EP1581727B1 - Aid system for regeneration of a particle filter in an exhaust line of a diesel engine - Google Patents

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EP1581727B1
EP1581727B1 EP20040700266 EP04700266A EP1581727B1 EP 1581727 B1 EP1581727 B1 EP 1581727B1 EP 20040700266 EP20040700266 EP 20040700266 EP 04700266 A EP04700266 A EP 04700266A EP 1581727 B1 EP1581727 B1 EP 1581727B1
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Abstract

An aid system for regeneration of a particle filter in an exhaust line (3) of a diesel engine (1), associated with means (2) for the intake of air, means (4) for recycling the exhaust gases, a turbocompressor (5), a particle filter (7), a common fuel supply (8) for the engine, means (16) for adding an additive to the fuel which can become deposited on the filter (7) in order to lower the combustion temperature of the particles, means (20,21,22) for the acquisition of information relating to the functioning of the engine, and adapted control means (17) for triggering a filter regeneration phase by combustion of the trapped particles, initiating a multiple fuel injection phase. The filter (7) is impregnated with a catalyst for the oxidation of hydrocarbons and CO present in exhaust gases.

Description

  • L'invention concerne l'industrie automobile et, plus particulièrement, la dépollution des moteurs à combustion interne, notamment des moteurs Diesel.The invention relates to the automotive industry and, more particularly, the depollution of internal combustion engines, in particular diesel engines.
  • Les véhicules automobiles à moteur Diesel de conception récente sont équipés, sur leurs lignes d'échappement, de différents dispositifs assurant le traitement des polluants produits par la combustion du carburant dans le moteur.Diesel motor vehicles of recent design are equipped on their exhaust systems, different devices for the treatment of pollutants produced by the combustion of fuel in the engine.
  • Un premier de ces dispositifs assure l'oxydation des gaz d'échappement grâce au passage de ces gaz sur un catalyseur d'oxydation.A first of these devices ensures the oxidation of the exhaust gas through the passage of these gases on an oxidation catalyst.
  • Un deuxième de ces dispositifs, généralement disposé immédiatement en aval du précédent, est un filtre à particules (FAP) sur lequel se déposent les particules (suies) produites par la combustion. Périodiquement, ces suies doivent tre brûlées, notamment à l'aide d'une augmentation de la température du FAP ou des gaz d'échappement, pour éviter que le filtre ne se colmate et lui faire retrouver ses performances d'origine (opération dite de « régénération »).A second of these devices, generally disposed immediately downstream of the previous one, is a particulate filter (FAP) on which the particles (soot) produced by the combustion are deposited. Periodically, these soot must be burned, especially with the help of an increase in the temperature of the FAP or the exhaust gases, to prevent the filter from clogging and make it regain its original performance (operation called "Regeneration").
  • Pour assister cette combustion des suies on peut ajouter au carburant, à l'aide d'un dispositif adapté, un additif tel que de la cérine et/ou de l'oxyde de fer qui se mélange aux suies et abaisse leur température de combustion. Par ailleurs, tous les 80 000km ou 120 000km environ, par exemple, un nettoyage du FAP est nécessaire pour enlever l'additif et les résidus imbrûlés divers.To assist this combustion of soot can be added to the fuel, using a suitable device, an additive such as ceria and / or iron oxide that mixes with soot and lowers their combustion temperature. On the other hand, every 80 000km or 120 000km, for example, a cleaning of the FAP is necessary to remove the additive and unburnt residues.
  • L'exécution de ces fonctions d'oxydation et de filtration dans des dispositifs séparés conduit à concevoir des lignes d'échappement très encombrantes, ou à devoir procéder à des nettoyages approfondis du FAP que l'on peut juger trop fréquents.The performance of these oxidation and filtration functions in separate devices leads to the design of very cumbersome exhaust lines, or the need for thorough cleaning of the FAP that can be judged too frequent.
  • Le but de l'invention est de donner la possibilité au constructeur de réduire l'encombrement des lignes d'échappement de moteurs Diesel de véhicules automobiles et/ou de réduire la périodicité des nettoyages approfondis du FAP nécessaires au bon fonctionnement de la ligne d'échappement.The object of the invention is to give the possibility to the manufacturer to reduce the size of the exhaust lines of diesel engines of motor vehicles and / or reduce the periodicity of thorough cleaning of the FAP necessary for the proper operation of the line of exhaust.
