WO2006064145A1 - Dispositif de commande de la regeneration d'un filtre a particules pour moteur a combustion interne et procede correspondant - Google Patents

Dispositif de commande de la regeneration d'un filtre a particules pour moteur a combustion interne et procede correspondant Download PDF

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Marc Daneau
Adrien Pillot
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Renault S.A.S
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Definitions

  • the present invention generally relates to the regulation of a regeneration phase of a particulate filter by combustion of particles accumulated in the filter, said filter being mounted on the exhaust line of a combustion engine. internal and in particular a diesel engine.
  • particulate filters contained in the exhaust lines of the engines.
  • the filters are adapted to remove the soot particles contained in the exhaust gases.
  • Controlled regeneration devices make it possible to periodically burn the particles trapped in the filters and avoid the matting of the latter.
  • the burned particles represent only a part of the particles accumulated in the filter.
  • the combustible particles are mainly due to the incomplete combustion of the fine drops of fuel. They are mainly composed of a carbon core on which unburned hydrocarbons are adsorbed. Regeneration of the particulate filter converts these particles into gaseous species that pass through the filter. These combustible particles burn at temperatures of the order of 550 to 600 ° C. Such thermal levels are only rarely reached by the exhaust gases of an automotive diesel engine, since for example, in the city, the temperature of the Exhaust gas evolves between 150 and 250 0 C. Hence the need to have appropriate means to raise the temperature of the gases when it is desired to regenerate such a particulate filter. Different systems have been proposed.
  • the electric resistance heating system including heating grids, allows to bring the exhaust temperature to a value sufficient to cause the combustion of particles in the filter.
  • Other systems propose to increase the temperature of the exhaust gas by injecting an additional quantity of fuel into at least one combustion chamber in the form of a post-injection.
  • a post-injection consists of injecting an additional quantity of fuel, after having injected the quantity of fuel necessary for the conventional operation of the engine. Some of this additional fuel ignites by producing an increase in the temperature of the exhaust gas, the rest of this fuel is converted into partial oxidation products such as carbon monoxide CO and HC hydrocarbons.
  • Non-combustible particles are mainly derived from engine lubricating oil. They are based on calcium, potassium and zinc. Regeneration does not convert these particles into gaseous species. There is then an accumulation of these particles that are commonly called residues in the filter. These residues occupy space in the filter, and decrease the storage capacity as well as the catalytic conversion efficiency for the catalytic type filters. Thus, from the point of view of controlling the particle filter, the presence of these residues disturbs the recognition of the mass of fuel particles actually stored. The knowledge of this last data is essential for the control of the particle filter since it makes it possible to determine when and under which conditions to trigger the regeneration. Underestimation can lead to destruction of the particulate filter, as combustion is too violent. On the other hand, overestimation results in more frequent regenerations and consequently an increase in fuel consumption as well as a faster degradation of the engine lubricating oil.
  • the patent application FR-2 829 798 filed by the Applicant determines the loading into residues of the particulate filter, either from an estimate, or by measuring the pressure difference between upstream and downstream of the particulate filter in the exhaust line, the choice between the two methods being determined by the driving conditions.
  • the pressure drop measured from the differential pressure is then directly connected to the mass of soot contained in the particulate filter.
  • the differential pressure between the upstream and the downstream of the vacuum particle filter is almost constant, for a volumetric flow rate of gas. exhaust throughout its life.
  • the effect of accumulating the residues contained in the filter by measuring the differential pressure of the filter at vi is not measured.
  • this impact is felt when the filter is loaded, causing an increase in the differential pressure and consequently an increase in the regeneration frequencies.
  • the use of the differential pressure for the estimation of residues in the filter therefore generates significant errors that can lead to damage to the filter.
  • the invention aims to provide a solution to this problem.
  • the subject of the invention is a device for regulating the regeneration phases of a particle filter so as to avoid damaging it.
  • the device further comprises means for detecting a particular moment during the regeneration phase, first means for estimating a theoretical temperature at the outlet of the particulate filter, and second estimation means able to determine, at said particular moment, the mass of residues accumulated in the particle filter from the maximum difference between the estimated temperature and the temperature measured at the outlet of the particulate filter.
  • the first estimation means generate a theoretical temperature profile in the given combustion conditions.
  • the second estimation means can then determine a difference in temperature equal to the maximum difference between the theoretical temperature and the measured temperature from a predetermined moment in the phase regeneration. Using this difference, it can be deduced using the second estimation means a mass difference that can be attributed to the residues that were not burned during the regeneration phase.
  • the second estimation means furthermore comprise an inverse combustion model capable of producing a mass difference of particles present at said particular moment as a function of the maximum temperature difference.
  • the flow rate of the air passing through the particle filter and the oxygen content in the particle filter are delivered to the inverse combustion model.
  • the first estimation means advantageously comprise a combustion model capable of estimating the theoretical temperature at the outlet of the particulate filter and the mass of particles burned at each instant during the regeneration phase, as a function of the inlet temperature of the measured particulate filter, the air flow and the oxygen content in the particulate filter.
  • the device may comprise means for integrating the value of the mass of particles burned at any moment, so as to determine the total mass of particles burned during the regeneration phase.
  • the device may comprise subtraction means able to calculate at each instant the value of the resulting mass of particles present in the particulate filter during the regeneration phase, said resulting measured value being equal to the difference between the value of the initial mass of particles and the mass of particles burned at each moment.
