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FR2935437A1 - Procede de determination du chargement en suies d'un filtre a particules - Google Patents

Procede de determination du chargement en suies d'un filtre a particules Download PDF

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FR2935437A1
FR2935437A1 FR0855892A FR0855892A FR2935437A1 FR 2935437 A1 FR2935437 A1 FR 2935437A1 FR 0855892 A FR0855892 A FR 0855892A FR 0855892 A FR0855892 A FR 0855892A FR 2935437 A1 FR2935437 A1 FR 2935437A1
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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules (1), le filtre (1) étant disposé en aval d'un moteur (6) de véhicule automobile à combustion interne comprenant un collecteur d'admission (7) et un collecteur d'échappement (8), un premier circuit (10) de recirculation de gaz d'échappement reliant le collecteur d'admission (7) au collecteur d'échappement (8), un deuxième circuit (16) de recirculation de gaz d'échappement reliant une zone située en aval du filtre à particules (1) à une zone située en amont du collecteur d'admission (7), chaque circuit (10,16) de recirculation étant muni d'une vanne (11,17) pouvant être en position fermée, de manière à interrompre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit (10,16), ou en position ouverte, de manière à permettre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit (10,16), le débit (Q) de gaz d'échappement traversant le filtre à particules (1 ) pouvant être mesuré ou estimé, caractérisé en ce que le procédé est mis en oeuvre lorsque le débit (Q) de gaz d'échappement mesuré ou estimé est inférieur à une valeur prédéterminée (Qseuil), la vanne (17) du deuxième circuit (16) de recirculation étant en position fermée, et en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) une étape de réglage de la vanne (11 ) du premier circuit (10) de recirculation en position fermée et de réglage de la vanne (17) du deuxième circuit (16) de recirculation en position ouverte, de manière à augmenter le débit (Q) de gaz d'échappement traversant le filtre à particules (1), et b) une étape de détermination du chargement en suies du filtre à particules (1), lorsque le débit (Q) de gaz d'échappement mesuré ou estimé est supérieur ou égal à la valeur prédéterminée (Qseuil).

Description

PROCEDE DE DETERMINATION DU CHARGEMENT EN SUIES D'UN FILTRE A PARTICULES La présente invention concerne un procédé de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules. Elle concerne également un dispositif permettant de mettre en ouvre le procédé, ainsi qu'un véhicule automobile comprenant un tel dispositif. Afin de répondre à la baisse des seuils admis pour les émissions de gaz polluants des véhicules automobiles, des systèmes de plus en plus complexes de post-traitement des gaz sont disposés dans la ligne d'échappement des moteurs à combustion interne. Ces systèmes permettent notamment de réduire les émissions de particules et d'oxydes d'azote en plus du monoxyde de carbone et des hydrocarbures imbrûlés. Parmi les systèmes de post-traitement, on connaît le filtre à particules, 15 également appelé FAP. Il s'agit d'un système de post-traitement qui stocke les suies émises par le moteur. Un filtre à particules 1, tel qu'illustré à la figure 1, est constitué de plusieurs canaux 2 qui sont alternativement ouverts et fermés en amont et en aval du filtre à particules 1. Ainsi un canal 2 ouvert en amont sera fermé en aval 20 et inversement. Les canaux 2 sont séparés par des parois poreuses 3 traversées par les gaz d'échappement. Les parois poreuses 3 sont destinées à retenir les particules 4 acheminées par les gaz de combustion. Les flèches indiquent le sens de déplacement des gaz de combustion. La phase pendant laquelle le filtre stocke les particules est appelée 25 phase de chargement. Les particules accumulées durant cette phase finissent par boucher le filtre, créant une forte contre-pression dans la ligne d'échappement du moteur, les gaz ayant des difficultés à s'échapper du moteur, ce qui diminue considérablement ses performances. Pour rétablir les performances du moteur, on brûle les particules 30 contenues dans le filtre à particules. Cette procédure est appelée régénération du filtre à particules. L'initialisation et le maintien de la combustion des particules stockées dans le filtre s'obtiennent par élévation de la température interne du filtre à particules. Les opérations de régénération du filtre à particules nécessitent des températures élevées dans la ligne d'échappement, par exemple des températures comprises entre 600 et 700°C. Or, ces températures sont très éloignées de celles produites par le moteur en fonctionnement normal. Ces températures élevées doivent ainsi être produites à l'aide de stratégies particulières. La mise en action des moyens de régénération peut ainsi être pilotée par un calculateur de contrôle moteur qui détermine, en fonction de plusieurs paramètres, dont le chargement en particules du filtre à particules, le moment de la régénération ainsi que sa durée et les paramètres d'injection pendant cette phase. Il est donc particulièrement important de connaître la quantité de particules stockées par le filtre, de manière à déterminer la quantité de 15 carburant adéquate pour les consumer. En effet, une mauvaise estimation de la quantité de particules peut entraîner un lancement trop tardif de l'étape de régénération, en présence d'une masse de suie accumulée trop importante, et provoquer ainsi une élévation de la température interne du filtre à particules