FR2872205A1 - SYSTEM FOR AIDING THE REGENERATION OF DEPOLLUTION MEANS INTEGRATED IN AN EXHAUST LINE OF AN ENGINE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un système d'aide à la régénération de moyens de dépollution (1) associés à des moyens formant catalyseur d'oxydation mettant en oeuvre une fonction OSC et intégrés dans une ligne d'échappement (2) d'un moteur Diesel (3) de véhicule automobile, dans lequel le moteur (3) est associé à des moyens (4) à rampe commune d'alimentation en carburant de cylindres de celui-ci. Ce système comporte en outre des moyens de surveillance (5) des moyens de dépollution (1) pour commander des moyens de pilotage (4, 5, 6) du moteur selon des séquences de fonctionnement alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre selon une première stratégie de séquences successives de ce type ou une seconde stratégie de séquences de ce type séparées par une phase de fonctionnement à mélange pauvre.The invention relates to a system for assisting the regeneration of depollution means (1) associated with oxidation catalyst means implementing an OSC function and integrated into an exhaust line (2) of a diesel engine. (3) motor vehicle, wherein the motor (3) is associated with means (4) common cylinder fuel supply thereof. This system further comprises means (5) for monitoring the pollution control means (1) for controlling the engine control means (4, 5, 6) according to alternating operating sequences of the mixture-rich and mixing operation phases. poor according to a first strategy of successive sequences of this type or a second strategy sequences of this type separated by a lean operation phase.
Description
La présente invention concerne un système d'aide à la régénération deThe present invention relates to a system for assisting the regeneration of
moyens de dépollution associés à des moyens formant catalyseur d'oxydation mettant en oeuvre une fonction OSC constituant une réserve d'oxygène, et intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule depollution means associated with oxidation catalyst means implementing an OSC function constituting an oxygen reserve, and integrated into an exhaust line of a vehicle diesel engine
automobile.automobile.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel système dans lequel le moteur est associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant de cylindres de celui-ci. More particularly, the invention relates to such a system wherein the engine is associated with common cylinder fuel supply means thereof.
Pour assurer la régénération de moyens de dépollution tels qu'un filtre à particules, les suies piégées dans celui-ci sont brûlées grâce à la thermique fournie par le moteur et à l'exotherme réalisé par la conversion des HC et du CO sur les moyens formant catalyseur d'oxydation placés en amont du filtre à particules. To ensure the regeneration of depollution means such as a particulate filter, the soot trapped in it is burned thanks to the thermal provided by the engine and the exotherm achieved by the conversion of HC and CO on the means. forming oxidation catalyst placed upstream of the particulate filter.
Cette combustion peut être assistée par un élément catalyseur mélangé aux suies, issu par exemple d'un additif d'aide à la régénération, mélangé au carburant d'alimentation du moteur ou bien par un catalyseur déposé directement sur les parois du filtre à particules (filtre à particules catalysé). This combustion can be assisted by a catalyst element mixed with soot, resulting for example from a regeneration aid additive, mixed with the engine feed fuel or by a catalyst deposited directly on the walls of the particulate filter ( catalyzed particulate filter).
Plus les niveaux thermiques dans la ligne d'échappement en entrée du filtre à particules sont élevés, plus la durée de régénération du filtre est courte. The higher the thermal levels in the exhaust line at the inlet of the particulate filter, the shorter the regeneration time of the filter.
De tels moteurs fonctionnant selon des séquences alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre ont déjà été proposés dans l'état de la technique. Such engines operating in sequences alternating operating phases rich mixture and lean mixture have already been proposed in the state of the art.
