FR2897654A1 - Procede et dispositif de regeneration du filtre a particules d'un moteur a combustion interne. - Google Patents

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

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Xavier Gruson
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Abstract

Ce procédé de régénération du filtre à particules (1) placé sur la ligne d'échappement (1) 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), est remarquable en ce que lors de la régénération du filtre à particules (1), on réduit le débit de l'air d'admission dans le moteur (10).

Description

Procédé et dispositif de régénération du filtre à particules d'un moteur à
combustion interne.
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 ceuvre 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 pollution. 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. io 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. 3
- 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 de repousser la limite à partir de laquelle apparaissent les phénomènes non désirables ci-dessus, c'est-à-dire d'augmenter la plage d'utilisation de l'injecteur à gasole, tout en utilisant un catalyseur d'oxydation ayant un volume réduit. Suivant l'invention, on atteint ce but de l'invention au moyen d'un procédé de io régénération du filtre à particules placé sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion 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, le procédé étant caractérisé en ce que, lors de la régénération du filtre à particules, on réduit le débit de l'air 15 d'admission dans le moteur. En réduisant le débit d'air d'admission dans le moteur, on réduit également le débit massique des gaz d'échappement traversant le catalyseur d'oxydation et le filtre à particules. Par conséquent, pour une température donnée à l'entrée du catalyseur d'oxydation, le débit des gaz d'échappement est plus faible. De ce fait, 20 on réduit également la quantité d'hydrocarbures imbrûlés et donc la pollution. Le procédé selon l'invention permet ainsi d'augmenter la plage d'utilisation de l'injecteur de gasole dans l'échappement sans engendrer les effets indésirables décrits plus haut. Selon une version préférée de l'invention, on réduit de 30 à 50% le débit 25 massique de l'air d'admission lors de la phase de régénération du filtre à particules. Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif de régénération du filtre à particules placé sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, ce dispositif comprenant un injecteur adapté pour injecter du carburant 30 dans la ligne d'échappement en amont d'un catalyseur d'oxydation disposé en amont du filtre à particules et étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour réduire le débit massique de l'air d'admission dans le moteur, lors de la régénération du filtre à particules. De préférence, lesdits moyens comprennent un volet réglable placé dans la tubulure d'admission d'air du moteur et des moyens de commande pour déplacer le volet, entre une position qui est complètement ouverte lors des phases de non régénération du filtre à particules et une position partiellement fermée, lors des phases de régénération de ce filtre à particules. De préférence également, lesdits moyens de commande comprennent un actionneur qui est lui-même commandé par le calculateur de contrôle du moteur ro thermique. Avantageusement, la commande de l'ouverture du volet est asservie au régime et à la charge du moteur, lors des phases de régénération du filtre à particules. Dans le cas le plus fréquent, le volet est placé dans la tubulure qui relie la is turbine d'un turbocompresseur au collecteur d'admission du moteur. Dans une version particulière de l'invention, le dispositif comprend un premier catalyseur d'oxydation disposé près du collecteur d'échappement et un second catalyseur d'oxydation disposé près du filtre à particules. Dans une telle version, le second catalyseur d'oxydation peut avoir un 20 volume réduit de l'ordre de 1 litre et présente néanmoins une plage d'utilisation atteignant environ 2800t/min pour le régime du moteur et une pression de 12 bar pour la charge du moteur. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore tout au long de la description ci-après. 25 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 30 comportant le dispositif selon l'invention, - la figure 3 montre des courbes d'évolution de la charge du moteur et du régime du moteur.
