Système et procédé de régénération d'un filtre à particules et moteur àSystem and method for regeneration of a particulate filter and motor
combustion interne La présente invention concerne le domaine de l'échappement des moteurs à combustion interne, en particulier des moteurs à plusieurs bancs de cylindres équipés de filtres devant être régénérés. Les moteurs Diesel actuels produisant des particules de suies comprenant des hydrocarbures imbrûlés, il est souhaitable de placer un filtre à particules dans le circuit d'échappement. Le filtre à particules retient les particules et tend à s'encrasser ce qui provoque une augmentation des pertes de charge des gaz dans le filtre, une augmentation de la contre pression à l'échappement et une diminution de la puissance du moteur. Il est possible de régénérer le filtre en provoquant une combustion des suies, par exemple par chauffage par brûleur. Le document US 4 848 083 décrit une unité d'échappement pour moteurs Diesel à combustion interne, comprenant quatre filtres reliés par des conduites et des vannes au collecteur d'échappement du moteur. L'unité d'échappement est complexe, encombrante et coûteuse. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des dispositifs évoqués ci-dessus. La présente invention propose un système de régénération de filtre de structure simple, de fabrication et d'utilisation économique, notamment en termes de consommation d'énergie. Le système de régénération d'un filtre à particules est destiné à un moteur à combustion interne comprenant un premier groupe de cylindres et un deuxième groupe de cylindres. Le système comprend une unité de commande du moteur apte à augmenter le travail fourni par le premier groupe de cylindres et à diminuer le travail fourni par le deuxième groupe de cylindres, le premier groupe de cylindres débouchant dans le filtre à particules à régénérer, de telle sorte que la température de sortie des gaz d'échappement traversant le filtre à particules à régénérer soit augmentée. Les conduites entre le moteur et le filtre peuvent être de structure simple. Le rendement du moteur est moins dégradé que lorsqu'une injection supplémentaire a pour seul but de provoquer la mise en combustion des suies, d'où une meilleure efficacité énergétique. Dans un mode de réalisation, le premier groupe de cylindres débouche dans un premier filtre à particules, et le deuxième groupe de cylindres débouche dans un deuxième filtre à particules. La présence d'une vanne entre le moteur et le filtre est facultative. Dans un mode de réalisation, le système comprend un moyen de détermination de la charge en particules de chaque filtre à particules, l'unité de commande du moteur étant apte à commander la régénération d'un filtre à particules en fonction de la charge dudit filtre à particules. On effectue la régénération de chaque filtre en fonction du besoin et non de façon systématique, d'où une réduction de la consommation de carburant due à un intervalle de temps trop court entre les régénérations et due à un encrassement excessif du filtre. Dans un mode de réalisation, l'unité de commande du moteur est apte à commander une injection de carburant après le point mort haut dans un cylindre débouchant dans le filtre à particules à régénérer. L'invention concerne également un moteur à combustion interne comprenant une pluralité de groupes de cylindres, un filtre à particules et un système de régénération. Les groupes de cylindres peuvent correspondre à des bancs. Alternativement, pour un moteur à cylindres en ligne, un groupe peut correspondre à une partie des cylindres du banc unique. Le moteur peut être de type à cylindres à plat, à cylindres en V ou W, par exemple V6, V8, V10 V12, etc. Le procédé de régénération d'un filtre à particules de moteur à combustion interne comprenant une pluralité de groupes de cylindres, comprend les étapes suivantes : -augmentation du travail fourni par un premier groupe de cylindres, et -diminution du travail fourni par un deuxième groupe de cylindres, le premier groupe de cylindres débouchant dans le filtre à particules à régénérer, de telle sorte que la température de sortie des gaz d'échappement traversant le filtre à particules à régénérer soit augmentée. On peut diminuer le rendement du deuxième groupe de cylindres et/ou diminuer la quantité de carburant injecté dans le deuxième groupe de cylindres. On peut augmenter la quantité de carburant injecté dans le premier groupe de cylindres et/ou diminuer le rendement du deuxième groupe de cylindres pour accroître la chaleur produite et faire monter la température du filtre à régénérer. The present invention relates to the field of exhaust of internal combustion engines, in particular engines with several banks of cylinders equipped with filters to be regenerated. As current diesel engines produce soot particles including unburned hydrocarbons, it is desirable to place a particulate filter in the exhaust system. The particulate filter retains the particles and tends to become clogged, which causes an increase in the pressure losses of the gases in the filter, an increase in the exhaust backpressure and a decrease in the power of the engine. It is possible to regenerate