtre à particules en fonction du profil du conducteur afin de prévenir les risques sécuritaires. L'invention présente un avantage économique, dans la mesure où elle nécessite uniquement l'adaptation de l'algorithme de contrôle moteur pour être implémentée.
[0009] Selon une mise en œuvre, dans le cas où le débit volumique des gaz d'échappement dépasse le seuil prédéterminé, le procédé comporte une étape d'estimation de la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules à partir d'une mesure d'une variation de pression entre une entrée et une sortie du filtre à particules.
[0010] Selon une mise en œuvre, dans le cas où le débit volumique des gaz d'échappement est inférieur au seuil prédéterminé, le procédé comporte une étape de génération d'un défaut de type client critique ainsi qu'une étape d'intégration des émissions de particules théoriques en sortie du moteur thermique à l'aide d'un intégrateur.
[0011] Selon une mise en œuvre, l'intégration des émissions de particules théoriques est effectuée en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi une vitesse du véhicule automobile, un débit d’air dans le filtre à particules, une température d’eau du moteur thermique, une température extérieure, un nombre de redémarrages du moteur thermique.
[0012] Selon une mise en œuvre, lorsqu’une mesure de la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules a pu être effectuée à partir d'une mesure de variation de pression, le procédé comporte une étape de mise à jour de l'intégrateur.
[0013] Selon une mise en œuvre, lorsque la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules dépasse un seuil, le procédé comporte une étape d'activation d'au moins un mode de reconfiguration du moteur thermique visant à empêcher toute régénération du filtre à particules.
[0014] Selon une mise en œuvre, le mode de reconfiguration du moteur thermique consiste à inhiber des coupures d’injection, ou limiter des performances du moteur thermique, ou exploiter un mélange air/carburant riche.
[0015] Selon une mise en œuvre, dans le cas où le moteur thermique présente un défaut de type client critique en service après-vente, le procédé comporte une étape de mesure physique de la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules, et une étape de régénération contrôlée du filtre à particules dans le cas où la mesure dépasse un seuil sécuritaire.
[0016] L'invention a également pour objet un calculateur moteur comportant une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé de pilotage du moteur thermique tel que précédemment défini.
[0017] L'invention a également pour objet un moteur thermique comportant un calculateur moteur tel que précédemment défini.
[0018] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
[0019] La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur thermique avec lequel est mis en œuvre le procédé de pilotage selon la présente invention;
[0020] La figure 2 est un diagramme des étapes du procédé de pilotage du moteur thermique selon la présente invention;
[0021] La figure 3 est une représentation graphique illustrant les deux zones de surveillance de la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules en fonction du débit volumique des gaz d'échappement traversant le filtre à particules;
[0022] La figure 4 est une représentation graphique des zones de fonctionnement moteur permettant une mesure du chargement du filtre à particules et de la zone de fonctionnement moteur ne permettant pas la mesure du chargement du filtre à particules.
[0023] La figure 1 représente un moteur thermique 10, par exemple un moteur à essence, notamment destiné à équiper un véhicule automobile.
[0024] Le moteur thermique 10 est relié à une ligne d’échappement 12 pour l’évacuation des gaz brûlés produits par le fonctionnement du moteur thermique 10.
[0025] La ligne d’échappement 12 comprend un organe 14 de dépollution de polluant gazeux, par exemple un catalyseur d’oxydation, ou un catalyseur trois-voies. Le catalyseur trois voies 14 permet notamment de réduire les oxydes d'azote en azote et en dioxyde de carbone, d'oxyder les monoxydes de carbone en dioxyde de carbone, et les hydrocarbures imbrûlés en dioxyde de carbone et en eau.
[0026] La ligne d’échappement 12 comprend un filtre à particules 16 pour filtrer des particules de suies dans les gaz d'échappement du moteur thermique 10. Le filtre à particules 16 est adapté à la filtration de particules de suies provenant de la combustion d'essence. Ce filtre 16 est appelé en anglais gasoline particulate filter abrégé en GPF. Il se différencie des filtres à particules classiques assurant une filtration des particules de suies issues de la combustion du gazole.
[0027] Dans le filtre à particules 16, les gaz d'échappement traversent la matière composant le filtre à particules 16. Ainsi, lorsque le filtre à particules 16 est formé de canaux, chacun de ces canaux comprend une extrémité bouchée, de sorte que les gaz d'échappement s'écoulant dans le filtre à particules 16 passent de canaux en canaux, en traversant les parois des différents canaux du filtre à particules 16 pour sortir du filtre à particules 16. Le filtre à particules 16 pourra être à base d'une matrice céramique poreuse, par exemple en cordiérite, mullite, titanate d'aluminium ou carbure de silicium. S'il y a lieu, l'organe 14 de dépollution et le filtre à particules 16 pourront être implantés à l'intérieur d'une même enveloppe.
