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FR3085056A1 - Procede de planification de la regeneration d’un filtre a particules sur un trajet de roulage - Google Patents

Procede de planification de la regeneration d’un filtre a particules sur un trajet de roulage Download PDF

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FR3085056A1
FR3085056A1 FR1857522A FR1857522A FR3085056A1 FR 3085056 A1 FR3085056 A1 FR 3085056A1 FR 1857522 A FR1857522 A FR 1857522A FR 1857522 A FR1857522 A FR 1857522A FR 3085056 A1 FR3085056 A1 FR 3085056A1
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FR
France
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regeneration
temperature
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planning
estimate
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FR1857522A
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English (en)
Inventor
Emmanuel Laigle
Pascal Folliot
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
PSA Automobiles SA
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Publication date
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Abstract

Le procédé concerne la planification du lancement d'une régénération (RGL1) d'un filtre à particules dans un véhicule à moteur thermique équipé d'un système de post-traitement des gaz d'échappement, le procédé étant du type prenant en compte la température du liquide de refroidissement du moteur thermique pour décider du lancement de la régénération. Conformément à l'invention, la planification (OP) de lancement de régénération est effectuée en fonction d'une estimation (ETRL1) de la température de liquide de refroidissement et d'une durée de régénération prédéterminée (DRL), l'estimation de température de liquide de refroidissement (ETRL1) étant établie à partir d'informations de prédiction (RLL1) d'un trajet de roulage à effectuer.

Description

PROCÉDÉ DE PLANIFICATION DE LA RÉGÉNÉRATION D’UN FILTRE À PARTICULES SUR UN TRAJET DE ROULAGE [001] L’invention concerne de manière générale la dépollution des moteurs thermiques des véhicules, et notamment des véhicules automobiles. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un procédé pour planifier la régénération d’un filtre à particules sur un trajet de roulage d’un véhicule équipé d’un système de post-traitement des gaz d’échappement.
[002] Les véhicules à moteur thermique sont équipés de systèmes de post-traitement des gaz d’échappement conçus pour la réduction des émissions polluantes et le respect des normes environnementales. Ainsi, une architecture connue d’un système de post-traitement des gaz d’échappement pour les véhicules équipés d’une motorisation Diesel comporte typiquement un catalyseur d’oxydation, un catalyseur de type SCR (pour « Selective Catalytic Reduction » en anglais) et un filtre à particules. Le filtre à particules est appelé à se généraliser et à équiper également les véhicules avec une motorisation à essence.
[003] Le filtre à particules permet de limiter les émissions de particules de suie par un fonctionnement alternatif entre deux phases de vie, à savoir, une phase de stockage des particules de suie issues de la combustion dans le moteur thermique et une phase de régénération du filtre. La phase de stockage des particules de suie, dite phase de « chargement », est la phase de fonctionnement largement majoritaire du filtre à particules. La phase de régénération est lancée lorsque le filtre à particules est suffisamment chargé en particules. Pour cela, on augmente la température dans la ligne d’échappement des gaz, ce qui provoque la combustion des particules de suie dans le filtre. La température de combustion des particules de suie peut être baissée par l’ajout d’un additif d’aide à la régénération. A l’issue de la régénération, le filtre à particules est prêt pour une nouvelle phase de chargement des particules de suie.
[004] L’augmentation de la température dans la ligne d’échappement des gaz pour la régénération du filtre à particules est obtenue à l’aide d’une post-injection tardive de carburant dans la chambre de combustion du moteur thermique. La post-injection de carburant intervient après la combustion principale dans le moteur thermique. Lorsque le piston descend et que la soupape d’échappement s’ouvre, une petite quantité de carburant est injectée dans la chambre de combustion et est évacuée dans la ligne d’échappement. Le carburant est brûlé dans le catalyseur d’oxydation de la ligne d’échappement et la réaction exothermique produite provoque la montée en température nécessaire à la combustion des particules de suie dans le filtre.