En effet, en mode riche, le moteur Diesel émet une grande quantité de CO et d'hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement. Par ailleurs, la quantité d'oxygène présente dans ces gaz est fortement réduite (2 à 3% voire moins de 1%). Le passage de ces gaz dans les moyens formant catalyseur d'oxydation permet la combustion du CO et des HC par l'oxygène présent dans les gaz. Indeed, in rich mode, the diesel engine emits a large amount of CO and unburned hydrocarbons in the exhaust gas. Moreover, the amount of oxygen present in these gases is greatly reduced (2 to 3% or even less than 1%). The passage of these gases in the oxidation catalyst means allows the combustion of CO and HC by the oxygen present in the gases.
Afin de pouvoir convertir une plus grosse quantité de CO et de HC, il est nécessaire de mettre à disposition une plus grande quantité d'oxygène. In order to be able to convert a larger quantity of CO and HC, it is necessary to provide a greater quantity of oxygen.
A cet effet, la présence d'un composant de type OSC (Oxygène Storage Capacity) tel que le cérium (qui stocke l'oxygène sous forme de cérine CeO2) ou un oxyde mixte de cérium et de zirconium, dans les moyens formant catalyseur d'oxydation, permet de libérer de l'oxygène lors des passages du moteur en mode riche. La combustion du CO et des HC est une réaction exothermique et permet d'augmenter les niveaux thermiques en sortie du catalyseur d'oxydation, c'est-à-dire en entrée du filtre à particules ou au sein du filtre à particules selon la configuration de la ligne d'échappement. For this purpose, the presence of an OSC (Oxygen Storage Capacity) type component such as cerium (which stores oxygen in the form of cerium CeO 2) or a mixed oxide of cerium and zirconium, in the catalyst forming means oxidation, allows to release oxygen during passages of the engine in rich mode. The combustion of CO and HC is an exothermic reaction and makes it possible to increase the thermal levels at the outlet of the oxidation catalyst, that is to say at the inlet of the particulate filter or within the particulate filter according to the configuration of the exhaust line.
Par rapport au mode pauvre de régénération du filtre à particules, le mode riche produit une plus grande quantité de réducteurs et surtout du CO. C'est ainsi que, malgré une teneur en oxygène moins élevée, compensée en partie par l'OSC, l'exotherme produit par le catalyseur d'oxydation est plus important en mode riche qu'en mode pauvre de régénération du FAP. Le passage en mode riche permet donc de chauffer davantage les gaz d'échappement. Compared to the poor mode of regeneration of the particulate filter, the rich mode produces a larger quantity of reducing agents and especially CO. Thus, despite a lower oxygen content, partially compensated by the OSC, the exotherm produced by the oxidation catalyst is greater in rich mode than in the poor mode of regeneration of FAP. The transition to rich mode thus allows to further heat the exhaust.
Ceci accélère la vitesse de régénération du filtre à particules. This speeds up the regeneration speed of the particulate filter.
Dans le cas d'un filtre à particules utilisant un additif d'aide à la régénération, l'augmentation des niveaux thermiques permet de réduire le dosage en additif et ainsi d'augmenter la distance parcourue avant le nettoyage du filtre. In the case of a particulate filter using a regeneration aid additive, the increase in the thermal levels makes it possible to reduce the dosage of additive and thus to increase the distance traveled before cleaning the filter.
Les différentes stratégies utilisées actuellement mettent en oeuvre le même jeu de paramètres (injection et boucle d'air), quelles que soient les règles d'enclenchement utilisées, c'est-à-dire que l'on cherche à minimiser la surconsommation en carburant due à la régénération, à maximiser les chances de réussite de la régénération ou à protéger le moteur et/ou le filtre à particules. The different strategies currently used implement the same set of parameters (injection and air loop), whatever the engagement rules used, that is to say that we seek to minimize overconsumption in fuel regeneration, maximize the chances of successful regeneration or protect the engine and / or particulate filter.
Le but de l'invention est de proposer un pilotage du moteur qui permette d'optimiser les chances de succès des tentatives de régénérations notamment en conditions critiques. The aim of the invention is to propose a control of the engine which makes it possible to optimize the chances of success of regeneration attempts, especially in critical conditions.