[0028] La ligne d'échappement 12 est également munie de deux capteurs 18, 19 de mesure de pression. Un des capteurs 18 est disposé en amont du filtre à particules 16 et l'autre capteur 19 est disposé en aval du filtre à particules 16. Les capteurs 18,19 de mesure de pression permettent de mesurer une différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 16 à partir de laquelle il est possible de déduire une quantité de particules accumulées. A cet effet, on utilise une cartographie établissant une corrélation, en fonction du débit de gaz admis, entre la mesure de variation de pression et la masse en particules dans le filtre à particules 16.
[0029] Un calculateur 22 est également prévu pour assurer le pilotage du fonctionnement du moteur thermique 10. Ce calculateur 22 comprend une mémoire stockant des instructions logicielles pour la mise en œuvre du procédé détaillé ci-après.
[0030] On décrit ci-après, en référence avec les figures 2 à 4, le procédé de pilotage d'un moteur thermique 10 selon l'invention.
[0031] Un débit volumique Qvol des gaz d'échappement traversant le filtre à particules 16 est mesuré au cours d'une étape 101. Puis, le débit volumique Qvol des gaz d'échappement mesuré est comparé, dans une étape 102, avec un seuil prédéterminé Qvol_min. Ce seuil prédéterminé Qvol_min est par exemple compris entre 0,010 m3/s et 0,020 m3/s, et vaut de préférence 0,015 m3/s.
[0032] Au cours d'une étape 103, on adapte une stratégie de mesure d'une quantité de particules accumulées dans le filtre à particules 16 en fonction du résultat de la comparaison. Ainsi, comme cela est représenté sur la figure 3, dans le cas où le débit volumique Qvol des gaz d'échappement dépasse le seuil prédéterminé Qvol_min, on considère que le conducteur présente un profil nominal Prof_nom. La quantité de particules accumulées dans le filtre à particules 16 est alors estimée à partir d'une mesure d'une variation de pression entre une entrée et une sortie du filtre à particules 16.
[0033] Dans le cas où le débit volumique Qvol des gaz d'échappement est inférieur au seuil prédéterminé Qvol_min, on considère que le conducteur présente un profil critique Prof_crit ne permettant pas d'effectuer une mesure de la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules 16 à partir de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 16. Un défaut de type client critique est alors généré dans une étape 104.
[0034] Dans ce cas, la charge en particules est estimée par intégration des émissions de particules théoriques en sortie du moteur thermique 10. L'intégration des émissions de particules théoriques est effectuée en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi une vitesse du véhicule automobile, un débit d’air dans le filtre à particules 16, une température d’eau du moteur thermique 10, une température extérieure, un nombre de redémarrages du moteur thermique 10.
[0035] La figure 4 représente le champ de fonctionnement du moteur 10 défini par le couple moteur C en fonction du régime R. Cette figure montre les zones Z1 et Z2 de fonctionnement moteur correspondant à des profils nominaux Prof_nom de conducteurs pour lesquelles il est possible d'effectuer la mesure de la charge du filtre à particules 16 à partir de la mesure de différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules
16. Elle montre également la zone de fonctionnement moteur Z3 correspondant à un profil critique Prof_crit de conducteurs pour laquelle il n'est pas possible d'effectuer la mesure de la charge du filtre à particules 16 à partir de la différence de pression entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 16 en raison d'un débit volumique Qvol trop faible des gaz d'échappement. Cela nécessite donc d'effectuer l'estimation de la charge du filtre à particules 16 par intégration des émissions de particules polluantes, comme indiqué précédemment.
[0036] Lorsqu’une mesure de la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules 16 a pu être effectuée à partir d'une mesure de variation de pression, l’intégrateur est mis à jour.
[0037] Lorsque la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules 16 dépasse un seuil sécuritaire, le procédé comporte une étape 105 d'activation d'au moins un mode de reconfiguration du moteur thermique 10 visant à empêcher toute régénération du filtre à particules 16. Plus précisément, un mode de reconfiguration du moteur thermique 10 consiste à inhiber des coupures d’injection, ou limiter des performances du moteur thermique 10, ou exploiter un mélange air/carburant riche. Suivant un exemple de mise en œuvre, le seuil sécuritaire de quantité de particules accumulées est compris entre 12 et 20 grammes, et vaut de préférence 15 grammes.