the filter by causing combustion of the soot, for example by heating by burner. US 4,848,083 discloses an exhaust unit for internal combustion diesel engines, comprising four filters connected by pipes and valves to the exhaust manifold of the engine. The exhaust unit is complex, cumbersome and expensive. The present invention aims to overcome the disadvantages of the devices mentioned above. The present invention provides a filter regeneration system of simple structure, manufacturing and economical use, especially in terms of energy consumption. The regeneration system of a particulate filter is for an internal combustion engine comprising a first group of cylinders and a second group of cylinders. The system comprises an engine control unit able to increase the work done by the first group of cylinders and to reduce the work done by the second group of cylinders, the first group of cylinders opening into the particulate filter to be regenerated, such as so that the exit temperature of the exhaust gas passing through the particulate filter to be regenerated is increased. The lines between the motor and the filter can be of simple structure. The efficiency of the engine is less degraded than when an additional injection has the sole purpose of causing combustion of soot, resulting in better energy efficiency. In one embodiment, the first group of cylinders opens into a first particle filter, and the second group of cylinders opens into a second particle filter. The presence of a valve between the motor and the filter is optional. In one embodiment, the system comprises a means for determining the particle charge of each particle filter, the engine control unit being able to control the regeneration of a particle filter according to the load of said filter. with particles. The regeneration of each filter is carried out according to need and not systematically, resulting in a reduction in fuel consumption due to a too short time interval between regenerations and due to excessive fouling of the filter. In one embodiment, the engine control unit is adapted to control a fuel injection after the top dead center in a cylinder opening into the particulate filter to be regenerated. The invention also relates to an internal combustion engine comprising a plurality of groups of cylinders, a particulate filter and a regeneration system. The groups of cylinders can correspond to benches. Alternatively, for an inline cylinder engine, a group may correspond to a portion of the cylinders of the single bench. The engine can be of flat-roll type, with V or W cylinders, for example V6, V8, V10 V12, etc. The regeneration method of an internal combustion engine particle filter comprising a plurality of groups of cylinders comprises the following steps: increasing the workload of a first group of cylinders, and decreasing the work provided by a second group of cylinders, the first group of cylinders opening into the particulate filter to be regenerated, so that the exit temperature of the exhaust gas passing through the particulate filter to be regenerated is increased. It is possible to reduce the efficiency of the second group of cylinders and / or to reduce the quantity of fuel injected into the second group of cylinders. The amount of fuel injected into the first group of cylinders can be increased and / or the efficiency of the second group of cylinders can be increased to increase the heat produced and raise the temperature of the filter to be regenerated.
Dans un mode de réalisation, on augmente le travail fourni par le deuxième groupe de cylindres et on diminue le travail fourni par le premier groupe de cylindres, le deuxième groupe de cylindres débouchant dans un deuxième filtre à particules à régénérer. Dans un mode de réalisation, la régénération de chaque filtre à particules est commandée en fonction de la charge dudit filtre à particules. Dans un mode de réalisation, la régénération est assistée par une injection de carburant après le point mort haut dans un cylindre débouchant dans le filtre à particules à régénérer. Une partie du carburant injecté tardivement brûlera en aval du cylindre, par exemple dans une partie catalytique, provoquant un fort accroissement de température. Grâce à l'invention, la régénération peut être menée de façon économique par un groupe de cylindres, l'autre groupe de cylindres étant susceptible de compenser la variation de couple provoquée par la régénération. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système selon un mode de réalisation; et - la figure 2 est un organigramme des étapes d'un procédé selon un mode de réalisation. Comme on peut le voir sur la figure 1, un moteur référencé 1 dans son ensemble comprend deux bancs de cylindres 2 et 3, chacun pourvu d'une pluralité de cylindres, ici trois. Le moteur 1 comprend également un circuit d'admission 4 pourvu de deux compresseurs 5 et 6 dont la sortie débouche dans un échangeur 7 assurant le refroidissement des gaz compressés. Les compresseurs 5 et 6 peuvent être pourvus d'un capteur 8, 9 de la température des gaz en entrée. La sortie de l'échangeur 7 est pourvue d'un volet d'admission 10 et d'un capteur de température 11. La sortie du volet d'admission 10 est reliée à l'entrée des bancs de cylindres 2 et 3. Les capteurs 8, 9 et 11 sont reliés à une unité de commande 12. La liaison entre le capteur 8 et l'unité de commande 12 n'est pas représentée pour des raisons de clarté du dessin. De même, le volet 10 est commandé par l'unité de commande 12. In one embodiment, the work provided by the second group of rolls is increased and the work provided by the first group of rolls is reduced, the second group of rolls opening into a second particulate filter to be regenerated. In one embodiment, the regeneration of each particulate filter is controlled according to the charge of said particulate filter. In one embodiment, the regeneration is assisted by a fuel injection after the top dead center in a cylinder opening into the particulate filter to be regenerated. Part of the fuel injected late will burn downstream of the cylinder, for example in a catalytic part, causing a large increase in temperature. Thanks to the invention, the regeneration can be carried out economically by one group of cylinders, the other group of cylinders being able to compensate for the variation in torque caused by the regeneration. The present invention will be better understood on studying the detailed description of some embodiments taken as non-limiting examples and illustrated by the appended drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view of a system according to an embodiment; and - Figure 2 is a flowchart of the steps of a method according to one embodiment. As can be seen in Figure 1, a motor referenced 1 as a whole comprises two banks of cylinders 2 and 3, each provided with a plurality of cylinders, here three. The engine 1 also comprises an intake circuit 4 provided with two compressors 5 and 6, the output of which opens into an exchanger 7 for cooling the compressed gases. The compressors 5 and 6 may be provided with a sensor 8, 9 of the inlet gas temperature. The outlet of the exchanger 7 is provided with an intake flap 10 and a temperature sensor 11. The outlet of the intake flap 10 is connected to the inlet of the banks of cylinders 2 and 3. The sensors 8, 9 and 11 are connected to a control unit 12. The connection between the sensor 8 and the control unit 12 is not shown for the sake of clarity of the drawing. Similarly, the flap 10 is controlled by the control unit 12.
Le moteur 1 comprend un circuit d'échappement 13 pourvu, pour chaque banc de cylindres 2, 3, d'un capteur de température 14 dont la sortie est reliée à l'unité de commande 12, d'une turbine 15, chaque turbine 15 entraînant un compresseur 5, 6, d'un pot catalytique 16, monté en sortie de la turbine 15, d'un filtre à particules 17 monté en sortie du pot catalytique 16, la sortie des deux filtres à particules 17 débouchant dans un silencieux 18 commun. Des capteurs de température 19 et 20 sont respectivement montés en amont et en aval de chaque filtre à particules 17. En outre, un capteur de pression différentielle 21 est monté entre l'entrée et la sortie du filtre à particules 17. Les sorties des capteurs 14 et 17 à 21 sont reliées à l'unité de commande 12. Le moteur 1 comprend également un circuit de recyclage des gaz d'échappement 22, comprenant un capteur de pression monté sur une portion de conduite commune aux deux bancs de cylindres 2 et 3 et débouchant dans un échangeur de refroidissement 24 commun aux deux bancs de cylindres 2 et 3. Le système de recyclage des gaz d'échappement comprend également une vanne 25 commandée par l'unité de commande 12 et disposée entre la sortie de l'échangeur 24 et le circuit d'admission 1 entre le volet d'admission 10 et les bancs de cylindres 2 et 3. Chaque banc de cylindres 2, 3 est équipé d'un capteur de position angulaire 26 d'arbre à cames dont la sortie est reliée à l'unité de commande 12. The engine 1 comprises an exhaust circuit 13 provided, for each bank of cylinders 2, 3, a temperature sensor 14 whose output is connected to the control unit 12, a turbine 15, each turbine 15 driving a compressor 5, 6, a catalytic converter 16, mounted at the outlet of the turbine 15, a particle filter 17 mounted at the outlet of the catalytic converter 16, the output of the two particulate filters 17 opening into a silencer 18 common. Temperature sensors 19 and 20 are respectively mounted upstream and downstream of each particle filter 17. In addition, a differential pressure sensor 21 is mounted between the inlet and the outlet of the particulate filter 17. The sensor outputs 14 and 17 to 21 are connected to the control unit 12. The engine 1 also comprises an exhaust gas recycle circuit 22, comprising a pressure sensor mounted on a pipe portion common to the two banks of cylinders 2 and 3 and opening into a cooling exchanger 24 common to the two banks of cylinders 2 and 3. The exhaust gas recycling system also comprises a valve 25 controlled by the control unit 12 and disposed between the outlet of the exchanger 24 and the intake circuit 1 between the intake flap 10 and the banks of cylinders 2 and 3. Each bank of cylinders 2, 3 is equipped with an angular position sensor 26 of the camshaft whose output is joined e to the control unit 12.