A cet effet, l'invention a pour objet un système d'aide à la régénération de moyens de dépollution associés à des moyens formant catalyseur d'oxydation mettant en oeuvre une fonction OSC et intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, dans lequel le moteur est associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant de cylindres de celui- ci, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de surveillance des moyens de dépollution pour commander des moyens de pilotage du moteur selon des séquences de fonctionnement alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre selon une première stratégie de séquences successives de ce type ou une seconde stratégie de séquences de ce type séparées par une phase de fonctionnement à mélange pauvre. For this purpose, the subject of the invention is a system for assisting the regeneration of depollution means associated with means forming an oxidation catalyst implementing an OSC function and integrated into an exhaust line of a diesel engine. of a motor vehicle, in which the engine is associated with means with common rail for supplying cylinders with fuel, characterized in that it comprises means for monitoring the depollution means for controlling the control means of the engine. motor according to operating sequences alternating operating phases with rich mixture and lean mixture according to a first strategy of successive sequences of this type or a second strategy of sequences of this type separated by a lean operating phase.
Selon d'autres caractéristiques: - le nombre de séquences et la durée de chaque phase pendant une séquence sont calibrables; - les moyens de surveillance comprennent des moyens de surveillance de l'état de charge des moyens de dépollution pour enclencher la première stratégie en cas de dépassement de valeurs de seuil prédéterminées d'états de charge surchargé et colmaté des moyens de dépollution; - les moyens de surveillance comprennent des moyens de surveillance du nombre de régénérations incomplètes successives des moyens de dépollution pour enclencher la première stratégie en cas de dépassement d'un nombre prédéterminé ; - les moyens de surveillance comprennent des moyens de surveillance de la fréquence des dernières régénérations des moyens de dépollution pour, dans le cas où cette fréquence franchit un seuil prédéterminé, enclencher la première stratégie; - la fréquence des dernières régénérations est calculée sur les cinq dernières régénérations du filtre; - les moyens de surveillance comprennent des moyens de mesure de la température des gaz en amont des moyens de dépollution et de comparaison de celle-ci à un seuil de température pour enclencher la seconde stratégie en cas de dépassement et permettre ainsi de maintenir la température des gaz dans une fenêtre optimale de régénération; - les moyens de dépollution comprennent un filtre à particules; - le filtre à particules est catalysé ; - les moyens de dépollution comprennent un piège à NOx; - le carburant comporte un additif destiné à se déposer avec les particules auxquelles il est mélangé, sur les moyens de dépollution, pour faciliter leur régénération; - les moyens de dépollution sont imprégnés avec une formulation SCR assurant une fonction d'oxydation CO/HC; - le carburant comporte un additif formant piège à NOx; et - le moteur est associé à un turbocompresseur. According to other characteristics: the number of sequences and the duration of each phase during a sequence are calibrated; the monitoring means comprise means for monitoring the state of charge of the depollution means in order to trigger the first strategy in the event of exceeding predetermined threshold values of overloaded and clogged charge states of the depollution means; the monitoring means comprise means for monitoring the number of successive incomplete regenerations of the depollution means in order to trigger the first strategy if a predetermined number is exceeded; the monitoring means comprise means for monitoring the frequency of the last regenerations of the depollution means in order, in the case where this frequency crosses a predetermined threshold, to trigger the first strategy; the frequency of the last regenerations is calculated over the last five regenerations of the filter; the monitoring means comprise means for measuring the temperature of the gases upstream of the depollution means and of comparing the latter with a temperature threshold in order to trigger the second strategy in the event of an overshoot and thus making it possible to maintain the temperature of the gas in an optimum window of regeneration; the depollution means comprise a particulate filter; the particulate filter is catalyzed; the depollution means comprise a NOx trap; the fuel comprises an additive intended to be deposited with the particles to which it is mixed, on the depollution means, to facilitate their regeneration; the depollution means are impregnated with a SCR formulation providing a CO / HC oxidation function; the fuel comprises an additive forming a NOx trap; and the engine is associated with a turbocharger.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement de moyens de dépollution intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile; - les figures 2 et 3 illustrent respectivement des première et seconde stratégies mises en oeuvre dans un système d'aide à la régénération selon l'invention; et - la figure 4 illustre le fonctionnement de celui-ci. The invention will be better understood with the aid of the following description given solely by way of example and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 represents a block diagram illustrating the structure and operation of means depollution devices integrated in an exhaust line of a diesel engine of a motor vehicle; FIGS. 2 and 3 respectively illustrate first and second strategies implemented in a regeneration aid system according to the invention; and - Figure 4 illustrates the operation thereof.