pouvant aboutir à une 20 fissuration de celui-ci. Une mauvaise estimation peut également conduire à un lancement de l'étape de régénération en présence d'une masse de suie insuffisante, ce qui ne permet pas de régénérer efficacement le filtre. Par ailleurs, en vue de réduire les émissions d'oxydes d'azote (NOX), il est connu d'équiper les moteurs thermiques à combustion interne d'un système 25 à recirculation de gaz d'échappement, également appelé EGR pour Exhaust Gas Recirculation en langue anglaise. Le principe d'un système EGR consiste à prélever une partie des gaz d'échappement, comportant des gaz inertes, pour la faire recirculer dans le circuit d'admission. La présence en zone d'admission des gaz inertes des gaz 30 d'échappement permet de ralentir la vitesse de combustion et d'absorber les calories, et entraîne ainsi une baisse de l'émission d'oxydes d'azote. Les gaz d'échappement peuvent être prélevés directement en sortie de moteur. On parle dans ce cas de mode EGR haute pression. Les gaz d'échappement peuvent également être prélevés en aval du filtre à particules, tel que décrit dans le document WO 99/09307. On parle dans ce cas de mode EGR basse pression. La recirculation des gaz d'échappement en aval des éléments de post-traitement est particulièrement intéressante, car les gaz prélevés contiennent moins de suies, ce qui permet de limiter l'encrassement du système EGR et d'abaisser le niveau d'émission de NO, par abaissement de la température et augmentation de la quantité de gaz recirculé.
La masse de particules stockées dans le filtre à particules peut être mesurée ou estimée dans la ligne d'échappement à l'aide de différentes méthodes. Elle peut ainsi être estimée par un modèle d'émission de particules qui relie les paramètres du moteur à la production des particules. Il est également connu de déterminer le chargement du filtre à particules à partir de la différence de pression entre l'amont et l'aval du filtre à particules, tel que décrit dans le document EP 0587146. Il est également connu, tel que décrit dans le document FR 2 781 251, de déterminer le chargement du filtre à particules en fonction de cette différence de pression et du débit de gaz d'échappement traversant le filtre à particules.
Lorsque les températures des gaz d'échappement sont faibles, notamment lors du démarrage du véhicule, on utilise plutôt le mode EGR haute pression, de manière à faire monter en température le moteur le plus rapidement possible, dans le but de réduire la consommation de carburant. En effet, les gaz d'échappement en mode EGR haute pression sortent chauds du collecteur d'échappement et sont immédiatement envoyés à l'admission. Cette recirculation en mode EGR haute pression entraîne toutefois une baisse du débit des gaz d'échappement à travers le filtre à particules, car une partie des gaz d'échappement est prélevée en amont du filtre pour être renvoyée à l'entrée du moteur. Le débit étant faible, la différence de pression aux bornes du filtre est réduite. Il en résulte une incertitude sur la détermination du débit des gaz d'échappement et de la différence de pression aux bornes du filtre à particules. Cette faible précision a pour conséquence que la reconnaissance de chargement du filtre n'est pas fiable. Par ailleurs, même si on ne met pas en oeuvre le mode EGR haute pression, le débit des gaz d'échappement peut ne pas être élevé si le régime 5 moteur est faible. L'invention vise à remédier à ces inconvénients. En particulier, l'invention propose un procédé de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules adapté à un faible débit de gaz d'échappement dans le filtre à particules. 10 L'invention a ainsi pour objet un procédé de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules, le filtre étant disposé en aval d'un moteur de véhicule automobile à combustion interne comprenant un collecteur d'admission et un collecteur d'échappement, un premier circuit de recirculation de gaz d'échappement reliant le collecteur d'admission au collecteur 15 d'échappement, un deuxième circuit de recirculation de gaz d'échappement reliant une zone située en aval du filtre à particules à une zone située en amont du collecteur d'admission, chaque circuit de recirculation étant muni d'une vanne pouvant être en position fermée, de manière à interrompre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit, ou en position ouverte, de manière à 20 permettre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit, le débit de gaz d'échappement traversant le filtre à particules pouvant être mesuré ou estimé. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre lorsque le débit de gaz d'échappement mesuré ou estimé est inférieur à une valeur prédéterminée, la vanne du deuxième circuit de recirculation étant en position fermée. Il 25 comprend les étapes suivantes : a) une étape de réglage de la vanne du premier circuit de recirculation en position fermée et de réglage de la vanne du deuxième circuit de recirculation en position ouverte, de manière à augmenter le débit de gaz d'échappement traversant le filtre à particules, et b) une étape de détermination du chargement en suies du filtre à particules, lorsque le débit de gaz d'échappement mesuré ou estimé est supérieur ou égal à la valeur prédéterminée. Ainsi, l'ouverture de la vanne du deuxième circuit de recirculation permet d'augmenter ponctuellement le débit de gaz d'échappement et d'augmenter la précision de la détermination du chargement en suie du filtre à particules. L'étape a) peut être mise en oeuvre lorsque le véhicule a parcouru une distance minimale prédéterminée et/ou après une durée minimale 10 prédéterminée. La détermination du chargement en suies du filtre à particules est de préférence obtenue en fonction de la différence de pression entre l'amont et l'aval du filtre à particules et du débit de gaz d'échappement traversant le filtre à particules. 