Dispositif de post-traitement des qaz d'échappement L'invention se situe dans le domaine de la dépollution diesel et plus particulièrement dans le domaine des dispositifs de post-traitement des gaz d'échappement disposés dans un conduit d'échappement des moteurs à mélange pauvre. Contrairement à un catalyseur d'oxydation traditionnel, les systèmes de post-traitement des gaz d'échappement disposés dans une ligne ou un conduit d'échappement des moteurs à mélange pauvre fonctionnent de manière discontinue ou alternative, c'est à dire qu'en fonctionnement normal io ils piègent les polluants mais ne les traitent que lors des phases de régénération. Ainsi pour être régénérés, ces pièges nécessitent des modes de combustion spécifiques afin de garantir les niveaux de thermique et/ou de richesse nécessaire. Afin de répondre aux futures réglementations européennes (Euro V), 15 les moteurs diesel doivent être mis au point de façon à produire le moins possible d'émissions polluantes à l'échappement, le reste devant être converti par des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement. Les moteurs Diesel, par leur fonctionnement spécifique, émettent dans leurs gaz d'échappement des suies que l'on nomme également particules. 20 Afin de limiter les émissions de ces particules dans l'atmosphère, un filtre à particules est implanté dans la ligne d'échappement, en aval des chambres de combustion du moteur, permettant de retenir les particules qui s'accumulent en son sein au fur et à mesure de l'utilisation du moteur. Les moteurs à combustion interne émettent également des réducteurs 25 par exemple des hydrocarbures, ou du monoxyde de carbone, qui en présence d'oxygène, de matériaux catalytiques, par exemple le platine, et à température élevée, s'oxydent. Afin de diminuer ces émissions polluantes, on dispose également dans la ligne d'échappement, soit un catalyseur d'oxydation en amont du 30 filtre à particules, soit directement un matériau catalytique au sein du filtre. The invention is in the field of diesel depollution and more particularly in the field of aftertreatment devices for exhaust gases arranged in an exhaust pipe of the mixing engines. poor. In contrast to a conventional oxidation catalyst, exhaust aftertreatment systems arranged in an exhaust line or exhaust duct of lean-burn engines operate discontinuously or alternatively, that is to say that normal operation they trap pollutants but only treat them during regeneration phases. Thus to be regenerated, these traps require specific modes of combustion to ensure the levels of thermal and / or wealth required. In order to meet future European regulations (Euro V), diesel engines must be developed in order to produce the least amount of exhaust emissions, the remainder to be converted by post-treatment systems. exhaust gas. Diesel engines, by their specific operation, emit soot in their exhaust gases that are also called particles. In order to limit the emissions of these particles into the atmosphere, a particulate filter is implanted in the exhaust line, downstream of the combustion chambers of the engine, making it possible to retain the particles which accumulate within it as a result. and as the engine is used. Internal combustion engines also emit reducing agents, for example hydrocarbons, or carbon monoxide, which in the presence of oxygen, catalytic materials, for example platinum, and at high temperature, oxidize. In order to reduce these pollutant emissions, there is also in the exhaust line, either an oxidation catalyst upstream of the particulate filter, or directly a catalytic material within the filter.
Un des problèmes de ces dispositifs est que l'accumulation de particules finit par boucher le filtre, créant une forte contre pression à l'échappement du moteur, c'est à dire que les gaz ont du mal à s'échapper du moteur, ce qui diminue considérablement ses performances. One of the problems with these devices is that the accumulation of particles eventually clogs the filter, creating a strong counterpressure to the exhaust of the engine, that is to say that the gases have difficulty escaping from the engine; which significantly decreases its performance.
