FR3073252B1 - Procede de gestion de la regeneration d’un filtre a particules d’un vehicule automobile - Google Patents

Procede de gestion de la regeneration d’un filtre a particules d’un vehicule automobile Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de gestion de la régénération d'un filtre à particules adapté pour stocker des particules issues de la combustion dans un moteur à combustion d'un véhicule automobile, un additif étant adapté pour être injecté dans ledit moteur afin d'abaisser la température de combustion des particules stockées dans le filtre à particules, ledit procédé comprenant une étape d'estimation de la quantité (1) de particules stockées dans le filtre à particules à partir d'un modèle, une étape de calcul de la quantité (2) de particules stockées dans le filtre à particules à partir de la mesure de débits, et une étape de modification de la quantité d'additif à injecter si la quantité estimée (1) est différente de la quantité calculée (2).

Description

PROCEDE DE GESTION DE LA REGENERATION D’UN FILTRE A PARTICULES D’UN VEHICULE AUTOMOBILE
[001] L'invention concerne, de façon générale, les filtres à particules, en particulier montés au sein de véhicules automobiles.
[002] L’invention porte plus particulièrement sur un procédé de gestion de la régénération d’un filtre à particules d’un véhicule automobile.
[003] De manière connue, un véhicule automobile comprend un moteur à combustion dans lequel du carburant et du comburant sont mélangés afin que l’énergie thermique dégagée par l’explosion de ce mélange soit transformée en énergie mécanique permettant d’entraîner les roues du véhicule en rotation.
[004] Cependant, une telle combustion entraîne également le rejet de gaz polluants, tels que le dioxyde de carbone. Pour limiter de tels rejets, les véhicules automobiles comprennent aujourd’hui un filtre à particules permettant d’absorber ces gaz polluants.
[005] Un tel filtre à particules est monté dans la ligne d’échappement des gaz d’échappement du moteur à combustion. Le filtre à particules permet de retenir les particules de gaz polluant afin que ces dernières ne soient pas rejetées dans l’air extérieur.
[006] Lorsque la quantité de particules stockées le filtre à particules atteint un seuil, ces dernières sont évacuées en provoquant une combustion de ces particules dans le filtre à particules, on appelle cette combustion la régénération du filtre à particules.
[007] Pour provoquer une telle régénération, du carburant est injecté dans le moteur à combustion après l’explosion du mélange carburant/comburant. De plus, pour faciliter la combustion des particules, un additif est ajouté au carburant afin d’abaisser la température de combustion des particules.
[008] Pour déterminer quand une telle régénération doit être provoquée dans le filtre à particules, il est connu d’estimer, au moyen d’un modèle de génération, la quantité de particules théoriquement émises par le moteur et donc stockées dans le filtre à particules. Pour ce faire, le véhicule estime la quantité de particules rejetées par le moteur en fonction des différents paramètres de fonctionnement du moteur, tels que les quantités de carburant et de comburant injectées, le régime du moteur, son couple, etc. Après une régénération, le véhicule estime la quantité de particules restantes dans le filtre à particules en considérant que cette génération a permis d’éliminer une quantité théorique de particules.
[009] Cependant, dans certaines conditions, par exemple lorsque la température extérieure est basse ou lorsque le véhicule circule à une altitude élevée, la combustion peut générer une quantité plus importante de particules que celle estimée. La quantité réelle de particules stockées par le filtre à particules augmente ainsi plus rapidement que la quantité estimée par le véhicule, ce qui peut entraîner une accumulation de particules dans le filtre et limiter son efficacité, comme le montre la figure 1. Ainsi, dans la situation présentée sur la figure 1, la quantité 1’ de particules stockées le filtre à particules, telle qu’estimée par le modèle, atteint un seuil S1, ces dernières sont partiellement évacuées en provoquant une régénération C1. Cependant, la quantité de particules estimée 1’ étant sous-estimée par rapport à la quantité réelle 2’ de particules présentes dans le filtre à particules, la proportion d’additif présente dans lesdites particules stockées dans le filtre à particules est insuffisante pour permettre une combustion satisfaisante de ces particules, de sorte que la régénération est en fait peu efficace. La quantité réelle 2’ de particules stockées dans le filtre à particules diverge jusqu’à atteindre le seuil S2, auquel le filtre à particules doit être changé.
[0010] Pour résoudre en partie ce problème, la fréquence des régénérations du filtre à particules pourrait être augmenté, mais cela augmenterait la dilution de l’huile moteur due aux combustions répétées de ces régénérations et limiterait la durabilité du filtre à particules qui doit être remplacé après qu’un nombre limité de régénérations aient été réalisées.