  • the device may comprise memory means capable of storing, on the one hand, the value of the mass of particles remaining and, on the other hand, the value of the mass of particles burned at said particular moment, the two values having been measured at level of the particulate filter.
  • the reverse combustion model receives the resulting mass of particles.
  • the invention also proposes a regeneration control method of a particulate filter for a motor vehicle mounted on the exhaust line of an internal combustion engine, wherein the temperature at the outlet of the particulate filter is measured. .
  • a particular moment is detected during the regeneration phase, from which a theoretical temperature is estimated at the outlet of the particulate filter so as to be able to determine the mass of residues accumulated in the regeneration phase.
  • particulate filter as a function of the maximum difference between the estimated temperature and the temperature measured at the outlet of the particulate filter.
  • FIG 1 shows schematically the main elements of admission and exhaust of internal combustion engine with a particulate filter in the exhaust line
  • FIG. 3 represents the various steps of the control method of the regeneration of the particulate filter according to the invention.
  • the internal combustion engine 1 shown schematically, comprises a plurality of combustion chambers, such as the combustion chamber 2 illustrated in the figure in the upper part of a cylinder 3 to inside which moves a piston 4.
  • An intake valve 5 allows to control the admission by opening or closing the intake duct
  • the engine 1 further comprises a partial exhaust feed reinjection system (EGR).
  • EGR partial exhaust feed reinjection system
  • a bypass line 15 is stitched on the exhaust pipe 8 upstream of the turbine 14.
  • a control valve 16 called the "EGR valve" controls the amount of exhaust gas which is thus reinjected. by the pipe 17 in the inlet duct 6 after having been suitably mixed in the mixing chamber 18.
  • An adjustable orientation flap 19 is further mounted in the compressed air pipe 10 downstream of the compressor 12 and upstream of the mixing chamber 18.
  • the exhaust line 20 connects the outlet of the turbine 14 to the atmosphere, the outlet of the exhaust gas being symbolized by the arrow 21.
  • a catalyst device 22 directly in downstream of the turbine 14, and a particulate filter 23 downstream of the catalytic device 22.
  • the particulate filter 23 is of conventional type and comprises means, for example electrostatic, for trapping soot and particles from the engine 1 and conveyed by the exhaust gas in the exhaust line 20.
  • An electronic control unit 24 operates the engine 1 and receives a number of information for this purpose. Various sensors are placed for this purpose in the lines and their signals are fed to the electronic control unit 24. Furthermore, a module 24a of the electronic unit 24 more particularly ensures the operation of the particle filter 23 by a connection 24b.
  • a pressure sensor 25 is shown on the air supply line 10, mounted upstream of the flap 19.
  • a pressure sensor 26 capable of measuring the pressure is also shown.
  • the measurement signal of the flow meter 1 1 is fed through the connection 28 to one of the inputs of the electronic control unit 24.
  • the signal emitted by the pressure sensor 25 is fed through the connection 29 to the electronic control unit 24.
  • the signals emitted by the sensors 26 and 27 are also fed via the connections 30 and 31 to inputs of the electronic control unit 24.
  • the electronic control unit 24 can control in particular the position of the EGR valve 16 through the connection 32, the position of the movable flap 19 via the connection 33.
  • the electronic control unit also controls the fuel injectors 34 via the connection 35.
  • the system as illustrated in FIG. 21, comprises a temperature sensor 36 mounted in the exhaust line 20 at the outlet of the particulate filter 23.
  • the temperature signal e measured by the sensor 36 is fed through the connection 37 to one of the inputs of the electronic control unit 24.
  • the system also comprises a temperature sensor 38 at the input of the particle filter 23.
  • the temperature measured by the sensor 38 is brought by the connection 39 at the input of the electronic unit 24.
  • the system further comprises for regulation during the regeneration phase of the particulate filter 23 a differential pressure sensor 40 mounted on a pipe 41 , parallel to the particulate filter 23.
  • the differential pressure measurement is sent to the input of the electronic unit 24 via a connection 42.
  • FIG. 2 diagrammatically shows the module 24a included in the electronic unit 24, able to control the regeneration phase of the particulate filter 23.
  • the module 24a comprises a detection means 50 which receives, by a connection 51a, a setpoint Creg indicating the beginning of the regeneration phase.
  • the detection means is capable of generating a set point Cinj when during the regeneration phase, there is an injection cutoff or an idle return of the motor.
  • the low airflow greatly reduces the evacuation of the thermal energy released by the combustion of fuel. particles within the filter.
  • the rise in temperature is very sensitive to the mass of stored particles.
  • the soot mass can therefore be very accurately evaluated by measuring the value of the temperature.
  • the setpoint Creg is also delivered to a first estimation means 52 via a connection 51b.
  • the purpose of the estimating means 52 is to estimate an outlet temperature of the particulate filter.
  • TSis according to predetermined parameters.
  • the estimate is made at the beginning of the regeneration phase.
  • the loading model used can be, for example, that described in the patent application FR 2 829 798 filed by the Applicant.
  • the loading model then takes the following form:
  • the first estimation means 52 comprises in particular a combustion model 57 which will estimate at each instant, from the precipitated parameters, the mass of burnt particles Mi and the outlet temperature of the particulate filter TSest.
  • the mass of particles burned at each instant Mi is delivered, on the one hand, by a connection 58 to a subtraction means 59, which It also receives as input via a connection 60 the value of the initial mass Minit of particles inside the particle filter 23.
  • the function of the subtraction means 59 is to calculate at each instant the resultant value Mr of the mass of particles present in the particulate filter 23 during the regeneration phase.