On a représenté sur la figure 1, des moyens de dépollution associés à des moyens formant catalyseur d'oxydation mettant en oeuvre une fonction OSC, désignés de façon générale par la référence générale 1 et intégrés dans une ligne d'échappement 2 d'un moteur Diesel 3 de véhicule automobile. FIG. 1 shows depollution means associated with oxidation catalyst means implementing an OSC function, generally designated by the general reference 1 and integrated in an exhaust line 2 of an engine. Diesel 3 of a motor vehicle.
Les moyens formant catalyseur d'oxydation mettent en oeuvre par exemple une fonction OSC constituant une réserve d'oxygène et les moyens de dépollution comprennent par exemple un filtre à particules. The oxidation catalyst means use, for example, an OSC function constituting an oxygen reserve and the depollution means comprise, for example, a particulate filter.
De tels moyens formant catalyseur d'oxydation mettant en oeuvre une fonction OSC sont déjà connus dans l'état de la technique. Such oxidation catalyst forming means implementing an OSC function are already known in the state of the art.
Le moteur est associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant des cylindres de celui-ci, désignés par la référence générale 4, dont le fonctionnement est contrôlé par un calculateur désigné par la référence générale 5, associé à des moyens 6 de stockage de stratégies de pilotage permettant d'assurer la régénération des moyens de dépollution. The engine is associated with common rail fuel supply means cylinders thereof, designated by the general reference 4, whose operation is controlled by a computer designated by the general reference 5, associated with means 6 of storage of control strategies to ensure the regeneration of the means of depollution.
Dans le système d'aide selon l'invention, il est prévu des moyens de surveillance des moyens de dépollution pour commander les moyens de pilotage du moteur selon des séquences de fonctionnement alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre selon une première stratégie de séquences successives de ce type ou une seconde stratégie de séquences de ce type séparées par une phase de fonctionnement à mélange pauvre. In the aid system according to the invention, there are provided means for monitoring the pollution control means for controlling the engine control means according to operating sequences alternating operating phases with rich mixture and lean mixture according to a first strategy of successive sequences of this type or a second strategy of sequences of this type separated by a lean operation phase.
Ces différents moyens sont mis en oeuvre par le calculateur 5, et comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, la première stratégie de pilotage de celui-ci comporte des séquences successives alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre du moteur, par exemple en aide à la régénération de niveau 2, et ce en boucle jusqu'à l'arrêt de la demande d'aide à la régénération. These various means are implemented by the computer 5, and as can be seen in FIGS. 2 and 3, the first control strategy of the latter comprises successive sequences alternating between rich-mix and lean-mix operating phases. of the motor, for example to aid the regeneration of level 2, and this loop until the termination of the request for regeneration assistance.
On a en effet illustré sur la figure 2, une première stratégie de ce type 5 qui comporte des séquences successives de fonctionnement du moteur à mélange riche et à mélange pauvre en alternance. In fact, FIG. 2 shows a first strategy of this type which comprises successive sequences of operation of the engine with rich mixture and lean mixture alternately.
