EP1489275A1 - Système d'apport d'un additif pour moteur de véhicule automobile - Google Patents

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EP1489275A1
EP1489275A1 EP04291429A EP04291429A EP1489275A1 EP 1489275 A1 EP1489275 A1 EP 1489275A1 EP 04291429 A EP04291429 A EP 04291429A EP 04291429 A EP04291429 A EP 04291429A EP 1489275 A1 EP1489275 A1 EP 1489275A1
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Rémi Noirot
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Peugeot Citroen Automobiles SA
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    • F01M9/02—Lubrication means having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01M1/00 - F01M7/00 having means for introducing additives to lubricant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
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    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/029—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles by adding non-fuel substances to exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters

Definitions

  • the present invention relates to an additive supply system intended to be deposited on a particulate filter integrated in an exhaust line of a diesel engine of a motor vehicle.
  • additives are in fact intended to be deposited within the soot bed retained on the particulate filter, to lower the combustion temperature of them.
  • This additive in association with a particular engine operation, makes it possible to facilitate the regeneration of the particulate filter, in particular in duration.
  • motors of this type are associated with means of control of their operation which triggers during a regeneration phase of the filter, injecting fuel into the engine cylinders during their expansion phase to increase the temperature of the exhaust gases.
  • the additive is contained in a specific tank associated with the fuel tank via a system of pumping / dosing, which injects a determined quantity into the fuel tank additive depending on the amount of fuel added to the tank during a filling operation thereof for example.
  • this structure has a number of drawbacks, especially in terms of the complexity of such a pumping / metering system, its size, cost and the fact that certain fuels are incompatible with this additive.
  • the object of the invention is therefore to solve these problems.
  • the subject of the invention is a system for supplying an additive. intended to be deposited on a particulate filter integrated in an exhaust line of a diesel engine of a motor vehicle, to lower the temperature of combustion of soot trapped therein, characterized in that the additive is mixed with the engine lubricating oil when the oil is introduced into the engine.
  • FIG. 1 has indeed illustrated a block diagram illustrating the structure and operation of a system for adding an additive to the state of technical.
  • a fuel tank designated by the general reference 1 a vehicle diesel engine designated by the general reference 2, possibly associated with a turbocharger designated by the reference general 3, placed in an exhaust line 4 of it, this line exhaust also comprising for example an oxidation catalyst 5 and a particle filter 6.
  • a temperature sensor 7 can also be associated with this line, as well as a differential pressure measurement system at the terminals of the catalyst and the particulate filter, this system being designated by the reference general 8. These different means are linked to means of controlling the operation of the engine to trigger for example a regeneration phase of the filter.
  • the lower part of the engine 2 forms an oil reservoir lubrication thereof, designated by the general reference 9 and an oil filter 10 is also associated with this engine.
  • the additive intended to be deposited on the filter particles to lower the combustion temperature of soot trapped in this is contained in an additive tank designated by the general reference 11, associated with the fuel tank 1 via a pumping / metering system designated by the general reference 12.
  • FIG. 2 Illustrated in Figure 2, in the form of a block diagram, a exemplary embodiment of a supply system according to the invention.
  • the fuel tank is no longer associated with a specific additive tank through a pumping / metering system.
  • the additive is mixed with the lubricating oil of the motor.
  • the additive can be mixed with the oil before its introduction into the engine.
  • a specific oil already containing the additive is then developed and introduced into the engine, during the first filling of this or during each oil change.
  • a specific oil filler neck for this engine can then be used, this chute having a keying system to avoid that a conventional oil can be used.
  • Another solution consists in associating with the lubrication oil circuit engine, an additive tank associated with a pumping / metering system allowing during the first oil filling or during each oil change, introduce in the lubricating oil, a determined quantity of additive.
  • yet another solution may be to use an oil filter specific with an integrated additive tank.
  • This oil filter 10 then comprises an additive reservoir presenting itself for example in the form of an additive capsule designated by the general reference 13 containing a predetermined quantity of additive intended to be mixed with oil during the first filling or each oil change.
  • means for indicating the oil level of the engine may be used to deliver to the engine operating control means, information relating to the fact that an emptying has been carried out, in order to impose a change of the used oil filter and its replacement by a filter new containing additive.
  • a strategy for operating the engine in degraded mode can also be implemented by the operating control means of the engine in order to oblige the maintenance of the vehicle and to impose the changing the oil filter.
  • oil is consumed through the seal segmentation with respect to the walls of the engine cylinders, so that oil is burnt in the combustion chamber, through the bearing turbocharger lubrication, in which case oil is also burnt in hot exhaust gases or on the catalyst and through the guides intake valves, in which case oil is also burnt in the engine combustion chamber.
  • the additive content of the lubricating oil is then fixed to keep account of average engine fuel consumption and consumption in lubricating oil thereof, to achieve the same rate of additive brought by the oil in the particulate filter, than the one brought by the system conventional contribution of the state of the art, via fuel.
  • such an additive used can be cerine and an additive lubricating oil from an engine consuming an average of 0.1 liters of oil on 1000 kms and 7 liters of fuel per 100 kms added to a few ppm of additive by mass, is of the order of percent of cerine by mass or any other compound making it possible to maintain the same combustion kinetics soot trapped in the internal structure of the particulate filter.
  • the filter element of the oil filter can also be soaked in additive to ensure mixing with the oil, as shown in figure 4.
  • This filter element is in fact generally formed of a cardboard material porous whose properties allow it to adsorb the additive and restore it when introducing and circulating oil in the engine.
  • this oil filter and additive assembly can also be designed to be placed in the engine oil pan and carried by the plug engine oil drain as shown in figure 5.
  • the engine oil pan is designated by the reference 15 and the oil filter with the general reference 10, including the filter element 14 is soaked with additive.
  • This filter is then carried by an oil drain plug 16 fixed to the rest of the engine by any suitable means allowing for example prohibit the reassembly of a used filter after disassembly.
  • the additive is contained in a capsule 17 carried by the drain plug 16, so as to be engaged in the oil pan 15 of the engine.
  • the fixing of the plug on this casing is carried out using means prohibiting the reassembly of a used capsule after disassembly. This ensures that the vehicle maintenance operator change the capsule well at each drain, the capsule is then adapted to release the additive to allow mixing with the oil.
  • the capsule can be made of thermally dilutable material in the oil so that when the engine oil heats up during operation from it, the additive can be released.