15 Dans ce cas, une condition supplémentaire pour la mise en oeuvre de l'étape b) peut être que la différence de pression entre l'amont et l'aval du filtre à particules est supérieure à une valeur prédéterminée. L'invention a également pour objet un dispositif de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules, le filtre étant disposé en aval d'un 20 moteur de véhicule automobile à combustion interne comprenant un collecteur d'admission et un collecteur d'échappement, un premier circuit de recirculation de gaz d'échappement reliant le collecteur d'admission au collecteur d'échappement, un deuxième circuit de recirculation de gaz d'échappement reliant une zone située en aval du filtre à particules à une zone située en amont 25 du collecteur d'admission, chaque circuit de recirculation étant muni d'une vanne pouvant être en position fermée, de manière à interrompre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit, ou en position ouverte, de manière à permettre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit, le dispositif comprenant des moyens de mesure ou d'estimation du débit de gaz 30 d'échappement traversant le filtre à particules, et un système de commande relié aux moyens de mesure ou d'estimation du débit de gaz d'échappement et apte à régler les vannes du premier et du deuxième circuit de recirculation en position ouverte ou fermée, caractérisé en ce que le système de commande est apte, lorsque le débit de gaz d'échappement mesuré ou estimé est inférieur à une valeur prédéterminée, et que la vanne du deuxième circuit de recirculation est en position fermée, à régler la vanne du premier circuit de recirculation en position fermée et à régler la vanne du deuxième circuit de recirculation en position ouverte, de manière à augmenter le débit de gaz d'échappement traversant le filtre à particules, et en ce que le dispositif comprend des moyens de détermination du chargement en suies du filtre à particules, aptes à déterminer le chargement en suies lorsque le débit de gaz d'échappement mesuré ou estimé est supérieur ou égal à la valeur prédéterminée. De préférence, le dispositif comprend en outre des moyens de mesure ou d'estimation de la différence de pression entre l'amont et l'aval du filtre à particules.
Les moyens de détermination du chargement en suies du filtre à particules sont avantageusement aptes à déterminer le chargement en suies en fonction de la différence de pression entre l'amont et l'aval du filtre à particules et du débit de gaz d'échappement traversant le filtre à particules. L'invention a enfin pour objet un véhicule automobile comprenant un dispositif décrit ci-dessus. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et fait en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà décrite, illustre de manière schématique un filtre à 25 particules, - la figure 2 illustre un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, - la figure 3 est un organigramme d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention, et 30 - la figure 4 est une cartographie de mise en oeuvre du procédé.
Tel qu'illustré à la figure 2, un moteur 6, muni d'un collecteur d'admission 7, d'un collecteur d'échappement 8 et d'un système d'injection, non représenté, est alimenté en air à l'aide d'un compresseur 9. Le moteur 6 est équipé d'un premier circuit 10 de recirculation de gaz d'échappement reliant le collecteur d'échappement 8 au collecteur d'admission 7. Le premier circuit 10 de recirculation permet d'introduire dans le collecteur d'admission 7 une fraction des gaz issus de la combustion et se trouvant dans le collecteur d'échappement 8. Le premier circuit 10 de recirculation comprend une vanne 11 permettant de régler la circulation des gaz d'échappement dans le circuit 10. La vanne 11 peut être en position fermée, de manière à interrompre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit 10, ou en position ouverte, de manière à permettre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit 10. La vanne 11 est en outre commandée par un système de commande 12. Le collecteur d'échappement 8 est relié à une turbine 13 entraînant en rotation le compresseur 9. La turbine 13 et le compresseur 9 sont généralement coaxiaux. Un pièges à oxydes d'azote 14 et un filtre à particules 1 sont disposés en aval de la turbine 13. L'amont et l'aval du filtre 1 sont munis de capteurs de pression 15 permettant de mesurer la différence de pression aux bornes du filtre à particules 1. Les capteurs 15 sont reliés au système de commande 12. L'aval du filtre à particules 1 est relié d'une part à d'autres dispositifs tels qu'un pot d'échappement, non représentés, ainsi qu'au circuit d'admission d'air en amont du compresseur 9, via un deuxième circuit 16 de recirculation de gaz d'échappement. Le deuxième circuit 16 de recirculation comprend une vanne 17 permettant de régler la circulation des gaz d'échappement dans le circuit 16. La vanne 17 peut être en position fermée, de manière à interrompre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit 16, ou en position ouverte, de manière à permettre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit 16. La vanne 17 est commandée par le système de commande 12.