Par contre sur la figure 3, on a illustré une seconde stratégie de pilotage qui comporte des séquences alternées de fonctionnement en mélange riche et en mélange pauvre par exemple de niveau 2, séparées par une phase de fonctionnement à mélange pauvre par exemple également de niveau 2. Ceci permet alors comme on peut le voir sur la figure 4, de piloter le moteur pour obtenir des niveaux thermiques plus ou moins élevés permettant d'optimiser la régénération des moyens de dépollution du filtre. Le nombre de séquences riche/pauvre est calibrable et la durée dans chaque phase ou mode (pauvre niveau 2 et riche) est également calibrable. On the other hand, in FIG. 3, a second control strategy is illustrated which comprises alternating operating sequences in rich mixture and in lean mixture, for example of level 2, separated by a lean operation phase, for example also of level 2. This allows then, as can be seen in FIG. 4, to drive the motor to obtain higher or lower thermal levels making it possible to optimize the regeneration of the filter depollution means. The number of rich / poor sequences is calibrated and the duration in each phase or mode (poor level 2 and rich) is also calibrable.
Deux exemples sont donnés ci-dessous. Two examples are given below.
1) déclenchement d'une série de X pulses (X est calibrable) RIP a) au bout des X pulses, si la température T en amont des moyens de dépollution est supérieure à un seuil haut TH calibrable (avec un temps de confirmation t1), alors le moteur bascule en mode pauvre de niveau 2 seul, b) dès que T re-descend en-dessous d'un seuil bas TB calibrable (avec un temps de confirmation t2) alors on refait une séquence de X pulses RIP, c) rebouclage de la stratégie jusqu'à la fin de la demande d'aide à 25 la RG, 2) déclenchement d'une série de X pulses (X est calibrable) R/P a) au bout des X pulses, si la température T en amont des moyens de dépollution est supérieure à un seuil haut TH calibrable (avec un temps de confirmation t1), alors le moteur bascule en mode pauvre de niveau 2 seul, b) nouvelle séquence de X pulses au bout de Y secondes (calibrable) passées en mode pauvre de niveau 2. 1) triggering a series of X pulses (X is calibrated) RIP a) at the end of X pulses, if the temperature T upstream of the pollution control means is greater than a high threshold TH calibrable (with a confirmation time t1) , then the motor switches to level 2 lean mode only, b) as soon as T re-descends below a calibrated low threshold TB (with a confirmation time t2) then we redo a sequence of X pulses RIP, c ) loopback of the strategy until the end of the request for assistance to the GR, 2) triggering of a series of X pulses (X is calibrated) R / P a) after the X pulses, if the temperature T upstream of the depollution means is greater than a calibrated high threshold TH (with a confirmation time t1), then the engine switches to lean mode 2 only, b) new sequence of X pulses after Y seconds (calibrated ) passed in level 2 poor mode.
Différents moyens de surveillance des moyens de dépollution peuvent être utilisés. Various means of monitoring the depollution means can be used.
C'est ainsi par exemple que ces moyens de surveillance peuvent comprendre des moyens de surveillance de l'état de charge des moyens de dépollution pour enclencher la première stratégie en cas de dépassement de valeurs de seuils prédéterminées d'états de charge surchargé et colmaté des moyens de dépollution. For example, these monitoring means may comprise means for monitoring the state of charge of the depollution means in order to trigger the first strategy if predetermined threshold values of overloaded and clogged charge states are exceeded. means of depollution.
De même, les moyens de surveillance peuvent également comporter des moyens de surveillance du nombre de régénérations incomplètes successives des moyens de dépollution pour enclencher la première stratégie en cas de dépassement d'un nombre prédéterminé. Similarly, the monitoring means may also comprise means for monitoring the number of successive incomplete regenerations of the depollution means to engage the first strategy in case of exceeding a predetermined number.
