EP1197643A1 - Procédé et dispositif de régéneration d'un filtre à particules placé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne propulsant un véhicule automobile - Google Patents

Procédé et dispositif de régéneration d'un filtre à particules placé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne propulsant un véhicule automobile Download PDF

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EP1197643A1
EP1197643A1 EP01402642A EP01402642A EP1197643A1 EP 1197643 A1 EP1197643 A1 EP 1197643A1 EP 01402642 A EP01402642 A EP 01402642A EP 01402642 A EP01402642 A EP 01402642A EP 1197643 A1 EP1197643 A1 EP 1197643A1
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exhaust
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Renault SAS
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Renault SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0812—Particle filter loading

Definitions

  • the present invention relates to a method of regeneration of a particulate filter placed in the line exhaust of an internal combustion engine propelling a motor vehicle. More specifically, this invention relates to such a method according to which detects the impending blockage of the filter and prevents clogging by sweeping the filter with a exhaust gas stream at a minimum temperature equal to the auto-ignition temperature of the particles.
  • FIG. 1 of the attached drawing Schematically shown in Figure 1 of the attached drawing the exhaust line of an engine internal combustion 1, more particularly of the type Diesel.
  • This conventionally includes a catalytic converter 2 oxidation of unburnt chemical species leaving the motor a filter 3 designed to retain, in particular, soot particles and other residues (oil, additives fuel, ...) carried by the engine exhaust.
  • This filter gradually clogging under the effect of the accumulation of these particles, it is necessary to provide means for unclogging the filter, implemented periodically.
  • These means commonly include a differential pressure sensor 4 placed across the particle filter 3 for delivering, to means of control constituted by a computer 5 for managing the motor 1, a signal representative of the pressure differential measured, corresponding to the pressure drop exhaust gases during the crossing of the filter, this pressure drop being all the greater as the fouling of the filter is more advanced.
  • the computer 5 triggers a regeneration of the filter by combustion of particles retained in the filtered. To do this it is necessary to pass the temperature exhaust gases passing through the filter, above the auto-ignition temperature of these particles, around 600 ° C. This can be achieved at using a burner. We can also provoke the necessary increase in gas temperature exhaust by temporarily degrading the efficiency of the motor by an appropriate control of the point of operation thereof (reduction of the angle of advance upon ignition, delay in opening the injectors of fuel) or by a suitable order of organs peripherals (butterfly regulating the incoming air flow in the engine, gas recirculation control valve exhaust in this engine, etc ).
  • the present invention therefore aims to provide a method of regenerating a particulate filter placed in the exhaust line of a motor vehicle, designed to ensure efficient regeneration of the filter, including understood when the engine propelling the vehicle is running in idle speed.
  • This object of the invention is achieved, as well as other which will appear on reading the description which will follow, with a regeneration process of the type described in preamble to this description, this process being remarkable in that, upon detection of a blockage imminent from the filter when the engine is running idle speed, activation of at least one energy consumer from engine operation, this consumer equipping the vehicle powered by this engine, this activation helping to increase the temperature of said exhaust gases up to the particle auto-ignition temperature.
  • the increase in temperature of the exhaust gases thus obtained allows the exhaust to be brought to a temperature close to 600 ° C. suitable for unclogging the filters by pyrolysis of soot or other particles residues it contains.
  • the device according to the invention comprises, in addition to the devices or bodies already described in the preamble to this description, "consumers” C 1 , C 2 , C 3 ,. .. these consumers being constituted by various pieces of equipment of a motor vehicle supplied with electrical energy by a distribution network 6 of this energy, this network being supplied by an alternator 7 mechanically coupled to the output shaft of the engine 1.
  • the alternator 7 then operates as a transducer, converting mechanical energy received from the engine into electrical energy suitable for supplying consumers C 1 , C 2 , C 3 ....
  • the aforementioned energy consumers are conventionally activated either by the driver of the vehicle, either by a command issued by the computer 5, then duly programmed to issue such a command.
  • the particulate filter regeneration process 3 according to the present invention, implemented using the Figure 1 device, is then established as follows.
  • the computer compares the current engine speed, known by measuring means conventional, not shown, at a threshold value (by example 1000rpm) below which we consider that the engine operates at idle speed and then delivers exhaust gases at a relatively temperature low, for example 200 ° C, very insufficient to allow destruction by pyrolysis of the soot particles and other residues that threaten to clog the filter particles.
  • a threshold value by example 1000rpm
  • the computer is duly programmed so that, if the engine speed is then below this threshold value, the computer automatically activates one or more of the consumers C 1 , C 2 , C 3 ... so as to increasing the electric power delivered by the alternator 7, and therefore the mechanical power that the engine 6 must provide to this alternator, so that the latter can supply the activated consumers.
  • the gases are managed to be heated exhaust temperature above 600 ° C approximately, which makes possible the auto-ignition of particles contained in filter 3, and therefore the cleaning by pyrolysis of this filter.
  • This degradation and this increase in idle speed can be all two controlled by the computer 5.
  • mapping shown in Figure 2 illustrates the efficiency of the gas heating process exhaust explained above. This mapping represents the exhaust gas temperature, upstream of the particle filter 3, depending on the speed R of the motor (in rpm) and the torque C delivered by this motor (in N ⁇ m).
  • the calculator 5 When the filter regeneration is complete, the calculator 5 temporarily deactivates consumers activated and brings the engine operating point to the position prior to the onset of regeneration.
  • the calculator can proceed by observing the evolution pressure drop in the filter, seen by the sensor differential pressure 4, or by detection, using a temperature sensor placed downstream of the filter, passage of a temperature peak, significant of what the amount of particles burned in the filter is reduced.
  • We can advantageously also proceed by observing the exhaust gas concentration of carbon, at the filter outlet, as described in the French patent application N ° 0009040 filed on 11 July 2000 by the plaintiff.
  • the method according to the invention of reheating of exhaust gases by activation of energy consumers in a motor vehicle allows, by participating in the heating of the gases used to burn the particles retained in the filter, shorten the duration of the degradation of the yield of engine when we use this means to ensure this pyrolysis. It also makes it possible to reduce or eliminate the time periods (traffic jams) during which any regeneration is impossible.
  • the invention is not limited to the mode of realization described and represented which was given only as an example. This is how the following process the invention could be used in combination with the use of a chemical additive added to the fuel of the motor, to lower the auto-ignition temperature particles retained in the filter. This is also how that filter regeneration could be triggered by detection of the crossing of a distance traveled by the vehicle (500 km for example) or a volume of fuel consumed by the engine, corresponding substantially at two successive blockages of the filter.