Abstract

Ce système d'apport d'un additif destiné à se déposer sur un filtre à particules (6) intégré dans une ligne d'échappement (4) d'un moteur Diesel (2) de véhicule automobile, pour abaisser la température de combustion des suies piégées dans celui-ci, est caractérisé en ce que l'additif est mélangé à l'huile de lubrification du moteur.

Description

La présente invention concerne un système d'apport d'un additif destiné à se déposer sur un filtre à particules intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile.
Ces additifs sont en effet destinés à se déposer au sein du lit de suies retenues sur le filtre à particules, pour abaisser la température de combustion de celles-ci.
Cet additif en association avec un fonctionnement particulier du moteur, permet en effet de faciliter la régénération du filtre à particules, notamment en durée.
En particulier, les moteurs de ce type sont associés à des moyens de contrôle de leur fonctionnement qui déclenchent lors d'une phase de régénération du filtre, une injection de carburant dans les cylindres du moteur pendant leur phase de détente afin d'augmenter la température des gaz d'échappement.
Dans l'état de la technique, l'additif est contenu dans un réservoir spécifique associé au réservoir de carburant par l'intermédiaire d'un système de pompage/dosage, qui injecte dans le réservoir de carburant, une quantité déterminée d'additif en fonction de la quantité de carburant ajoutée dans le réservoir lors d'une opération de remplissage de celui-ci par exemple.
Cependant, cette structure présente un certain nombre d'inconvénients, notamment au niveau de la complexité d'un tel système de pompage/dosage, de son encombrement, de son coût et du fait que certains carburants sont incompatibles avec cet additif.
Par ailleurs, certains véhicules sont également munis d'équipements nécessitant pour leur fonctionnement un carburant ne contenant pas d'additifs de cette nature.
Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes.
A cet effet, l'invention a pour objet un système d'apport d'un additif destiné à se déposer sur un filtre à particules intégré dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, pour abaisser la température de combustion des suies piégées dans celui-ci, caractérisé en ce que l'additif est mélangé à l'huile de lubrification du moteur lors de l'introduction de l'huile dans le moteur.
Suivant d'autres caractéristiques :
  • l'additif est contenu dans un réservoir d'additif associé au filtre à huile pour être mélangé à celle-ci lors de l'introduction de l'huile dans le moteur ;
  • l'additif est contenu dans un réservoir associé au circuit d'huile de lubrification du moteur par des moyens de pompage/dosage ;
  • l'additif est contenu dans l'élément filtrant du filtre à huile pour être mélangé à celle-ci lors de son introduction dans le moteur ;
  • le filtre à huile est porté par un bouchon de vidange d'huile du moteur;
  • l'additif est contenu dans un réservoir d'additif porté par un bouchon de vidange d'huile du moteur ;
  • le moteur est associé à un turbocompresseur ;
  • le filtre à particules est associé à un catalyseur ; et
  • le moteur est associé à des moyens de contrôle de son fonctionnement, permettant de déclencher une phase de régénération du filtre à particules en déclenchant une phase d'injection de carburant dans les cylindres du moteur pendant leur phase de détente.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la Fig.1 représente un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement d'un système d'apport d'un additif de l'état de la technique ;
  • la Fig.2 représente un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement d'un système d'apport d'un additif selon l'invention ;
  • la Fig.3 représente un schéma synoptique d'un filtre à huile utilisé dans un mode de réalisation d'un système selon l'invention ; et
  • les Figs.4, 5 et 6 représentent des variantes de réalisation d'un filtre à huile et d'un bouchon de vidange entrant dans la constitution d'un système selon l'invention.
On a en effet illustré sur la figure 1, un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement d'un système d'apport d'un additif de l'état de la technique.
