FR2827907A1

FR2827907A1 - Anti-pollution system for diesel engines has air flow regulator at inlet to compressor

Info

Publication number: FR2827907A1
Application number: FR0109990A
Authority: FR
Inventors: Patrice Harduin; Antoine Passemard; Luc Harduin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-01-31

Abstract

The anti-pollution system for a diesel engine with an air feed via a compressor (3) and a residue filter and pyrolysis unit has an air flow regulator (30) on the inlet side of the compressor, controlling the air flow according to the engine speed and/or load and/or the temperature requirements for residue pyrolysis. The engine is connected to a second regulating system or discharge valve (50) which can short-circuit a proportion of its exhaust gases to the exhaust pipe (16) when the air pressure at its combustion chamber (32) inlet is too high. The regulator is in the form of a gate or shutter rotating in a tube (21) and controlled by a pneumatic or electrical device according to the pressure at the compressor outlet.

Description

La présente invention concerne des perfectionnements aux dispositifs antipollution équipant les moteurs diesel, notamment sur des autobus ou des camions. The present invention relates to improvements to antipollution devices fitted to diesel engines, in particular on buses or trucks.

La présente invention est notamment intéressante en ce qui concerne la modification de moteurs équipant des véhicules anciens ne comportant pas d'origine de dispositifs antipollution, tels que notamment par exemple des pots catalytiques, et/ou des filtres à particules catalysés ou non. The present invention is particularly advantageous with regard to the modification of engines fitted to old vehicles which do not have original emission control devices, such as in particular for example catalytic converters, and / or particulate filters, catalyzed or not.

On installe habituellement sur de tels moteurs, en sortie d'échappement, des filtres, par exemple en céramique, qui sont destinés à piéger les particules résiduelles de la combustion. L'élimination ultérieure de ces particules est assurée par des moyens de pyrolyse, dans la mesure où elles sont soumises à des températures de l'ordre de 300 C pendant un temps suffisant déterminé. Filters such as ceramic are usually installed on such engines at the exhaust outlet, which are intended to trap the residual particles of combustion. The subsequent removal of these particles is ensured by pyrolysis means, insofar as they are subjected to temperatures of the order of 300 C for a sufficient sufficient time.

Or, il arrive que, notamment lorsque le véhicule est contraint de laisser son moteur fonctionner au ralenti ou en faible charge pendant une période de temps conséquente, que la température de pyrolyse n'est pas atteinte, ou l'est pendant un temps insuffisant pour que les particules polluantes subissent la réaction de pyrolyse nécessaire à leur destruction, si bien que l'on assiste alors à un encrassement du dispositif de dépollution. However, it sometimes happens that, in particular when the vehicle is forced to let its engine run at idle or at low load for a substantial period of time, the pyrolysis temperature is not reached, or is for a time insufficient for that the polluting particles undergo the pyrolysis reaction necessary for their destruction, so that there is then a fouling of the depollution device.

Bien entendu on a proposé différents moyens permettant de fournir une énergie additionnelle à ces particules polluantes, notamment au moyen de résistances chauffantes, mais ces derniers présentent l'inconvénient rédhibitoire d'être très consommateurs d'énergie. Of course, various means have been proposed making it possible to supply additional energy to these polluting particles, in particular by means of heating resistors, but the latter have the unacceptable drawback of being very energy consuming.

La présente invention a pour but de proposer un moyen permettant d'augmenter de façon conséquente la température des gaz d'échappement en sortie du filtre à particules, et donc la température des différents éléments polluants, de façon que cette température atteigne la température de pyrolyse et ce pendant un temps suffisant pour assurer une réaction de pyrolyse complète. The object of the present invention is to propose a means allowing the temperature of the exhaust gases leaving the particulate filter to be increased considerably, and therefore the temperature of the various polluting elements, so that this temperature reaches the pyrolysis temperature. and this for a time sufficient to ensure a complete pyrolysis reaction.

La présente invention a ainsi pour objet un dispositif antipollution pour moteurs diesel et notamment pour des moteurs de camions et d'autobus, du type dans lequel l'air alimentant le moteur est admis dans celui-ci par l'intermédiaire d'un compresseur, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens aptes à créer, en entrée du compresseur, une restriction de la section de passage offerte au flux d'air admis dans celui-ci. The subject of the present invention is therefore an antipollution device for diesel engines and in particular for truck and bus engines, of the type in which the air supplying the engine is admitted into it via a compressor, characterized in that it comprises means capable of creating, at the inlet of the compressor, a restriction of the passage section offered to the flow of air admitted into it.

