FR2874967A1 - Procede de regeneration d'un systeme a filtre a particules - Google Patents
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Abstract
Selon un procédé de régénération d'un filtre à particules (16) équipant un moteur (12) à combustion interne, pendant les phases de fonctionnement du moteur (12) à faible charge, on restreint la quantité d'air admis (A) au moteur (12).
Description
Procédé de régénération d'un système à filtre à particules.
L'invention concerne un procédé de régénération d'un système à catalyseur d'oxydation et filtre à particules.
Il est connu d'équiper des systèmes de motorisation, notamment à moteur Diesel, avec un filtre à particules pour diminuer les suies rejetées dans l'atmosphère. Cependant, ce type de filtre se colmate, et il est nécessaire de brûler régulièrement les suies piégées dans le filtre. Cette opération est appelée régénération. On équipe également la ligne d'échappement d'un catalyseur d'oxydation en amont du filtre à particules, pour brûler les gaz imbrûlés contenus dans les gaz d'échappement. Cette combustion permet aussi d'augmenter la température dans le filtre à particules et de contribuer ainsi à la régénération.
La régénération est obtenue en élevant la température des gaz d'échappement pour obtenir l'ignition des suies. Divers moyens ont été envisagés parmi lesquels un procédé de régénération, exposé dans le document EP 1 283 342, selon lequel l'injection de carburant est réalisée de manière particulière.
Dans un mode de réalisation particulier de ce procédé, pendant la phase de régénération, on réalise le schéma d'injection exposé sur la figure 2B du document EP 1 283 342. Le schéma d'injection détermine à quels instants, en référence à la position angulaire du vilebrequin par rapport au point mort haut atteint à la fin d'une phase de compression, des injections de carburant ont lieu dans un cylindre donné. Une première injection est réalisée avant le point mort haut, une injection principale est réalisée autour du point mort haut, et une troisième injection, dite post-injection, est réalisée pendant la phase de détente, après le passage du point mort haut.
Cependant, lorsque le moteur fonctionne à faible régime, par exemple à une vitesse de rotation inférieure à 3000 tours par minute et avec une pression moyenne effective inférieure à 10 bars, il est nécessaire de réaliser la troisième injection très tardivement, c'est-à-dire lorsque le vilebrequin est dans une position entre 65[deg] et 150[deg] après le passage du point mort haut. Dans ce cas, la température suffisante avant le catalyseur est obtenue à condition d'injecter une forte quantité de carburant. Or on constate que l'injection dans ces conditions conduit à déposer du carburant contre les parois du cylindre, lequel carburant passe ensuite dans l'huile du moteur, ce qui est néfaste au fonctionnement du moteur. Ce phénomène est appelé la dilution de carburant dans l'huile moteur.
De plus, la combustion du carburant de l'injection tardive est incomplète. D'un cycle à l'autre, le rendement mécanique de la combustion n'est pas toujours le même, et il devient plus difficile de contrôler le couple effectivement délivré par le moteur. On dit alors que le moteur est instable.
Dans un autre mode de réalisation particulier d'un procédé de régénération, on réalise le schéma d'injection exposé sur la figure 2C du document EP 1 283 342. Une première injection est réalisée autour du point mort haut, et une injection principale est réalisée pendant la phase de détente, après le passage du point mort haut. Ce procédé pose également le problème de dilution de carburant dans l'huile du moteur et d'instabilité.
C'est donc un objectif de l'invention de proposer un procédé de régénération d'un filtre à particules sans risque de dilution de carburant dans l'huile moteur, de température trop élevée ou trop basse dans la ligne d'échappement et de conditions de fonctionnement instables.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de régénération d'un filtre à particules équipant un moteur à combustion interne. Pendant les phases de fonctionnement du moteur à faible charge, on restreint la quantité d'air admis au moteur.