On reconnaít sur cette figure, un réservoir de carburant désigné par la référence générale 1, un moteur Diesel de véhicule désigné par la référence générale 2, associé éventuellement à un turbocompresseur désigné par la référence générale 3, placé dans une ligne d'échappement 4 de celui-ci, cette ligne d'échappement comportant également par exemple un catalyseur d'oxydation 5 et un filtre à particules 6.
Un capteur de température 7 peut également être associé à cette ligne, de même qu'un système de mesure de la pression différentielle aux bornes du catalyseur et du filtre à particules, ce système étant désigné par la référence générale 8. Ces différents moyens sont reliés à des moyens de contrôle du fonctionnement du moteur pour déclencher par exemple une phase de régénération du filtre.
De façon classique, la partie basse du moteur 2 forme réservoir d'huile de lubrification de celui-ci, désigné par la référence générale 9 et un filtre à huile 10 est également associé à ce moteur.
Dans l'état de la technique, l'additif destiné à se déposer sur le filtre à particules pour abaisser la température de combustion des suies piégées dans celui-ci, est contenu dans un réservoir d'additif désigné par la référence générale 11, associé au réservoir de carburant 1 par l'intermédiaire d'un système de pompage/dosage désigné par la référence générale 12.
On conçoit alors que lors de chaque apport de carburant dans le réservoir de carburant 1, une quantité déterminée d'additif est injectée dans ce réservoir de carburant 1 par le système de pompage/dosage 12, afin que de l'additif soit mélangé à ce carburant et soit transporté à travers le moteur, dans le filtre à particules pour s'y déposer.
Comme cela a été indiqué précédemment, ces structures présentent un certain nombre d'inconvénients.
On a illustré sur la figure 2, sous forme de schéma synoptique, un exemple de réalisation d'un système d'apport selon l'invention.
Sur cette figure 2, les mêmes numéros de référence que ceux utilisés sur la figure 1, désignent des pièces identiques ou analogues à celles illustrées sur cette figure 1.
C'est ainsi que l'on reconnaít sur cette figure 2, le réservoir de carburant 1, le moteur 2, le turbocompresseur 3, la ligne d'échappement 4, le catalyseur 5 et le filtre à particules 6.
Dans le système selon l'invention, le réservoir de carburant n'est plus associé à un réservoir d'additif spécifique à travers un système de pompage/dosage.
En fait, et selon l'invention, l'additif est mélangé à l'huile de lubrification du moteur.
Plusieurs solutions peuvent alors être envisagées.
C'est ainsi par exemple que l'additif peut être mélangé à l'huile avant son introduction dans le moteur. Une huile spécifique contenant déjà l'additif est alors mise au point et introduite dans le moteur, lors du premier remplissage de celui-ci ou lors de chaque vidange.
Une goulotte de remplissage d'huile spécifique de ce moteur peut alors être utilisée, cette goulotte comportant un système de détrompage pour éviter qu'une huile classique puisse être utilisée.
Une autre solution consiste à associer au circuit d'huile de lubrification du moteur, un réservoir d'additif associé à un système de pompage/dosage permettant lors du premier remplissage en huile ou lors de chaque vidange, d'introduire dans l'huile de lubrification, une quantité déterminée d'additif.
Enfin, une autre solution encore peut être d'utiliser un filtre à huile spécifique comportant un réservoir d'additif intégré.
Un tel exemple de réalisation est illustré sur la figure 3, où l'on reconnaít le filtre à huile 10 fixé sur le moteur 2 et raccordé au circuit de lubrification du moteur.
Ce filtre à huile 10 comporte alors un réservoir d'additif se présentant par exemple sous la forme d'une capsule d'additif désignée par la référence générale 13 contenant une quantité prédéterminée d'additif destiné à être mélangé à l'huile lors du premier remplissage ou de chaque vidange du moteur.
Des moyens spécifiques de fixation d'un filtre à huile de ce type sur le moteur peuvent alors être utilisés pour n'autoriser le montage que d'un filtre de ce type.
De même, des moyens d'indication de niveau d'huile du moteur peuvent être utilisés pour délivrer aux moyens de contrôle de fonctionnement du moteur, une information relative au fait qu'une vidange a été effectuée, afin d'imposer un changement du filtre à huile usagé et son remplacement par un filtre neuf contenant de l'additif.
Si ce filtre à huile n'a pas été remplacé, des moyens d'alerte peuvent alors être pilotés pour informer de ce non-remplacement.