[005] Cependant, dans la technique décrite ci-dessus de la post-injection tardive, une partie du carburant injecté n’est pas évacuée dans la ligne d’échappement, mais passe à travers les segments du piston pour tomber dans le bac à huile moteur. Le carburant se mélange à l’huile moteur et diminue le pouvoir lubrifiant de celle-ci. Le système de filtre à particules doit donc être conçu de manière à ce que la dilution de l’huile moteur par le carburant n’excède pas une certaine limite entre deux vidanges, vidanges qui interviennent typiquement tous les 20 000 km à 30 000 km. Une dilution trop importante de l’huile moteur peut conduire à une usure prématurée du moteur thermique et, dans un cas extrême, à la casse de celui-ci.
[006] La quantité de carburant qui est introduite dans le bac à huile moteur dépend principalement des paramètres suivants :
[007] - la quantité de carburant de post-injection qui est choisie afin que la réaction exothermique soit suffisante pour atteindre la température de combustion des particules de suie en amont du filtre à particules ;
[008] - la proportion de carburant de post-injection qui sera projetée sur la paroi du piston lorsque celui-ci est proche du point mort bas, et qui dépend de la conception de la chambre de combustion ; et [009] - la température de la paroi du piston, car l’évaporation du carburant sur la paroi sera d’autant plus importante que la température de celle-ci sera plus élevée, réduisant ainsi la quantité de carburant qui est introduite dans le bac à huile moteur.
[0010] La température du liquide de refroidissement du moteur thermique est représentative de la température de la paroi du piston.
[0011] Par WO2014174169A1, il est connu dans un véhicule automobile de décider du lancement d’une régénération du filtre à particules en fonction de la température du liquide de refroidissement du moteur thermique. Le procédé selon WO2014174169A1 commande une régénération du filtre à particules lorsque la température du liquide de refroidissement du moteur thermique excède une valeur de seuil calculée, entre 60°C et 90°C. De plus, le procédé calcule aussi une température minimale du liquide de refroidissement en dessous de laquelle une régénération du filtre à particules ne peut pas être autorisée.
[0012] Il est souhaitable de proposer un procédé pour la planification optimale du lancement d’une régénération du filtre à particules pendant le roulage du véhicule, qui limite l’intrusion du carburant dans le bac d’huile du moteur thermique pendant la régénération et, consécutivement, la dilution de l’huile.
[0013] Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de planification du lancement d’une régénération d’un filtre à particules dans un véhicule à moteur thermique équipé d’un système de post-traitement des gaz d’échappement, le procédé étant du type prenant en compte la température du liquide de refroidissement du moteur thermique pour décider du lancement de la régénération. Conformément à l’invention, la planification de lancement de régénération est effectuée en fonction d’une estimation de la température de liquide de refroidissement et d’une durée de régénération prédéterminée, l’estimation de température de liquide de refroidissement étant établie à partir d’informations de prédiction d’un trajet de roulage à effectuer.
[0014] Selon une caractéristique particulière, la planification de lancement de régénération est effectuée en fonction également d’une estimation de la température des gaz d’échappement, l’estimation de température de gaz d’échappement étant établie à partir des informations de prédiction de trajet de roulage à effectuer.
[0015] Selon une autre caractéristique particulière, le lancement de régénération est planifié dans une période de température établie de l’estimation de température de liquide de refroidissement lorsque la durée de régénération prédéterminée est inférieure à la durée de ladite période de température établie.
[0016] Selon encore une autre caractéristique particulière, le lancement de régénération est planifié dans une période de montée en température de l’estimation de température de liquide de refroidissement lorsque la durée de régénération prédéterminée est supérieure à la durée de période de température établie.
[0017] Selon encore une autre caractéristique particulière, la planification de lancement de régénération n’est pas effectuée lorsque la durée de régénération prédéterminée est supérieure à une durée totale prédite du trajet de roulage à effectuer.