La restriction de quantité d'air admis est réalisée par exemple par une vanne placée dans le conduit d'admission. La vanne est pilotée sur commande de manière à étrangler le passage de l'air pendant les phases de régénération et à faible charge du moteur. Ainsi, la quantité de chaleur développée lors de la combustion se répartit dans une plus faible quantité d'air, ce qui permet d'augmenter la température des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement étant plus chauds, la quantité de carburant injecté lors de la dernière injection pour atteindre la température suffisante à l'entrée du filtre à particules est diminuée par rapport au cas d'absence de réduction de la quantité d'air admis. Ainsi, la quantité de carburant qui se dilue dans l'huile du moteur est diminuée, voire supprimée.
Par ailleurs, la combustion dans des gaz plus chauds permet également d'obtenir une combustion plus complète. La stabilité du moteur est donc augmentée.
Selon un premier mode de réalisation, on réalise pour chaque cylindre une première injection autour du point mort haut, et une injection principale pendant une phase de détente, après le passage du point mort haut. Dans ce mode d'injection, pour obtenir la même température dans les gaz d'échappement que dans le cas où aucune restriction d'air n'est réalisée, les deux injections sont réalisées plus tôt dans le cycle, ce qui améliore le rendement mécanique des injections et permet de réduire la quantité de carburant injecté pour obtenir le même couple. Les risques de dilution d'huile dans le carburant sont donc diminués.
Selon un deuxième mode de réalisation, on réalise pour chaque cylindre une première injection avant le point mort haut, une injection principale autour du point mort haut, et une troisième injection, dite post-injection, pendant une phase de détente, après le passage du point mort haut.
Dans ce mode d'injection, la troisième injection est prévue pour obtenir la température suffisante à l'entrée du filtre à particules. Du fait de la réduction d'air d'admission, il est possible de réduire la quantité de carburant à injecter en particulier pendant cette post-injection. Les risques de dilution d'huile dans le carburant sont donc diminués.
De manière particulière, un catalyseur d'oxydation est placé en amont du filtre à particules. Ce type de catalyseur est connu pour faciliter l'oxydation des gaz imbrûlés tels que des hydrocarbures ou du monoxyde de carbone. La réaction d'oxydation est exothermique, ce qui permet encore d'augmenter la température de gaz avant l'entrée dans le filtre à particules.
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 une vue schématique d'un système de motorisation sur lequel s'applique le procédé selon l'invention ; - la figure 2 est un diagramme de l'injection selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est un diagramme de l'injection selon un deuxième mode de réalisation de l'invention - la figure 4 est un diagramme de la pression d'admission en fonction des conditions de fonctionnement du moteur conformément à l'invention.
On a représenté sur la figure 1 un système de motorisation 1 comprenant d'un moteur à combustion interne 12 et un système de traitement des gaz d'échappement 10 du moteur 12. Le moteur est par exemple un moteur Diesel. Une ligne 14 d'échappement permet l'évacuation des gaz G du moteur vers l'atmosphère. Le système de traitement 10 est interposé dans la ligne 14 et comporte un catalyseur d'oxydation 20 en amont d'un filtre à particules 16. Le système de motorisation comporte en outre une tubulure d'admission 22 pour répartir de l'air d'admission A vers les différents cylindres du moteur. Une vanne 24, par exemple du type papillon, est placée en amont de la tubulure d'admission pour contrôler la quantité d'air admis A.
Les gaz d'échappement G produits par le moteur 12 sont envoyés dans la ligne 14. Lors de leur passage dans le catalyseur d'oxydation 20, les gaz imbrûlés contenus dans les gaz d'échappements G, tels que des hydrocarbures et du monoxyde de carbone, sont oxydés dans une réaction exothermique. Puis, lors de leur passage dans le filtre à particules 16, les éventuelles particules sont retenues par le filtre.
Périodiquement, les particules ainsi piégées sont brûlées au cours d'une phase de régénération. Cette régénération nécessite pour se produire que le filtre atteigne une température supérieure ou égale à la température de combustion des particules, c'est-àdire environ 550[deg]C. Le filtre à particules 16 est chauffé en général par les gaz d'échappement G.