  • A cet effet, l'invention a pour objet un véhicule automobile comportant un moteur Diesel muni d'une ligne d'échappement dans laquelle est intégré un filtre à particules, de moyens d'admission d'air dans le moteur, de moyens de recyclage des gaz d'échappement du moteur en entrée de celui-ci, d'un turbocompresseur, d'un système d'alimentation commune en carburant des cylindres du moteur, comportant des injecteurs à commande électriques, associés à ces cylindres, des moyens d'ajout au carburant d'un additif destiné à se déposer sur le filtre à particules, pour abaisser la température de combustion des particules piégées dans celui-ci, des moyens d'acquisition d'informations relatives à différents paramètres de fonctionnement du moteur et des organes associés à celui-ci, et des moyens de contrôle du fonctionnement des moyens d'admission, des moyens de recyclage, du turbocompresseur et/ou du système d'alimentation pour contrôler le fonctionnement du moteur, ces moyens étant en outre adaptés pour déclencher une phase de régénération du filtre à particules par combustion des particules piégées dans celui-ci en enclenchant une phase d'injections multiples de carburant dans les cylindres du moteur pendant leur phase de détente, le filtre à particules étant imprégné par un catalyseur d'oxydation des hydrocarbures et du CO présents dans les gaz d'échappement circulant à travers ledit filtre à particules, et présentant une zone de plus forte imprégnation par le catalyseur d'oxydationFor this purpose, the subject of the invention is a motor vehicle comprising a diesel engine equipped with an exhaust line in which is integrated a particulate filter, air intake means in the engine, recycling means engine exhaust gas at its inlet, a turbocharger, a common fuel supply system for the engine cylinders, comprising electrically driven injectors, associated with these cylinders, means for adding an additive to the fuel intended to be deposited on the particulate filter, to lower the combustion temperature particles trapped therein, means for acquiring information relating to different operating parameters of the engine and associated members thereof, and means for controlling the operation of the admission means, recycling means , the turbocharger and / or the supply system for controlling the operation of the engine, these means being further adapted to trigger a regeneration phase of the particulate filter by combustion of the particles trapped therein by engaging an injection phase multiple fuel in the cylinders of the engine during their expansion phase, the particulate filter being impregnated with a catalyst for oxidation of hydrocarbons and CO present in the exhaust gas flowing through said particulate filter, and having a zone stronger impregnation by the oxidation catalyst
  • Selon l'invention, la zone de plus forte imprégnation est située au centre de la section transversale du filtre à particules, sur une partie de sa longueur à partir de la face d'entrée du filtre à particules, la surface de ladite zone de plus forte imprégnation représentant 20 à 70% de la section transversale dudit filtre à particules et cette zone de plus forte imprégnation étant présente sur 10 à 60% de la longueur du filtre à particules à partir de sa face d'entrée, la partie terminale du filtre à particules étant dépourvue d'imprégnation par le catalyseur d'oxydation.According to the invention, the zone of highest impregnation is located in the center of the cross section of the particle filter, over part of its length from the inlet face of the particulate filter, the surface of said zone of more high impregnation representing 20 to 70% of the cross section of said particulate filter and this zone of stronger impregnation being present on 10 to 60% of the length of the particulate filter from its inlet face, the end portion of the filter with particles being free from impregnation by the oxidation catalyst.
  • Il est connu du document WO 01/12320 une ligne d'échappement équipée d'un filtre à particules dont la régénération est opérée en mode continu, à basse température (c'est-à-dire inférieure à 400°C). La portion amont du filtre est recouverte d'un revêtement catalytique, léché par les gaz d'échappement dans leur progression vers la partie avale du filtre, ce revêtement catalytique favorisant l'oxydation de la fraction organique soluble des gaz d'échappement. Ledit catalyseur peut être un métal ou un mélange de métaux.It is known from the document WO 01/12320 an exhaust line equipped with a particulate filter whose regeneration is operated continuously, at low temperature (that is to say below 400 ° C). The upstream portion of the filter is covered with a catalytic coating, licked by the exhaust gas in their progression towards the downstream part of the filter, this catalytic coating promoting the oxidation of the soluble organic fraction of the exhaust gas. The catalyst may be a metal or a mixture of metals.
  • Ledit métal peut être un métal du groupe VIII tel que du platine, du palladium ou du rhodium, ou un mélange de tels métaux.Said metal may be a Group VIII metal such as platinum, palladium or rhodium, or a mixture of such metals.
  • Comme on l'aura compris, l'invention a pour particularité essentielle la réalisation des opérations d'oxydation des gaz d'échappement et de filtration des particules au sein du même réacteur. Cela est réalisé par une imprégnation du matériau constituant le FAP par un catalyseur d'oxydation tel qu'un métal, par exemple du platine.As will have been understood, the essential feature of the invention is the carrying out of the oxidation of the exhaust gas and the filtration of the particles within the same reactor. This is achieved by impregnating the material constituting the FAP with an oxidation catalyst such as a metal, for example platinum.
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées :
    • la figure 1 qui représente de façon schématique un moteur Diesel de véhicule et les différents organes associés à celui-ci ;
    • la figure 2 qui représente schématiquement un exemple de FAP selon l'invention à imprégnation homogène ;
    • les figures 3 à 6 qui montrent schématiquement d'autres exemples de FAP selon l'invention à imprégnation inhomogène.
    The invention will be better understood on reading the description which follows, given with reference to the appended figures:
    • the figure 1 which schematically represents a vehicle diesel engine and the various members associated therewith;
    • the figure 2 which schematically represents an example of FAP according to the invention with homogeneous impregnation;
    • the Figures 3 to 6 which schematically show other examples of FAP according to the invention with inhomogeneous impregnation.
  • On a représenté sur la figure 1, un moteur Diesel de véhicule automobile qui est désigné par la référence générale 1.We have shown on the figure 1 , a motor vehicle diesel engine which is designated by the general reference 1.
