EP1524425B1 - Procédé de commande pour la régénération d'un filtre à particules - Google Patents

Procédé de commande pour la régénération d'un filtre à particules Download PDF

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EP1524425B1
EP1524425B1 EP04300673A EP04300673A EP1524425B1 EP 1524425 B1 EP1524425 B1 EP 1524425B1 EP 04300673 A EP04300673 A EP 04300673A EP 04300673 A EP04300673 A EP 04300673A EP 1524425 B1 EP1524425 B1 EP 1524425B1
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regeneration
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dilution
fuel
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Jean-Paul Fouet
Christian Ginoux
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Renault SAS
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    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/401—Controlling injection timing

Definitions

  • the invention relates to a control method for the regeneration of a particle filter equipping a powertrain of a vehicle.
  • the heterogeneity of combustion processes in lean-burn engines, especially in diesel engines, has the effect of generating carbon particles, which can not be burned efficiently in the engine. This is reflected for example by the appearance, at the exit of the exhaust line, black smoke. This phenomenon is a source of pollution that we are trying to reduce.
  • the presence of a particulate filter in the exhaust line of the engine can significantly reduce the amount of particles, dust and other soot, emitted into the atmosphere, and meet pollution standards.
  • Regeneration devices controlled by a computer can periodically burn the particles trapped in the filter and prevent clogging of the latter.
  • Soot particles are essentially carbonaceous elements, and their combustion consumes oxygen to form carbon dioxide.
  • the triggering of the regeneration of the filter is controlled by a calculator which determines whether the regeneration should take place and, when it is in progress, whether it can continue.
  • the computer receives information on the operation of the vehicle. This information includes, for example, engine coolant temperatures, gases upstream and downstream of the particulate filter, vehicle speed, the soot mass accumulated in the particulate filter and the distance traveled since the last regeneration.
  • the calculator checks conditions on this information and triggers regeneration only if all conditions are met. Regeneration is maintained, even if certain conditions are no longer satisfied for a duration less than a predetermined threshold, of the order of one to two minutes. If at least one condition is no longer satisfied for a period longer than said threshold, then the regeneration process is interrupted.
  • the operating conditions of the engine are modified to increase the temperature of the exhaust gases before they pass through the particulate filter. These changes often involve fuel injection, which can be delayed for at least one engine cylinder. These modifications increase the fuel consumption and also the amount of fuel that dissolves in the engine oil, passing through the space between the cylinder and the piston.
  • the invention relates to a control method of a motorization system comprising a particulate filter receiving engine exhaust gas for retaining the exhaust gas particles, the process processing information and controlling the engine to obtain the regeneration of the particulate filter when necessary, characterized in that the process establishes an estimate of the fuel dilution rate in the oil, the process allowing regeneration if the estimate of the dilution ratio is below a predetermined dilution threshold.
  • the variation of the dilution ratio is evaluated by a first function representative of the evaporation, the fuel when no regeneration of the particulate filter is in progress, and by a second function when a regeneration of the particulate filter is In progress.
  • the behavioral difference is simulated according to whether a regeneration is in progress or not.
  • the second function is the sum of the first function and a third function.
  • the variation of the dilution ratio is evaluated as a function of the rotational speed of the engine and of a variable representing the engine load. Indeed these variables are very influential on the variation of the dilution rate.
  • variable representing the engine load is an injected fuel flow.
  • the first and second functions are stored in the form of maps.
  • the functions can be implemented in a simple way, after a phase of development of the motorization system.
  • a motorization system implementing the method according to the invention and shown in FIG. 1 comprises a diesel engine 1 supercharged by a turbocharger 2 and whose exhaust gas is treated with a catalytic particle filter 3.
  • motor 1 is supplied with air by an air circuit comprising an air intake 11, a compressor 12 of the turbocharger 2, a discharge pipe 13 and an intake pipe 14 opening into combustion chambers of the engine 1, a only chamber 15 being shown.
  • An exhaust gas recirculation circuit comprises a quilting 18 on the exhaust pipe, a selection valve 19 directing the exhaust gas to the discharge pipe through a cooler 20 or a direct pipe 21.
  • a computer 24 receives information on the operation of the engine system and controls the engine 1. It implements in particular the method according to the invention.
  • the computer 24 determines whether the regeneration must be controlled or not. For this, it establishes whether certain criteria are met. When all the criteria are satisfied, a regeneration control signal is delivered. The computer maintains the control signal of the regeneration for a predetermined duration D1 after at least one criterion is no longer satisfied.
  • the computer takes into account a criterion on the dilution rate Pdil of fuel in the engine oil.
  • the dilution rate is estimated by the calculator, and if the estimate of the dilution ratio Pdil is greater than a predetermined dilution threshold Sdil, the criterion is no longer satisfied.
  • an initialization step 30 the estimate of the dilution ratio Dpil is initialized either to a zero value if the oil is new, either at a value previously estimated and stored.
  • the test step 31 it is directed to a step 32 if no regeneration is in progress, or to a step 33 in the opposite case.
  • step 32 an estimate of variation of the dilution ratio dPdil is calculated by the opposite the product of a fuel evaporation evap function and a time step dt.
  • the Fevap function is calculated from a stored map, as a function of the rotation speed N and the fuel flow Qc.
  • step 33 the variation estimate of the dilution ratio dPdil is calculated as in step 32, in addition to the addition of the product of a regeneration function Grégé with a time step dt.
  • the Grégé regeneration function is also calculated from a stored map, as a function of the rotation speed N and the fuel flow Qc.
  • the new dilution rate Pdil (n) is calculated by adding to the dilution rate at the previous time step Pdil (n-1) the estimate of variation of the dilution of pH.
  • step 35 the dilution rate Pdil is compared with the predetermined dilution threshold Sdil: if it is higher, the criterion is not satisfied and a regeneration is prohibited (step 38). Otherwise, regeneration is allowed (step 39).
  • step 40 the time step dt is awaited before proceeding to a new calculation step, resuming at step 31.
  • the invention is not limited to the embodiment which has just been described only in as an example.
  • Other variables representative of the engine load such as air flow or intake air pressure, may be used.