Lorsque l'on souhaite obtenir la régénération du filtre à particules, on modifie les conditions d'injection pour dégrader le rendement de la combustion dans les cylindres, et ainsi augmenter la température des gaz d'échappement. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, lorsque l'on est dans une phase de régénération et que le moteur fonctionne à faible charge, on réalise pour chaque cylindre des injections de carburant conformément au diagramme de la figure 2.
Sur ce diagramme, l'abscisse représente la position du vilebrequin en rapport au point mort haut PMH du cylindre considéré. L'ordonnée représente le débit de carburant injecté. Selon le diagramme de la figure 2, une première injection 30, dite préinjection, est effectuée autour du point mort haut PMH, puis une deuxième injection 32, dite injection principale, est réalisée plus tard, dans la phase de détente. L'injection principale 32 a lieu à partir d'une position du vilebrequin de ap après le passage du point mort haut PMH, ap pouvant aller jusqu'à 40[deg].
Dans le même temps, la vanne 24 est actionnée pour restreindre la quantité de gaz admis A. Le diagramme de la figure 4 indique la pression absolue dans la tubulure d'admission Pcoll en fonction de la charge C du moteur. La charge C peut être représentée par une pression moyenne effective ou un couple moteur, par exemple. La courbe 36 de la figure 4 représente la pression Pcoll selon l'art antérieur, sans la présence de la vanne 24. La courbe 38 représente la pression Pcoll selon l'invention, telle qu'obtenue grâce à la présence de la vanne 24. On constate qu'à faible charge, on pilote la vanne 24 pour obtenir une pression Pcoll inférieure à la pression atmosphérique Pa qui est sensiblement obtenue à faible charge selon l'art antérieur.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, lorsque l'on est dans une phase de régénération et que le moteur fonctionne à faible charge, on réalise pour chaque cylindre des injections de carburant conformément au diagramme de la figure 3.
Sur ce diagramme, similaire à celui de la figure 2, une première injection 40, dite préinjection, est effectuée avant le point mort haut PMH, puis une deuxième injection 42, dite injection principale, est réalisée peu après le passage du point mort haut, et une troisième injection 44, dite post-injection, est réalisée dans la phase de détente. Dans le même temps, la vanne 24 est actionnée pour restreindre la quantité de gaz admis A, de la même manière que dans le cas du premier mode de réalisation.
L'invention concerne un procédé de régénération d'un système à catalyseur d'oxydation et filtre à particules.
Il est connu d'équiper des systèmes de motorisation, notamment à moteur Diesel, avec un filtre à particules pour diminuer les suies rejetées dans l'atmosphère. Cependant, ce type de filtre se colmate, et il est nécessaire de brûler régulièrement les suies piégées dans le filtre. Cette opération est appelée régénération. On équipe également la ligne d'échappement d'un catalyseur d'oxydation en amont du filtre à particules, pour brûler les gaz imbrûlés contenus dans les gaz d'échappement. Cette combustion permet aussi d'augmenter la température dans le filtre à particules et de contribuer ainsi à la régénération.
La régénération est obtenue en élevant la température des gaz d'échappement pour obtenir l'ignition des suies. Divers moyens ont été envisagés parmi lesquels un procédé de régénération, exposé dans le document EP 1 283 342, selon lequel l'injection de carburant est réalisée de manière particulière.
Dans un mode de réalisation particulier de ce procédé, pendant la phase de régénération, on réalise le schéma d'injection exposé sur la figure 2B du document EP 1 283 342. Le schéma d'injection détermine à quels instants, en référence à la position angulaire du vilebrequin par rapport au point mort haut atteint à la fin d'une phase de compression, des injections de carburant ont lieu dans un cylindre donné. Une première injection est réalisée avant le point mort haut, une injection principale est réalisée autour du point mort haut, et une troisième injection, dite post-injection, est réalisée pendant la phase de détente, après le passage du point mort haut.