Suivant l'invention, on créé ainsi une chute de pression à l'entrée du compresseur qui est compensée par un surfonctionnement de celui-ci contraignant le turbocompresseur à fournir un travail supplémentaire afin d'assurer sa surcompression. On constate ainsi, en sortie de moteur, que la température des gaz d'échappement obtenue est supérieure à ce qu'elle était avant que ne soit prévue cette restriction. According to the invention, a pressure drop is thus created at the inlet of the compressor which is compensated by an over-operation of the latter forcing the turbocharger to provide additional work in order to ensure its over-compression. It is thus found, at the outlet of the engine, that the temperature of the exhaust gases obtained is higher than it was before this restriction was provided.

Cette disposition permet ainsi d'assurer une pyrolyse d'une fraction supplémentaire de résidus d'échappement. This arrangement thus makes it possible to ensure pyrolysis of an additional fraction of exhaust residues.

Elle permet également, si on le souhaite, de diminuer la quantité de produits de catalyse utilisée dans les pots d'échappement, ou de remplacer ces produits par des produits moins coûteux. Suivant l'invention, le rapport de It also makes it possible, if desired, to reduce the quantity of catalysis products used in the exhaust pipes, or to replace these products with less expensive products. According to the invention, the ratio of

compression du compresseur augmente, passant par exemple d'une valeur de 1, 8 à une valeur de 2,2. compressor compression increases, for example from a value of 1.8 to a value of 2.2.

Préférentiellement la restriction de section de passage comportera des moyens de réglage de sa valeur en fonction du régime et/ou de la charge du moteur. Ainsi les moyens de réglage de la restriction de section de passage seront aptes à augmenter cette restriction lorsque le régime du moteur diminuera, ceci en fonction des besoins en température nécessités par le filtre à particules afin de réaliser une pyrolyse correcte. Preferably, the passage section restriction will include means for adjusting its value as a function of the speed and / or of the engine load. Thus, the means for adjusting the passage section restriction will be able to increase this restriction when the engine speed decreases, this as a function of the temperature requirements required by the particle filter in order to achieve correct pyrolysis.

Les moyens de contrôle de la section de passage pourront, par exemple, être constitués d'un registre, ou volet, monté à rotation dans une tubulure d'alimentation en air du compresseur. Ce registre pourra être commandé en rotation par un poumon de régulation prenant en compte la pression existant en sortie du compresseur, de façon à diminuer la restriction de section de passage assurée par le registre lorsque cette pression augmente. The control means of the passage section may, for example, consist of a damper, or flap, mounted for rotation in an air supply pipe of the compressor. This register may be controlled in rotation by a regulating lung taking into account the pressure existing at the outlet of the compressor, so as to reduce the restriction of passage section provided by the register when this pressure increases.

On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel :
La figure 1 est une représentation schématique d'un moteur diesel à compresseur équipé d'un dispositif suivant l'invention. Various embodiments of the present invention will be described below, by way of non-limiting example, with reference to the appended drawing in which:
Figure 1 is a schematic representation of a compressor diesel engine equipped with a device according to the invention.

La figure 2 est une représentation schématique du moteur diesel représenté sur la figure 1 dont le compresseur est équipé d'un système de régulation par une soupape de décharge. Figure 2 is a schematic representation of the diesel engine shown in Figure 1, the compressor is equipped with a control system by a relief valve.

La figure 3 esc une figure schématique montrant un premier dispositif de réglage de la restriction de la section de passage d'air mise en oeuvre dans le dispositif suivant l'invention. FIG. 3 esc a schematic figure showing a first device for adjusting the restriction of the air passage section implemented in the device according to the invention.

La figure 4 est une figure schématique montrant un second dispositif de réglage de la restriction de la section de passage d'air mise en oeuvre dans le dispositif suivant l'invention. Figure 4 is a schematic figure showing a second device for adjusting the restriction of the air passage section implemented in the device according to the invention.

La figure 5 est une figure schématique montrant une restriction de la section de passage non réglable mise en oeuvre suivant l'invention. Figure 5 is a schematic figure showing a restriction of the non-adjustable passage section implemented according to the invention.

La figure 6 est un graphique représentant le pourcentage du temps pendant lequel les gaz d'échappement d'un camion suivant l'état antérieur de la technique, de type benne à ordures, atteignent différentes températures données au cours d'une tournée. FIG. 6 is a graph representing the percentage of the time during which the exhaust gases of a truck according to the prior art, of the dumpster type, reach different given temperatures during a tour.