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Description

  • L'invention concerne un procédé de commande pour la régénération d'un filtre à particules équipant un groupe motopropulseur d'un véhicule.
  • L'hétérogénéité des processus de combustion dans les moteurs à mélange pauvre, en particulier dans les moteurs Diesel, a pour effet de générer des particules de carbone, qui ne peuvent être brûlées efficacement dans le moteur. Cela se traduit par exemple par l'apparition, en sortie de la ligne d'échappement, de fumées noires. Ce phénomène est une source de pollution que l'on cherche à réduire.
  • La présence d'un filtre à particules dans la ligne d'échappement du moteur permet de diminuer considérablement la quantité de particules, poussières et autres suies, émises dans l'atmosphère, et de satisfaire aux normes antipollution.
  • Des dispositifs de régénération pilotés par un calculateur permettent de brûler périodiquement les particules piégées dans le filtre et d'éviter le colmatage de ce dernier. Les particules de suies sont des éléments essentiellement carbonés, et leur combustion consomme de l'oxygène pour former du gaz carbonique.
  • Ceci est effectué en élevant la température au sein du filtre à particules jusqu'à une température de l'ordre de 550 à 650 °C, température à partir de laquelle les particules de carbone retenues dans le filtre s'enflamment spontanément.
  • Le déclenchement de la régénération du filtre est contrôlé par un calculateur qui détermine si la régénération doit avoir lieu et, quand elle est en cours, si elle peut continuer. Pour cela, le calculateur reçoit des informations sur le fonctionnement du véhicule. Ces informations comprennent par exemple les températures du liquide de refroidissement du moteur, des gaz en amont et en aval du filtre à particules, la vitesse du véhicule, la masse de suie accumulée dans le filtre à particules et la distance parcourue depuis la dernière régénération.
  • Le calculateur vérifie des conditions sur ces informations et ne déclenche la régénération que si toutes les conditions sont satisfaites. La régénération est maintenue, même si certaines conditions ne sont plus satisfaites pendant une durée inférieure à un seuil prédéterminé, de l'ordre d'une à deux minutes. Si au moins une condition n'est plus satisfaite pendant une durée supérieure audit seuil, alors le processus de régénération est interrompu.
  • Pour déclencher et. maintenir la régénération, les conditions de fonctionnement du moteur sont modifiées pour augmenter la température des gaz d'échappement avant leur passage dans le filtre à particules. Ces modifications concernent souvent l'injection de carburant, qui peut être retardée pour au moins un cylindre du moteur. Ces modifications augmentent la consommation de carburant et également la quantité de carburant qui se dissout dans l'huile du moteur, en passant par l'espace entre le cylindre et le piston.
  • Avec une nouvelle génération de filtres à particules catalytiques, qui intègrent les fonctions de pot catalytique et de filtre à particules, on doit agir pendant toute la durée de la régénération pour maintenir les conditions permettant la combustion des suies piégées dans le filtre. Les inconvénients mentionnés précédemment sont donc prolongés pendant toute la durée de la régénération. De plus, ils sont aggravés dans certaines conditions de fonctionnement du moteur, dans lesquelles peu de chaleur est naturellement apportée aux gaz d'échappement.
  • Le document US 2003/168039 A1 décrit un procédé de régénération d'un tel filtre, dans lequel une pression de post-injection est reduite pour limiter la dilution de l'huile du moteur.
  • L'augmentation de la quantité de carburant diluée dans l'huile du moteur a pour effet de faire varier les caractéristiques de l'huile, éventuellement jusqu'à un point où le moteur pourrait se détériorer.
  • C'est donc un objectif de l'invention de proposer un procédé de commande d'un système de motorisation à moteur Diesel d'un véhicule comportant un filtre à particules limitant la dilution de carburant dans l'huile pour éviter de détériorer le moteur.
  • Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de commande d'un système de motorisation comportant un filtre à particules recevant des gaz d'échappement du moteur pour retenir les particules des gaz d'échappement, le procédé traitant des informations et commandant le moteur pour obtenir la régénération du filtre à particules lorsque nécessaire, caractérisé en ce que le procédé établit une estimation du taux de dilution de carburant dans l'huile, le procédé autorisant la régénération si l'estimation du taux de dilution est inférieur à un seuil de dilution prédéterminé.
  • Ainsi, la régénération est interdite si le taux de dilution est trop important. Le moteur est préservé contre un risque de détérioration.
  • De préférence, la variation du taux de dilution est évaluée par une première fonction représentative de l'évaporation, du carburant lorsque aucune régénération du filtre à particules n'est en cours, et par une deuxième fonction lorsqu'une régénération du filtre à particules est en cours. On simule bien ainsi la différence de comportement selon qu'une régénération est en cours ou non.