Cependant, lorsque le moteur fonctionne à faible régime, par exemple à une vitesse de rotation inférieure à 3000 tours par minute et avec une pression moyenne effective inférieure à 10 bars, il est nécessaire de réaliser la troisième injection très tardivement, c'est-à-dire lorsque le vilebrequin est dans une position entre 65[deg] et 150[deg] après le passage du point mort haut. Dans ce cas, la température suffisante avant le catalyseur est obtenue à condition d'injecter une forte quantité de carburant. Or on constate que l'injection dans ces conditions conduit à déposer du carburant contre les parois du cylindre, lequel carburant passe ensuite dans l'huile du moteur, ce qui est néfaste au fonctionnement du moteur. Ce phénomène est appelé la dilution de carburant dans l'huile moteur.
De plus, la combustion du carburant de l'injection tardive est incomplète. D'un cycle à l'autre, le rendement mécanique de la combustion n'est pas toujours le même, et il devient plus difficile de contrôler le couple effectivement délivré par le moteur. On dit alors que le moteur est instable.
Dans un autre mode de réalisation particulier d'un procédé de régénération, on réalise le schéma d'injection exposé sur la figure 2C du document EP 1 283 342. Une première injection est réalisée autour du point mort haut, et une injection principale est réalisée pendant la phase de détente, après le passage du point mort haut. Ce procédé pose également le problème de dilution de carburant dans l'huile du moteur et d'instabilité.
C'est donc un objectif de l'invention de proposer un procédé de régénération d'un filtre à particules sans risque de dilution de carburant dans l'huile moteur, de température trop élevée ou trop basse dans la ligne d'échappement et de conditions de fonctionnement instables.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de régénération d'un filtre à particules équipant un moteur à combustion interne. Pendant les phases de fonctionnement du moteur à faible charge, on restreint la quantité d'air admis au moteur.
La restriction de quantité d'air admis est réalisée par exemple par une vanne placée dans le conduit d'admission. La vanne est pilotée sur commande de manière à étrangler le passage de l'air pendant les phases de régénération et à faible charge du moteur. Ainsi, la quantité de chaleur développée lors de la combustion se répartit dans une plus faible quantité d'air, ce qui permet d'augmenter la température des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement étant plus chauds, la quantité de carburant injecté lors de la dernière injection pour atteindre la température suffisante à l'entrée du filtre à particules est diminuée par rapport au cas d'absence de réduction de la quantité d'air admis. Ainsi, la quantité de carburant qui se dilue dans l'huile du moteur est diminuée, voire supprimée.
Par ailleurs, la combustion dans des gaz plus chauds permet également d'obtenir une combustion plus complète. La stabilité du moteur est donc augmentée.
Selon un premier mode de réalisation, on réalise pour chaque cylindre une première injection autour du point mort haut, et une injection principale pendant une phase de détente, après le passage du point mort haut. Dans ce mode d'injection, pour obtenir la même température dans les gaz d'échappement que dans le cas où aucune restriction d'air n'est réalisée, les deux injections sont réalisées plus tôt dans le cycle, ce qui améliore le rendement mécanique des injections et permet de réduire la quantité de carburant injecté pour obtenir le même couple. Les risques de dilution d'huile dans le carburant sont donc diminués.
Selon un deuxième mode de réalisation, on réalise pour chaque cylindre une première injection avant le point mort haut, une injection principale autour du point mort haut, et une troisième injection, dite post-injection, pendant une phase de détente, après le passage du point mort haut.
Dans ce mode d'injection, la troisième injection est prévue pour obtenir la température suffisante à l'entrée du filtre à particules. Du fait de la réduction d'air d'admission, il est possible de réduire la quantité de carburant à injecter en particulier pendant cette post-injection. Les risques de dilution d'huile dans le carburant sont donc diminués.
De manière particulière, un catalyseur d'oxydation est placé en amont du filtre à particules. Ce type de catalyseur est connu pour faciliter l'oxydation des gaz imbrûlés tels que des hydrocarbures ou du monoxyde de carbone. La réaction d'oxydation est exothermique, ce qui permet encore d'augmenter la température de gaz avant l'entrée dans le filtre à particules.