De même, une stratégie de fonctionnement du moteur en mode dégradé peut également être mise en oeuvre par les moyens de contrôle du fonctionnement du moteur afin d'obliger la maintenance du véhicule et imposer le changement du filtre à huile.
Une fois le filtre à huile muni du réservoir d'additif en position sur le moteur, le système de circulation d'huile interne du moteur à travers la pompe à huile, permet d'homogénéiser l'additif ainsi apporté à l'huile de lubrification.
Ceci permet alors également d'introduire l'additif dans les gaz d'échappement du moteur afin qu'il se dépose sur le filtre à particules.
En effet, dans un tel moteur, de l'huile est consommée à travers l'étanchéité de la segmentation par rapport aux parois des cylindres du moteur, de sorte que de l'huile est brûlée dans la chambre de combustion, à travers le palier de lubrification de turbocompresseur, auquel cas de l'huile est également brûlée dans les gaz d'échappement chauds ou sur le catalyseur et à travers les guides des soupapes d'admission, auquel cas, de l'huile est également brûlée dans la chambre de combustion du moteur.
La teneur en additif de l'huile de lubrification est alors fixée pour tenir compte de la consommation moyenne en carburant du moteur et de la consommation en huile de lubrification de celui-ci, pour atteindre le même taux d'additif apporté par l'huile dans le filtre à particules, que celui apporté par le système d'apport classique de l'état de la technique, par l'intermédiaire du carburant.
A titre d'exemple, un tel additif utilisé peut être de la cérine et une additivation de l'huile de lubrification d'un moteur consommant en moyenne 0,1 litre d'huile sur 1000 kms et 7 litres de carburant par 100 kms additivé à quelques ppm d'additif en masse, est de l'ordre du pour-cent de cérine en masse ou de tout autre composé permettant de conserver la même cinétique de combustion de suies piégées dans la structure interne du filtre à particules.
Bien entendu, d'autres types d'additifs et d'autres structures peuvent être utilisés.
Ainsi par exemple, l'élément filtrant du filtre à huile peut également être imbibé d'additif pour assurer son mélange à l'huile, comme cela est illustré sur la figure 4.
On reconnaít en effet sur cette figure, le moteur 2 et le filtre à huile 10 fixé sur celui-ci et dont l'élément filtrant 14 est imbibé d'additif.
Cet élément filtrant est en effet généralement formé d'un matériau cartonné poreux dont les propriétés permettent d'adsorber l'additif et de le restituer lors de l'introduction et de la circulation de l'huile dans le moteur.
De plus, cet ensemble filtre à huile et additif peut également être conçu pour être placé dans le carter d'huile moteur et être porté par le bouchon de vidange d'huile du moteur comme cela est illustré sur la figure 5.
Sur cette figure, le carter d'huile moteur est désigné par la référence générale 15 et le filtre à huile par la référence générale 10, dont l'élément filtrant 14 est imbibé d'additif. Ce filtre est alors porté par un bouchon de vidange d'huile 16 fixé sur le reste du moteur par tous moyens appropriés permettant par exemple d'interdire le remontage d'un filtre usagé après un démontage.
Ceci permet alors de garantir que l'opérateur de maintenance du véhicule change bien le filtre contenant l'additif à chaque vidange et ce, de manière très simple, car l'ensemble filtre et bouchon de vidange étant relié, une seule opération est nécessaire au contraire des moteurs dans lesquels le filtre est distinct et séparé du bouchon de vidange.
Selon encore un autre mode de réalisation illustré sur la figure 6, l'additif est contenu dans une capsule 17 portée par le bouchon de vidange 16, de manière à être engagée dans le carter d'huile 15 du moteur.
Dans ce cas également, la fixation du bouchon sur ce carter est réalisée en utilisant des moyens interdisant le remontage d'une capsule usagée après un démontage. Ceci permet de garantir que l'opérateur de maintenance du véhicule change bien la capsule à chaque vidange, la capsule est alors adaptée pour libérer l'additif pour permettre son mélange avec l'huile.
Par exemple, la capsule peut être réalisée en matériau thermodiluable dans l'huile de manière que lorsque l'huile du moteur s'échauffe lors du fonctionnement de celui-ci, l'additif puisse être libéré.
Bien entendu, d'autres modes de réalisation encore peuvent être envisagés.