[0018] L’invention concerne aussi un calculateur comportant une mémoire stockant des instructions de programme pour la mise en œuvre du procédé tel que décrit brièvement ci dessus. Selon une caractéristique particulière, le calculateur est le calculateur de commande moteur du véhicule.
[0019] L’invention concerne aussi un véhicule à moteur thermique équipé d’un système de post-traitement des gaz d’échappement comprenant un filtre à particules, le véhicule comprenant un calculateur tel que défini ci-dessus.
[0020] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous d’une forme de réalisation particulière de l’invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
la Fig. 1 est un bloc-diagramme simplifié montrant l’architecture d’un système de post-traitement de gaz d’échappement comprenant un filtre à particules, dans lequel est mis en œuvre le procédé selon l’invention pour une planification optimale d’une régénération du filtre à particules ;
la Fig.2 montre des courbes relatives à un exemple de trajet de roulage long avec une planification optimale possible de la régénération du filtre à particules ;
la Fig.3 montre d’autres courbes relatives à un autre exemple de trajet de roulage long avec une autre planification optimale possible de la régénération du filtre à particules ;
La Fig.4 montre des courbes relatives à un exemple de trajet de roulage moyen avec une planification possible, non optimale, de la régénération du filtre à particules ; et
La Fig.5 montre des courbes relatives à un exemple de trajet de roulage court sans planification possible de la régénération du filtre à particules.
[0021] A la Fig. 1, il est montré un exemple d’architecture d’un système de post-traitement de gaz d’échappement d’un moteur thermique MT de type Diesel. Le système de posttraitement de gaz d’échappement comporte un catalyseur d’oxydation CO, un catalyseur SCR de réduction catalytique sélective et un filtre à particules FAP. Les catalyseurs CO et SCR et le filtre à particules FAP sont insérés dans une ligne d’échappement de gaz LE du moteur thermique MT, de façon à dépolluer les gaz d’échappement EG émis par le moteur thermique MT.
[0022] Le procédé de l’invention pour la planification optimale du lancement d’une régénération du filtre à particules pendant le roulage du véhicule fait appel à un module de planification de lancement de régénération 1. Le module 1 est un module logiciel embarqué qui est implanté dans une mémoire MEM d’un calculateur ECU et qui participe à la stratégie de commande de régénération du filtre à particules FAP. Le module de planification de lancement de régénération 1 autorise la mise en œuvre du procédé selon l’invention par l’exécution d’instructions de code de programme par un processeur (non représenté) du calculateur ECU.
[0023] Le module de planification de lancement de régénération 1 a pour fonction de déterminer un instant optimal OP pour le lancement d’une régénération du filtre à particules FAP sur un trajet de roulage du véhicule. L’instant optimal OP fourni par le module de planification de lancement de régénération 1 est déterminé de telle manière à limiter l’intrusion du carburant dans le bac d’huile du moteur thermique pendant la régénération.
[0024] Conformément au procédé de l’invention, le module de planification de lancement de régénération 1 détermine l’instant optimal OP du lancement de la régénération à partir d’une estimation ETR de la température du liquide de refroidissement du moteur thermique MT et de la durée prédéterminée de la régénération. L’estimation de température du liquide de refroidissement ETR est déterminée en utilisant des informations de prédiction PTR d’un trajet de roulage à effectuer. Une estimation ETG de la température des gaz d’échappement EG peut également être utilisée pour la détermination de l’instant optimal OP. L’estimation de température de gaz d’échappement ETG est déterminée également en utilisant des informations de prédiction PTR du trajet de roulage à effectuer. Les dispositifs fournissant les informations de prédiction de trajet PTR et les estimations de température ETR et ETG à l’intention du module de planification de lancement de régénération 1 ne seront pas détaillés ici.
[0025] Comme visible à la Fig.1, l’instant optimal OP est fourni à un module logiciel de commande de régénération 2 qui l’utilise pour commander la régénération du filtre à particules FAP. Différents signaux de capteurs et informations, référencés globalement IC, sont également utilisés par le module 2 pour sa stratégie de commande de la régénération du filtre à particules FAP. Le module 2 délivre notamment des instructions de commande CR destinées au système d’injection de carburant (non représenté) du moteur thermique MT, de façon à commander la post-injection de carburant pour la régénération du filtre à particules FAP.