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 une vue schématique d'un système de motorisation sur lequel s'applique le procédé selon l'invention ; - la figure 2 est un diagramme de l'injection selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est un diagramme de l'injection selon un deuxième mode de réalisation de l'invention - la figure 4 est un diagramme de la pression d'admission en fonction des conditions de fonctionnement du moteur conformément à l'invention.
On a représenté sur la figure 1 un système de motorisation 1 comprenant d'un moteur à combustion interne 12 et un système de traitement des gaz d'échappement 10 du moteur 12. Le moteur est par exemple un moteur Diesel. Une ligne 14 d'échappement permet l'évacuation des gaz G du moteur vers l'atmosphère. Le système de traitement 10 est interposé dans la ligne 14 et comporte un catalyseur d'oxydation 20 en amont d'un filtre à particules 16. Le système de motorisation comporte en outre une tubulure d'admission 22 pour répartir de l'air d'admission A vers les différents cylindres du moteur. Une vanne 24, par exemple du type papillon, est placée en amont de la tubulure d'admission pour contrôler la quantité d'air admis A.
Les gaz d'échappement G produits par le moteur 12 sont envoyés dans la ligne 14. Lors de leur passage dans le catalyseur d'oxydation 20, les gaz imbrûlés contenus dans les gaz d'échappements G, tels que des hydrocarbures et du monoxyde de carbone, sont oxydés dans une réaction exothermique. Puis, lors de leur passage dans le filtre à particules 16, les éventuelles particules sont retenues par le filtre.
Périodiquement, les particules ainsi piégées sont brûlées au cours d'une phase de régénération. Cette régénération nécessite pour se produire que le filtre atteigne une température supérieure ou égale à la température de combustion des particules, c'est-àdire environ 550[deg]C. Le filtre à particules 16 est chauffé en général par les gaz d'échappement G.
Lorsque l'on souhaite obtenir la régénération du filtre à particules, on modifie les conditions d'injection pour dégrader le rendement de la combustion dans les cylindres, et ainsi augmenter la température des gaz d'échappement. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, lorsque l'on est dans une phase de régénération et que le moteur fonctionne à faible charge, on réalise pour chaque cylindre des injections de carburant conformément au diagramme de la figure 2.
Sur ce diagramme, l'abscisse représente la position du vilebrequin en rapport au point mort haut PMH du cylindre considéré. L'ordonnée représente le débit de carburant injecté. Selon le diagramme de la figure 2, une première injection 30, dite préinjection, est effectuée autour du point mort haut PMH, puis une deuxième injection 32, dite injection principale, est réalisée plus tard, dans la phase de détente. L'injection principale 32 a lieu à partir d'une position du vilebrequin de ap après le passage du point mort haut PMH, ap pouvant aller jusqu'à 40[deg].
Dans le même temps, la vanne 24 est actionnée pour restreindre la quantité de gaz admis A. Le diagramme de la figure 4 indique la pression absolue dans la tubulure d'admission Pcoll en fonction de la charge C du moteur. La charge C peut être représentée par une pression moyenne effective ou un couple moteur, par exemple. La courbe 36 de la figure 4 représente la pression Pcoll selon l'art antérieur, sans la présence de la vanne 24. La courbe 38 représente la pression Pcoll selon l'invention, telle qu'obtenue grâce à la présence de la vanne 24. On constate qu'à faible charge, on pilote la vanne 24 pour obtenir une pression Pcoll inférieure à la pression atmosphérique Pa qui est sensiblement obtenue à faible charge selon l'art antérieur.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, lorsque l'on est dans une phase de régénération et que le moteur fonctionne à faible charge, on réalise pour chaque cylindre des injections de carburant conformément au diagramme de la figure 3.
Sur ce diagramme, similaire à celui de la figure 2, une première injection 40, dite préinjection, est effectuée avant le point mort haut PMH, puis une deuxième injection 42, dite injection principale, est réalisée peu après le passage du point mort haut, et une troisième injection 44, dite post-injection, est réalisée dans la phase de détente. Dans le même temps, la vanne 24 est actionnée pour restreindre la quantité de gaz admis A, de la même manière que dans le cas du premier mode de réalisation.