La figure 7 représente le même graphique pour un même camion équipé d'un dispositif suivant l'invention. FIG. 7 represents the same graph for the same truck equipped with a device according to the invention.

On a représenté sur la figure 1 un moteur diesel 1 équipé d'un turbocompresseur 3. Pour des raisons de simplicité on n'a représenté sur la figure 1 qu'un seul cylindre 5. Ce cylindre dans lequel se meut un piston 7 comporte à sa partie supérieure une soupape d'admission 9 qui contrôle l'air admis dans le cylindre 5 et une soupape d'échappement 11 qui contrôle les gaz en sortie de celuici. La soupape d'échappement 11 ouvre sur un collecteur d'échappement 14 qui amène les gaz d'échappement à une turbine 15 du turbocompresseur 3 et qui entraîne celui-ci en rotation. Cette turbine 15 évacue les gaz d'échappement FIG. 1 shows a diesel engine 1 equipped with a turbocharger 3. For reasons of simplicity, only FIG. 1 shows a single cylinder 5. This cylinder in which a piston 7 moves has at its upper part an intake valve 9 which controls the air admitted into the cylinder 5 and an exhaust valve 11 which controls the gases leaving it. The exhaust valve 11 opens onto an exhaust manifold 14 which brings the exhaust gases to a turbine 15 of the turbocharger 3 and which drives the latter in rotation. This turbine 15 evacuates the exhaust gases

vers l'extérieur au moyen d'une tubulure d'échappement 16. outwards by means of an exhaust pipe 16.

La turbine 15 est reliée par un arbre 17 à une roue de compresseur 19 qui aspire de l'air à l'extérieur par une tubulure 21 pour le renvoyer à l'état comprimé, par une pipe d'admission 23, vers la soupape d'admission 9. The turbine 15 is connected by a shaft 17 to a compressor wheel 19 which sucks air in from the outside by a pipe 21 to return it in the compressed state, by an intake pipe 23, to the valve d admission 9.

La tubulure d'échappement 16 est équipée d'un filtre 20 destiné notamment à piéger les particules résiduelles de la combustion et de moyens permettant de les éliminer par pyrolyse. The exhaust pipe 16 is equipped with a filter 20 intended in particular for trapping the residual particles of combustion and with means making it possible to remove them by pyrolysis.

Il a été constaté qu'en créant une restriction de la section de passage située en amont de la roue de compresseur 19, on modifiait le comportement général du turbo-compresseur. En effet, dans la mesure où la pression de suralimentation de celui-ci demeure inchangée, ou très peu changée, la perte de charge créée par l'invention en amont de la roue de compresseur 19 fait travailler le compresseur avec un rapport de compression plus élevé, ce qui a pour effet d'augmenter la température de l'air de suralimentation et surtout celle des gaz d'échappement. It has been found that by creating a restriction of the passage section located upstream of the compressor wheel 19, the general behavior of the turbo-compressor is modified. Indeed, insofar as the boost pressure thereof remains unchanged, or very little changed, the pressure drop created by the invention upstream of the compressor wheel 19 makes the compressor work with a more compression ratio. high, which has the effect of increasing the temperature of the charge air and especially that of the exhaust gases.

On a ainsi constaté que la mise en place suivant l'invention de la restriction de section de passage avait une influence sur certains des paramètres de fonctionnement du moteur ainsi que montré ci-après : - Perte de charge en amont du compresseur....... augmentée - Vitesse de rotation des roues de compresseur.. augmentée - Rapport de pression........................... augmenté - Rendement du compresseur...................... diminué - Température d'entrée turbine chaude........... augmentée It was thus noted that the installation according to the invention of the passage section restriction had an influence on some of the engine operating parameters as shown below: - Pressure drop upstream of the compressor .... ... increased - Rotation speed of the compressor wheels .. increased - Pressure ratio ........................... increased - Efficiency compressor ...................... decreased - Hot turbine inlet temperature ........... increased

Suivant l'invention, on a disposé en entrée de la tubulure 21 d'admission d'air un papillon 30 dont la position en rotation dans cette tubulure permet de régler la section droite de passage de l'air admis. Cette section de passage peut être fonction de la puissance, délivrée par le moteur, de façon que plus celle-ci s'élève moins la restriction de section de passage provoquée par le papillon 30 est importante. According to the invention, there is disposed at the inlet of the air intake manifold 21 a butterfly valve 30 whose rotational position in this manifold makes it possible to adjust the cross section of the air intake passage. This passage section can be a function of the power delivered by the engine, so that the higher it increases the less the passage section restriction caused by the throttle valve 30 is significant.