En fonctionnement normal, les compresseurs 5 et 6 provoquent une augmentation de la pression de la température de l'air dans le circuit d'admission 4. L'air est ensuite refroidi par l'échangeur 7 et son écoulement est commandé par le volet d'admission 10 dont la position est commandée par l'unité de commande 12. Le fonctionnement des deux parties identiques du circuit d'échappement est sensiblement le même. Les gaz d'échappement issus du banc de cylindres 2 transitent dans la partie du circuit d'échappement associée au banc de cylindres 2, entraînent la turbine 15, puis passent dans le catalyseur 16 et dans le filtre à particules 17 avant de rejoindre les gaz d'échappement de l'autre banc de cylindres 3 dans le silencieux 18. Une partie des gaz d'échappement peut être prélevée en vue d'un recyclage par le circuit 23 et passent alors par l'échangeur 24 en vue de leur refroidissement. Le volet 25 commande l'admission de gaz d'échappement recyclés dans le circuit d'admission 4. Comme on peut le voir sur la figure 2, l'unité de commande 12 effectue une surveillance à intervalles réguliers de la pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules 17 au moyen du capteur 21. Si la pression différentielle est inférieure à un seuil S, prédéterminé, alors aucune action n'est enclenchée et la surveillance de la pression différentielle reprend à intervalles réguliers, la pression différentielle étant représentative de la charge en particules de suies du filtre à particules 17 et également de la contre-pression à l'échappement subie par le moteur et qui a tendance à diminuer les performances. Si la pression différentielle est supérieure au seuil S,, alors l'unité de commande 12 effectue une mesure de température, notamment de la température en aval du filtre à particules au moyen du capteur 20, de la température en amont du filtre à particules au moyen du capteur de température 19 et, si nécessaire, de la température en amont de la turbine au moyen du capteur de température 14, puis commande une augmentation de la quantité de carburant injecté dans le banc de cylindres correspondant au filtre à particules devant être régénéré, dans l'exemple illustré sur la figure 2, le banc de cylindres 2, et ce en fonction des températures mesurées. Ensuite, l'unité de commande 12 effectue une surveillance de la température T20 mesurée par le capteur de température 20 en aval du filtre à particules 17, la température T20 étant représentative, d'une part, de la combustion des particules en cas de combustion en cours et, d'autre part, de la facilité à déclencher la combustion des particules lorsqu'une combustion n'est pas en cours. Si la température T20 n'est pas supérieure à un seuil de température S2 prédéterminé, alors l'unité de commande 12 retourne à l'étape précédente et effectue de nouvelles mesures de température et une augmentation de l'injection du banc de cylindres concerné en fonction des mesures de température. Si la température T20 est supérieure au seuil S2, alors il est considéré que la combustion des particules est en cours. Cette combustion peut être auto-entretenue. L'unité de commande 12 peut alors ramener l'injection de carburant dans les deux bancs de cylindres à des niveaux similaires. Ensuite, l'unité de commande 12 vérifie que la régénération a été complète en comparant la pression différentielle entre l'amont et l'aval du filtre à particules 17 à un seuil S3 prédéterminé. Si la pression différentielle n'est pas supérieure au seuil S3, alors la régénération est considérée comme terminée et un retour à la première étape de surveillance normale de la pression différentielle est effectué. Au contraire, si la pression différentielle reste supérieure au seuil S3, alors l'unité de commande 12 effectue à nouveau les étapes de mesure de température et d'augmentation de la quantité de carburant