  • Ce moteur Diesel est associé à des moyens d'admission d'air en entrée de celui-ci, qui sont désignés par la référence générale 2.This diesel engine is associated with input air intake means thereof, which are designated by the general reference 2.
  • En sortie, ce moteur est associé à une ligne d'échappement qui est désignée par la référence générale 3.At the output, this engine is associated with an exhaust line which is designated by the general reference 3.
  • Des moyens de recyclage de gaz d'échappement du moteur en entrée de celui-ci sont également prévus et sont désignés par la référence générale 4.Means for recycling engine exhaust gas at the inlet thereof are also provided and are designated by the general reference 4.
  • Ces moyens sont alors interposés par exemple entre la sortie du moteur et les moyens 2 d'admission d'air dans celui-ci.These means are then interposed for example between the output of the engine and the air intake means 2 therein.
  • La ligne d'échappement peut également être associée à un turbocompresseur désigné par la référence générale 5 et plus particulièrement à la portion de turbine de celui-ci, de façon classique.The exhaust line may also be associated with a turbocharger designated by the general reference 5 and more particularly to the turbine portion thereof, in a conventional manner.
  • Enfin, la ligne d'échappement comporte, selon l'invention, un boîtier 6 renfermant un filtre à particules désigné par la référence générale 7, ce filtre à particules étant imprégné par un catalyseur d'oxydation. Les fonctions « oxydation » et « filtration » sont donc réalisées dans le même milieu, contrairement à l'art antérieur où les gaz traversent successivement un milieu d'oxydation et un milieu de filtration dédiés chacun à l'une de ces fonctions et non à l'autre.Finally, the exhaust line comprises, according to the invention, a housing 6 enclosing a particulate filter designated by the general reference 7, the particulate filter being impregnated with an oxidation catalyst. The "oxidation" and "filtration" functions are therefore performed in the same medium, unlike the prior art where the gases successively pass through an oxidation medium and a filtration medium each dedicated to one of these functions and not to the other.
  • Le moteur est également associé à un système d'alimentation commune des cylindres en carburant. Ce système est désigné par la référence générale 8 sur cette figure et comporte, par exemple, des injecteurs à commande électrique associés à ces cylindres.The engine is also associated with a common fuel system of the cylinders. This system is designated by the general reference 8 in this figure and comprises, for example, electrically operated injectors associated with these cylinders.
  • Dans l'exemple de réalisation représenté, le moteur est un moteur à quatre cylindres et comporte donc quatre injecteurs à commande électrique, respectivement 9, 10, 11 et 12.In the exemplary embodiment shown, the engine is a four-cylinder engine and therefore comprises four electrically operated injectors, respectively 9, 10, 11 and 12.
  • Ces différents injecteurs sont associés à une rampe d'alimentation commune en carburant désignée par la référence générale 13 et reliée à des moyens d'alimentation en carburant désignés par la référence générale 14, comprenant par exemple une pompe à haute pression.These different injectors are associated with a common fuel feed ramp designated by the general reference 13 and connected to fuel supply means designated by the general reference 14, comprising for example a high pressure pump.
  • Ces moyens d'alimentation sont reliés à un réservoir de carburant désigné par la référence générale 15 et à des moyens d'ajout à ce carburant d'un additif destiné à se déposer sur le filtre à particules pour abaisser la température de combustion des particules piégées dans celui-ci.These supply means are connected to a fuel tank designated by the general reference 15 and means for adding to this fuel an additive intended to be deposited on the particle filter to lower the combustion temperature of the trapped particles. In this one.
  • En fait, cet additif peut, par exemple, être contenu dans un réservoir auxiliaire désigné par la référence générale 16 associé au réservoir de carburant 15 pour permettre l'injection d'une certaine quantité de cet additif dans le carburant.In fact, this additive may, for example, be contained in an auxiliary tank designated by the general reference 16 associated with the fuel tank 15 to allow the injection of a certain amount of this additive into the fuel.
  • Enfin, ce moteur et les différents organes qui viennent d'être décrits sont également associés à des moyens de contrôle de leur fonctionnement désignés par la référence générale 17 sur cette figure, comprenant par exemple tout calculateur approprié 18 associé à des moyens de stockage d'informations 19, et raccordé en entrée à différents moyens d'acquisition d'informations relatives à différents paramètres de fonctionnement de ce moteur et de ces organes, ce calculateur étant alors adapté pour contrôler le fonctionnement des moyens d'admission, des moyens de recyclage, du turbocompresseur et/ou du système d'alimentation, de manière à contrôler le fonctionnement du moteur et notamment le couple engendré par celui-ci en fonction des conditions de roulage du véhicule de façon classique.Finally, this motor and the various components that have just been described are also associated with means for controlling their operation designated by the general reference 17 in this figure, comprising, for example, any appropriate calculator 18 associated with storage means. information 19, and input to different means for acquiring information relating to different operating parameters of the engine and these bodies, the computer being then adapted to control the operation of the admission means, recycling means, turbocharger and / or the power system, so as to control the operation of the engine and in particular the torque generated by it according to the driving conditions of the vehicle in a conventional manner.
