FR2829526A1 - Regeneration d'un filtre a particules d'un moteur diesel - Google Patents

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Abstract

Procédé de régénération d'un filtre à particules disposé en aval d'un moteur Diesel par brûlage des particules accumulées dans le filtre à particules, caractérisé en ce qu'une surveillance de la température du filtre à particules est effectuée, une limitation de la vitesse de brûlage ou une extinction de la combustion étant produite par réduction de la concentration d'oxygène des gaz d'échappement en amont du filtre à particules lorsque la température ou le gradient de température dépasse un seuil prédétermine.La figure ci-après représente le déroulement dans le temps de la commande.

Description

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L'invention concerne un procédé de régénération d'un filtre à particules disposé en aval d'un moteur Diesel par brûlage des particules accumulées dans le filtre à particules.
Les règlements en matière de gaz d'échappement pour des moteurs à combustion de plus en plus sévères nécessitent un post-traitement des gaz d'échappement en permanence amélioré. Spécialement dans le cas d'un moteur Diesel d'un véhicule automobile, il faut avoir particulièrement en vue la réduction des particules présentes dans les gaz d'échappement, qui se produisent de manière accrue dans ce concept de combustion. Une mesure appropriée pour réduire ces particules est la mise en place d'un filtre à particules dans le système d'épuration des gaz d'échappement.
Un filtre à particules est alors disposé dans le courant des gaz d'échappement du moteur Diesel. Son rôle est de retenir les particules et de les empêcher d'être éjectées dans l'atmosphère. Les particules ayant la propriété de colmater petit à petit le filtre et de provoquer ainsi une augmentation de la contre-pression des gaz d'échappement, ce qui altère la marche du moteur et peut conduire à un arrêt du moteur, le filtre doit être nettoyé des suies. Ceci peut être réalisé de différentes façons.
Une possibilité est un brûlage des particules pendant toute la durée de fonctionnement du moteur, en générant du dioxyde d'azote à l'aide d'un catalyseur d'oxydation disposé en amont du filtre à particules. Ce système de régénération continue est connu sous le nom de système CRT (CRT : Continous Regeneration Trap). Le fonctionnement d'un tel système est par exemple décrit dans le document DE-A-199 48 156.
L'autre possibilité est un brûlage des particules après une phase de chargement, la durée de cette phase étant fonction de l'augmentation de la contre-pression des gaz d'échappement. Le brûlage se fait donc de façon
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cyclique. A cet effet, on provoque un allumage des particules déposées à l'aide de mesures moteurs et par amenée d'additifs. Un tel procédé est par exemple décrit dans le document DE-A-199 26 138.
Si dans cette dernière possibilité, il se produit un chargement du filtre sur une durée prolongée à la limite de pleine charge du moteur, c'est-à-dire dans la plage de fonctionnement pauvre en oxygène et riche en particules, en raison des hautes températures de filtre dans une phase à faible charge ou de marche à vide immédiatement après, du fait de la grande concentration d'oxygène à des températures de filtre encore très élevées, il peut se produire un brûlage incontrôlé des particules enfermées.
Une combustion engagée de telle manière peut conduire à des températures très élevées, ce qui peut provoquer une destruction du matériau du filtre à particules.
L'objectif de l'invention est donc de proposer un procédé de brûlage contrôlé d'un filtre à particules, qui empêche l'apparition de telles températures pouvant provoquer une destruction du matériau du filtre à particules.
Cet objectif est atteint par un procédé de régénération d'un filtre à particules disposé en aval d'un moteur Diesel par brûlage des particules accumulées dans le filtre à particules, caractérisé en ce qu'une surveillance de la température du filtre à particules est effectuée, une limitation de la vitesse de brûlage ou une extinction de la combustion étant produite par réduction de la concentration d'oxygène des gaz d'échappement en amont du filtre à particules lorsque la température et/ou le gradient de température dépasse un premier seuil de température (SI) prédéterminé ou un premier seuil de gradient.
Suivant des développements préférés de l'invention : - la valeur lambda est réduite dans une première étape ;
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- la valeur lambda est réglée sur une plage de 1,05 à 1,4, notamment de 1,1 à 1,3 ; - la valeur lambda est réglée en fonction de la différence de la température du filtre à particules et du premier seuil de température prédéterminé et/ou en fonction de la différence du gradient de température par rapport au premier seuil de gradient prédéterminé ; - la pression d'admission est abaissée et/ou le taux AGR est augmenté ; - le réglage lambda est effectué à l'aide de l'actionneur du clapet d'étranglement de l'air d'aspiration et/ou de la quantité principale d'injection ; - le brûlage des particules est interrompu par la réduction de la valeur lambda à la plage inférieure à 1,02, lorsque la température du filtre à particules dépasse un deuxième seuil de température (S2) prédéterminé, le deuxième seuil de température (S2) étant supérieur au premier seuil de température (SI) ; - la réduction est obtenue par post-injection ou par poursuite de l'étranglement ;
Figure img00030001