injecté dans le banc de cylindres associé au filtre à particules concerné. In normal operation, the compressors 5 and 6 cause an increase in the pressure of the temperature of the air in the intake circuit 4. The air is then cooled by the exchanger 7 and its flow is controlled by the shutter. admission 10 whose position is controlled by the control unit 12. The operation of the two identical parts of the exhaust circuit is substantially the same. The exhaust gas issuing from the cylinder bank 2 passes through the part of the exhaust system associated with the cylinder bank 2, drives the turbine 15, then passes into the catalyst 16 and into the particulate filter 17 before joining the gases. exhaust of the other bank of cylinders 3 in the silencer 18. A portion of the exhaust gas can be taken for recycling by the circuit 23 and then pass through the exchanger 24 for cooling. The flap 25 controls the admission of recycled exhaust gas into the intake circuit 4. As can be seen in FIG. 2, the control unit 12 monitors at regular intervals the differential pressure between the exhaust gas. upstream and downstream of the particle filter 17 by means of the sensor 21. If the differential pressure is below a threshold S, predetermined, then no action is engaged and monitoring of the differential pressure resumes at regular intervals, the pressure differential being representative of the soot particle charge of the particulate filter 17 and also of the exhaust backpressure experienced by the engine and which tends to decrease performance. If the differential pressure is greater than the threshold S ,, then the control unit 12 performs a temperature measurement, in particular of the temperature downstream of the particle filter by means of the sensor 20, of the temperature upstream of the particulate filter at means of the temperature sensor 19 and, if necessary, the temperature upstream of the turbine by means of the temperature sensor 14, then controls an increase in the amount of fuel injected into the cylinder bank corresponding to the particulate filter to be regenerated in the example illustrated in FIG. 2, the bank of cylinders 2, and this as a function of the measured temperatures. Then, the control unit 12 carries out a monitoring of the temperature T20 measured by the temperature sensor 20 downstream of the particle filter 17, the temperature T20 being representative, on the one hand, of the combustion of the particles in the event of combustion current and on the other hand, the ease of triggering the combustion of particles when a combustion is not in progress. If the temperature T20 is not greater than a predetermined temperature threshold S2, then the control unit 12 returns to the previous step and makes new temperature measurements and an increase in the injection of the cylinder bank concerned into function of temperature measurements. If the temperature T20 is greater than the threshold S2, then it is considered that the combustion of the particles is in progress. This combustion can be self-sustaining. The control unit 12 can then reduce the fuel injection in the two banks of cylinders to similar levels. Then, the control unit 12 verifies that the regeneration has been complete by comparing the differential pressure between the upstream and downstream of the particle filter 17 to a predetermined threshold S3. If the differential pressure is not greater than the threshold S3, then the regeneration is considered complete and a return to the first normal differential pressure monitoring step is performed. On the other hand, if the differential pressure remains greater than the threshold S3, then the control unit 12 again performs the steps of measuring the temperature and increasing the quantity of fuel injected into the cylinder bank associated with the particulate filter concerned. .