  • the mass of particles burned at each instant Mi is also delivered by a connection 61 to an integration means 62, which calculates at each instant the total mass of burned particles Mbt.
  • the module 24a further comprises a second estimation means 63.
  • the second estimation means 63 comprises a comparison means 65 which receives as input the output temperature TSm measured at the output of the particle filter 23 and delivered by a connection 66.
  • the means 65 receives by At a connection 67, the estimated output temperature TS is released by the means 51.
  • the comparison means 65 determines the temperature difference ⁇ T existing between the estimated temperature TSest and the measured temperature TSm.
  • the means 63 also comprises an inverse combustion model 68, which receives at input via a connection 69 the temperature difference ⁇ T calculated by the comparison means 65.
  • the inverse combustion model 68 receives, via a connection 70, the The flow rate of the air within the particulate filter 23, as well as the connection of the oxygen content present in the air of the particulate filter 23, is changed.
  • the reverse combustion model 68 receives by a connection 72, the resultant mass M r calculated by the subtractor
  • the inverse combustion model 68 will determine a mass deviation ⁇ M corresponding to the temperature difference ⁇ T, from the injection cutoff, the setpoint Cinj being delivered to the model 68 by a connection 68a.
  • FIG. 3 describes the steps of the regeneration method of the particle filter using the device according to the invention.
  • a first step 80 upon receipt of the set point Creg indicating the beginning of the regeneration phase, the initial particle mass Minit is determined using a stored loading model as described above. However, this mass Minit does not take into account the mass of residues present in the particulate filter 23; it is therefore different from the actual initial mass of particles.
  • the injection cut-off time or an idle return of the engine is detected, for example, so to deliver a setpoint Cinj.
  • the combustion model 57 estimates from the temperature TEm at the inlet of the particulate filter
  • the integration means 62 adds at each instant the mass Mi to determine the mass of particles burned since the beginning of the regeneration phase. This value is stored under the name of total mass of burned particles Mbt. Simultaneously, during a phase 84, the subtraction means
  • the comparison means 65 measures the difference between the output temperature TSest estimated by the combustion model 57 for the initial mass Minit given, and the measured output temperature TSm by the sensor 25 up to this difference ⁇ T is maximum. We then stop the storage of the aforementioned parameters.
  • the estimated temperature will be for a mass of particles greater than the real mass, since the device considers the initial mass as being only particles, while part of the partly formed residues.
  • the actual temperature will be lower than the estimated temperature.
  • a step 87 from the difference ⁇ T maximum temperature obtained in step 86, is determined and stored a differential pressure difference between the upstream and downstream of the filter for a given volume flow and, via the aforementioned loading models, we deduce a deviation ⁇ M between the Mrc mass and the actual mass of particles at the moment of the cut.
  • the real mass Mre of particles is therefore known at the moment of the cutoff by summing Mrc and ⁇ M.
  • the mass Mbtc of particulates burned at the moment of cutting is added to the actual mass Mre of particles at the moment of cutting. It is thus possible to determine the actual initial mass and to correct the calibration of the loading model used during the first step 80.
  • the initial mass Minit of particles is then subtracted from the mass. in order to determine the error ⁇ on the mass of the residue present in the filter 23 at the initial moment.

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Abstract

Un dispositif de commande de régénération d'un filtre à particules (23) pour véhicule automobile monté sur la ligne d'échappement (20) d'un moteur (1) à combustion interne, comprend un premier moyen (25) de mesure de la température (TSm) en sortie du filtre à particules (23). Il comprend en outre des moyens de détection (50) d'un moment particulier au cours de la phase de régénération, des premiers moyens d'estimation (52) d'une température théorique (TSest) en sortie du filtre à particules (23), et des deuxièmes moyens d'estimation (63) aptes à déterminer, audit moment particulier, la masse de résidus accumulés dans le filtre à particules à partir de l'écart maximal (ΔT) entre la température estimée (TSest) et la température mesurée (TSm) en sortie du filtre à particules.

Description

Dispositif de commande de la régénération d'un filtre à particules pour moteur à combustion interne et procédé correspondant.
La présente invention concerne, d ' une manière générale, la régulation d ' une phase de régénération d' un filtre à particules par combustion des particules accumulées dans le filtre, ledit filtre étant monté sur la ligne d ' échappement d ' un moteur à combustion interne et notamment d' un moteur Diesel .
Les normes concernant la poll ution et la consommation des moteurs à combustion interne équi pant notamment les véhicules automobiles, deviennent chaque jour de pl us en plus sévères.
Parmi les systèmes connus pour éliminer les particules des sui es émi ses par les moteurs à combustion interne et en particulier les moteurs Diesel , on peut citer les filtres à particules enserrés dans les lignes d' échappement des moteurs. Les filtres sont adaptés pour él i miner les particules de suies contenues dans les gaz d ' échappement.
Des dispositifs de régénération pilotés permettent de brûler périodiquement les particules piégées dans les filtres et éviter le col matage de ces derniers. Cependant les particules brûlées ne représentent qu ' une partie des particules accumulées dans le fi ltre.
En effet, on peut distinguer deux catégories de particules retenues dans le filtre : les particules combustibles et les particules incombustibles.