[0026] On notera que le calculateur ECU pourra typiquement être le calculateur de contrôle moteur du véhicule, avec le module logiciel 2 qui est implanté aussi dans la mémoire MEM du calculateur.
[0027] En référence aux Figs.2 à 5, il est maintenant décrit ci-dessous la manière dont le procédé selon l’invention détermine l’instant optimal OP du lancement de la régénération du filtre à particules FAP.
[0028] La Fig.2 se rapporte à un premier exemple de trajet de roulage à effectuer. Ce trajet est un trajet de roulage long.
[0029] La Fig.2 montre des première et deuxième courbes représentant respectivement le roulage RLli du véhicule sur une durée prédite Dl et l’estimation de température ETRli du liquide de refroidissement du moteur thermique MT pendant le roulage RLli. L’estimation de température ETRli est représentative de la température de la paroi de piston et porte donc l’information de la capacité de celle-ci à provoquer l’évaporation du carburant de postinjection lors de la régénération du filtre à particules FAP.
[0030] Le roulage RLli se déroule sur la durée prédite Dl = Taml - Tdml, Tdml étant le temps auquel intervient le démarrage du moteur thermique MT et Taml étant le temps auquel intervient l’arrêt du moteur thermique MT.
[0031] L’estimation de température ETRli comporte une période de montée en température MTl et une période de température établie TSl du liquide de refroidissement.
[0032] La période de montée en température MTl se prolonge sur une durée Dmtl comprise entre le démarrage du moteur thermique MT au temps îaml et un temps ti à partir duquel la température du liquide de refroidissement se stabilise.
[0033] La période de température établie TSl du liquide de refroidissement se prolonge se prolonge sur une durée Dtsl = Dl - Dmtl comprise entre le temps ti et le temps îaml d’arrêt du moteur thermique MT. On considère dans cet exemple que la durée de roulage Dl est suffisamment longue pour qu’une durée DRl nécessaire à une régénération du filtre à particule FAP puisse être comprise dans la durée Dtsl.
[0034] La température moyenne maximale de la paroi de piston est atteinte au temps ti, lorsque la température moyenne du liquide de refroidissement est dans sa plage régulée autour d’une valeur de consigne TRn égale par exemple à 90°C. Pendant la période de température établie TSl, l’évaporation du carburant de post-injection est maximale lors d’une régénération.
[0035] Une régénération RGli lancée à un instant OP = t3 inclus dans un intervalle temporel IT1 sera optimale sur la maximisation d’un critère d’optimisation Cop égal au rapport « efficacité de la régénération » / « dilution de l’huile moteur ». L’intervalle temporel IT 1 est compris entre le temps ti et un temps t3 défini par l’égalité t3 = îaml - DRl, avec DRl étant la durée nécessaire à la régénération RGli. La régénération RGli sera efficace car elle pourra se dérouler sur toute sa durée prévue DRl et la dilution de l’huile moteur sera minimale compte-tenu de l’évaporation maximale du carburant de post-injection.
[0036] Au début du roulage RLi, pendant la période de montée en température MTl, la température de la paroi de piston du moteur thermique MT reste en dessous de sa valeur maximale et l’évaporation du carburant de post-injection est donc pénalisée si une régénération intervient pendant cette période.
[0037] Ainsi, une régénération RGl2 lancée à un instant Î4 inclus dans un intervalle temporel IT2 ne bénéficiera pas d’une évaporation favorable du carburant de post-injection et sera coûteuse en dilution de l’huile moteur. L’intervalle temporel IT2 est compris entre le temps Tdml du démarrage du moteur thermique MT et un temps ts qui est défini par l’égalité t5 = ti — DRl. Dans cet intervalle temporel IT2, la dilution plus importante de l’huile moteur découle du fait que la température de la paroi de piston n’atteint jamais sa valeur maximale avant la fin de la durée DRl de la régénération. La régénération RGl2 sera cependant efficace car elle pourra se dérouler sur toute sa durée prévue DRl. La régénération RGl2 ne sera pas optimale par rapport au critère d’optimisation Cop.
