FR2897640A1 - Procede et dispositif de regeneration du filtre a particules d'un moteur a combustion interne du type diesel - Google Patents

Procede et dispositif de regeneration du filtre a particules d'un moteur a combustion interne du type diesel Download PDF

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Abstract

Selon ce procédé de régénération du filtre à particules (1) placé sur la ligne d'échappement (2) d'un moteur à combustion interne (10), lors de la régénération du filtre à particules (1), on injecte du carburant dans la ligne d'échappement (2) seulement lorsque le moteur (10) se trouve dans une plage de fonctionnement (P1) limitée par des valeurs maximales de charge et de régime, on règle alors la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation (4) à une valeur inférieure à la température nécessaire à la régénération du filtre à particules (1 ) et on injecte du carburant dans la ligne d'échappement (2) pour que la combustion de ce carburant dans le catalyseur d'oxydation (4) augmente la température du filtre à particules (1) jusqu'à ladite température nécessaire à la régénération du filtre, et, lorsque le moteur (10) se trouve en dehors de ladite plage de fonctionnement, on règle la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation (4) à une valeur supérieure ou égale à ladite température nécessaire à la régénération du filtre (1).

Description

Procédé et dispositif de régénération du filtre à particules d'un moteur à
combustion interne du type diesel.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de régénération du filtre à particules placé sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne du type diesel. En raison des normes de dépollution de plus en plus exigeantes, les filtres à particules se généralisent sur les véhicules automobiles. Ces filtres à particules permettent de filtrer les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne et retiennent les particules nocives. Il est nécessaire de régénérer ces filtres à particules à intervalle régulier afin d'éviter qu'ils se colmatent et empêchent un fonctionnement correct du moteur. io Une solution connue pour effectuer la régénération décrite notamment dans l'US 2004/204818 Al consiste à disposer un injecteur de gasole directement sur la ligne d'échappement. Lors de la régénération cet injecteur injecte du gasole dans la ligne d'échappement. Le gasole réagit dans un catalyseur d'oxydation et produit de la chaleur. Cette chaleur permet de chauffer le filtre à particules à une 15 température de l'ordre de 650 C permettant la combustion des particules retenues dans le filtre. Dans le dispositif décrit dans ce document le catalyseur d'oxydation est disposé en amont du filtre à particules et l'injecteur de gasole est placé en amont du catalyseur d'oxydation. 20 Le processus de régénération du filtre à particules, c'est-à-dire l'injection de gasole dans la ligne d'échappement, est déclenché lorsque la perte de charge provoquée par la présence des particules dans le filtre atteint un certain seuil. Cette perte de charge est mesurée au moyen de capteurs de pression placés en amont et en aval du filtre à particules. 25 Dans la réalisation décrite dans la demande de brevet FR0453187 du 23 décembre 2004, le dispositif de dépollution comprend deux catalyseurs d'oxydation, le premier étant situé près du moteur à combustion interne et le second près du filtre à particules.
La mise en oeuvre pratique de cette solution se heurte cependant à des contraintes liées au volume disponible dans le véhicule. En outre, les véhicules ne sont pas toujours prédisposés à recevoir des systèmes volumineux de post-traitement des gaz d'échappement parce que leur conception est relativement ancienne par rapport à la date d'entrée en vigueur de la norme de dépollution. Généralement, le premier catalyseur d'oxydation est implanté dans le compartiment moteur immédiatement en aval du turbocompresseur. Le second catalyseur d'oxydation et le filtre à particules sont implantés sous le plancher du véhicule car il ne reste pas suffisamment de place dans le compartiment moteur. w La place disponible sous le plancher pour recevoir ce catalyseur et le filtre est aussi limitée. Par ailleurs, on sait que la durée de vie du filtre à particules est liée à la consommation d'huile du moteur. Pour assurer une durée de vie proche de la durée de vie du véhicule, un volume de l'ordre de 3 litres est requis pour le filtre à 15 particules. Sachant que le volume disponible sous plancher pour un véhicule du type urbain n'excède guère 4 litres, le volume disponible pour le second catalyseur d'oxydation est seulement d'un litre. Ce volume pour le second catalyseur d'oxydation est insuffisant pour pouvoir utiliser l'injecteur de gasole dans l'échappement sur toute la plage de 20 fonctionnement du moteur. Au-delà de certaines limites décrites ci-après, le catalyseur n'est plus en mesure de traiter le gasole injecté par l'injecteur. Cela se traduit par les phénomènes non désirables suivants : II n'est plus possible de maintenir la température de 650 C dans le filtre. Si la température devient inférieure à 580 C, il n'est plus possible de maintenir la 25 régénération. La quantité d'hydrocarbures imbrûlés à l'entrée du filtre augmente considérablement. Si le filtre à particules est à une température supérieure à 620 C, cet apport massif d'hydrocarbures peut entraîner l'emballement de la régénération des suies présentes et éventuellement la destruction du filtre en 30 raison de contraintes thermomécaniques trop importantes.