Afin de recouvrer les performances du moteur, il est possible de brûler les particules contenues dans le filtre à particules. Cette procédure est une régénération du filtre à particules. L'initialisation et le maintien de cette combustion des particules dans le filtre s'obtiennent par élévation de la température interne du filtre à particules. io Actuellement il existe plusieurs stratégies pour augmenter la température des gaz d'échappement en entrée du filtre à particules. Une solution proposée, notamment par le brevet JP 2005 214 141, pour effectuer la régénération, consiste à utiliser un injecteur de gazole directement sur l'échappement. Lors de la régénération, cet injecteur injecte 15 du gazole dans la ligne d'échappement. Le gazole réagit dans le catalyseur d'oxydation et produit de la chaleur. Cette chaleur permet d'atteindre la température voulue en entrée du filtre à particules (TEFAP) de l'ordre de 650°C nécessaire à la combustion des particules dans le filtre à particules. Lors de l'injection par l'injecteur à l'échappement, le carburant s'évapore et 20 est entraîné par les gaz d'échappement vers le catalyseur d'oxydation tout en se mélangeant à ces derniers. L'inconvénient dans ce type de dispositif est que la distance entre la zone de vaporisation du film de gazole à la surface du tube d'échappement et l'entrée du catalyseur est insuffisante pour avoir un mélange homogène en 25 entrée du catalyseur. Une autre solution proposée repose sur la modification de la forme du tube d'échappement du côté où le carburant injecté s'évapore. Ceci entraîne un décollement du nuage de la surface du tube. Le décollement du nuage, dont la richesse est élevée, favorise son mélange avec le reste des gaz 30 d'échappement. In order to recover the engine performance, it is possible to burn the particles contained in the particulate filter. This procedure is a regeneration of the particulate filter. The initialization and maintenance of this combustion of the particles in the filter is obtained by raising the internal temperature of the particulate filter. At present, there are several strategies for increasing the temperature of the exhaust gas at the inlet of the particulate filter. A proposed solution, in particular by patent JP 2005 214 141, to perform the regeneration, is to use a diesel injector directly on the exhaust. During regeneration, this injector injects diesel into the exhaust line. The gas oil reacts in the oxidation catalyst and produces heat. This heat makes it possible to reach the desired temperature at the inlet of the particle filter (TEFAP) of the order of 650 ° C. necessary for the combustion of the particles in the particulate filter. Upon injection by the exhaust nozzle, the fuel evaporates and is driven by the exhaust gas to the oxidation catalyst while mixing with the oxidation catalyst. The disadvantage in this type of device is that the distance between the vaporization zone of the diesel fuel film at the surface of the exhaust pipe and the catalyst inlet is insufficient to have a homogeneous catalyst inlet mixture. Another proposed solution is based on the modification of the shape of the exhaust tube on the side where the injected fuel evaporates. This causes the cloud to separate from the surface of the tube. The detachment of the cloud, whose richness is high, favors its mixing with the rest of the exhaust gases.
L'inconvénient d'un tel système est qu'il tend à gêner le passage des gaz d'échappement et donc à augmenter la contre pression à l'échappement, ce qui tend à dégrader le rendement du moteur. Une autre solution consiste à injecter des réducteurs au niveau d'un coude dans la ligne d'échappement afin que le carburant soit injecté parallèlement aux gaz d'échappement. Cependant, cette méthode ne permet pas de réaliser un mélange correct des espèces réductrices avec les gaz d'échappement, ce qui entraîne une combustion inhomogène dans le catalyseur d'oxydation. io Afin de pallier ces inconvénients, la présente invention a pour objet un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement permettant de réduire le risque de fatigue prématurée et de détérioration du revêtement catalytique du catalyseur d'oxydation. Dans ce but, l'invention propose un dispositif de post-traitement des 15 gaz d'échappement disposé dans un conduit d'échappement comportant des moyens d'oxydation, un filtre à particules et des moyens de contrôle de la pression du filtre à particules caractérisé en ce qu'il comporte un injecteur de carburant supplémentaire disposé pour l'injection de carburant dans une pré-chambre de manière à améliorer l'homogénéité du mélange gaz 20 d'échappement-carburant en entrée des moyens d'oxydation, la pré-chambre étant formée dans le conduit d'échappement en amont des moyens d'oxydation et étant délimitée par une plaque d'impact disposée dans la continuité du conduit d'échappement et chauffée par le flux chaud des gaz d'échappement. 