  • C'est ainsi par exemple que ce calculateur est relié à un capteur de pression différentielle 20 aux bornes du filtre à particules 7 et à des capteurs de température 21, 22, respectivement en amont du filtre à particules et en aval de ce filtre à particules dans la ligne d'échappement.For example, this calculator is connected to a differential pressure sensor 20 at the terminals of the particulate filter 7 and to temperature sensors 21, 22 respectively upstream of the particulate filter and downstream of this particulate filter. in the exhaust line.
  • Le calculateur peut également recevoir une information de teneur en oxygène des gaz d'échappement à partir d'une sonde Lambda λ désignée par la référence générale 23 sur cette figure, intégrée dans la ligne d'échappement.The computer may also receive oxygen content information of the exhaust gas from a Lambda λ probe designated by the general reference 23 in this figure, integrated into the exhaust line.
  • En sortie, ce calculateur est adapté pour piloter les moyens d'admission d'air, les moyens de recyclage de gaz d'échappement, le turbocompresseur, les moyens d'ajout au carburant de l'additif, les moyens d'alimentation en carburant de la rampe commune et les différents injecteurs associés aux cylindres du moteur.At output, this computer is adapted to control the air intake means, the exhaust gas recycling means, the turbocharger, the means for adding fuel to the additive, the fuel supply means of the common rail and the various injectors associated with the engine cylinders.
  • En particulier, ce calculateur est adapté pour déclencher une phase de régénération du filtre à particules par combustion des particules piégées dans celui-ci en enclenchant une phase d'injections multiples de carburant dans les cylindres du moteur pendant leur phase de détente.In particular, this computer is adapted to trigger a regeneration phase of the particulate filter by combustion of the particles trapped therein by engaging a phase of multiple injections of fuel in the cylinders of the engine during their expansion phase.
  • Les particules émises par le moteur au cours de son fonctionnement sont en effet piégées dans le filtre à particules. Il convient alors de régénérer celui-ci régulièrement par combustion de ces particules.The particles emitted by the engine during its operation are indeed trapped in the particulate filter. It is then necessary to regenerate it regularly by combustion of these particles.
  • Dans les systèmes classiques où les fonctions d'oxydation et de filtration sont séparées, le moteur, pendant ses phases de fonctionnement normal, émet des gaz d'échappement contenant essentiellement des hydrocarbures, du CO, du CO2, de la vapeur d'eau, des NOx, de l'oxygène et des particules, à une température de 180-200°C. Le passage dans le réacteur contenant le catalyseur d'oxydation (généralement un métal tel que du platine) convertit environ 90% ou davantage du CO, des hydrocarbures avec de l'oxygène en CO2 et vapeur d'eau. La fraction combustible des suies (dite « soluble organic fraction », en abrégé SOF), sous forme d'hydrocarbures condensés sur les particules, est elle aussi traitée par le catalyseur d'oxydation. En sortie du catalyseur d'oxydation, les gaz d'échappement ne contiennent donc plus significativement que de l'oxygène résiduel, du CO2, de la vapeur d'eau (ces deux composés en quantités plus importantes qu'en entrée du catalyseur d'oxydation), des NOx et des particules. Ces rejets pénètrent alors dans le FAP, où ils sont épurés des particules qui se déposent sur les parois du filtre. Les rejets à l'atmosphère ne contiennent plus alors, de façon significative, que de l'oxygène, du CO2, de la vapeur d'eau et des NOx. Toutefois, ces NOx peuvent être traités dans un dispositif de traitement des NOx, tel qu'un piège à NOx, et ainsi ne pas être rejetés dans l'atmosphère.In conventional systems where the oxidation and filtration functions are separated, the engine, during its normal operating phases, emits exhaust gases containing mainly hydrocarbons, CO, CO 2 , water vapor , NO x , oxygen and particles at a temperature of 180-200 ° C. Passage into the reactor containing the oxidation catalyst (generally a metal such as platinum) converts about 90% or more of CO, hydrocarbons with oxygen to CO 2 and water vapor. The combustible fraction of the soot (so-called "soluble organic fraction", abbreviated to SOF), in the form of condensed hydrocarbons on the particles, is also treated by the oxidation catalyst. At the outlet of the oxidation catalyst, the exhaust gas therefore contains only significantly more residual oxygen, CO 2 , water vapor (these two compounds in greater quantities than at the inlet of the catalyst). oxidation), NO x and particles. These discharges then enter the FAP, where they are purified of the particles which are deposited on the walls of the filter. Releases to the atmosphere then significantly contain only oxygen, CO 2 , water vapor and NO x . However, these NO x can be processed in an NO x treatment device, such as a NO x trap, and thus not be released to the atmosphere.