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Abstract

Le véhicule est équipé d'une pluralité de consommateurs d'énergie (C1, C2, C3) tirée du fonctionnement du moteur (1). On détecte l'imminence d'un colmatage du filtre (3) et on prévient ce colmatage en balayant le filtre (3) avec un courant de gaz d'échappement à une température au moins égale à la température d'auto-inflammation desdites particules. Suivant l'invention, à la détection d'un colmatage imminent du filtre (3) lors d'un fonctionnement du moteur en régime de ralenti, on commande l'activation d'au moins un des consommateurs d'énergie (C1, C2, C3), ladite activation contribuant à faire croître la température des gaz d'échappement jusqu'à la température d'auto-inflammation des particules retenues dans le filtre (3). <IMAGE>

Description

La présente invention est relative à un procédé de régénération d'un filtre à particules placé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne propulsant un véhicule automobile. Plus particulièrement, la présente invention est relative à un tel procédé suivant lequel on détecte l'imminence d'un colmatage du filtre et on prévient ce colmatage en balayant le filtre avec un courant de gaz d'échappement à une température au moins égale à la température d'auto-inflammation des particules.
On a représenté schématiquement à la figure 1 du dessin annexé la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne 1, plus particulièrement du type Diesel. Celle-ci comprend classiquement un pot catalytique 2 d'oxydation des espèces chimiques imbrûlées sortant du moteur un filtre 3 conçu pour retenir, notamment, des particules de suie et d'autres résidus (huile, additifs de carburant, ...) portées par les gaz d'échappement du moteur.
Ce filtre s'encrassant progressivement sous l'effet de l'accumulation de ces particules, il est nécessaire de prévoir des moyens de décolmatage du filtre, mis en oeuvre périodiquement. Ces moyens comprennent couramment un capteur de pression différentielle 4 placé aux bornes du filtre à particules 3 pour délivrer, à des moyens de commande constitués par un calculateur 5 de gestion du moteur 1, un signal représentatif de la pression différentielle mesurée, correspondant à la perte de charge des gaz d'échappement pendant la traversée du filtre, cette perte de charge étant d'autant plus forte que l'encrassement du filtre est plus avancé.
Au franchissement d'un seuil par cette perte de charge, le calculateur 5 déclenche une régénération du filtre par combustion des particules retenues dans le filtre. Pour ce faire il faut faire passer la température des gaz d'échappement passant dans le filtre, au-dessus de la température d'auto-inflammation de ces particules, de l'ordre de 600°C environ. Ce résultat peut être obtenu à l'aide d'un brûleur. On peut aussi provoquer l'accroissement nécessaire de la température des gaz d'échappement en dégradant momentanément le rendement du moteur par une commande appropriée du point de fonctionnement de celui-ci (réduction de l'angle d'avance à l'allumage, retardement de l'ouverture des injecteurs de carburant) ou par une commande convenable d'organes périphériques (papillon de réglage du débit d'air entrant dans le moteur, vanne de commande de recirculation des gaz d'échappement dans ce moteur, etc...).
L'utilisation de brûleurs ou de bougies de chauffage électrique pour atteindre la température d'auto-inflammation des particules, présente l'inconvénient d'être coûteuse. Quant au procédé de relèvement de la température des gaz d'échappement par dégradation du rendement du moteur, s'il s'avère satisfaisant dans des conditions de roulage normal du véhicule, il n'en est pas de même quand le moteur du véhicule tourne à un régime de ralenti. Quand le véhicule est pris dans un embouteillage et que son moteur tourne alors au ralenti pendant une longue période de temps, il peut même devenir impossible de régénérer le filtre à particules par ce moyen. Cela est particulièrement dommageable quant au bon fonctionnement du moteur du fait que les embouteillages constituent une part importante de la circulation automobile en zone urbaine.
La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de régénération d'un filtre à particules placé dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile, conçu pour assurer une régénération efficace du filtre, y compris quand le moteur propulsant le véhicule, fonctionne en régime de ralenti.