Les particules combustibles sont princi palement i ssues de la combustion incomplète des fines gouttes de carburant. Elles sont pri nci palement composées d' un noyau de carbone sur lequel sont adsorbés des hydrocarbures imbrûlés. La régénération du filtre à particules transforme ces particules en espèces gazeuses qui passent à travers l e filtre. Ces particules combustibles brûlent à des températures de l'ordre de 550 à 6000C. De tels niveaux thermiques ne sont que rarement atteints par les gaz d'échappement d'un moteur Diesel automobile, puisque par exemple, en ville, la température des gaz d'échappement évolue entre 150 et 2500C. D'où la nécessité de disposer des moyens appropriés pour élever la température des gaz lorsque l'on souhaite régénérer un tel filtre à particules. Différents systèmes ont été proposés.
Le système de chauffage par résistance électrique notamment des grilles chauffantes, permet de porter la température d'échappement à une valeur suffisante pour provoquer la combustion des particules dans le filtre. D'autres systèmes proposent d'augmenter la température des gaz d'échappement par injection d'une quantité supplémentaire de carburant dans au moins une chambre de combustion sous la forme d'une post-injection. Une post-injection consiste à injecter une quantité supplémentaire de carburant, après avoir injecté la quantité de carburant nécessaire au fonctionnement classique du moteur. Une partie de ce carburant additionnel s'enflamme en produisant une augmentation de la température des gaz d'échappement, le reste de ce carburant est transformé en produits d'oxydation partielle comme le monoxyde de carbone CO et les hydrocarbures HC.
Les particules incombustibles sont, quant à elles, principalement issues de l'huile de lubrification du moteur. Elles sont à base de calcium, de potassium et de zinc. La régénération ne permet pas de transformer ces particules en espèces gazeuses. Il y a alors une accumulation de ces particules que l'on appelle communément résidus dans le filtre. Ces résidus occupent de l'espace dans le filtre, et en diminuent la capacité de stockage ainsi que l'efficacité de conversion catalytique pour les filtres de type catalytique. Ainsi , si l ' on se place du point de vue du pilotage du fi ltre à particules, la présence de ces résidus vient perturber la reconnaissance de la masse de particules combustibles effectivement stockée. La connaissance de cette dernière donnée est primordiale pour le pilotage du filtre à particules puisqu' elle permet de déterminer quand et dans quelles conditions déclencher la régénération. Une sous-estimation peut aboutir à une destruction du filtre à particules, car la combustion est alors trop violente. À l ' inverse, une surestimation aboutit à des régénérations plus fréquentes et par conséquent à une augmentation de la consommation de carburant ainsi qu' à une dégradation plus rapide de l ' huile de lubrification du moteur.
La demande de brevet FR-2 829 798 déposée par la Demanderesse, détermine le chargement en résidus du filtre à particules, soit à partir d ' une estimation, soit par la mesure de l ' écart de pression entre l ' amont et l ' aval du filtre à particules dans la l i gne d ' échappement, le choix entre les deux méthodes étant déterminé par les conditions de roulage. La perte de charge mesurée à partir de la pression différentielle est ensuite directement reliée à la masse de suies contenues dans le filtre à particules. Cependant, en raison d ' une imprégnation spécifique du matériau céramique de certains filtres à particules, la pression différentielle entre l ' amont et l ' aval du filtre à particules à vide est quasiment constante, pour une valeur de débit vol umique de gaz d 'échappement, pendant toute sa durée de vie. Ainsi , on ne mesure pas l ' i mpact de l ' accumul ation des résidus contenus dans le filtre, par l a mesure de la pression différentielle du filtre à vi de. Par contre, cet impact se ressent lorsque le filtre est chargé, entraînant une augmentation de la pression différentielle et par conséquent une augmentation des fréquences des régénérations. L'utilisation de la pression différentielle pour l'estimation des résidus dans le filtre, génère donc des erreurs importantes qui peuvent conduire à l'endommagement du filtre.
L'invention vise à apporter une solution à ce problème. L'invention a pour objet un dispositif de régulation des phases de régénération d'un filtre à particule de manière à éviter l'endommagement de celui-ci.
L'invention a également pour objet de prévoir des moyens pour corriger la valeur de la pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules en tenant compte de la masse de résidus accumulés dans le filtre à particules.
À cet effet, l'invention propose un dispositif de commande de régénération d'un filtre à particules pour véhicule automobile monté sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant un premier moyen de mesure de la température en sortie du filtre à particules.
Selon une caractéristique générale de l'invention, le dispositif comprend en outre des moyens de détection d'un moment particulier au cours de la phase de régénération, des premiers moyens d'estimation d'une température théorique en sortie du filtre à particules, et des deuxièmes moyens d'estimation aptes à déterminer, audit moment particulier, la masse de résidus accumulés dans le filtre à particules à partir de l'écart maximal entre la température estimée et la température mesurée en sortie du filtre à particules. Autrement dit, les premiers moyens d'estimation génèrent un profil de température théorique dans les conditions de combustion données. Les deuxièmes moyens d'estimation peuvent alors déterminer un écart de température égal à l'écart maximal entre la température théorique et la température mesurée à partir d'un moment prédéterminé de la phase de régénération. À l'aide de cet écart, on peut en déduire à l'aide des deuxièmes moyens d'estimation un écart de masse qui peut être attribué aux résidus qui n'ont pas été brûlées lors de la phase de régénération.
L'utilisation d'un écart de température a pour avantage d'obtenir une mesure très précise, sensible à la plus petite variation de masse de particules.
Les deuxièmes moyens d'estimation comprennent avantageusement des moyens de comparaison de la température estimée et de la température mesurée en sortie du filtre à particules pour élaborer un écart de température maximal.