  • Dans le système selon l'invention, le réacteur contenant le catalyseur d'oxydation est supprimé en tant que tel. Sa fonction est transférée au filtre à particules 7 qui est constitué d'un matériau traditionnellement utilisé à cet effet (tel qu'une céramique, par exemple du carbure de silicium), mais qui est imprégné par un catalyseur d'oxydation tel que du platine et/ou du palladium. Ce catalyseur est porté par un « washcoat » d'oxyde (Al2O3 par exemple), qui peut également renfermer des composés présentant une fonction OSC (stockage de l'oxygène) : par exemple des matériaux du groupe oxyde de cérium et/ou oxyde mixte de cérium et de zirconium. Cette imprégnation peut concerner seulement la surface des pores, ou la totalité du matériau. Eventuellement, ce matériau peut être adapté, du point de vue de sa porosité et de la répartition du diamètre des pores, pour que la réaction d'oxydation catalysée s'y produise avec une efficacité optimale, comparable à celle que l'on observe dans les réacteurs d'oxydation séparés classiques, sans pour autant produire de contre-pression trop importante qui gênerait l'écoulement des gaz. La taille des pores est centrée sur 9µm environ dans un filtre à particules classique. Dans un filtre à particules imprégné selon l'invention, on peut centrer cette taille des pores sur des tailles de 11 µm jusqu'à 20-30µm. Ces valeurs ne sont données qu'à titre d'exemples.In the system according to the invention, the reactor containing the oxidation catalyst is removed as such. Its function is transferred to the particle filter 7 which consists of a material traditionally used for this purpose (Such as a ceramic, for example silicon carbide), but which is impregnated with an oxidation catalyst such as platinum and / or palladium. This catalyst is carried by a "washcoat" of oxide (Al 2 O 3 for example), which can also contain compounds having a function OSC (storage of oxygen): for example materials of the cerium oxide group and / or mixed oxide of cerium and zirconium. This impregnation may concern only the surface of the pores, or the entire material. Optionally, this material can be adapted, from the point of view of its porosity and the distribution of the pore diameter, so that the catalyzed oxidation reaction occurs there with optimal efficiency, comparable to that which is observed in the conventional separate oxidation reactors, without producing too much back pressure which would hinder the flow of gases. The pore size is centered on about 9 μm in a conventional particle filter. In an impregnated particle filter according to the invention, this pore size can be centered on sizes of 11 μm up to 20-30 μm. These values are given only as examples.
  • Si l'on compare une ligne d'échappement comportant un FAP 7 modifié selon l'invention avec une ligne d'échappement comportant un FAP classique situé immédiatement en aval d'un catalyseur d'oxydation, on peut dire qu'à l'entrée du FAP 7 modifié selon l'invention, on retrouve des émissions de gaz et de particules identiques à celles qui pénètrent habituellement dans le réacteur d'oxydation. A la sortie du FAP 7 modifié selon l'invention, on retrouve des émissions gazeuses identiques à celles sortant des FAP de l'art antérieur.If an exhaust line comprising a modified FAP 7 according to the invention is compared with an exhaust line comprising a conventional FAP located immediately downstream of an oxidation catalyst, it can be said that at the inlet modified FAP 7 according to the invention, there are emissions of gases and particles identical to those which usually enter the oxidation reactor. At the outlet of the FAP 7 modified according to the invention, there are gas emissions identical to those coming out of the FAP of the prior art.
  • Un avantage notable de l'invention est que la SOF des suies n'est pas traitée avant le passage des suies sur le FAP 7. Elle est ainsi disponible pour rendre la combustion des suies plus aisée lors des phases de régénération grâce à la chaleur dégagée localement par la combustion de la SOF.A notable advantage of the invention is that SOF soot is not treated before the soot passes on the FAP 7. It is thus available to make soot combustion easier during regeneration phases thanks to the heat released locally by burning SOF.
  • Comme on l'a dit, périodiquement le FAP 7 subit une phase de régénération, au cours de laquelle les suies qui le colmatent partiellement sont brûlées. Le moment où est effectué cette régénération peut être choisi de différentes façons. La régénération peut être systématiquement décidée après que le véhicule a parcouru une distance donnée depuis la dernière régénération en date. Elle peut aussi être déclenchée lorsque le capteur de pression différentielle 20 constate un important différentiel de pression entre les gaz entrants et les gaz sortants, signe d'un début de colmatage du FAP 7. Le déclenchement peut aussi être décidé par une estimation des quantités de suies accumulées dans le FAP 7 après une consultation d'une cartographie basée sur le type de roulage effectué..As has been said, periodically the FAP 7 undergoes a regeneration phase, during which soot which partially clog it is burned. The timing of this regeneration can be chosen in different ways. Regeneration can be systematically decided after the vehicle has traveled a given distance since the last regeneration date. It can also be triggered when the differential pressure sensor 20 finds a significant pressure differential between the incoming gases and the outgoing gases, sign of a start of clogging of the FAP 7. The trigger can also be decided by an estimate of the amounts of accumulated soot in FAP 7 after consulting a map based on the type of taxiing performed.
  • En vue de cette régénération, on peut ajouter au carburant un additif d'aide à la régénération, tel que de la cérine, qui abaisse la température de combustion des suies à environ 450°C et fournit de l'oxygène disponible pour cette combustion. Et au moment de la régénération, on peut réaliser une injection supplémentaire de carburant en amont du FAP 7, par exemple en enclenchant une phase d'injections multiples dans les cylindres du moteur 1 pendant la phase de détente. Cette injection supplémentaire a pour but d'augmenter la température des gaz d'échappement et leurs teneurs en hydrocarbures et en CO, par rapport aux phases d'utilisation normale du moteur 1.For this regeneration, a regeneration aid additive, such as ceria, can be added to the fuel which lowers the soot combustion temperature to about 450 ° C and provides available oxygen for this combustion. And at the moment of regeneration, it is possible to carry out an additional injection of fuel upstream of the FAP 7, for example by switching on a multiple injections phase in the cylinders of the engine 1 during the expansion phase. This additional injection is intended to increase the temperature of the exhaust gas and their hydrocarbon and CO contents, compared to the normal operating phases of the engine 1.