  • Selon un perfectionnement, la deuxième fonction est la somme de la première fonction et d'une troisième fonction.
  • De manière avantageuse, la variation du taux de dilution est évaluée en fonction de la vitesse de rotation du moteur et d'une variable représentant la charge du moteur. En effet ces variables sont très influentes sur la variation du taux de dilution.
  • De manière particulière, la variable représentant la charge moteur est un débit de carburant injecté.
  • De préférence, la première et la deuxième fonction sont mémorisées sous forme de cartographies. Ainsi, les fonctions peuvent être mises en oeuvre de manière simple, après une phase de mise au point du système de motorisation.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels :
    • la figure 1 est une vue schématique d'un système de motorisation conforme à l'invention ;
    • la figure 2 est un organigramme de la commande de régénération du filtre à particules.
  • Un système de motorisation mettant en oeuvre le procédé selon l'invention et représenté sur la figure 1, comporte un moteur 1 du type Diesel suralimenté par un turbocompresseur 2 et dont les gaz d'échappement sont traités par un filtre à particules catalytique 3. Le moteur 1 est alimenté en air par un circuit d'air comprenant une prise d'air 11, un compresseur 12 du turbocompresseur 2, une conduite de refoulement 13 et une tubulure d'admission 14 débouchant dans des chambres de combustion du moteur 1, une seule chambre 15 étant représentée.
  • Les gaz d'échappement produits par la combustion sont évacués de la chambre 15 par une tubulure d'échappement 16, traversent une turbine 17 du turbocompresseur, puis le filtre à particules catalytique 3. Un circuit de recyclage des gaz d'échappement comporte un piquage 18 sur la tubulure d'échappement, une vanne de sélection 19 orientant les gaz d'échappement vers la conduite de refoulement soit en passant par un refroidisseur 20, soit par une conduite directe 21.
  • Un calculateur 24 reçoit des informations sur le fonctionnement du système de motorisation et commande le moteur 1. Il met en oeuvre en particulier le procédé selon l'invention.
  • Le calculateur 24 détermine si la régénération doit être pilotée ou non. Pour cela, il établit si certains critères sont satisfaits. Lorsque tous les critères sont satisfaits, un signal de commande de la régénération est délivré. Le calculateur maintient le signal de commande de la régénération pendant une durée prédéterminée D1 après qu'au moins un critère n'est plus satisfait.
  • Selon l'invention, parmi les critères cités précédemment, le calculateur prend en compte un critère sur le taux de dilution Pdil de carburant dans l'huile du moteur. Le taux de dilution est estimé par le calculateur, et si l'estimation du taux de dilution Pdil est supérieure à un seuil de dilution Sdil prédéterminé, le critère n'est, plus satisfait.
  • Pour l'élaboration de ce critère, on se réfère à l'organigramme de la figure 2. Dans une étape d'initialisation 30, l'estimation du taux de dilution Dpil est initialisé soit à une valeur nulle si l'huile est neuve, soit à une valeur précédemment estimée et mémorisée. A l'étape de test 31, on oriente vers une étape 32 si aucune régénération n'est en cours, ou vers une étape 33 dans le cas contraire.
  • Lors de l'étape 32, une estimation de variation du taux de dilution dPdil est calculée par l'opposé du produit d'une fonction Févap d'évaporation du carburant et d'un pas de temps dt. La fonction Févap est calculée à partir d'une cartographie mémorisée, en fonction de la vitesse de rotation N et du débit de carburant Qc.
  • Lors de l'étape 33, l'estimation de variation du taux de dilution dPdil est calculée comme à l'étape 32 avec en plus l'ajout du produit d'une fonction de régénération Grégé d'un pas de temps dt. La fonction de régénération Grégé est également calculée à partir d'une cartographie mémorisée, en fonction de la vitesse de rotation N et du débit de carburant Qc.
  • Après l'évaluation de l'une des étapes 32 ou 33, le nouveau taux de dilution Pdil(n) est calculé en ajoutant au taux de dilution au pas de temps précédent Pdil(n-1) l'estimation de variation du taux de dilution dPdil.
  • Aux étapes 35 et 36, on s'assure que le taux de dilution ne deviendra pas négatif. Ensuite, à l'étape 37, le taux de dilution Pdil est comparé au seuil de dilution Sdil prédéterminé : s'il est supérieur, le critère n'est pas satisfait et une régénération est interdite (étape 38). Dans le cas contraire, une régénération est autorisée (étape 39).
  • A l'étape 40, on attend l'écoulement du pas de temps dt avant de procéder à un nouveau pas de calcul, en reprenant à l'étape 31.
  • L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple. On pourra utiliser d'autres variables représentative de la charge du moteur, telle que le débit d'air ou la pression d'air d'admission.