- le rapport d'air est réglé dans une plage lambda de 0, 95 à 0,99 ; - la réduction de la valeur lambda sur une plage inférieure à 1,02 est obtenue par étranglement du moteur Diesel ; - le brûlage des particules est à nouveau autorisé lorsque la température dépasse vers le bas, d'une grandeur d'hystérèse prédéterminée, la deuxième valeur seuil ; - un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini supra comporte un moteur Diesel, un filtre à particules disposé en aval, une commande de moteur et une sonde de température qui mesure la température dans ou en aval du filtre à particules.
Pour empêcher la destruction du matériau du filtre à particules, le procédé selon l'invention surveille la température dans le filtre à particules, une limitation de
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la vitesse de brûlage ou une extinction de la combustion ayant lieu par réduction de la concentration d'oxygène des gaz d'échappement en amont du filtre à particules, lorsque la température du filtre à particules, ou en aval du filtre à particules, dépasse un premier seuil prédéterminé, c'est- à-dire lorsque la surveillance détecte une température trop élevée. On peut en outre obtenir une limitation de la vitesse de brûlage lorsque la surveillance détecte que le gradient de température dépasse un seuil de gradient prédéterminé, c'est-à-dire lorsque l'augmentation de température dans le filtre à particules par le brûlage est trop rapide. La surveillance de la température et celle du gradient de température peuvent être réalisées indépendamment l'une de l'autre, ou les deux méthodes peuvent se dérouler parallèlement. La limitation de la vitesse de brûlage ou l'extinction de la combustion peuvent alors être réalisées comme suit.
Si la sonde de température disposée dans le filtre ou en aval de celui-ci détecte une température ou une élévation de température dépassant un seuil de température ou un seuil de gradient prédéterminé, la valeur lambda peut être abaissée en deux étapes à l'aide de différents moyens moteurs. Dans un premier temps, on règle de préférence une valeur lambda de l'ordre de 1,05 à 1,4, de préférence de 1,1 à 1,3. A cet effet, de préférence les actionneurs de retour des gaz d'échappement et de la pression d'admission sont réglés sur une valeur appropriée (pas de rétrocouplage), à savoir une augmentation du taux AGR et une réduction de la pression d'admission. Le réglage (avec rétrocouplage) de la valeur lambda à la valeur souhaitée est effectué, soit à l'aide de l'actionneur du clapet d'étrangement de l'air d'aspiration, soit de la quantité d'injection principale. Dans la deuxième étape, on peut à nouveau réduire le rapport d'air. Ici on peut obtenir une marche de moteur stable en poursuivant l'étranglement ou à
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l'aide d'une post-injection, le rapport d'air étant de préférence réglé sur une plage de lambda 0, 95 à 0,99.
Pour le réglage du brûlage on ne met en oeuvre de préférence que l'étape 1. A cet effet, la température et/ou l'élévation de température est surveillée dans le filtre à particules. Si la température dépasse un premier seuil critique, la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement est réduite, en fonction de la valeur de température et/ou du gradient de température en dépassement dans la première étape, par des mesures de telle manière que la température reste au-dessus du premier seuil critique mais en dessous d'un deuxième seuil critique (au-dessus du premier seuil critique).
De préférence, la valeur lambda est réglée en fonction de la différence de température du filtre à particules et du premier seuil de température prédéterminé et/ou en fonction de la différence du gradient de température par rapport au premier seuil de gradient prédéterminé.
Si le deuxième seuil critique est dépassé malgré une expression maximale des mesures prévues dans la première étape, par une autre réduction lambda, de préférence des gaz d'échappement sous-stoechiométriques ou sur une plage inférieure à 1,02, le brûlage des particules est complètement interrompu, ne contenant pas suffisamment d'oxygène. Grâce à cette mesure, il est possible d'éviter un endommagement irréversible du filtre.
Un mode de réalisation préféré de l'invention est décrit ci-après à l'aide de la seule figure qui représente le déroulement dans le temps de la commande.
Sur la figure sont représentées, en fonction du temps t, la courbe de température TPF dans le filtre à particules, la concentration d'oxygène 02 en amont du filtre à particules, la pression d'admission LD du moteur Diesel et la position du clapet d'étranglement DKL, respectivement par une illustration schématique.
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A l'aide de cette illustration dans le temps, on voit la stratégie pour éviter la surchauffe du filtre à particules. Jusqu'à un moment t1, la concentration d'oxygène 02 en amont du filtre à particules est dans cet exemple sur-stoechiométrique et la pression d'admission est à une valeur maximale LDmax. Le clapet d'étranglement DKL se trouve en outre dans une position ouverte, ce qui est illustré par la position DKL 1. Vers la fin du premier intervalle de temps limité par tl, on enregistre une montée en température considérable, dont le gradient augmente. En raison de l'offre d'oxygène, il se produit donc un brûlage des particules dans le filtre à particules, ce qui conduit à une élévation de température.
Après le dépassement d'un premier seuil de température SI au moment tl, en raison du gradient de température élevé ou de la température, la pression d'admission LD est dans cet exemple d'abord très réduite, ce qui diminue la teneur en oxygène des gaz d'échappement en amont du filtre à particules. En s'approchant d'un état de constance de la courbe de température TPF, c'est-à-dire que la courbe de température est à nouveau sensiblement horizontale ou le gradient se trouve dans une plage prédéterminée, la pression d'admission LD est à nouveau augmentée, mais à des valeurs inférieures à la pression d'admission maximale LDmax. Si la courbe de température augmente à nouveau, la pression d'admission est à nouveau réduite et ceci jusqu'à une pression d'admission minimale LDmin.
Si un deuxième seuil de température S2 est dépassé malgré une pression d'admission minimale LDmin au moment t2, la teneur en oxygène dans les gaz d'échappement en amont du filtre est abaissée à presque zéro à l'aide d'un étranglement du moteur (comme expression exemplaire des mesures dans la 2ème étape). Cet étranglement est ici illustré par le déplacement du clapet d'étranglement DKL depuis la position ouverte DKL1 dans la position partiellement fermée DKL2.
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Après la fin du brûlage de particules en résultant, le brûlage de particules est à nouveau autorisé au moment t3 par l'ouverture du clapet d'étranglement DKL (position DKL 1) et par l'augmentation de la pression d'admission LD, après le dépassement vers le bas de la deuxième valeur de seuil S2 d'une grandeur d'hystérèse prédéterminée. Ainsi on enregistre en amont du filtre à particules une augmentation de la concentration d'oxygène à une valeur supérieure à zéro, notamment supérieure à 0, 5%, ce qui permet un nouveau brûlage de particules.
Au moment t4, la première valeur de seuil SI est alors dépassée vers le bas et, grâce à la fin du processus de brûlage par manque de masse de particules, on observe une baisse de température considérable, de telle manière que la concentration d'oxygène en amont du filtre à particules est remise à la valeur initiale par augmentation de la pression d'admission LD à la valeur maximale LDmax.
Le procédé décrit ci-dessus permet d'éviter de façon sûre un endommagement irréversible du filtre à particules tout en assurant un brûlage aussi rapide que possible.
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LISTE DES REPERES TPF Température dans le filtre à particules 02 Concentration d'oxygène en amont du filtre à particules LD Pression d'admission DKL Position du clapet d'étranglement SI Premier seuil de température S2 Deuxième seuil de température LDmax Pression d'admission maximale LDmin Pression d'admission minimale DKL1 Clapet d'étranglement ouvert DKL2 Clapet d'étranglement partiellement fermé tl Moment t2 Moment t3 Moment t4 Moment t Temps