[0011] Aussi, on connaît par le document WO 2015/011541 A1 une méthode permettant de mesurer la quantité de particules stockées dans le filtre à particules à partir de la différence des débits mesurés en amont et en aval du filtre à particules. Cette quantité mesurée peut ainsi être comparée avec la quantité estimée par le véhicule afin de détecter une mauvaise combustion des particules dans le filtre.
[0012] Cependant, bien qu’elle permette de détecter une différence dans les méthodes de mesure de la quantité de particules stockées, une telle solution ne permet pas de remédier au problème des mauvaises régénérations du filtre à particules ni au problème de la dilution de l’huile moteur.
[0013] L’invention vise donc à résoudre ces inconvénients en proposant un procédé de gestion de la régénération d’un filtre à particules de véhicule automobile permettant de détecter et de remédier à une mauvaise régénération de manière aisée et fiable.
[0014] Pour parvenir à ce résultat, la présente invention concerne un procédé de gestion de la régénération d’un filtre à particules d’un véhicule automobile, ledit véhicule automobile comprenant un moteur à combustion dans lequel est injecté un mélange de carburant et de comburant, ledit filtre à particules étant adapté pour stocker des particules issues de la combustion du mélange de carburant et de comburant dans le moteur à combustion, un additif étant adapté pour être injecté avec ledit carburant afin d’abaisser la température de combustion des particules additivées stockées dans le filtre à particules, ledit procédé comprenant une étape d’estimation de la quantité de particules stockées dans le filtre à particules à partir d’un modèle de génération de particules par le moteur à combustion, une étape d’injection d’une quantité déterminée dudit additif, ladite quantité d’additif étant déterminée à partir d’un ratio cible prédéterminé entre la quantité d’additif à injecter et la quantité de particules générées par la combustion du mélange, une étape de calcul de la quantité de particules stockées dans le filtre à particules à partir de la comparaison entre le débit mesuré en amont et le débit mesuré en aval du filtre à particules, et une étape de comparaison de la quantité estimée à la quantité calculée.
[0015] Le procédé comprend par ailleurs, si la quantité estimée est différente de la quantité calculé, une étape de rectification de la quantité estimée par le modèle par rapport à la quantité calculée et une étape de modification de la quantité d’additif à injecter.
[0016] Grâce au procédé selon l’invention, la régénération du filtre à particules est optimisée grâce à l’adaptation de la quantité d’additif à injecter. Ceci permet ainsi de pallier à l’augmentation de la quantité de particules stockées du fait de l’augmentation de la quantité de particules rejetées par le moteur à combustion lorsque le véhicule circule dans des conditions extrêmes, telles qu’une altitude élevée ou une température extérieure faible. Ainsi, dans de telles conditions, le procédé permet d’optimiser une régénération en augmentant la quantité d’additif pour que la proportion d’additif dans les particules stockées corresponde au ratio cible prédéterminé. Les particules stockées présentent alors la température désirée de combustion. Ceci permet de limiter le nombre de régénérations nécessaires et ainsi de limiter la dilution de l’huile moteur. De plus, grâce au réajustement de la quantité estimée par rapport à la quantité calculée, la quantité estimée est maintenue proche de la quantité réelle.
[0017] Avantageusement le procédé comprend, après l’étape de modification de la quantité d’additif à injecter, une étape de régénération du filtre à particules par combustion des particules additivées stockées dans le filtre à particules.
[0018] Avantageusement, la quantité estimée étant inférieure à la quantité calculée, la quantité d’additif à injecter est augmentée lors de l’étape de modification.
[0019] Avantageusement, la quantité estimée étant supérieure à la quantité calculée, la quantité d’additif à injecter est diminuée lors de l’étape de modification [0020] Avantageusement, le procédé est mis en œuvre de façon récursive.
[0021 ] Avantageusement, la quantité modifiée d’additif à injecter correspond à la quantité déterminée à partir dudit ratio cible prédéterminé.
[0022] Avantageusement le procédé comprend, après l’étape de rectification, une étape de correction du modèle de génération de particules par le moteur à combustion.
[0023] L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion et un filtre à particules adapté pour stocker des particules issues de la combustion d’un mélange de carburant et de comburant dans ledit moteur à combustion du véhicule automobile, ledit véhicule automobile comprenant une unité de calcul adaptée pour mettre en œuvre le procédé tel que décrit précédemment.
[0024] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement, et en référence aux dessins qui montrent : • La figure 1, les courbes des quantités estimée et réelle de particules stockées dans un filtre à particules selon l’art antérieur, • la figure 2, les courbes des quantités estimée et calculée de particules stockées dans un filtre à particules selon l’invention, et • la figure 3, la courbe du ratio entre la quantité d’additif à injecter et la quantité de particules générées par le moteur à combustion du véhicule automobile.