De préférence, les deuxièmes moyens d'estimation comprennent en outre un modèle inverse de combustion apte à élaborer un écart de masse de particules présentes audit moment particulier en fonction de l'écart de température maximal. Selon un mode de réalisation, le débit de l'air traversant le filtre à particules et le taux d'oxygène au sein du filtre à particule sont délivrés au modèle inverse de combustion.
Selon un mode de réalisation, les premiers moyens d'estimation comprennent avantageusement un modèle de combustion apte à estimer la température théorique en sortie du filtre à particules et la masse de particules brûlées à chaque instant au cours de la phase de régénération, en fonction de la température d'entrée du filtre à particules mesurée, du débit de l'air et du taux d'oxygène dans le filtre à particules.
Le dispositif peut comprendre des moyens d'intégration de la valeur de la masse de particules brûlée à chaque instant, de manière à déterminer la masse totale de particules brûlée au cours de la phase de régénération.
Le dispositif peut comprendre des moyens de soustraction aptes à calculer à chaque instant la valeur de la masse de particules résultante présente dans le filtre à particules au cours de la phase de régénération, ladite valeur mesurée résultante étant égale à la différence entre la valeur de la masse de particules initiale et la masse de particules brûlée à chaque instant. Le dispositif peut comprendre des moyens de mémori sation aptes à mémoriser, d' une part la valeur de la masse de particules restante et d ' autre part la valeur de la masse de particules brûlée, audit moment particulier, les deux valeurs ayant été mesurées au niveau du filtre à particules. De préférence, le modèle inverse de combustion reçoit la masse de particules résultante.
L' i nvention propose également un procédé de commande de régénération d ' un filtre à particules pour véhicule automobile monté sur la ligne d' échappement d' un moteur à combusti on interne, où l ' on mesure la température en sortie du filtre à particules.
Selon une caractéristique général e de l ' invention, on détecte un moment particul ier au cours de la phase de régénération, à partir duquel on estime une température théorique en sortie du filtre à particules de manière à pouvoir déterminer la masse de résidus accumulés dans le filtre à particules en fonction de l ' écart maximal entre la température estimée et la température mesurée en sortie du filtre à particules.
Selon un mode de mise en œuvre, ledit moment particulier correspond à une coupure d ' injection au cours de la phase de régénération. Selon un mode de mise en œuvre, ledit moment particulier correspond au retour ralenti du moteur au cours de la phase de régénération.
D' autres avantages et caractéristiques de l ' i nvention apparaîtront à l' examen de la description détaillée d' un mode de réalisation de l'invention nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels :
-la figure 1 représente schématiquement les principaux éléments d'admission et d'échappement de moteur à combustion interne avec un filtre à particules dans la ligne d'échappement ;
-la figure 2 illustre le dispositif de commande de la régénération du filtre à particules selon l'invention; et
-la figure 3 représente les différentes étapes du procédé de commande de la régénération du filtre à particules selon l'invention. Tel qu'il est illustré sur la figure 1, le moteur à combustion interne 1, représenté schématiquement, comprend une pluralité de chambres de combustion, telles que la chambre de combustion 2 illustrée sur la figure dans la partie haute d'un cylindre 3 à l'intérieur duquel se déplace un piston 4. Une soupape d'admission 5 permet de commander l'admission en ouvrant ou obturant le conduit d'admission
6, en communication avec la chambre de combustion 2. Une soupape d'échappement 7 permet, quant à elle, d'obturer ou d'ouvrir le passage des gaz d'échappement en provenance de la chambre de combustion 2 vers le conduit d'échappement 8. L'air frais à la pression atmosphérique, dont le flux est symbolisé par la flèche 9, pénètre dans une conduite 10 à l'intérieur de laquelle se trouve monté un débitmètre 11. La pression de l'air est augmentée par un compresseur 12 monté dans la conduite 10. Le compresseur est monté sur un arbre 13 commun à une turbine 14, ici à géométrie variable, montée dans le conduit d'échappement 8. Les gaz d'échappement traversant la turbine 14 entraînent ainsi le compresseur 12, de façon à augmenter la pression de l'air admis dans la chambre de combustion 2 par le conduit d'admission 6. Dans l ' exemple illustré, le moteur 1 comprend en outre un système de réinjection partielle des gaz d' échappement à l ' admission (EGR). À cet effet, une conduite de dérivation 15 est piquée sur la conduite d' échappement 8 en amont de la turbi ne 14. Une vanne de régulation 16, dite « vanne EGR » , commande la quantité de gaz d'échappement qui sont ainsi réinjectés par la conduite 17 dans le conduit d ' admission 6 après avoir été convenablement mélangés dans la chambre de mélange 18. Un volet d' orientation réglable 19 est en outre monté dans la conduite d ' air comprimé 10 en aval du compresseur 12 et en amont de la chambre de mélange 18.
La ligne d' échappement 20 relie la sortie de la turbine 14 à l ' atmosphère, la sortie des gaz d ' échappement étant symbolisée par la flèche 21. Dans la li gne d ' échappement 20, se trouvent montés un dispositif catalyseur 22 directement en aval de la turbine 14, et un filtre à particules 23 en aval du dispositif catalytique 22. Le filtre à particules 23 est de type classique et comporte des moyens, par exemple électrostatiques, pour piéger les suies et les particules provenant du moteur 1 et véhiculées par les gaz d' échappement dans Ia ligne d' échappement 20. Une unité électronique de commande 24 assure le fonctionnement du moteur 1 et reçoit à cet effet un certain nombre d ' i nformations. Différents capteurs sont placés à cet effet dans les conduites et leurs signaux sont amenés sur l ' unité électronique de commande 24. Par ailleurs, un module 24a de l ' unité électronique 24 assure plus particulièrement le fonctionnement du fi ltre à particules 23 par une connexion 24b.