EXEMPLE
Une comparaison a été effectuée sur un moteur Diesel suralimenté par turbo compresseur entre un fonctionnement sans restriction à l'admission d'air (cas 1), et un fonctionnement avec restriction (cas 2). Le tableau 1 donne les résultats pour un point de fonctionnement à 1500 tours par minute et une pression moyenne effective de 2 bars.
Tableau 1 :
L'augmentation du taux de dilution de carburant dans l'huile correspond à la différence du taux de dilution entre le début et la fin d'une période de fonctionnement prédéterminée, par exemple de vingt minutes. On constate que la consommation et la dilution sont moindres dans le cas 2, pour une température en amont du filtre à particules quasiment identique. On constate également que les critères d'évaluation de la stabilité du fonctionnement sont améliorés dans le cas 2.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrit uniquement à titre d'exemples. Le procédé pourra s'appliquer à d'autres motifs d'injection.
Une comparaison a été effectuée sur un moteur Diesel suralimenté par turbo compresseur entre un fonctionnement sans restriction à l'admission d'air (cas 1), et un fonctionnement avec restriction (cas 2). Le tableau 1 donne les résultats pour un point de fonctionnement à 1500 tours par minute et une pression moyenne effective de 2 bars.
Tableau 1 :
L'augmentation du taux de dilution de carburant dans l'huile correspond à la différence du taux de dilution entre le début et la fin d'une période de fonctionnement prédéterminée, par exemple de vingt minutes. On constate que la consommation et la dilution sont moindres dans le cas 2, pour une température en amont du filtre à particules quasiment identique. On constate également que les critères d'évaluation de la stabilité du fonctionnement sont améliorés dans le cas 2.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrit uniquement à titre d'exemples. Le procédé pourra s'appliquer à d'autres motifs d'injection.
REVENDICATIONS
1. Procédé de régénération d'un filtre à particules (16) équipant un moteur (12) à combustion interne, caractérisé en ce que, pendant les phases de fonctionnement du moteur (12) à faible charge, on restreint la quantité d'air admis (A) au moteur (12).
1. Procédé de régénération d'un filtre à particules (16) équipant un moteur (12) à combustion interne, caractérisé en ce que, pendant les phases de fonctionnement du moteur (12) à faible charge, on restreint la quantité d'air admis (A) au moteur (12).
Claims (3)
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel pour chaque cylindre, on réalise une première injection (30) autour du point mort haut (PMH), et une injection principale (32) pendant une phase de détente, après le passage du point mort haut (PMH).
- 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel pour chaque cylindre, on réalise une première injection (40) avant le point mort haut (PMH), une injection principale (42) autour du point mort haut(PMH), et une troisième injection (44), dite postinjection, pendant une phase de détente, après le passage du point mort haut (PMH).
- 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un catalyseur d'oxydation (20) est placé en amont du filtre à particules (16).
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0409379A FR2874967B1 (fr) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | Procede de regeneration d'un systeme a filtre a particules |
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|---|---|---|---|
| FR0409379A FR2874967B1 (fr) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | Procede de regeneration d'un systeme a filtre a particules |
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| FR2874967B1 FR2874967B1 (fr) | 2009-10-16 |
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ID=34948318
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0409379A Active FR2874967B1 (fr) | 2004-09-06 | 2004-09-06 | Procede de regeneration d'un systeme a filtre a particules |
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| FR (1) | FR2874967B1 (fr) |
Cited By (1)
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| EP1925799A3 (fr) * | 2006-11-27 | 2013-01-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Système de purification de gaz d'échappement pour moteur à combustion interne |
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- 2004-09-06 FR FR0409379A patent/FR2874967B1/fr active Active
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| Publication number | Publication date |
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| FR2874967B1 (fr) | 2009-10-16 |
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