[0025] Dans ce qui va suivre, les modes de réalisation décrits s’attachent plus particulièrement à une mise en œuvre du procédé selon l’invention au sein d’un véhicule automobile. Cependant, toute mise en œuvre dans un contexte différent, en particulier dans tout type de véhicule, est également visée par la présente invention.
[0026] Un véhicule automobile (non représenté) comprend un châssis reposant sur une voie de circulation par des roues. Afin de permettre le déplacement du véhicule sur la voie de circulation, le véhicule comprend en outre un moteur à combustion interne adapté pour entraîner les roues en rotation. Le véhicule comprend en outre un système d’échappement des gaz issus de la combustion dans le moteur à combustion interne.
[0027] Le moteur à combustion interne, également désigné « moteur thermique », peut notamment être un moteur essence ou un moteur diesel. Un tel moteur à combustion comprend une pluralité de chambres à combustion et une pluralité de pistons, chaque piston étant monté mobile en translation dans une chambre de combustion. Lors du fonctionnement du moteur à combustion, un mélange de carburant, notamment de l’essence ou du diesel, et de comburant, notamment de l’air, est injecté dans la chambre de combustion. Puis, la combustion de ce mélange est déclenchée afin de générer de l’énergie thermique qui entraîne le piston en mouvement dans la chambre de combustion afin de transformer cette énergie en énergie mécanique. L’énergie mécanique permet alors d’entraîner la rotation des roues du véhicule.
[0028] La combustion du mélange dans la chambre de combustion génère des gaz qui sont évacués hors du moteur à combustion à travers le système d’échappement du véhicule. Les gaz s’écoulent alors d’amont en aval du moteur à combustion vers le système d’échappement.
[0029] Le système d’échappement du véhicule comprend notamment un filtre à particules adapté pour stocker certaines particules des gaz générés par la combustion, notamment des particules de carbone, lors d’une phase dite de chargement du filtre à particules.
[0030] Comme cela sera décrit par la suite, le filtre à particules est régénéré lorsque la quantité de particules stockées dépasse une valeur seuil S1 lors d’une phase dite de régénération du filtre à particules.
[0031] Une telle opération de régénération consiste à augmenter la température à l’intérieur du filtre à particules afin de brûler les particules stockées. Dans le véhicule décrit, cette régénération est dite active. Autrement dit, du carburant est injecté dans la chambre à combustion après la combustion du mélange. Ce carburant est alors envoyé à travers le système d’échappement et y entre en combustion afin de brûler les particules du filtre à particules. Afin de rendre aisée cette combustion, le véhicule comprend un réservoir comprenant un additif adapté pour abaisser la température de combustion des particules dans le filtre à particules. Dans ce but, une quantité déterminée d’additif est injectée dans le réservoir de carburant du véhicule afin de le mélanger au carburant avec lequel il est injecté dans la chambre de combustion. Ainsi, lors de la combustion du carburant, l’additif est mélangé avec les particules générées par cette combustion. Les particules mélangées avec de l’additif sont alors désignées « particules additivées ». La quantité d’additif à injecter est déterminée de manière à optimiser la combustion de particules du filtre à particules tout en limitant la consommation en additif du véhicule. Pour cela, un ratio, également désigné « ratio cible R1 », entre la quantité d’additif à injecter et la quantité de particules générées par la combustion est déterminé préalablement, par exemple en laboratoire lors de la conception du filtre à particules.
[0032] Le fonctionnement d’un filtre à particules étant connu, il ne sera pas décrit plus en détail.
[0033] Le véhicule automobile selon l’invention comprend également une unité de calcul adaptée pour déterminer la quantité de particules stockées dans le filtre à particules afin de déterminer quand une régénération doit être déclenchée.
[0034] Comme cela sera décrit par la suite, l’unité de calcul détermine cette quantité selon deux méthodes. Selon une première méthode, l’unité de calcul estime la quantité de particules générées par le moteur à combustion lors de son fonctionnement, notamment à partir de certains paramètres de fonctionnement du moteur tels que la quantité de carburant et de comburant injectée, la température, la vitesse de rotation du moteur, etc. L’unité de calcul estime également la quantité de particules brûlées lors d’une régénération du filtre à particules afin de déterminer à tout instant une quantité, dite estimée, de particules stockées dans le filtre à particules.