On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaítront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de régénération du type décrit en préambule de la présente description, ce procédé étant remarquable en ce que, à la détection d'un colmatage imminent du filtre lors d'un fonctionnement du moteur en régime de ralenti, on commande l'activation d'au moins un consommateur d'énergie tirée du fonctionnement du moteur, ce consommateur équipant le véhicule propulsé par ce moteur, cette activation contribuant à faire croítre la température desdits gaz d'échappement jusqu'à la température d'auto-inflammation des particules.
Comme on le verra plus loin, l'accroissement de la température des gaz d'échappement ainsi obtenu, éventuellement combiné à celui qui résulte d'une dégradation provoquée du rendement du moteur et éventuellement encore, d'un accroissement du régime de ralenti, permet de porter les gaz d'échappement à une température voisine de 600°C convenant au décolmatage du filtre par pyrolyse des particules de suie ou d'autres résidus qu'il contient.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaítront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel:
  • la figure 1 est un schéma d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de régénération suivant la présente invention, schéma déjà partiellement décrit en préambule de la présente description, et
  • la figure 2 est une cartographie de la température des gaz d'échappement en fonction du régime du moteur et du couple délivré par celui-ci, cette cartographie illustrant l'efficacité du procédé de régénération de filtre à particules suivant la présente invention.
On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où il apparaít que le dispositif suivant l'invention comprend, outre les appareils ou organes déjà décrits en préambule de la présente description, des "consommateurs" C1, C2, C3, ... ces consommateurs étant constitués par divers équipements d'un véhicule automobile alimentés en énergie électrique par un réseau de distribution 6 de cette énergie, ce réseau étant alimenté par un alternateur 7 couplé mécaniquement à l'arbre de sortie du moteur 1. L'alternateur 7 fonctionne alors en transducteur, convertissant de l'énergie mécanique reçue du moteur en énergie électrique propre à alimenter les consommateurs C1, C2, C3... .
A titre d'exemple de consommateurs ainsi alimentés équipant classiquement un véhicule automobile, on peut citer : les bougies de préchauffage électrique du mélange air/carburant d'un moteur Diesel, un groupe moto-ventilateur de circulation d'air dans l'habitacle d'un véhicule automobile, un compresseur de groupe de climatisation de cet habitacle (ou "climatiseur"), des résistances électriques de chauffage de l'eau d'un circuit de chauffage d'air, ou de chauffage des sièges du véhicule, etc, etc....
Les consommateurs d'énergie précités sont classiquement activés soit par le conducteur du véhicule, soit par une commande émise par le calculateur 5, alors dûment programmé pour émettre une telle commande.
Suivant la présente invention, on prévoit qu'une pluralité C1, C2, C3... de tels consommateurs sont activables sous la commande du calculateur 5.
Le procédé de régénération du filtre à particules 3 selon la présente invention, mis en oeuvre à l'aide du dispositif de la figure 1, s'établit alors comme suit.
Quand le capteur de pression différentielle 4 délivre au calculateur 5 un signal représentatif de l'imminence d'un colmatage du filtre 3, le calculateur compare le régime actuel du moteur, connu par des moyens de mesure classiques, non représentés, à une valeur de seuil (par exemple 1000t/mn) en-dessous de laquelle on considère que le moteur fonctionne en régime de ralenti et délivre alors des gaz d'échappement à une température relativement basse, par exemple 200°C, très insuffisante pour permettre une destruction par pyrolyse des particules de suie et autres résidus qui menacent de colmater le filtre à particules.
Suivant la présente invention, le calculateur est dûment programmé pour que, si le régime du moteur est alors inférieur à cette valeur de seuil, le calculateur active automatiquement un ou plusieurs des consommateurs C1, C2, C3... de manière à faire croítre la puissance électrique délivrée par l'alternateur 7, et donc la puissance mécanique que le moteur 6 doit fournir à cet alternateur, pour que ce dernier puisse alimenter les consommateurs activés.