Sur la fi gure 1 , on a représenté un capteur de pression 25 sur la conduite d' amenée d ' air 10, monté en amont du volet 19. On a représenté également un capteur de pression 26 capable de mesurer la pression en amont de la turbine 14 et un capteur de température 27 mesurant la température en amont de la turbine 14.
Le signal de mesure du débitmètre 1 1 est amené par la connexion 28 à l ' une des entrées de l ' unité électronique de commande 24. De la même façon, le signal émis par le capteur de pression 25 est amené par la connexion 29 sur l ' unité électronique de commande 24. Les signaux émi s par les capteurs 26 et 27 sont également amenés par les connexions 30 et 3 1 sur des entrées de l ' unité électronique de commande 24. L' unité électronique de commande 24 peut commander notamment la position de la vanne EGR 16 par la connexion 32, la position du volet mobile 19 par la connexion 33. L' unité électronique de commande pilote également les injecteurs de carburant 34 par la connexion 35. Pour la régulation du filtre à particules 23 pendant la phase de régénération, le système, tel qu ' il est illustré sur la figure 21 , comprend un capteur de température 36 monté dans la l igne d ' échappement 20, en sortie du filtre à particules 23. Le signal de température mesurée par le capteur 36 est amené par la connexion 37 sur l ' une des entrées de l ' unité électronique de commande 24. Le système comprend égal ement un capteur de température 38 à l ' entrée du filtre à particules 23. Le signal de température mesuré par le capteur 38 est amené par la connexion 39 en entrée de l ' unité électronique 24. Le système comprend en outre pour la régulation pendant la phase de régénération du filtre à particules 23 un capteur 40 de pression différentielle monté sur une conduite 41 , paral lèle au filtre à particules 23. La mesure de la pression différentielle est envoyée en entrée de l ' unité électronique 24 par une connexion 42. La figure 2 ill ustre de façon schématique le module 24a compris dans l ' unité électronique 24, apte à commander Ia phase de régénération du filtre à particules 23.
Le module 24a comprend un moyen de détection 50 qui reçoit par une connexi on 51 a une consigne Creg indiquant le début de la phase de régénération . Le moyen de détection est capable de générer une consigne Cinj lorsqu 'au cours de la phase de régénération, survient une coupure d' injection ou encore un retour ralenti du moteur.
En effet, en coupure d' injection, par exemple lorsque le conducteur s' immobilise devant le feu de circulation, le taux élevé d' oxygène, jusqu ' à 21 % , peut favoriser fortement la régénération et provoquer de ce fait une élévation de température importante au sein du filtre à particules.
De même, lors des phases de retour au ralenti du moteur du véhicule automobile, par exemple en dessous de 800 tours/minute, le fai ble débit d ' air di minue fortement l ' évacuation de l 'énergie thermique dégagée par la combusti on des particules au sein du filtre.
Dans chaque cas, l ' élévation de température est très sensible à la masse de particules stockées. On peut donc évaluer très préci sément l a masse de suies, en mesurant la valeur de la température.
La consigne Creg est également délivrée à un premier moyen d ' estimation 52 par une connexion 51 b. Le moyen d ' esti mation 52 a pour fonction d' estimer une température de sortie du filtre à particules
TSest en fonction de paramètres prédéterminés. L' estimation est réalisée dès le début de la phase de régénération.
Les paramètres délivrés au moyen 52 comprennent la température TEm d' entrée du filtre à particules mesurée, délivrée au premier moyen d 'estimation 52 par une connexion 53. Le moyen 52 reçoit également en entrée par une connexion 54 une mesure de révolution du débit de l'air dans le filtre à particules 23, ainsi que le taux d'oxygène de l'air contenu dans le filtre à particules, ce taux étant délivré au moyen 52 par une connexion 55. Le taux d'oxygène peut être mesuré par un capteur intégré dans le filtre à particules 23 (non représenté), ou estimé à l'aide d'un estimateur (non représenté) apte à calculer le taux d'oxygène de l'air. Enfin, le premier moyen 52 reçoit en entrée la masse initiale Minit de particules présentes au sein du filtre à particules, par une connexion 56. La masse initiale Minit de particules peut être déterminée à l'aide d'un modèle de chargement mémorisé comprenant un ensemble de courbes de chargement qui permettent de connaître la masse de particules stockées à partir de la pression différentielle et de l'évolution du débit d'air volumique.
Le modèle de chargement utilisé peut être, par exemple, celui décrit dans la demande de brevet FR 2 829 798 déposé par la Demanderesse. Le modèle de chargement prend alors la forme suivante :
ΔT=c.A+B, avec :
ΔT : pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules, c : masse de suies stockées dans le filtre à particules, A : débit volumique des gaz traversant le filtre, B : offset du capteur de pression différentielle. Le premier moyen d'estimation 52 comprend notamment un modèle de combustion 57 qui va estimer à chaque instant, à partir des paramètres précipités, la masse de particules brûlées Mi ainsi que la température de sortie du filtre à particules TSest.