Si le filtre est relativement froid, les hydrocarbures imbrûlés ne sont pas traités par le filtre et se retrouvent directement à l'échappement en générant des mauvaises odeurs, des fumées blanches et de la pollution. Le but de la présente invention est de proposer un procédé de régénération du filtre à particules permettant d'éviter les phénomènes indésirables ci-dessus et d'assurer la régénération du filtre sur l'ensemble de la plage de fonctionnement du moteur à combustion interne. Suivant l'invention, on atteint ce but au moyen d'un procédé de régénération du filtre à particules placé sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion io interne, dans lequel, pendant la régénération du filtre à particules, du carburant est injecté dans la ligne d'échappement en amont d'un catalyseur d'oxydation disposé en amont du filtre à particules. Ce procédé est caractérisé en ce que lors de la régénération du filtre à particules, on injecte du carburant dans la ligne d'échappement seulement lorsque le moteur se trouve dans une plage de 15 fonctionnement limitée par des valeurs maximales de charge et de régime, en ce que dans ce cas, on règle la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation à une valeur inférieure à la température nécessaire à la régénération du filtre à particules, et on injecte du carburant dans la ligne d'échappement pour que la combustion de ce carburant dans le catalyseur 20 d'oxydation augmente la température du filtre à particules jusqu'à ladite température nécessaire à la régénération du filtre, et en ce que lorsque le moteur se trouve en dehors de ladite plage de fonctionnement, on règle la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation à une valeur supérieure ou égale, de préférence sensiblement égale, à de ladite température 25 nécessaire à la régénération du filtre. Selon une version préférée du procédé, lorsque le moteur se trouve dans ladite plage de fonctionnement, on règle la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur à une valeur comprise entre 250 et 550 C et on injecte du carburant dans la ligne d'échappement pour porter le filtre à particules à une 30 température d'environ 650 C et lorsque le moteur se trouve en dehors de ladite plage de fonctionnement, on règle la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur à une température de l'ordre de 650 C.
Habituellement, ladite plage de fonctionnement du moteur est limitée à une charge maximale d'environ 7 bar et à un régime maximal d'environ 2000 t/min. De préférence, la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'échappement est réglée en modifiant le point d'injection et le débit de l'injection. Cette modification peut être effectuée selon des méthodes bien connues de l'homme de l'art. Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de régénération du filtre à particules selon l'invention. Ce io dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de température placé dans la ligne d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation coopérant avec le calculateur de contrôle du fonctionnement du moteur à combustion interne pour régler la température des gaz d'échappement du moteur à l'entrée du catalyseur d'oxydation. is De préférence, le calculateur est adapté pour commander une modification du réglage du système d'injection du moteur afin de diminuer ou augmenter la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore tout au long de la description ci-après. 20 Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples, non limitatifs : la figure 1 est un schéma général d'un dispositif connu de régénération d'un filtre à particules, la figure 2 est un schéma général du système d'admission et d'échappement d'un moteur thermique diesel turbocompressé 25 comportant le dispositif selon l'invention, la figure 3 montre une courbe d'évolution de la charge du moteur et du régime du moteur, la figure 4 est un graphique montrant les deux plages de fonctionnement du moteur. 30 La figure 1 illustre schématiquement un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique de type diesel, tel que décrit dans la demande de brevet français FR0453187 du 23 décembre 2004.
Ce dispositif comprend un filtre à particules 1 disposé sur la ligne d'échappement 2 du moteur thermique, sur laquelle sont placés, un premier catalyseur d'oxydation 3 situé près du moteur et un second catalyseur d'oxydation 4 situé juste en amont du filtre à particules 1.