Pour que le moteur 6 puisse fournir cette puissance mécanique supplémentaire, le calculateur 5 doit faire croítre le débit de carburant admis dans les cylindres du moteur. La conséquence de cet accroissement est un accroissement de la température des gaz d'échappement sortant du moteur.
On a pu chiffrer à plus de 100°C l'accroissement de température que l'on peut ainsi obtenir par l'activation de consommateurs d'énergie électrique.
En combinant, éventuellement, l'accroissement de température des gaz ainsi obtenus à celui que l'on tire d'un accroissement du régime de ralenti du moteur (de 800 à 1000 t/mn par exemple), et à celui qu'on tire d'une dégradation de la combustion du mélange air/carburant d'alimentation du moteur, et donc du rendement du moteur, on parvient, suivant l'invention, à réchauffer les gaz d'échappement au-dessus de la température, de 600°C environ, qui rend possible l'auto-inflammation des particules contenues dans le filtre 3, et donc le nettoyage par pyrolyse de ce filtre. Cette dégradation et cet accroissement du régime de ralenti peuvent être tous deux commandés par le calculateur 5.
La cartographie représentée à la figure 2 illustre l'efficacité du processus de réchauffement des gaz d'échappement explicité ci-dessus. Cette cartographie représente la température des gaz d'échappement, en amont du filtre à particules 3, en fonction du régime R du moteur (en tr/mn) et du couple C délivré par ce moteur (en N.m).
Lors d'un fonctionnement normal en régime de ralenti, au point de fonctionnement P1, on observe que les valeurs de régime (environ 800 tr/mn) et de couple (15 N.m) typiques d'un tel fonctionnement conduisent à la production de gaz d'échappement à une température inférieure à 200°C.
En combinant l'activation, suivant la présente invention, de consommateurs alors hors service, avec une remontée du régime de ralenti de 800 à 1000 tr/mn et une dégradation du rendement du moteur, on peut faire monter la température des gaz d'échappement à plus de 600°C (point de fonctionnement P2), température qui convient pour assurer le nettoyage par pyrolyse du filtre à particules 3. On remarquera que l'activation des consommateurs a provoqué, à cet effet, une remontée de 15 à 120 N.m du couple délivré par le moteur, du fait de l'accroissement de l'énergie absorbée par l'alternateur.
On remarquera aussi que la spectaculaire remontée de la température des gaz d'échappement ainsi obtenue est une conséquence de la forte raideur de la surface représentée à la figure 2, entre les points de fonctionnement P1 et P2.
Quand la régénération du filtre est terminée, le calculateur 5 désactive les consommateurs temporairement activés et ramène le point de fonctionnement du moteur à la position antérieure au déclenchement de la régénération.
Pour arrêter la régénération du filtre, le calculateur peut procéder par observation de l'évolution de la perte de charge dans le filtre, vue par le capteur de pression différentielle 4, ou par détection, à l'aide d'un capteur de température placé en aval du filtre, du passage d'un pic de température, significatif de ce que la quantité de particules brûlée dans le filtre se réduit. On peut avantageusement procéder aussi par observation de la concentration des gaz d'échappement en monoxyde de carbone, à la sortie du filtre, comme décrit dans la demande de brevet français N° 0009040 déposée le 11 juillet 2000 par la demanderesse.
On remarquera que le procédé suivant l'invention, de réchauffage des gaz d'échappement par activation de consommateurs d'énergie montés dans un véhicule automobile permet, en participant au réchauffement des gaz utilisés pour brûler les particules retenues dans le filtre, de raccourcir la durée de la dégradation du rendement du moteur quand on utilise ce moyen pour assurer cette pyrolyse. Il permet aussi de réduire ou de supprimer les périodes de temps (embouteillages) pendant lesquelles toute régénération est impossible.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que le procédé suivant l'invention pourrait être utilisé en combinaison avec l'utilisation d'un additif chimique ajouté au carburant du moteur, pour abaisser la température d'auto-inflammation des particules retenues dans le filtre. C'est ainsi aussi que la régénération du filtre pourrait être déclenchée par détection du franchissement d'une distance parcourue par le véhicule (500 km par exemple) ou d'un volume de carburant consommé par le moteur, correspondant sensiblement à deux colmatages successifs du filtre.