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Procédé de régénération d'un filtre à particules disposé en aval d'un moteur Diesel par brûlage des particules accumulées dans le filtre à particules, caractérisé en ce qu'une surveillance de la température du filtre à particules est effectuée, une limitation de la vitesse de brûlage ou une extinction de la combustion étant produite par réduction de la concentration d'oxygène des gaz d'échappement en amont du filtre à particules lorsque la température et/ou le gradient de température dépasse un premier seuil de température (SI) prédéterminé ou un premier seuil de gradient.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur lambda est réduite dans une première étape.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur lambda est réglée sur une plage de 1, 05 à 1,4, notamment de 1,1 à 1,3.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur lambda est réglée en fonction de la différence de la température du filtre à particules et du premier seuil de température prédéterminé et/ou en fonction de la différence du gradient de température par rapport au premier seuil de gradient prédéterminé.
5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la pression d'admission est abaissée et/ou le taux AGR est augmenté.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réglage lambda est effectué à l'aide de l'actionneur du clapet d'étranglement de l'air d'aspiration et/ou de la quantité principale d'injection.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le brûlage des particules est interrompu par la réduction de la valeur lambda à la plage inférieure à 1,02, lorsque la température
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du filtre à particules dépasse un deuxième seuil de température (S2) prédéterminé, le deuxième seuil de température (S2) étant supérieur au premier seuil de température (sol).
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la réduction est obtenue par post-injection ou par poursuite de l'étranglement.
9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le rapport d'air est réglé dans une plage lambda de 0,95 à 0,99.
10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la réduction de la valeur lambda sur une plage inférieure à 1,02 est obtenue par étranglement du moteur Diesel.
11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le brûlage des particules est à nouveau autorisé lorsque la température dépasse vers le bas, d'une grandeur d'hystérèse prédéterminée, la deuxième valeur seuil.
12. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant un moteur Diesel, un filtre à particules disposé en aval, une commande de moteur et une sonde de température qui mesure la température dans ou en aval du filtre à particules.
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