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 5 dans la ligne io 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 capteurs de température 7, 8. La référence 9 désigne un capteur permettant de mesurer la pression 15 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 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 20 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 13 qui est reliée au collecteur d'admission 13a du moteur 10. En aval du turbocompresseur 11, la ligne d'échappement 2 comprend le 25 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. Conformément à l'invention, la tubulure 13 d'admission d'air au moteur est équipée de moyens pour réduire le débit massique de l'air d'admission dans le 30 moteur thermique, lors de la régénération du filtre à particules 1. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, ces moyens comprennent un volet réglable 14 placé dans la tubulure 13 d'admission d'air du moteur thermique 10 et des moyens de commande pour déplacer le volet 14, entre une position qui est complètement ouverte lors des phases de non régénération du filtre à particules et une position partiellement fermée, lors des phases de régénération de ce filtre à particules.
Ces moyens de commande comprennent un actionneur 15 qui est lui-même commandé par le calculateur 16 de contrôle du moteur thermique 10. La commande de l'ouverture du volet 14 est de préférence asservie au régime et à la charge du moteur thermique, lors des phases de régénération du filtre à particules, plutôt que par la charge du moteur. io Ainsi, pendant les phases de régénération du filtre à particules, le calculateur 16 peut commander une fermeture partielle du volet 14 pour réduire par exemple de 30 à 50% le débit massique de l'air d'admission. Cette réduction du débit d'air a pour conséquence une réduction du débit massique des gaz d'échappement. Cette réduction du débit des gaz ls d'échappement permet de réduire la quantité d'hydrocarbures imbrûlés à la sortie de l'échappement et donc de réduire la pollution. On peut ainsi augmenter notablement la plage d'utilisation de l'injecteur 5 pendant les phases de régénération du filtre, c'est-à-dire les zones de régime et de charge du moteur pour lesquelles il est possible d'injecter du gasole, sans 20 risque de pollution par des hydrocarbures imbrûlés. La figure 3 illustre cette amélioration. Cette figure 3 montre en ordonnées la charge C en bar du moteur et en abscisses le régime du moteur R en t/min. La courbe Cl montre la plage d'utilisation obtenue dans le cas d'un 25 catalyseur d'oxydatiion 4 ayant un volume d'environ 1 litre, la tubulure d'admission 13 étant dépourvue de volet de réduction du débit d'air. Cette courbe Cl montre que la plage d'utilisation de l'injecteur 5 est limitée à 7 bar et 2000t/min. La courbe C2 montre la plage d'utilisation obtenue dans le cas, selon 30 l'invention, d'une tubulure d'admission pourvue d'un volet 14. Cette courbe C2 montre que la plage d'utilisation s'est étendue de façon très significative jusqu'à 12 bar et 2800t/min.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1) Procédé de régénération du filtre à particules (1) placé sur la ligne d'échappement (1) 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 réduit le débit de l'air d'admission dans le moteur (10).
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réduit de 30 à 50 % le débit massique de l'air d'admission. io
3) Dispositif de régénération du filtre à particules (1) placé sur la ligne d'échappement (2) d'un moteur à combustion interne (10) comprenant un injecteur (5) adapté pour injecter du carburant 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 qu'il comprend des moyens pour réduire le 15 débit massique de l'air d'admission dans le moteur (10), lors de la régénération du filtre à particules (1).
4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un volet réglable (14) placé dans la tubulure (13) d'admission d'air du moteur (10) et des moyens de commande pour déplacer 20 le volet (14), entre une position qui est complètement ouverte lors des phases de non régénération du filtre à particules (1) et une position partiellement fermée, lors des phases de régénération de ce filtre à particules (1).
5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande comprennent un actionneur (15) qui est lui- même 25 commandé par le calculateur (16) de contrôle du moteur thermique.
6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la commande de l'ouverture du volet (14) est asservie au régime et à la charge du moteur (10), lors des phases de régénération du filtre à particules (1).
7) Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le volet (14) est placé dans la tubulure (13) qui relie la turbine (12) d'un turbocompresseur (11) au collecteur d'admission (13a) du moteur (10).
8) Dispositif selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un premier catalyseur d'oxydation (3) disposé près du collecteur d'échappement et un second catalyseur d'oxydation (4) disposé près du filtre à particules (1).
9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le second catalyseur d'oxydation (4) a un volume de l'ordre de 1 litre et présente une io plage d'utilisation atteignant environ 2800t/min pour le régime du moteur et une pression de 12 bar pour la charge du moteur (10).
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