Claims (7)

  1. Procédé de régénération d'un filtre à particules (3) placé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne (1) propulsant un véhicule automobile équipé d'une pluralité de consommateurs d'énergie (C1, C2, C3...) tirée du fonctionnement dudit moteur (1), suivant lequel on détecte l'imminence d'un colmatage dudit filtre (3) et on prévient ce colmatage en balayant le filtre (3) avec un courant de gaz d'échappement à une température au moins égale à la température d'auto-inflammation desdites particules, procédé caractérisé en ce que, à la détection dudit colmatage imminent lors d'un fonctionnement du moteur (1) en régime de ralenti, on commande l'activation d'au moins un desdits consommateurs d'énergie (C1, C2, C3...), ladite activation contribuant à faire croítre la température desdits gaz d'échappement jusqu'à ladite température d'auto-inflammation.
  2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que, simultanément à ladite activation, on commande une dégradation de la combustion du mélange air/carburant consommé par le moteur (1), pour assurer un réchauffage additionnel des gaz d'échappement.
  3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, simultanément à ladite activation on commande une accélération du régime de ralenti contribuant à l'élévation de la température des gaz d'échappement.
  4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ou les consommateurs d'énergie activés (C1, C2, C3...) sont choisis dans le groupe formé par : des bougies de préchauffage du mélange air/carburant consommé par le moteur, un groupe moto-ventilateur, un compresseur de climatiseur, des moyens de chauffage électrique d'un dispositif de conditionnement d'air, des résistances électriques.
  5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend a) des moyens (4) de détection de l'imminence du colmatage du filtre à particules (3) traversé par les gaz d'échappement du moteur (1), b) des moyens de mesure du régime du moteur (1) et c) des moyens (5) pour commander l'activation d'au moins un des consommateurs d'énergie (C1, C2, C3) équipant le véhicule quand lesdits moyens de détection (4) signalent l'imminence d'un colmatage dudit filtre (3) alors que lesdits moyens de mesure signalent un fonctionnement du moteur (1) en régime de ralenti.
  6. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (5) commandent une dégradation de la combustion du mélange air/carburant consommé par le moteur (1), simultanément à ladite activation d'au moins un desdits consommateurs d'énergies (C1, C2, C3).
  7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (5) commandent un accroissement du régime de ralenti, simultanément à ladite activation d'au moins un desdits consommateurs d'énergie (C1, C2, C3).
EP01402642A 2000-10-12 2001-10-12 Procédé et dispositif de régéneration d'un filtre à particules placé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne propulsant un véhicule automobile Expired - Lifetime EP1197643B1 (fr)

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Publication Number Publication Date
EP1197643A1 true EP1197643A1 (fr) 2002-04-17
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EP (1) EP1197643B1 (fr)
DE (1) DE60120587T2 (fr)
FR (1) FR2815379B1 (fr)

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