[0035] Selon une deuxième méthode, l’unité de calcul calcule la quantité, dite calculée, de particules stockées dans le filtre à partir de la mesure de pression différentielle aux bornes du filtre à particules. Autrement dit, la quantité est calculée à partir de la différence entre le débit mesuré en amont et celui mesuré en aval du filtre à particules. Aussi, le véhicule selon l’invention comprend un capteur de pression différentielle, ou bien un débitmètre amont placé en amont du filtre à particules afin de mesurer le débit des gaz circulant dans le système d’échappement en amont du filtre à particules et un débitmètre aval placé en aval du filtre à particules afin de mesurer le débit des gaz circulant dans le système d’échappement en aval du filtre à particules. L’unité de calcul est alors adaptée pour calculer la quantité de particules stockées à partir de la différence de pression aux bornes du filtre à particules. La quantité mesurée est ainsi représentative de la quantité réellement stockée dans le filtre à particules et est avantageusement indépendante des régénérations du filtre à particules ainsi que de la quantité estimée, ce qui permet de comparer de vérifier la quantité estimée.
[0036] Il va maintenant être présenté le procédé de gestion de la régénération d’un filtre à particules selon l’invention en référence aux figures 2 et 3.
[0037] Tout d’abord, une quantité d’additif est mélangée avec le carburant au niveau du réservoir de carburant du véhicule. La quantité d’additif à injecter est déterminée à partir du ratio 3 entre la quantité d’additif à injecter et la quantité de particules générées par le moteur à combustion du véhicule dans des conditions normales afin de garantir une certaine proportion d’additif dans les particules stockées et qu’elles présentent ainsi la température de combustion désirée.
[0038] Lors du fonctionnement du véhicule automobile, du carburant et du comburant sont injectés dans la chambre à combustion du moteur à combustion. Ce mélange entre en combustion et génère des gaz d’échappement dont certaines particules sont stockées dans le filtre à particules. Au cours du fonctionnement du moteur, l’unité de calcul du véhicule estime la quantité de particules d’un gaz générées par les combustions à partir du modèle de génération afin de déterminer la quantité estimée 1 de particules stockées dans le filtre à particules.
[0039] Par ailleurs, lors du fonctionnement du moteur, l’unité de calcul mesure le débit des gaz s’écoulant en amont et en aval du filtre à particules afin de calculer la quantité calculée de particules stockées dans le filtre à particules. Autrement dit, l’unité de calcul réalise un calcul de pression différentielle, autrement dit une mesure de contre-pression, aux bornes du filtre à particules. La quantité ainsi calculée de particules présentes dans le filtre à particules correspond à la quantité réelle 2 de particules stockées dans le filtre à particules.
[0040] Lorsque la quantité estimée 1 et la quantité calculée, et donc la quantité réelle 2 de particules stockées dans le filtre à particules, dépassent respectivement un seuil S1, S2, le filtre à particules est régénéré.
[0041] Les particules stockées dans le filtre à particules sont alors au moins en parties brûlées par la combustion du carburant et de l’additif.
[0042] L’unité de calcul estime alors la quantité de particules brûlées durant la régénération pour déterminer la quantité estimée 1 de particules stockées. L’unité de calcul mesure également la différence de pression aux bornes du filtre à particules après régénération afin de déterminer la quantité calculée 2 de particules stockées dans le filtre à particules.
[0043] L’unité de calcul compare alors la quantité estimée 1 et la quantité calculée 2 après régénération.
[0044] Lorsque le véhicule circule dans des conditions extérieures particulières, par exemple à une altitude élevée ou avec une température extérieure basse, le moteur à combustion génère une quantité plus importante de gaz d’échappement que celle définit dans le modèle de génération. La quantité de particules stockées augmente alors plus que celle estimée par le véhicule et la quantité d’additif injectée ne permet plus de respecter la proportion d’additif défini par le ratio cible R1. Autrement dit, les particules stockées comprennent moins d’additif que prévu par le ratio cible R1.
[0045] Ainsi, si la quantité estimée 1 est inférieure à la quantité calculée 2, la valeur de la quantité estimée 1 est réajustée en fonction de la quantité calculée 2 lors d’une étape de réajustement E1 afin que la valeur estimée soit de nouveau représentative de la réalité. De plus, le modèle de génération est ajusté de manière à correspondre aux quantités de particules générées par le moteur à combustion.
[0046] Lors d’une étape de régénération E2, le filtre à particules est à nouveau régénéré. Cependant, les particules stockées comprenant moins d’additif, une plus petite quantité est brûlée.