De façon plus détaillée, on a représenté sur la figure 3 un exemple de commande permettant d'assurer de façon automatisée cette régulation de la section de passage. Dans ce mode de mise en oeuvre, le papillon 30 est solidaire d'un levier 32 dont l'extrémité libre est reliée par une tige 34 à un poumon de régulation 35, notamment à air comprimé ou électrique. Le poumon de régulation 35 représenté sur la figure 3 est un poumon à air comprimé constitué d'une capsule divisée en deux chambres 35a et 35b par une membrane 36, la première chambre 35a étant occupée par un ressort de compression 37 et l'autre chambre 35b étant en communication par une conduite 38 avec l'intérieur du collecteur d'admission 23. On comprend, dans ces conditions que, lorsque la pression de l'air monte à l'intérieur du collecteur d'admission, cette pression augmente dans la chambre 35b ce qui a pour effet de comprimer le ressort 37 et donc de repousser vers le haut, sur le dessin, le levier 32 avec pour effet d'ouvrir davantage le papillon 30 et de diminuer la restriction de section de passage (autrement dit augmenter la section de passage) offerte à l'air en entrée du compresseur. In more detail, FIG. 3 shows an example of a control enabling this regulation of the passage section to be provided automatically. In this embodiment, the butterfly 30 is integral with a lever 32 whose free end is connected by a rod 34 to a regulating lung 35, in particular with compressed or electric air. The regulating lung 35 shown in FIG. 3 is a compressed air lung consisting of a capsule divided into two chambers 35a and 35b by a membrane 36, the first chamber 35a being occupied by a compression spring 37 and the other chamber 35b being in communication via a pipe 38 with the interior of the intake manifold 23. It is understood, under these conditions that, when the air pressure rises inside the intake manifold, this pressure increases in the chamber 35b which has the effect of compressing the spring 37 and therefore pushing upwards, in the drawing, the lever 32 with the effect of further opening the throttle valve 30 and reducing the passage cross-section restriction (in other words increasing the passage section) offered to the air entering the compressor.

La régulation de la restriction de section de passage peut être effectuée également au moyen d'un régulateur électrique 40 qui commande, par l'intermédiaire d'une tige 41, une guillotine 42 qui se déplace transversalement à la tubulure d'admission d'air 21, et permet, en fonction de sa position, de régler la restriction du passage offert à l'air dans cette tubulure 21. The regulation of the passage section restriction can also be carried out by means of an electric regulator 40 which controls, by means of a rod 41, a guillotine 42 which moves transversely to the air intake manifold 21, and allows, depending on its position, to adjust the restriction of the passage offered to the air in this tube 21.

On peut également, suivant l'invention, faire appel ainsi que représenté sur la figure 5 à une restriction de section de passage fixe. Dans ce cas, préférentiellement, la section de passage sera déterminée par les calculs de façon à créer une restriction de section de passage portant sur le débit maximal du moteur. It is also possible, according to the invention, to make use, as shown in FIG. 5, of a restriction of fixed passage section. In this case, preferably, the passage section will be determined by the calculations so as to create a passage section restriction relating to the maximum flow rate of the engine.

On a remarqué que la présente invention se révélait particulièrement efficace dans le cas d'un turbocompresseur régulé par une soupape de décharge, ainsi que représenté sur la figure 2. It has been noted that the present invention is found to be particularly effective in the case of a turbocharger regulated by a relief valve, as shown in FIG. 2.

Dans ce mode de mise en oeuvre, la soupape de décharge 50 établit un court-circuit contrôlé dans le circuit du collecteur d'échappement 14 en effectuant une dérivation 51 de celui-ci vers la tubulure d'échappement 16. In this embodiment, the relief valve 50 establishes a controlled short circuit in the circuit of the exhaust manifold 14 by carrying out a bypass 51 of the latter towards the exhaust manifold 16.

A cet effet, la soupape de décharge 50 est constituée d'un système de régulation 52 permettant notamment, lorsque la pression devient trop forte dans le circuit d'admission 23, de dévier, par le circuit de dérivation 51, une partie des gaz d'échappement directement dans la tubulure d'échappement 16, privant ainsi le turbocompresseur 3 d'une partie de l'énergie reçue. On notera également que le présent dispositif est pourvu de moyens permettant, lorsque To this end, the relief valve 50 is constituted by a regulation system 52 making it possible in particular, when the pressure becomes too high in the intake circuit 23, to divert, by the bypass circuit 51, part of the gases d exhaust directly in the exhaust pipe 16, thus depriving the turbocharger 3 of part of the energy received. It will also be noted that the present device is provided with means allowing, when

la température des gaz d'échappement atteint des valeurs élevées incompatibles avec les différents systèmes utilisés, de fermer le circuit de dérivation de ces gaz d'échappement. the exhaust gas temperature reaches high values incompatible with the different systems used, to close the bypass circuit for these exhaust gases.