En amont du second catalyseur d'oxydation 4, est placé un injecteur de gasole 5 relié à une pompe 6 qui permet d'injecter du gasole dans la ligne d'échappement 2 dont la combustion permet d'élever la température du catalyseur d'oxydation 4 pendant les phases de régénération du filtre à particules 1. En amont du catalyseur 4 et entre celui-ci et le filtre 1 sont disposés des io capteurs de température 7, 8. La référence 9 désigne un capteur permettant de mesurer la pression différentielle entre l'entrée du catalyseur 4 et la sortie du filtre 1. La régénération du filtre 1 est déclenchée lorsque la pression différentielle mesurée par le capteur 9 atteint un certain seuil. Dans ce cas, du gasole est 15 injecté par l'injecteur 5 dans la ligne d'échappement. La combustion du gasole élève la température du catalyseur jusqu'à environ 650 C ce qui permet de brûler les particules de suie présentes dans le filtre 1. La figure 2 représente un moteur diesel 10 comprenant un turbocompresseur 11 dont le compresseur 12 permet de comprimer l'air dans la tubulure d'admission 20 13 qui est reliée au collecteur d'admission 13a du moteur 10. En aval du turbocompresseur 11, la ligne d'échappement 2 comprend le dispositif représenté sur la figure 1, à savoir successivement un premier catalyseur d'oxydation 3, un injecteur de gasole 5, un second catalyseur d'oxydation 4 et le filtre à particules 1. Un capteur de température 7 est disposé 25 près de l'entrée du catalyseur d'oxydation 4. La figure 3 rnontre une courbe Cl limitant deux plages P1 et P2 de fonctionnement du moteur à combustion interne 10. Les ordonnées montrent la charge C en bar du moteur et les abscisses le régime du moteur en t/min. La plage de fonctionnement P1 est limitée par des valeurs maximales de charge et 30 de régime, c'est-à-dire par un ensemble de couples charge-régime définissant pour une charge (ou pour un couple) déterminée, une valeur maximale de couple (ou de charge, respectivement) Dans la plage P1 la charge C est notamment toujours inférieure à 7 bar et le régime du moteur est inférieur à 2000 t/min. Lors de la régénération du filtre à particules 1, il est possible d'injecter du gasole dans la ligne d'échappement 2, tant que le fonctionnement du moteur 10 se trouve dans la plage P1. Lorsque le fonctionnement du moteur 10 se trouve dans la plage P2, notamment sous une charge supérieure à 7 bar et/ou avec un régime supérieur à 2000 t/min, l'injection de gasole dans la ligne d'échappement 2 engendre les phénomènes indésirables décrits dans l'introduction de la présente description. io Pour éviter ces phénomènes indésirables, le procédé selon la présente invention consiste à injecter du gasole dans la ligne d'échappement 2 seulement lorsque le fonctionnement du moteur 10 se trouve dans la plage inférieure P1. De plus, dans ce cas, on règle la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation 4 à une valeur inférieure à 650 C, c'est-à-dire 15 celle qui est nécessaire pour la régénération du filtre à particules 1. De façon typique, dans la plage P1, on règle la température des gaz à l'entrée du catalyseur 4 à des valeurs comprises entre 250 et 550 C suivant la charge et le régime du moteur 10. On injecte alors du gasole dans la ligne d'échappement 2 pour que la 20 combustion de ce gasole dans le catalyseur 4 augmente la température du filtre à particules 1 jusqu'à 650 C, c'est-à-dire la température nécessaire à la régénération du filtre. Lorsque le fonctionnement du moteur 10 se trouve dans la plage supérieure P2 (notamment charge supérieure à 7 bar et/ou régime supérieur à 2000 t/min), 25 on arrête l'injection de gasole dans la ligne d'échappement 2. On règle alors la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation 4 à la température de 650 C nécessaire pour régénérer le filtre à particules 1. Dans la phase de transition entre les plages de fonctionnement P1 et P2, on règle progressivement la température des gaz à l'entrée du catalyseur d'oxydation 30 entre une valeur de consigne comprise entre 250 et 550 C et une valeur de consigne égale à 650 C.
Le graphique de la figure 4 fait apparaître les deux plages de fonctionnement du moteur et les plages de température de consigne augmentant progressivement entre 0 et 700 C. Le dispositif pour mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus comprend (voir figure 2) un capteur de température 7 placé à l'entrée du catalyseur d'oxydation 4 coopérant avec le calculateur 14 de contrôle du fonctionnement du moteur 10. Ainsi, suivant la température mesurée par le capteur 7, le calculateur 14 est programmé pour commander une modification du système d'injection du moteur io 10 afin de diminuer ou augmenter la température du gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation 4. Cette modification du système d'injection a pour effet de dégrader le rendement du moteur et peut consister, d'une manière en elle-même connue de l'homme du métier, à dérégler le point d'injection principale, à ajouter une post- 15 injection rapprochée et une post-injection éloignée. Dans la plage inférieure P1, le réglage de la température des gaz à l'entrée du catalyseur 4 à une valeur comprise entre 250 et 550 C peut ainsi être réalisé en commandant un retard de l'injection principale, une augmentation du débit de post-injection rapprochée et une augmentation du débit de post-injection éloignée.
20 De même, dans la plage supérieure P2, le réglage de la température du gaz à l'entrée du catalyseur 4 à la valeur de 650 C peut être réalisé en commandant un retard de l'injection principale, une augmentation du débit de post-injection rapprochée et une augmentation du débit de post-injection éloignée. Les dispositions ou mesures décrites ci-dessus permettent d'assurer une 25 régénération optimale du filtre à particules sur l'ensemble de la plage de fonctionnement du rnoteur à combustion interne.