[0038] Une régénération RGls lancée à un instant te inclus dans un intervalle temporel IT3 ne sera pas optimale sur la valeur du critère d’optimisation Cop, mais pourra bénéficier d’un meilleur compromis sur cette valeur, par rapport à celle de la régénération RGl2. L’intervalle temporel IT3 est compris entre le temps ts et le temps ti. La régénération RGls sera efficace car elle pourra se dérouler sur toute sa durée prévue DRl. Une partie de la régénération RGls se déroulera pendant la période de température établie TSl et bénéficiera d’une bonne évaporation du carburant de post-injection, ce qui améliorera la valeur du critère d’optimisation Cop.
[0039] La Fig.3 se rapporte à un autre exemple de trajet de roulage long dans lequel est inclus un roulage sur voie rapide, ou autoroute, typiquement dans une zone non urbaine.
Outre une courbe de roulage RLl2 et une courbe d’estimation de température ETRl2, analogues aux courbes R1_li et ETRli de la Fig.2, la Fig.3 montre aussi une courbe représentant l’estimation ETGl2 de la température des gaz d’échappement EG.
[0040] Comme visible à la Fig.3, dans cet exemple, il est considéré un roulage RA sur voie rapide, ou autoroute, qui intervient pendant la période de température établie TSl du liquide de refroidissement.
[0041] Du fait de la vitesse de roulage accrue sur autoroute, la température moyenne des gaz d’échappement augmente. Il est intéressant de planifier la régénération dans une période où la température des gaz d’échappement est plus élevée. En effet, la quantité de carburant de post-injection qui sera alors choisie pour atteindre la température de combustion des particules de suie sera plus faible. Cela conduira à une portion plus faible de carburant introduite dans le bac à huile, à une moindre dilution de l’huile et, donc, à un accroissement supplémentaire de la valeur du critère d’optimisation Cop.
[0042] L’estimation ETGl2 de la température des gaz d’échappement intègre l’information du trajet incluant un roulage sur voie rapide, ou autoroute, et reflète celle-ci par une élévation de la température. L’estimation ETGl2 peut donc être utilisée, en complément des informations apportées par RLl2 et ETRl2, pour une détermination de l’instant optimal OP de lancement d’une régénération.
[0043] Dans l’exemple de la Fig.3, une régénération RGl4 est planifiée à un instant optimal OP = tï où l’élévation de la température des gaz d’échappement s’est stabilisée. La régénération RGl4 pourra ici être faite entièrement pendant le roulage RA, compte-tenu que la durée de celui-ci est supérieure à la durée DRl nécessaire à la régénération. De plus, cette régénération RGl4 se déroulera en totalité pendant la période de température établie TSl, lorsque l’évaporation du carburant de post-injection est maximale. Une telle régénération RGl4 est planifiée de manière optimale par rapport au trajet de roulage.
[0044] Bien entendu, la prise en compte des roulages sur voie rapide, ou autoroute, et de l’estimation de la température des gaz d’échappement pour déterminer le lancement d’une régénération n’est pas limitée à l’exemple de roulage de la Fig.3 décrit ci-dessus. Dans d’autres roulages, la régénération ne pourra pas être planifiée complètement sur une voie rapide, ou autoroute, et ne comprendra qu’une portion faite dans ces conditions. De plus, les roulages sur voie rapide, ou autoroute, pourront aussi être pris en compte pour le lancement d’une régénération dans la période de montée en température MTl, comme la régénération RGls de la Fig.2.
[0045] La Fig.4 montre un exemple de trajet de roulage moyen. Dans cet exemple, la durée Dm du roulage moyen RLm n’est pas suffisante pour que la période de température établie TSm, de durée Dtsm, puisse contenir la durée totale DRm d’une régénération RGmi efficace.