  • Dans les systèmes classiques à réacteur d'oxydation et FAP séparés, l'injection supplémentaire s'effectue avant le réacteur d'oxydation. Celui-ci convertit partiellement le CO et les hydrocarbures supplémentaires avec consommation d'oxygène, ce qui augmente la température des gaz jusqu'à 450°C et davantage et permet ainsi la combustion des suies se trouvant dans le FAP. L'additif d'aide à la régénération assiste la propagation de la combustion au sein des suies.In conventional oxidation reactor and separate FAP systems, the additional injection is carried out before the oxidation reactor. It partially converts CO and additional hydrocarbons with oxygen consumption, increasing the temperature of the gases up to 450 ° C and more, thus allowing soot combustion in the FAP to be burned. The regeneration aid additive assists the propagation of combustion within soot.
  • Dans le système selon l'invention, toutes les réactions dont on vient de parler ont lieu au sein du FAP 7, directement sur le médium filtrant imprégné de catalyseur qui le constitue. En particulier, la réaction exothermique de conversion des hydrocarbures et du CO émis en grande quantité a lieu à proximité immédiate du lit de suies, ce qui la rend encore plus efficace pour augmenter la température des suies, et donc initier leur combustion.In the system according to the invention, all the reactions just mentioned take place within FAP 7 directly on the filter media impregnated with the catalyst which constitutes it. In particular, the exothermic conversion reaction of hydrocarbons and CO emitted in large quantities takes place in the immediate vicinity of the soot bed, which makes it even more effective to increase the temperature of the soot, and thus initiate their combustion.
  • En outre, cette réaction exothermique étant plus efficace, on peut diminuer la quantité d'additif. A volume de filtration égal, on observe donc un encrassement plus lent par les résidus imbrûlés.In addition, this exothermic reaction being more effective, it can reduce the amount of additive. At equal filtration volume, slower fouling is therefore observed by unburned residues.
  • De plus, au lieu d'avoir affaire à deux réacteurs nettement séparés ou accolés l'un à l'autre, dans le cas de l'invention on n'est plus en présence que d'un réacteur 6 unique. Cela rend l'assemblage de la ligne d'échappement 3 plus facile.In addition, instead of dealing with two reactors clearly separated or contiguous to each other, in the case of the invention there is no longer any more than a single reactor 6. This makes the assembly of the exhaust line 3 easier.
  • La figure 2 représente schématiquement en section transversale un exemple de FAP 7 de section circulaire divisé en plusieurs modules 24. Ces modules 24 sont imprégnés de catalyseur de façon homogène sur leur section et sur leur longueur.The figure 2 schematically represents in cross-section an example of FAP 7 of circular section divided into several modules 24. These modules 24 are impregnated with catalyst homogeneously on their section and on their length.
  • Selon une variante privilégiée de l'invention, l'imprégnation du FAP 7 par le catalyseur d'oxydation n'est pas réalisée de manière homogène. La quantité de catalyseur est répartie de façon privilégiée dans les zones du FAP 7 les plus favorisées thermiquement et où les flux gazeux sont les plus importants, pour y accentuer la conversion du CO et des hydrocarbures, et pour prévenir le vieillissement catalytique du filtre dans les zones les plus sollicitées thermiquement.According to a preferred variant of the invention, the impregnation of the FAP 7 by the oxidation catalyst is not carried out homogeneously. The amount of catalyst is distributed favorably in FAP 7 zones the most favored thermally and where the gas flows are the most important, to increase the conversion of CO and hydrocarbons, and to prevent catalytic aging of the filter in the most heat-stressed areas.
  • La répartition du catalyseur peut être inhomogène dans le sens radial du FAP 7 et/ou dans le sens axial du FAP 7.The distribution of the catalyst may be inhomogeneous in the radial direction of FAP 7 and / or in the axial direction of FAP 7.
  • Lorsque le FAP 7 est implanté dans la ligne d'échappement, la trajectoire des flux gazeux issus de la chambre de combustion conduit à un gradient de débit à l'intérieur du FAP 7. L'importance de ce gradient dépend des conditions de fonctionnement du moteur et de la forme du cône de connexion entre la ligne d'échappement principale et le FAP 7. Le phénomène se traduit par des vitesses des gaz plus importantes au centre du FAP 7 alors que les débits gazeux sont significativement réduits lorsque l'on se déplace radialement vers la périphérie du FAP 7. Ce phénomène a également une autre conséquence, à savoir que les températures au centre du FAP 7 sont plus élevées que celles en périphérie du FAP 7. Ce phénomène est accentué par certains filtres à particules à forte conductivité (ceux à base de SiC par exemple) par rapport à un catalyseur classique. La température a tendance à s'évacuer fortement vers la périphérie et sur la longueur du FAP 7.When the FAP 7 is implanted in the exhaust line, the trajectory of the gas flows from the combustion chamber leads to a flow gradient inside the FAP 7. The importance of this gradient depends on the operating conditions of the FAP 7. and the shape of the connecting cone between the main exhaust line and the FAP 7. The phenomenon results in higher gas velocities in the center of the FAP 7 while the gas flows are significantly reduced when one moves radially towards the periphery of the FAP 7. This phenomenon also has another consequence, namely that the temperatures in the center of the FAP 7 are higher than those at the periphery of the FAP 7. This phenomenon is accentuated by some particulate filters with high conductivity (those based on SiC for example) relative to a conventional catalyst. The temperature has a tendency to evacuate strongly towards the periphery and the length of the FAP 7.