Claims (6)

  1. Procédé de commande d'un système de motorisation comportant un moteur (1), un filtre à particules (3) recevant des gaz d'échappement du moteur (1) pour retenir les particules des gaz d'échappement, le procédé traitant des informations et commandant le moteur (1) pour obtenir la régénération du filtre à particules (3) lorsque nécessaire, caractérisé en ce que le procédé établit une estimation du taux de dilution (Pdil) de carburant dans l'huile, le procédé autorisant la régénération (39) si l'estimation du taux de dilution (Pdil) est inférieur à un seuil de dilution prédéterminé (sdil 37).
  2. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel la variation du taux de dilution (dPdil) est évaluée par une première fonction (-Févap, 32) représentative de l'évaporation du carburant lorsque aucune régénération du filtre à particules n'est en cours, et par une deuxième fonction (33) lorsqu'une régénération du filtre à particules est en cours.
  3. Procédé de commande selon (33) la revendication 2, dans lequel la deuxième fonction est la somme de la première fonction (-Févap) et d'une troisième fonction (Grégé).
  4. Procédé de commande selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la variation du taux de dilution (dPdil) est évaluée en fonction de la vitesse de rotation du moteur (N) et d'une variable (Qc) représentant la charge du moteur.
  5. Procédé de commande selon la revendication 4, dans lequel la variable représentant la charge moteur est un débit de carburant injecté (Qc).
  6. Procédé de commande selon la revendication 2 ou 3, dans lequel les fonctions (Févap, Grégé) sont mémorisées sous forme de cartographies.
EP04300673A 2003-10-13 2004-10-11 Procédé de commande pour la régénération d'un filtre à particules Expired - Lifetime EP1524425B1 (fr)

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