[0046] Des régénérations efficaces RGm2 et RGms, analogues respectivement à celles RGl2 et RGls de la Fig.2, pourront cependant être envisagées, mais celles-ci ne seront pas optimales. Le lancement d’une régénération RGm2 ou RGms pourra être planifié pendant la période de montée en température MTm de durée Dmtm. De même que la régénération RGls, la régénération RGms autorisera un meilleur compromis sur la valeur du critère d’optimisation Cop· [0047] La Fig.5 montre un exemple de trajet de roulage court dont la durée De n’est pas suffisante pour envisager une régénération. C’est le cas le plus défavorable. Dans l’estimation ETRc de la température du liquide de refroidissement, la durée De du roulage court RLc ne permet pas d’atteindre une période de température établie TSc et la période de montée en température MTc est trop brève pour contenir la durée DRc d’une régénération RGc efficace.
[0048] On notera que la présente invention trouvera une application dans la majorité des véhicules, compte-tenu de la généralisation des filtres à particules, notamment avec la future mise en place de la norme européenne environnementale dite « Euro 7 ». La mise en œuvre du procédé selon l’invention requiert cependant la disponibilité dans le véhicule d’un moyen de prédiction des trajets à venir. Les systèmes de navigation embarqués et les véhicules connectés peuvent fournir des fonctions de prédiction de trajet adaptées, à travers par exemple des programmes de parcours écologique ou l’exploitation des données massives dites « big data » en anglais.
[0049] L’invention ne se limite pas à la forme de réalisation particulière qui a été décrite ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.

Claims (8)

  1. Revendications
    1. Procédé de planification du lancement d’une régénération (RG) d’un filtre à particules (FAP) dans un véhicule à moteur thermique (MT) équipé d’un système de post-traitement des gaz d’échappement, ledit procédé étant du type prenant en compte la température du liquide de refroidissement dudit moteur thermique (MT) pour décider du lancement de ladite régénération (RG), caractérisé en ce que ladite planification (OP) de lancement de régénération est effectuée en fonction d’une estimation (ETR) de ladite température de liquide de refroidissement et d’une durée de régénération prédéterminée (DR), ladite estimation de température de liquide de refroidissement (ETR) étant établie à partir d’informations de prédiction (PTR, RL) d’un trajet de roulage à effectuer.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite planification de lancement de régénération (OP) est effectuée en fonction également d’une estimation (ETG) de la température desdits gaz d’échappement, ladite estimation de température de gaz d’échappement (ETG) étant établie à partir desdites informations de prédiction de trajet de roulage à effectuer (PTR, RL).
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit lancement de régénération (RGli, RGl4) est planifié dans une période de température établie (TSl) de ladite estimation de température de liquide de refroidissement (ETRli, ETR1.2) lorsque ladite durée de régénération prédéterminée (DRl) est inférieure à la durée (Dtsl) de ladite période de température établie (TSl).
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit lancement de régénération (RGms, RGm2) est planifié dans une période de montée en température (MTm) de ladite estimation de température de liquide de refroidissement (ETRm) lorsque ladite durée de régénération prédéterminée (DRm) est supérieure à ladite durée de période de température établie (TSm).
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite planification de lancement de régénération (RGc) n’est pas effectuée lorsque ladite durée de régénération prédéterminée (DRc) est supérieure à une durée totale prédite (De) dudit trajet de roulage à effectuer.
  6. 6. Calculateur (ECU) comportant une mémoire (MEM) stockant des instructions de programme pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
  7. 7. Calculateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit calculateur est le 5 calculateur de commande moteur (ECU) d'un véhicule.
  8. 8. Véhicule à moteur thermique équipé d’un système de post-traitement des gaz d’échappement comprenant un filtre à particules, caractérisé en ce qu’il comprend un calculateur selon la revendication 6 ou 7.
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