La masse de particules brûlées à chaque instant Mi est délivrée, d'une part, par une connexion 58 à un moyen de soustraction 59, qui reçoit également en entrée par une connexion 60, la valeur de la masse initiale Minit de particules à l ' intérieur du fi ltre à parti cules 23. Le moyen de soustraction 59 a pour fonction de calculer à chaque i nstant la valeur résultante Mr de la masse de particules présentes dans le filtre à particules 23 au cours de la phase de régénération.
La masse de particules brûl ées à chaque instant Mi est également délivrée par une connexion 61 à un moyen d ' intégration 62, qui calcule à chaque instant la masse totale de particules brûlées Mbt.
Le module 24a comprend en outre un deuxième moyen d' estimation 63.
Plus précisément, le deuxième moyen d' estimation 63 comprend un moyen de comparaison 65 qui reçoit en entrée la température de sortie TSm mesurée en sortie du fi ltre à particules 23 et dél ivrée par une connexion 66. En outre, l e moyen 65 reçoit par une connexion 67, la température de sortie estimée TSest dél ivrée par les moyens 51. Le moyen de comparaison 65 détermine alors l ' écart de température ΔT existant entre la température estimée TSest et la température mesurée TSm.
Le moyen 63 comprend également un modèle inverse de combustion 68, qui reçoit en entrée par une connexion 69 l ' écart de température ΔT calculé par le moyen de comparaison 65. En outre, le modèle inverse de combustion 68 reçoit par une connexion 70 l ' évoluti on du débit de l ' air au sein du filtre à particules 23 , ainsi que par une connexion 71 le taux d ' oxygène présent dans l ' ai r du fi ltre à particules 23. De plus, le modèle inverse de combustion 68 reçoit, par une connexion 72, la masse résultante Mr calculée par le soustracteur
59.
À l ' aide de ces différents paramètres, le modèle i nverse de combustion 68 va déterminer un écart de masse ΔM correspondant à l'écart de température ΔT, à partir de la coupure d'injection, la consigne Cinj étant délivré au modèle 68 par une connexion 68a.
En effet, au moment de la coupure d'injection, l'écart de température ΔT sera alors le plus important. L'écart de masse ΔM est délivré par une connexion 73 à un calculateur 74, qui reçoit également en entrée par une connexion 75 la masse de particules brûlées totale Mbt. Le calculateur 74 délivre alors en sortie par une connexion 76 la masse initiale réelle Minitre, et par une connexion 77 la masse de résidus ε présente dans le filtre à particules 23.
La figure 3 décrit les étapes du procédé de régénération du filtre à particules à l'aide du dispositif selon l'invention.
Lors d'une première étape 80, à la réception de la consigne Creg indiquant le début de la phase de régénération, on détermine la masse de particules initiale Minit à l'aide d'un modèle de chargement mémorisée tel que décrit ci-avant. Cependant cette masse Minit ne tient pas compte de la masse de résidus présente dans le filtre à particules 23 ; elle est donc différente de la masse de particules initiale réelle. En parallèle, lors d'une deuxième étape 81, à la réception de la consigne Creg indiquant le début de la phase de régénération, on détecte l'instant de coupure d'injection ou d'un retour ralenti du moteur par exemple, de manière à délivrer une consigne Cinj.
Au cours d'une troisième étape 82, le modèle de combustion 57 estime à partir de la température TEm en entrée du filtre à particules
23, du taux d'oxygène et de l'évolution débit d'air, la masse Mi de particules brûlées à chaque instant, et la température TSest de sortie du filtre à particule 23. Durant une phase 83, le moyen d'intégration 62 additionne à chaque instant la masse Mi afin de déterminer la masse de particules brûlées depuis le début de la phase de régénération. Cette valeur est mémorisée sous le nom de masse totale de particules brûlées Mbt. Simultanément, lors d'une phase 84, le moyen de soustraction
59 calcule à chaque instant la masse Mr de particules restantes dans le filtre à particules 23 en soustrayant la masse Mi à la masse de particules initiales Minit, cette valeur est mise en mémoire (non représentée) sous le nom de masse de particules résultante Mr. À l'instant de la coupure d'injection, lors d'une phase 85, la masse de particules brûlées est stockée en mémoire sous le nom de masse de particules brûlées à l'instant de la coupure Mbtc. De même la masse de particules restantes à l'instant de la coupure est mise en mémoire sous le nom de Mrc. À partir de ce moment, l'évolution du débit d'air dans le filtre à particules 23, le taux d'oxygène, la température TEm mesurée en entrée du filtre à particules 23, ainsi que la température TSest estimée en sortie du filtre à particules par le modèle de combustion 57, sont mis en mémoire avec un échantillonnage approprié. Au cours d'une étape 86, les moyens de comparaison 65 mesure l'écart entre la température TSest de sortie estimée par le modèle de combustion 57 pour la masse initiale Minit donnée, et la température de sortie mesurée TSm par le capteur 25 jusqu'à ce que cet écart ΔT soit maximal. On stoppe alors la mise en mémoire des paramètres précités.
En effet, la température estimée le sera pour une masse de particules supérieure à la masse réelle, étant donné que le dispositif considère la masse initiale comme étant uniquement des particules, alors qu'une partie des formée en partie de résidus. La température réelle sera donc moins élevée que la température estimée.