25 Un tel dispositif permet d'améliorer l'uniformité de la distribution de la richesse en entrée du catalyseur en améliorant l'homogénéité de la fraction massique de carburant en entrée du catalyseur d'oxydation. En effet, plus le mélange sera homogène, plus l'exothermicité dans le catalyseur d'oxydation sera homogène, plus les températures gaz en entrée filtre à particules le 30 seront aussi, ce qui améliore la régénération du filtre à particules. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - l'injecteur supplémentaire de carburant peut vaporiser du carburant sur la plaque d'impact chaude pour le mélanger aux gaz d'échappement chauds, le mélange gaz d'échappement-carburant ainsi formé étant apte à se propager dans une couronne annulaire formée sur le contour du conduit d'échappement. - la plaque d'impact a une face orientée vers les gaz d'échappement chauds vers l'intérieur du conduit d'échappement, qui peut être lisse, - la plaque d'impact a une face orientée vers l'intérieur du conduit io d'échappement qui peut comporter des ailettes de manière à augmenter la température de sa paroi, - la couronne annulaire peut comporter des ouvertures calibrées permettant l'introduction du mélange gaz d'échappement-carburant dans le conduit d'échappement, 15 - les ouvertures proches de l'injecteur supplémentaire peuvent avoir une section sensiblement inférieure à celles des ouvertures disposées à l'opposée de l'injecteur supplémentaire. The disadvantage of such a system is that it tends to hinder the passage of the exhaust gas and thus increase the exhaust pressure against, which tends to degrade the efficiency of the engine. Another solution is to inject gearboxes at a bend in the exhaust line so that the fuel is injected parallel to the exhaust gas. However, this method does not make it possible to achieve a correct mixture of reducing species with the exhaust gas, which leads to inhomogeneous combustion in the oxidation catalyst. In order to overcome these drawbacks, the subject of the present invention is an aftertreatment device for exhaust gases making it possible to reduce the risk of premature fatigue and deterioration of the catalytic coating of the oxidation catalyst. For this purpose, the invention proposes an exhaust gas after-treatment device disposed in an exhaust duct comprising oxidation means, a particulate filter and means for controlling the pressure of the particulate filter. characterized in that it comprises an additional fuel injector arranged for injecting fuel into a pre-chamber so as to improve the homogeneity of the fuel-exhaust gas mixture at the inlet of the oxidation means, the pre-chamber -chambre being formed in the exhaust duct upstream of the oxidation means and being delimited by an impact plate disposed in the continuity of the exhaust duct and heated by the hot flow of the exhaust gas. Such a device makes it possible to improve the uniformity of the distribution of the input richness of the catalyst by improving the homogeneity of the input fuel mass fraction of the oxidation catalyst. In fact, the more homogeneous the mixture, the more the exothermicity in the oxidation catalyst will be homogeneous, the more the particle filter inlet gas temperatures will also be, which improves the regeneration of the particulate filter. According to other features of the invention: the additional fuel injector can vaporize fuel on the hot impact plate to mix it with the hot exhaust gases, the exhaust-fuel mixture thus formed being suitable to propagate in an annular ring formed on the contour of the exhaust duct. the impact plate has a face oriented towards the hot exhaust gases towards the inside of the exhaust duct, which may be smooth, the impact plate has an inward facing face of the duct exhaust which may comprise fins so as to increase the temperature of its wall, - the annular ring may comprise calibrated openings allowing the introduction of the exhaust gas-fuel mixture in the exhaust duct, 15 - the openings close the additional injector may have a section substantially smaller than those of the openings disposed opposite the additional injector.
L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus 20 clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs dans lesquels : - La figure 1 est une vue d'ensemble schématique du dispositif selon l'invention; - La figure 2 est une coupe de profil de la zone A de la figure 1 ; 25 - La figure 3 est une coupe transversale de la zone A de la figure 1 ; - La figure 4 est une représentation schématique d'une variante de la plaque de l'invention. The invention, with its features and advantages, will emerge more clearly from a reading of the description given with reference to the appended drawings given as non-limiting examples in which: FIG. 1 is a schematic overall view of the device according to the invention; FIG. 2 is a profile section of area A of FIG. 1; Figure 3 is a cross section of area A of Figure 1; - Figure 4 is a schematic representation of a variant of the plate of the invention.