Les moyens de surveillance peuvent également comporter des moyens de surveillance de la fréquence des dernières régénérations des moyens de dépollution pour, dans le cas où cette fréquence franchit un seuil prédéterminé, enclencher la première stratégie. The monitoring means may also include means for monitoring the frequency of the last regeneration of the depollution means for, in the case where this frequency crosses a predetermined threshold, engage the first strategy.
Ainsi par exemple, la fréquence des dernières régénérations peut être calculée sur les cinq dernières régénérations du filtre. For example, the frequency of the last regenerations can be calculated over the last five regenerations of the filter.
De même, ces moyens de surveillance peuvent comporter des moyens de mesure de la température des gaz en amont du filtre à particules et de comparaison de celle-ci à un seuil de température pour enclencher la seconde stratégie en cas de dépassement et permettre ainsi de maintenir la température des gaz dans une fenêtre optimale de régénération. Likewise, these monitoring means may comprise means for measuring the temperature of the gases upstream of the particulate filter and for comparing it with a temperature threshold in order to trigger the second strategy in case of overshoot and thus make it possible to maintain the temperature of the gases in an optimum regeneration window.
Comme cela a été indiqué précédemment, le passage en mode de fonctionnement riche permet donc de chauffer davantage les gaz d'échappement, ce qui accélère la vitesse de régénération du filtre à particules. As indicated above, the transition to a rich operating mode therefore makes it possible to heat the exhaust gases further, which accelerates the regeneration speed of the particulate filter.
Dans le cas d'un filtre à particules utilisant un additif d'aide à la régénération, l'augmentation des niveaux thermiques permet de réduire le dosage en additif et ainsi d'augmenter la distance parcourue par le véhicule avant le nettoyage du filtre. In the case of a particulate filter using a regeneration aid additive, the increase in the thermal levels makes it possible to reduce the dosage of additive and thus to increase the distance traveled by the vehicle before cleaning the filter.
On sait en effet qu'un tel additif peut être mélangé au carburant d'alimentation du moteur pour se déposer sur le filtre à particules avec les particules auxquelles il est mélangé, afin d'abaisser la température de combustion des suies piégées dans celui-ci. It is known that such an additive can be mixed with the engine fuel supply to be deposited on the particulate filter with the particles to which it is mixed, in order to lower the combustion temperature of the soot trapped therein. .
De façon classique cet additif est en effet présent dans les particules après combustion du carburant additivé dans le moteur. In a conventional manner this additive is indeed present in the particles after combustion of the fuel additive in the engine.
Bien entendu d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. Of course other embodiments can be envisaged.
C'est ainsi par exemple que les moyens de dépollution peuvent comporter un filtre à particules, catalysé ou non, un piège à NOx, etc... For example, the depollution means may comprise a particulate filter, catalyzed or not, a NOx trap, etc.
Ces moyens de dépollution peuvent également être imprégnés avec une formulation SCR assurant une fonction d'oxydation COIHC de façon classique. These depollution means may also be impregnated with a SCR formulation ensuring a COIHC oxidation function in a conventional manner.
Par ailleurs, les moyens de dépollution et les moyens formant catalyseur d'oxydation peuvent être intégrés dans un seul et même élément, notamment sur le même substrat. Moreover, the depollution means and the oxidation catalyst means may be integrated into one and the same element, in particular on the same substrate.
A titre d'exemple, un filtre à particules intégrant la fonction d'oxydation peut être envisagé. By way of example, a particulate filter incorporating the oxidation function can be envisaged.
De même un piège à NOx intégrant une telle fonction d'oxydation peut également être envisagé, que celui-ci soit additivé ou non. Similarly a NOx trap integrating such an oxidation function can also be considered, whether it is additive or not.
Cette fonction d'oxydation etlou de piège à NOx peut être remplie par exemple par un additif mélangé au carburant. This oxidation and / or NOx trap function can be filled for example by an additive mixed with the fuel.
Enfin on notera également que le moteur peut être associé ou non à un turbocompresseur. Finally, it should also be noted that the engine may or may not be associated with a turbocharger.
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