  • Pour tenir compte de ce phénomène, on propose d'adopter des répartitions de l'imprégnation du FAP 7 telles que celles schématisées sur les figures 3 à 6.To take account of this phenomenon, it is proposed to adopt distributions of the impregnation of FAP 7, such as those schematically Figures 3 to 6 .
  • La figure 3 montre un FAP 7 vu en section transversale. Les modules latéraux 25 sont imprégnés d'une moindre quantité de catalyseur que les modules les plus centraux 26.The figure 3 shows a FAP 7 seen in cross section. The side modules 25 are impregnated with a smaller amount of catalyst than the more central modules 26.
  • Dans cette variante, la répartition du catalyseur est sensiblement homogène à l'intérieur de chaque module. Cela peut ne pas être toujours le cas, par exemple comme représenté sur la figure 4, où des portions des modules latéraux 25 sont également incluses dans la zone de plus forte imprégnation, de manière à conférer à la zone de plus forte imprégnation une section transversale sensiblement circulaire.In this variant, the distribution of the catalyst is substantially homogeneous within each module. This may not always be the case, for example as represented on the figure 4 , where portions of the lateral modules 25 are also included in the zone of highest impregnation, so as to give the zone of greater impregnation a substantially circular cross section.
  • Typiquement, la zone de plus forte imprégnation représente de 20 à 70% de la surface de la section transversale du FAP 7. Dans cette zone, la quantité de catalyseur est typiquement de l'ordre de 1,5 à 5 fois celle présente dans les zones de plus faible imprégnation.Typically, the zone of highest impregnation represents from 20 to 70% of the surface area of the cross section of the FAP 7. In this zone, the amount of catalyst is typically of the order of 1.5 to 5 times that present in the areas of lower impregnation.
  • En plus ou à la place de cette répartition radiale particulière, on peut prévoir une répartition du catalyseur non homogène dans la direction longitudinale du FAP 7.In addition to or in place of this particular radial distribution, it is possible to provide a non-homogeneous catalyst distribution in the longitudinal direction of the FAP 7.
  • Dans l'exemple représenté sur la figure 5, où le FAP 7 est schématisé vu en coupe longitudinale, la zone de plus forte imprégnation 27, outre le fait qu'elle ne couvre pas la totalité de la section transversale de FAP 7, n'est présente que sur une partie de la longueur du FAP 7, typiquement sur 10 à 50%, voire 60% de cette longueur à partir de la face d'entrée 28 du FAP 7. Dans le restant du FAP 7, l'imprégnation est réalisée avec une quantité plus faible et homogène de catalyseur pour constituer une zone 29 de plus faible imprégnation.In the example shown on the figure 5 , where the FAP 7 is shown schematically in longitudinal section, the zone of higher impregnation 27, besides not covering the entire cross section of FAP 7, is only present for part of the length of the FAP 7, typically 10 to 50%, or even 60% of this length from the inlet face 28 of the FAP 7. In the remainder of the FAP 7, the impregnation is carried out with a smaller and homogeneous amount of catalyst to form a zone 29 of lower impregnation.
  • Dans la variante de la figure 6, où le FAP 7 est schématisé vu en coupe longitudinale, la zone de plus faible imprégnation 29 s'interrompt avant la face de sortie 30 du FAP 7, par exemple, comme représenté, au droit de l'extrémité de la zone de plus forte imprégnation 27. Dans la partie terminale 31 du FAP7, il y a donc une zone non catalysée. En fait, dans cette partie terminale 31 où les cendres de l'additif du réservoir 15 et les diverses autres impuretés ont tendance à s'accumuler, le catalyseur présente une moindre efficacité que dans la zone plus proche de l'entrée du FAP 7. Il est donc moins utile de réaliser une imprégnation dans cette partie terminale 31, et la supprimer totalement permet de réaliser une économie de matériau, ainsi que de limiter les pertes de charge des gaz de combustion. Bien entendu, cette absence de catalyseur dans la partie terminale 31 du FAP 7 est aussi applicable au cas où l'imprégnation du FAP 7 par le catalyseur est identique dans toutes les zones où cette imprégnation existe.In the variant of the figure 6 , where the FAP 7 is shown diagrammatically in longitudinal section, the zone of lower impregnation 29 stops before the exit face 30 of the FAP 7, for example, as shown, at the end of the zone of stronger impregnation 27. In the end portion 31 of FAP7, there is therefore a non-catalyzed zone. In fact, in this end portion 31 where the ash of the additive of the tank 15 and the various other impurities tend to accumulate, the catalyst has a lower efficiency than in the area closer to the inlet of the FAP 7. It is therefore less useful to carry out an impregnation in this end portion 31, and completely eliminate it allows to save material, as well as to limit the pressure losses of the combustion gases. Of course, this absence of catalyst in the end portion 31 of the FAP 7 is also applicable in the case where the impregnation of FAP 7 by the catalyst is identical in all the areas where this impregnation exists.