[0038] L’inhibition des coupures d’injection est mise en œuvre de façon à interdire toute coupure d’injection non sécuritaire pour éviter d'avoir un excès d’oxygène à l’échappement permettant à la régénération de s’amorcer. Ainsi, lors d’un lever de pied, au contraire d’un fonctionnement normal, on continue d’injecter du carburant afin de réduire au minimum une quantité d’oxygène pouvant entrer dans le filtre à particules 16.
[0039] La limitation des performances du moteur thermique 10 est mise en œuvre de manière à limiter une charge du moteur thermique 10 en fonction d'un régime. Une calibration de la charge maximale autorisée en fonction du régime est effectuée en fonction de la température des gaz en amont du filtre à particules 16 de manière à limiter une température des gaz d’échappement en amont du filtre à particules 16 à une température seuil, par exemple de l'ordre de 450°C.
[0040] En fonctionnement normal, un moteur à essence fonctionne à la stœchiométrie, c’est-à-dire une quantité de carburant adaptée à la quantité d’air entrant dans le moteur 10 afin d’avoir une richesse de mélange air/carburant oscillant autour de 1. Dans le mode de reconfiguration exploitant un mélange air/carburant riche, afin de limiter la quantité d’oxygène entrant dans le filtre à particule 16, le réglage peut être modifié en appliquant une 10 richesse supérieure à 1, c’est-à-dire une quantité de carburant supérieure à celle correspondant à la stœchiométrie.
[0041] Lorsque le véhicule se présente au service après-vente avec un défaut de type client critique, il est pratiqué une mesure physique de la charge en particules accumulées dans le filtre à particules 16 via une mesure de la différence de pression à l'aide des capteurs 15 18, 19 situés en amont et en aval du filtre à particules 16. Si cette mesure dépasse le seuil sécuritaire, il sera pratiqué une régénération contrôlée du filtre à particules 16 par un outil dédié. Dans le cas contraire, le défaut est effacé.

Claims (10)

1. Procédé de pilotage d'un moteur thermique (10), notamment d'un véhicule automobile, relié à une ligne d'échappement (12) comportant un filtre à particules (16), caractérisé en ce qu'il comporte:
- une étape (101) de mesure d'un débit volumique (Qvol) des gaz d'échappement traversant le filtre à particules (16),
- une étape (102) de comparaison du débit volumique (Qvol) des gaz d'échappement mesuré avec un seuil prédéterminé (Qvol_min), et
- une étape (103) d'adaptation d'une stratégie de mesure d'une quantité de particules accumulées dans le filtre à particules (16) en fonction du résultat de cette comparaison.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où le débit volumique (Qvol) des gaz d'échappement dépasse le seuil prédéterminé (Qvol_min), le procédé comporte une étape d'estimation de la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules (16) à partir d'une mesure d'une variation de pression entre une entrée et une sortie du filtre à particules (16).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans le cas où le débit volumique (Qvol) des gaz d'échappement est inférieur au seuil prédéterminé (Qvol_min), le procédé comporte une étape (104) de génération d'un défaut de type client critique ainsi qu'une étape d'intégration des émissions de particules théoriques en sortie du moteur thermique (10) à l'aide d'un intégrateur.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'intégration des émissions de particules théoriques est effectuée en fonction d'au moins un paramètre choisi parmi une vitesse du véhicule automobile, un débit d’air dans le filtre à particules (16), une température d’eau du moteur thermique (10), une température extérieure, un nombre de redémarrages du moteur thermique (10).
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que, lorsqu’une mesure de la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules (16) a pu être effectuée à partir d'une mesure de variation de pression, le procédé comporte une étape de mise à jour de l'intégrateur.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, lorsque la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules (16) dépasse un seuil, ledit procédé comporte une étape (105) d'activation d'au moins un mode de reconfiguration du moteur thermique (10) visant à empêcher toute régénération du filtre
5 à particules (16).
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mode de reconfiguration du moteur thermique (10) consiste à inhiber des coupures d’injection, ou limiter des performances du moteur thermique (10), ou exploiter un mélange air/carburant riche.
8. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans le cas où le moteur
10 thermique (10) présente un défaut de type client critique en service après-vente, ledit procédé comporte une étape de mesure physique de la quantité de particules accumulées dans le filtre à particules (16), et une étape de régénération contrôlée du filtre à particules (16) dans le cas où la mesure dépasse un seuil sécuritaire.
9. Calculateur moteur (22) comportant une mémoire stockant des instructions logicielles 15 pour la mise en œuvre du procédé de pilotage du moteur thermique (10) tel que défini selon l'une quelconque des revendications précédentes.
10. Moteur thermique (10) comportant un calculateur moteur (22) selon la revendication
9.
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