Ainsi, l'unité de commande 12 est capable de commander de façon séquentielle les régénérations des deux filtres à particules en modulant les injections de carburant dans les deux bancs de cylindres, de telle sorte que le banc de cylindres dont le filtre à particules doit être régénéré voit son travail et par conséquent sa production de chaleur et la puissance fournie augmenter et que l'autre banc de cylindres voit sa puissance fournie diminuer de façon complémentaire, de telle sorte que la puissance totale fournie par le moteur est conservée, ce qui permet de préserver l'agrément d'utilisation et de conduite du véhicule pour le conducteur et les passagers. De plus, la quantité de carburant injecté dans le banc de cylindres ne faisant pas l'objet de la régénération, est réduite, d'où une économie de carburant par rapport au système prévoyant une augmentation forte et globale de la quantité de carburant injecté. En tout état de cause, l'invention permet de réduire la quantité globale de carburant injecté dans le moteur lors d'une régénération de filtre. Le mode de réalisation illustré sur la figure 1 concerne un moteur V6 à deux bancs de trois cylindres. Toutefois, l'invention s'applique bien évidemment à d'autres types de moteurs, par exemple un moteur à quatre ou six cylindres en ligne avec un groupe de deux ou respectivement trois cylindres reliés à un filtre à particules. L'augmentation de la quantité de carburant injecté dans le banc de cylindres relié au filtre à particules 17 à régénérer, peut être effectuée au moyen d'injection tardive, par exemple après le point mort haut du vilebrequin, et ce grâce au signal d'angle d'arbre à cames détecté par les capteurs 26 et envoyé à l'unité de traitement 12 qui est ainsi capable de commander l'injection de carburant au moment le plus propice. Afin de préserver une puissance fournie par le moteur relativement constante, et donc une régénération de filtre non perçue par le conducteur ou les passagers, l'unité de commande 12 est prévue pour éviter la régénération simultanée des deux filtres à particules, si nécessaire en retardant de quelques minutes la régénération de l'un des deux filtres. Thus, the control unit 12 is able to sequentially control the regenerations of the two particle filters by modulating the fuel injections in the two banks of cylinders, so that the bank of cylinders whose particle filter must be The regenerated engine will see its work and consequently its heat output and the power supplied increase, and the other bank of cylinders will have its supplied power decrease in a complementary manner, so that the total power supplied by the engine is conserved, allowing to preserve the enjoyment of use and driving of the vehicle for the driver and passengers. In addition, the amount of fuel injected into the cylinder bank not being regenerated, is reduced, resulting in a fuel economy compared to the system providing a strong and overall increase in the amount of fuel injected. In any event, the invention makes it possible to reduce the overall quantity of fuel injected into the engine during a filter regeneration. The embodiment illustrated in Figure 1 relates to a V6 engine with two banks of three cylinders. However, the invention obviously applies to other types of engines, for example a four or six cylinder in-line engine with a group of two or three cylinders respectively connected to a particulate filter. The increase of the quantity of fuel injected into the cylinder bank connected to the particulate filter 17 to be regenerated can be carried out by means of late injection, for example after the top dead center of the crankshaft, and this thanks to the signal of camshaft angle detected by the sensors 26 and sent to the processing unit 12 which is thus able to control the fuel injection at the most convenient time. In order to preserve a relatively constant motor power output, and thus a filter regeneration not perceived by the driver or the passengers, the control unit 12 is provided to prevent the simultaneous regeneration of the two particle filters, if necessary by delaying minutes of regeneration of one of the two filters.
En outre, l'invention permet de découpler les régénérations des filtres à particules, ce qui permet de régénérer chaque filtre à particules sensiblement au moment où la régénération devient nécessaire en tenant compte de la pression différentielle de chaque filtre et en évitant de régénérer les filtres à intervalles prédéterminés, ce qui risque de se traduire par des régénérations trop fréquentes provoquant une augmentation inutile de la consommation de carburant due à l'apport d'énergie nécessaire à la régénération ou encore une dégradation du rendement du moteur due à une perte de charge trop élevée dans le filtre en raison d'une régénération trop tardive, d'où, là encore, une consommation excessive et inutile de carburant. L'invention permet également de commander la régénération de chaque filtre au moment le plus adéquat, sans qu'il soit nécessaire de prévoir des conduites ou des volets supplémentaires entre les deux parties de circuit d'échappement, chacun dédié à l'un des groupes de cylindres. La structure du circuit d'échappement reste donc relativement simple, ce qui est avantageux en termes d'encombrement, de coût de fabrication et de fiabilité.20 In addition, the invention makes it possible to decouple the regenerations of the particulate filters, which makes it possible to regenerate each particulate filter substantially at the moment when the regeneration becomes necessary, taking into account the differential pressure of each filter and avoiding regenerating the filters. at predetermined intervals, which may result in too frequent regenerations causing an unnecessary increase in fuel consumption due to the energy supply necessary for the regeneration or a degradation of the engine efficiency due to a pressure drop too high in the filter due to too late regeneration, again leading to excessive and unnecessary fuel consumption. The invention also makes it possible to control the regeneration of each filter at the most appropriate moment, without it being necessary to provide additional lines or flaps between the two exhaust circuit parts, each dedicated to one of the groups. of cylinders. The structure of the exhaust circuit therefore remains relatively simple, which is advantageous in terms of size, manufacturing cost and reliability.