Le dispositif comprend en outre un volet d'admission 18, destiné à régler la quantité d'air entrant dans le moteur 6, ainsi qu'un volet d'échappement 19, destiné à régler la quantité de gaz d'échappement acheminés recirculés à l'admission.
Le procédé va être décrit en détail en liaison avec l'organigramme de la figure 3. Deux conditions doivent être réunies pour commencer le procédé. Le mode de recirculation des gaz d'échappement ne doit pas être du type basse pression, c'est-à-dire que la vanne 17 du deuxième circuit 16 de recirculation doit être en position fermée. La deuxième condition est que le débit Q des gaz d'échappement doit être inférieur à une valeur prédéterminée Qseuit. Qseu;l peut par exemple être fixé à 100 m3/h. Le débit Q des gaz d'échappement peut être mesuré à partir d'un capteur, non représenté, ou estimé via un modèle. Le débit Q des gaz d'échappement peut notamment être estimé à partir de la différence de pression entre l'amont et l'aval du filtre à particules 1, tel que décrit dans le document FR 2 781 251. A partir de cet instant, on initialise deux intégrations, afin de cumuler une distance DSeu;l parcourue par le véhicule et un temps tseu;L pendant lesquels on considère qu'il est possible de faire fonctionner le moteur 6 sans disposer d'une détermination fiable de l'état de chargement du filtre à particules 1. La distance DSeu;l et le temps tseu;L peuvent par exemple être choisis en fonction de la masse de particules qu'on ne souhaite pas dépasser dans le filtre à particules 1, en tenant compte par exemple de la masse de particules de suies émise au kilomètre. Si la distance parcourue par le véhicule ou le temps écoulé dépasse la valeur seuil, le système de commande 12 commande l'ouverture de la vanne 17 du deuxième circuit 16 de recirculation et la fermeture de la vanne 11 du premier circuit 10 de recirculation. Le débit de gaz d'échappement à travers le filtre à particules 1 est ainsi augmenté, ce qui favorise une détermination fiable de l'état de chargement du filtre à particules 1.
Une fois que le débit de gaz d'échappement atteint ou dépasse la valeur Qseu;l, on peut réaliser la détermination du chargement en particules du filtre 1.
Lorsque la détermination du chargement est effectuée, on repasse en mode libre, en mode EGR haute pression, en mode EGR basse pression, ou sans utilisation de l'un des circuits EGR, selon les besoins du moteur 6. On peut ensuite réinitialiser les intégrations afin de pouvoir cumuler de nouveau les informations. Pour définir si une reconnaissance de chargement est acceptable, on peut définir une cartographie, tel qu'illustré à la figure 4, en fonction de la différence de pression OP aux bornes du filtre 1 et du débit Q des gaz d'échappement. On peut ainsi définir une zone 20 dans laquelle le procédé selon l'invention va être mis en oeuvre. La zone 20 est jugée non fiable pour la reconnaissance du chargement en suies, car la différence de pression OP aux bornes du filtre 1 et le débit Q des gaz d'échappement sont considérés comme trop faibles. Quand les valeurs de différence de pression OP et de débit Q sont considérées comme suffisantes, on se situe dans une zone 21 jugée fiable pour la reconnaissance du chargement en suies. L'objectif du procédé est ainsi de permettre le passage de la zone non fiable 20 à la zone fiable 21. Le procédé selon l'invention permet ainsi de pouvoir effectuer une détermination fiable du chargement en suies d'un filtre à particules, pour des méthodes de détermination dont la précision est affectée lorsque le débit de gaz d'échappement est faible. Grâce à l'utilisation du circuit EGR basse pression, le débit des gaz d'échappement est augmenté, ce qui permet de se placer dans des conditions fiables pour la détermination du chargement.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules (1), le filtre (1) étant disposé en aval d'un moteur (6) de véhicule automobile à combustion interne comprenant un collecteur d'admission (7) et un collecteur d'échappement (8), un premier circuit (10) de recirculation de gaz d'échappement reliant le collecteur d'admission (7) au collecteur d'échappement (8), un deuxième circuit (16) de recirculation de gaz d'échappement reliant une zone située en aval du filtre à particules (1) à une zone située en amont du collecteur d'admission (7), chaque circuit de recirculation (10,16) étant muni d'une vanne (11,17) pouvant être en position fermée, de manière à interrompre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit (10,16), ou en position ouverte, de manière à permettre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit (10,16), le débit (Q) de gaz d'échappement traversant le filtre à particules (1) pouvant être mesuré ou estimé, caractérisé en ce que le procédé est mis en oeuvre lorsque le débit (Q) de gaz d'échappement mesuré ou estimé est inférieur à une valeur prédéterminée (Qseu;l), la vanne (17) du deuxième circuit (16) de recirculation étant en position fermée, et en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) une étape de réglage de la vanne (11) du premier circuit (10) de recirculation en position fermée et de réglage de la vanne (17) du deuxième circuit (16) de recirculation en position ouverte, de manière à augmenter le débit (Q) de gaz d'échappement traversant le filtre à particules (1), et b) une étape de détermination du chargement en suies du filtre à particules (1), lorsque le débit (Q) de gaz d'échappement mesuré ou estimé est supérieur ou égal à la valeur prédéterminée (Qseu;t).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape a) est mise en oeuvre lorsque le véhicule a parcouru une distance minimale prédéterminée (Dseuit) et/ou après une durée minimale (tseuit) prédéterminée.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la détermination du chargement en suies du filtre à particules (1) est obtenue en fonction de la différence de pression (OP) entre l'amont et l'aval du filtre à particules (1) et du débit (Q) de gaz d'échappement traversant le filtre à particules (1).
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une condition supplémentaire pour la mise en oeuvre de l'étape b) est que la différence de pression (OP) entre l'amont et l'aval du filtre à particules (1) est supérieure à une valeur prédéterminée.
  5. 5. Dispositif de détermination du chargement en suies d'un filtre à particules (1), le filtre (1) étant disposé en aval d'un moteur (6) de véhicule automobile à combustion interne comprenant un collecteur d'admission (7) et un collecteur d'échappement (8), un premier circuit (10) de recirculation de gaz d'échappement reliant le collecteur d'admission (7) au collecteur d'échappement (8), un deuxième circuit (16) de recirculation de gaz d'échappement reliant une zone située en aval du filtre à particules (1) à une zone située en amont du collecteur d'admission (7), chaque circuit (10,16) de recirculation étant muni d'une vanne (11,17) pouvant être en position fermée, de manière à interrompre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit (10,16), ou en position ouverte, de manière à permettre la circulation de gaz d'échappement dans le circuit (10,16), le dispositif comprenant des moyens de mesure ou d'estimation du débit (Q) de gaz d'échappement traversant le filtre à particules (1), et un système de commande (12) relié aux moyens de mesure ou d'estimation du débit (Q) de gaz d'échappement et apte à régler les vannes (11,17) du premier et du deuxième circuit (10,16) de recirculation en position ouverte ou fermée, caractérisé en ce que le système de commande (12) est apte, lorsque le débit (Q) de gaz d'échappement mesuré ou estimé est inférieur à une valeur prédéterminée (Qseu;l), et que la vanne (17) du deuxième circuit (16) de recirculation est en position fermée, à régler la vanne (11) du premier circuit (10) de recirculation en position fermée et à régler la vanne (17) du deuxième circuit (16) de recirculation en position ouverte, de manière à augmenter le débit (Q) de gaz d'échappement traversant le filtre à particules (1), et en ce que le dispositif comprend des moyens de détermination du chargement en suies du filtre à particules (1), aptes à déterminer le chargement en suies lorsque le débit (Q) de gaz d'échappement mesuré ou estimé est supérieur ou égal à la valeur prédéterminée (Qseuit).
  6. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (15) de mesure ou d'estimation de la différence de pression (OP) entre l'amont et l'aval du filtre à particules (1).
  7. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de détermination du chargement en suies du filtre à particules (1) sont aptes à déterminer le chargement en suies en fonction de la différence de pression (OP) entre l'amont et l'aval du filtre à particules (1) et du débit (Q) de gaz d'échappement traversant le filtre à particules (1).
  8. 8. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une des revendications 5 à 7.
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