  • D'autres éléments que ceux qui ont été décrits et représentés peuvent être ajoutés à la ligne d'échappement 3 pour lui conférer des fonctionnalités supplémentaires ou améliorer les fonctionnalités existantes, par exemple, comme il a été précisé plus haut, un piège à NOx.Other elements than those described and represented can be added to the exhaust line 3 to give it additional features or to improve the existing functionalities, for example, as mentioned above, a NO x trap .
  • Il est possible de tirer parti de l'invention de deux manières différentes.It is possible to take advantage of the invention in two different ways.
  • Une première manière consiste à conserver à l'ensemble catalyseur d'oxydation-FAP son volume habituel. Ce faisant, on augmente le volume disponible pour le dépôt des suies puisque celui-ci peut désormais s'effectuer dans la totalité de l'ensemble et non plus seulement dans sa partie FAP. Cela permet de retarder le colmatage du FAP et de ne plus devoir effectuer ses régénérations et nettoyages approfondis qu'à une fréquence réduite par rapport à l'art antérieur (le nettoyage approfondi peut n'avoir lieu, par exemple, que tous les 160 000km ou plus, suivant les véhicules concernés, au lieu de tous les 80000km ou 120 000km).One way is to keep the entire oxidation catalyst-FAP its usual volume. In doing so, the volume available for the deposition of the soot is increased since it can now be carried out in the whole of the assembly and not only in its part FAP. This makes it possible to delay the clogging of the FAP and to have to perform its regenerations and thorough cleanings only at a reduced frequency compared to to the prior art (the thorough cleaning may take place, for example, that every 160 000km or more, depending on the vehicles concerned, instead of every 80000km or 120 000km).
  • Une deuxième manière consiste à réduire la taille de l'ensemble catalyseur d'oxydation-FAP, jusqu'à une taille procurant un volume disponible pour le dépôt des suies suffisant pour imposer une fréquence de nettoyage approfondi du FAP comparable à ce qui est pratiqué avec les lignes d'échappement de l'art antérieur, dans lesquelles le catalyseur d'oxydation est distinct du FAP. L'avantage de l'invention réside alors dans le moindre encombrement de l'ensemble.A second way is to reduce the size of the oxidation catalyst-FAP assembly, to a size providing a sufficient volume for soot deposition sufficient to impose a thorough cleaning frequency of the FAP comparable to that practiced with the exhaust lines of the prior art, in which the oxidation catalyst is distinct from the FAP. The advantage of the invention lies in the smaller size of the assembly.
  • L'invention trouve une application privilégiée aux lignes d'échappement de moteurs Diesel, mais elle peut être appliquée sur la ligne d'échappement de tout type de moteur à combustion interne pour lequel on estimerait nécessaire d'utiliser un filtre à particules.The invention finds a preferred application to the exhaust lines of diesel engines, but it can be applied to the exhaust line of any type of internal combustion engine for which it would be necessary to use a particulate filter.

Claims (3)

  1. Automobile vehicle comprising a diesel engine provided with an exhaust line in which a particle filter is integrated, with means (2) for the admission of air into the engine, with means (4) for recycling the exhaust gases of the engine at the inlet thereof, with a turbocompressor, with a system (8) for the common supply of fuel to the cylinders of the engine, comprising electrically operated injectors (9, 10, 11, 12) associated with these cylinders, with means (16) for the addition to the fuel of an additive intended to be deposited on the particle filter (7), to reduce the combustion temperature of the particles trapped therein, with means (20, 21, 22) for the acquisition of information relating to various parameters for the functioning of the engine and with organs associated therewith, and with means (17) for monitoring the functioning of the admission means, with recycling means, of the turbocompressor and/or of the supply system to monitor the functioning of the engine, these means being further adapted to trigger a regeneration phase of the particle filter (7) by combustion of the particles trapped therein by triggering a phase of multiple injections of fuel in the cylinders of the engine during their expansion phase, the particle filter (7) being impregnated with a catalyst for oxidation of the hydrocarbons and of the CO present in the exhaust gases circulating through the said particle filter, and having a zone of stronger impregnation (27) by the oxidation catalyst, characterized in that the said zone of stronger impregnation is situated in the centre of the cross-section of the particle filter (7), over a part of its length from the inlet face of the particle filter (7), the area of the said zone of stronger impregnation (27) representing 20 to 70% of the cross-section of the said particle filter (7) and this zone of stronger impregnation being present over 10 to 60% of the length of the particle filter (7) from its inlet face (28), the terminal part (31) of the particle filter (7) being without impregnation by the oxidation catalyst.
  2. System according to Claim 1, characterized in that the said catalyst is a metal or a mixture of metals.
  3. System according to Claim 2, characterized in that the said metal is a metal of the group Viii such as platinum, palladium or rhodium, or a mixture of such metals.
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