[0047] La quantité d’additif injectée est alors augmentée, lors d’une étape de modification E3 de la quantité d’additif à injecter, ce qui a pour effet d’augmenter la valeur du ratio 3 entre la quantité d’additif injectée et la quantité de particules générées afin d’augmenter la proportion d’additif dans les particules stockées dans le filtre à particules. Ceci permet alors d’augmenter la proportion d’additif dans les particules stockées afin de tendre vers la proportion défini par le ratio cible R1. La quantité de particules brûlées lors d’une deuxième étape de régénération E4 est alors plus importante, ce qui permet de compenser la quantité plus importante de particules stockées et ainsi éviter que le filtre à particules ne soit trop plein. Autrement dit, la stratégie décrite ci-dessus permet d’éviter que la quantité 2 de particules stockées dans le filtre à particules atteigne le seuil S2, auquel ledit filtre serait surchargé.
[0048] Cette régénération permet de brûler une quantité plus importante de particules et ainsi de permettre une régénération optimale du filtre à particules afin de limiter le nombre de régénérations et le remplissage du filtre.
[0049] Suite à cette deuxième régénération E4, l’unité de calcul détermine à nouveau la quantité estimée 1 et la quantité calculée 2 de particules dans le filtre à particules afin de vérifier que la deuxième régénération a été efficace.
[0050] Lorsque les conditions extérieurs redeviennent normales, la quantité d’additif injecté peut se trouver en excès, de sorte que le ratio 3 devient très supérieur au ratio cible R1. Le ratio 3 est alors abaissé jusqu’à la valeur du ratio cible R1, permettant une régénération optimale dans ces conditions normales, en réduisant la quantité d’additif injecté, permettant de limiter la consommation du véhicule en additif. De même, le modèle de génération peut être réinitialisé afin de correspondre à la quantité de particules générées dans des conditions normales. Ainsi, lors des régénérations suivantes E5, la quantité de particules brûlées est suffisante dans ces conditions normales.
[0051] Cette adaptation de la quantité d’additif à injecter permet ainsi d’augmenter de manière ponctuelle la quantité de particules brûlées lors d’une régénération en augmentant la quantité d’additif injectée afin de compenser des conditions extérieures particulières.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de gestion de la régénération d’un filtre à particules d’un véhicule automobile, ledit véhicule automobile comprenant un moteur à combustion dans lequel est injecté un mélange de carburant et de comburant, ledit filtre à particules étant adapté pour stocker des particules issues de la combustion du mélange de carburant et de comburant dans le moteur à combustion, un additif étant adapté pour être injecté avec ledit carburant afin d’abaisser la température de combustion des particules additivées stockées dans le filtre à particules, ledit procédé comprenant : - une étape d’estimation de la quantité (1) de particules stockées dans le filtre à particules à partir d’un modèle de génération de particules par le moteur à combustion, - une étape d’injection d’une quantité déterminée dudit additif, ladite quantité d’additif étant déterminée à partir d’un ratio cible (R1 ) prédéterminé entre la quantité d’additif à injecter et la quantité de particules générées par la combustion du mélange, - une étape de calcul de la quantité (2) de particules stockées dans le filtre à particules à partir de la comparaison entre le débit mesuré en amont et le débit mesuré en aval du filtre à particules, et - une étape de comparaison de la quantité estimée (1) à la quantité calculée (2), le procédé comprenant par ailleurs : - si la quantité estimée (1) est différente de la quantité calculée (2), une étape de rectification (E1 ) de la quantité estimée (1) par le modèle par rapport à la quantité calculée (2), et une étape de modification (E3) de la quantité d’additif à injecter.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant, après l’étape de modification (E3) de la quantité d’additif à injecter, une étape de régénération (E4) du filtre à particules par combustion des particules additivées stockées dans le filtre à particules.
  3. 3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, la quantité estimée (1 ) étant inférieure à la quantité calculée (2), la quantité d’additif à injecter est augmentée lors de l’étape de modification (E3).
  4. 4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, la quantité estimée (1 ) étant supérieure à la quantité calculée (2), la quantité d’additif à injecter est diminuée lors de l’étape de modification (E3).
  5. 5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, mis en œuvre de façon récursive.
  6. 6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la quantité modifiée d’additif à injecter correspond à la quantité déterminée à partir dudit ratio cible (R1) prédéterminé.
  7. 7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant, après l’étape de rectification (E1 ), une étape de correction du modèle de génération de particules par le moteur à combustion.
  8. 8. Véhicule automobile comprenant un moteur à combustion et un filtre à particules adapté pour stocker des particules issues de la combustion d’un mélange de carburant et de comburant dans ledit moteur à combustion du véhicule automobile, ledit véhicule automobile comprenant une unité de calcul adaptée pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications précédentes.
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