Au cours d'une étape 87, à partir de l'écart ΔT de température maximal obtenu à l'étape 86, on détermine et mémorise un écart de pression différentielle entre l'amont et aval du filtre pour un débit volumique donné puis, via les modèles de chargement précités, on en déduit un écart ΔM entre la masse Mrc et la masse de particules réelle à l'instant de la coupure. On connaît donc la masse réelle Mre de particules à l'instant de la coupure en sommant Mrc et ΔM. Dans une phase 88, on ajoute à la masse Mre de particules réelle à l'instant de la coupure, la masse Mbtc de particules brûlées à l'instant de la coupure. On peut ainsi déterminer la masse Minitre initiale réelle et corriger l'étalonnage du modèle de chargement utilisé lors de la première étape 80. Lors d'une dernière phase 89, on soustrait alors la masse Minit de particules initiale à la masse Minitre initiale réelle de façon à déterminer l'erreur ε sur la masse du résidu présent dans le filtre 23 à l'instant initial.
Par ce procédé, on peut mesurer très précisément l'écart de masse dû aux résidus qui ne sont pas brûlés durant la phase de régénération. On peut connaître par la suite l'influence de cette masse de résidus sur la pression différentielle aux bornes du filtre à particule. En sachant exactement la valeur de la pression différentielle, on peut alors la réguler de manière à éviter l'endommagement du filtre.
En outre, il est possible d'étalonner le modèle de chargement à chaque fin de cycle, de manière à prendre en compte la masse de résidus générée au cours du cycle précédent. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de commande de régénération d ' un filtre à particules (23) pour véhicule automobile monté sur la ligne d' échappement (20) d' un moteur ( 1 ) à combusti on interne, comprenant un premier moyen (25) de mesure de la température (TSm) en sortie du filtre à particules (23), caractérisé par le fait qu ' il comprend en outre des moyens de détecti on (50) d ' un moment particulier au cours de la phase de régénération, des premiers moyens d ' estimation (52) d ' une température théorique (TSest) en sortie du filtre à particules (23), et des deuxièmes moyens d' estimation (63) aptes à déterminer, audit moment particul i er, la masse de résidus accumulés dans le filtre à particules à partir de l ' écart maximal (ΔT) entre la température estimée (TSest) et la température mesurée (TSm) en sortie du filtre à particules.
2. Dispositif selon l ' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les deuxièmes moyens d' estimation (63) comprennent des moyens de comparaison (65) de la température (TSest) estimée et de la température (TSm) mesurée en sortie du fi ltre à particul es pour élaborer un écart de température maximal (ΔT).
3. Dispositif selon l ' une quelconque des revendi cations précédentes, caractérisé par le fait que les deuxièmes moyens d ' estimation (63) comprennent en outre un modèle inverse (68) de combustion apte à élaborer un écart de masse (ΔM) de particules présentes audit moment particulier en fonction de l 'écart de température maximal (ΔT).
4. Dispositif selon Ia revendication 3, caractérisé par le fait que le débit de l 'air traversant le filtre à particules (23) et le taux d 'oxygène au sein du filtre à particule (23 ) sont délivrés au modèle inverse (68) de combustion.
5. Dispositif selon l ' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les premiers moyens d ' estimation (52) comprennent un modèle de combustion (57) apte à esti mer la température théorique (TSest) en sortie du filtre à particules et la masse de particules brûlées (Mi) à chaque instant au cours de l a phase de régénération, en fonction de la température d ' entrée (TEm) du fi ltre à particules (23) mesurée, du débit de l ' air et du taux d ' oxygène dans le filtre à particules (23).
6. Dispositif selon la revendication 5 , caractérisé par le fait qu ' il comprend des moyens d ' intégration de la valeur de l a masse de particules (Mi) brûlée à chaque instant, de manière à déterminer la masse totale (Mbt) de particules brûlée au cours de la phase de régénération.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu ' il comprend des moyens de soustraction (59) aptes à calculer à chaque instant la valeur de la masse de particules résultante (Mr) présente dans le filtre à particules (23) au cours de la phase de régénération, ladite valeur mesurée résultante étant égale à la différence entre la valeur de la masse de particules i nitiale (Minit) et la masse de particules brûlée à chaque instant (Mi).
8. Dispositif selon la revendication 9, caractéri sé par le fait qu ' il comprend des moyens de mémorisation aptes à mémoriser, d ' une part la valeur de la masse de particules restante (Mrc) et d ' autre part la valeur de la masse de particules brûlée (Mbtc) audit moment particul ier, l es deux valeurs ayant été mesurées au niveau du filtre à particules (23) .
9. Dispositif selon l ' une quelconque des revendications 3 à 8, caractéri sé par le fait que le modèle inverse (68) de combustion reçoit la masse de particules résultante (Mr).
10. Procédé de commande de régénération d ' un filtre à particules (23) pour véhicule automobile monté sur la ligne d 'échappement (20) d ' un moteur ( 1 ) à combustion interne, où l ' on mesure la température en sortie du filtre à particules (23), caractérisé par le fait que l 'on détecte un moment particulier au cours de la phase de régénération, on estime, durant la phase de régénération, une température théorique (TSest) en sortie du filtre à parti cules (23) de manière à pouvoir déterminer, audit moment particul ier, la masse de résidus accumulés dans le filtre à particules en fonction de l ' écart maximal (ΔT) entre la température estimée (TSest) et la température mesurée (TSm) en sortie du filtre à particules (23).
1 1. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait que ledit moment particulier correspond à une coupure d' injection au cours de la phase de régénération.
12. Dispositif selon la revendication 10, caractéri sé par le fait que ledit moment particulier correspond au retour ralenti du moteur au cours de la phase de régénération.
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