Claims (7)

REVENDICATIONS
1) Procédé de régénération du filtre à particules (1) placé sur la ligne d'échappement (2) d'un moteur à combustion interne (10), dans lequel, pendant la régénération du filtre à particules (1), du carburant est injecté dans la ligne d'échappement (2) en amont d'un catalyseur d'oxydation (4) disposé en amont du filtre à particules (1), caractérisé en ce que, lors de la régénération du filtre à particules (1), on injecte du carburant dans la ligne d'échappement (2) seulement lorsque le moteur (10) se trouve dans une plage de fonctionnement (P1) limitée par des valeurs maximales de charge et de régime, en ce que, dans ce cas, on règle la température des gaz io d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation (4) à une valeur inférieure à la température nécessaire à la régénération du filtre à particules (1) et on injecte du carburant dans la ligne d'échappement (2) pour que la combustion de ce carburant dans le catalyseur d'oxydation (4) augmente la température du filtre à particules (1) jusqu'à ladite température nécessaire à la régénération du 15 filtre, et en ce que, lorsque le moteur (10) se trouve en dehors de ladite plage de fonctionnement, on règle la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation (4) à une valeur supérieure ou égale à ladite température nécessaire à la régénération du filtre (1).
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque le 20 moteur (10) se trouve dans ladite plage de fonctionnement (P1), on règle la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur (4) à une valeur comprise entre 250 et 550 C et on injecte du carburant dans la ligne d'échappement (2) pour porter le filtre à particules (1) à une température d'environ 650 C. 25
3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lorsque le moteur (10) se trouve en dehors de ladite plage de fonctionnement (P1), on règle la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur (4) à une température de l'ordre de 650 C.
4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite plage de fonctionnement (P1) est limitée à une charge maximale d'environ 7 bar et à un régime maximal du moteur d'environ 2000 t/min (10).
5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'échappement (4) est réglée en modifiant le point d'injection et le débit de l'injection.
6) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de régénération du filtre à particules (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de température (7) placé dans la ligne d'échappement io (2) à l'entrée du catalyseur d'oxydation (4) coopérant avec le calculateur (14) de contrôle du fonctionnement du moteur à combustion interne (10) pour régler la température des gaz d'échappement du moteur à l'entrée du catalyseur d'oxydation (4).
7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le 15 calculateur (14) est adapté pour commander une modification du réglage du système d'injection du moteur afin de diminuer ou augmenter la température des gaz d'échappement à l'entrée du catalyseur d'oxydation (4).
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