Claims (9)

  1. Système d'apport d'un additif destiné à se déposer sur un filtre à particules (6) intégré dans une ligne d'échappement (4) d'un moteur Diesel (2) de véhicule automobile, pour abaisser la température de combustion des suies piégées dans celui-ci, caractérisé en ce que l'additif est mélangé à l'huile de lubrification du moteur, lors de l'introduction de l'huile dan le moteur.
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif est contenu dans un réservoir d'additif (13) associé au filtre à huile (10) pour être mélangé à celle-ci lors de l'introduction de l'huile dans le moteur (2).
  3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif est contenu dans un réservoir associé au circuit d'huile de lubrification du moteur par des moyens de pompage/dosage.
  4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif est contenu dans l'élément filtrant (14) du filtre à huile (10) pour être mélangé à celle-ci lors de son introduction dans le moteur.
  5. Système selon les revendications 2 ou 4, caractérisé en ce que le filtre à huile (10) est porté par un bouchon de vidange d'huile (16) du moteur.
  6. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'additif est contenu dans un réservoir d'additif (17) porté par un bouchon de vidange d'huile (16) du moteur.
  7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est associé à un turbocompresseur (3).
  8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre à particules (6) est associé à un catalyseur (5).
  9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (2) est associé à des moyens de contrôle de son fonctionnement, permettant de déclencher une phase de régénération du filtre à particules (6) en déclenchant une phase d'injection de carburant dans les cylindres du moteur (2) pendant leur phase de détente.
EP04291429A 2003-06-18 2004-06-08 Système d'apport d'un additif pour moteur de véhicule automobile Withdrawn EP1489275A1 (fr)

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