De tels moyens de régulation sont particulièrement intéressants pour une bonne mise en oeuvre de la présente invention dans la mesure où le turbocompresseur étant contraint de travailler avec une pression de suralimentation déterminée, la température des gaz d'échappement montera à une valeur plus élevée que la normale d'autant plus facilement. Such control means are particularly advantageous for a good implementation of the present invention since the turbocharger being forced to work with a determined boost pressure, the temperature of the exhaust gases will rise to a higher value than the normal all the more easily.

On sait que pour qu'une pyrolyse soit efficace, les résidus doivent être soumis à une température de l'ordre de 300 C pendant au moins un temps déterminé qui est de l'ordre de 15% du temps de fonctionnement du moteur. A titre de comparaison, on a représenté sur les figures 6 et 7 le pourcentage du temps (% t) pendant lequel les gaz d'échappement atteignent des températures déterminées ( C), et notamment la température de 300 C, sur un même camion de type benne à ordures ménagères au cours de tournées de ramassage effectuées par celui-ci, respectivement dans un cas où le moteur de ce camion est conforme à l'état antérieur de la technique et dans un cas où le moteur de celui-ci est équipé du dispositif suivant l'invention. It is known that for a pyrolysis to be effective, the residues must be subjected to a temperature of the order of 300 C for at least a determined time which is of the order of 15% of the engine operating time. By way of comparison, FIGS. 6 and 7 show the percentage of the time (% t) during which the exhaust gases reach determined temperatures (C), and in particular the temperature of 300 C, on the same truck. household waste bin type during collection rounds carried out by it, respectively in a case where the engine of this truck conforms to the prior art and in a case where the engine thereof is equipped of the device according to the invention.

Ainsi que l'on peut le constater sur la figure 6, dans le cas d'un moteur de type classique, la température de pyrolyse de 300 C n'est atteinte que pendant environ 6% du temps, ce qui est insuffisant pour assurer une pyrolyse efficace. As can be seen in Figure 6, in the case of a conventional type engine, the pyrolysis temperature of 300 C is reached only for about 6% of the time, which is insufficient to ensure a effective pyrolysis.

Par contre dans le cas d'un moteur équipé d'un dispositif suivant l'invention, on constate, ainsi que représenté sur la figure 7, que la température de pyrolyse de 300 C est atteinte pendant environ 18% du temps de fonctionnement, ce qui, suivant les critères établis permet d'assurer par pyrolyse un nettoyage efficace des résidus de combustion qui polluent le filtre 20. On the other hand, in the case of an engine equipped with a device according to the invention, it can be seen, as shown in FIG. 7, that the pyrolysis temperature of 300 C is reached during approximately 18% of the operating time, this which, according to the established criteria, ensures by pyrolysis an effective cleaning of the combustion residues which pollute the filter 20.

Claims

1.-Emission control device for diesel engines and in particular for truck and bus engines, of the type in which the air supplying the engine (1) is admitted into it via a compressor (3) , this engine being provided with means for filtering combustion residues and means for eliminating these residues by pyrolysis, characterized in that it comprises means (30, 42.60) capable of creating, at the inlet of the compressor ( 3), a restriction of the passage section offered to the air flow admitted into it.

2.-Device according to claim 1 characterized in that the restriction of passage section comprises means for adjusting its value according to the speed and / or the engine load, and / or the temperature requirements of the means of elimination of residues.

3.-Device according to claim 2 characterized in that the means for adjusting the restriction of passage section (30,42) are capable of increasing this restriction when the engine speed decreases.

4.-Device according to one of the preceding claims characterized in that the engine (1) is provided with a regulation system, or relief valve (50) capable of short-circuiting towards the exhaust pipe (16) part of the exhaust gas when the pressure of the air entering the combustion chamber (13) becomes high.

5.-Device according to claim 2 characterized in that the control means of the passage section consist of a register (30), or flap, rotatably mounted in a pipe (21) for supplying air to the compressor (3).

6.-Device according to claim 5 characterized in that the register (30) is controlled in rotation by a regulating lung taking into account the pressure existing at the outlet of the compressor (3), so as to reduce the restriction of passage section provided by the register (30) when this pressure increases.