L'invention va à présent être décrite en référence aux figures 1 à 4. A la figure 1, on a représenté un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement disposé sur un conduit ou une ligne d'échappement 10, en 30 aval d'un moteur à combustion par exemple à quatre cylindres muni d'un système d'injection 8. Le conduit 10 d'échappement comporte des moyens 13 d'oxydation. Ces moyens 13 d'oxydation sont formés par un catalyseur, en aval duquel se trouve un filtre à particules 12. Un injecteur 5 de carburant supplémentaire relié à une pompe 11 chargée de son alimentation en carburant, est positionné en amont du catalyseur 13. Un boîtier 9 électronique embarquée contrôle le dispositif et permet de io déterminer la nécessité de régénérer le filtre à particules 12 au moyen d'une mesure de pression différentielle. Cette mesure de pression différentielle est mesurée aux bornes du filtre 12 à l'aide par exemple d'un capteur de pression différentielle 121, et permet de modifier le mode d'injection 81 de carburant, en favorisant l'injection cylindre et/ou l'injection à l'échappement. 15 Le dispositif comporte également deux capteurs 132, 132' de température positionnés en entrée 132 du filtre 12 à particules et en amont 132' du catalyseur 13 et reliés 131, 131' au boîtier 9 électronique pour réguler la température du catalyseur 13. L'injecteur 5 d'échappement supplémentaire est disposé de façon à 20 injecter le carburant dans une pré-chambre 1 illustrée sur les figures 2 et 3. Cette pré-chambre 1 est formée dans le conduit 10 d'échappement en amont des moyens 13 d'oxydation et est délimitée par une plaque 7 d'impact. La plaque 7 d'impact est disposée dans la continuité du conduit 10 d'échappement et est chauffée par le flux 4 de gaz chauds d'échappement. 25 La pré-chambre 1 délimitée par la plaque 7 forme ainsi un espace dans lequel débouche l'injecteur 5 supplémentaire d'échappement. De cette façon l'injecteur 5 supplémentaire d'échappement permet la vaporisation 3 du carburant sur la plaque 7 d'impact chaude qui va se mélanger aux gaz d'échappement 4 chauds et se propager dans une couronne 2 annulaire 30 formée sur le contour du conduit 10 d'échappement par un élargissement de son diamètre. The invention will now be described with reference to FIGS. 1 to 4. FIG. 1 shows an exhaust gas after-treatment device disposed on a duct or an exhaust line 10 downstream. a combustion engine for example four-cylinder provided with an injection system 8. The exhaust pipe 10 comprises means 13 for oxidation. These oxidation means 13 are formed by a catalyst, downstream of which is a particulate filter 12. An additional fuel injector 5 connected to a pump 11 charged with its fuel supply, is positioned upstream of the catalyst 13. The on-board electronics box 9 controls the device and allows the need to regenerate the particulate filter 12 by means of a differential pressure measurement. This differential pressure measurement is measured across the filter 12 using, for example, a differential pressure sensor 121, and makes it possible to modify the fuel injection mode 81, by favoring the cylinder injection and / or the exhaust injection. The device also comprises two temperature sensors 132, 132 'positioned at the inlet 132 of the particle filter 12 and upstream 132' of the catalyst 13 and connected 131, 131 'to the electronic housing 9 to regulate the temperature of the catalyst 13. An additional exhaust injector 5 is arranged to inject the fuel into a pre-chamber 1 illustrated in FIGS. 2 and 3. This pre-chamber 1 is formed in the exhaust duct 10 upstream of the means 13. oxidation and is delimited by a plate 7 impact. The impact plate 7 is disposed in the continuity of the exhaust duct 10 and is heated by the flow 4 of hot exhaust gas. The pre-chamber 1 delimited by the plate 7 thus forms a space into which the additional exhaust injector 5 opens. In this way the additional exhaust injector 5 allows the vaporisation 3 of the fuel on the hot impact plate 7 which will mix with the hot exhaust gases 4 and propagate in an annular ring 2 formed on the contour of the exhaust duct 10 by enlarging its diameter.
La couronne 2 annulaire comporte des ouvertures 15, 16 calibrées permettant l'injection du mélange 6 gaz d'échappement-carburant dans le conduit 10 d'échappement. Les ouvertures 15, de cette couronne 2 annulaire, situées proche de l'injecteur 5 supplémentaire ont une section sensiblement inférieure à celle des ouvertures 16 disposées à l'opposée de l'injecteur 5 supplémentaire. Dans une première variante illustrée sur les figures 2 et 3, la face de la plaque 7 d'impact a une face orientée vers l'intérieur du conduit d'échappement 10, orientée vers les gaz 4 chauds, qui est lisse. io Dans une autre variante la plaque 7 d'impact comporte des ailettes 71 sur sa face en contact avec les gaz d'échappement 4 chauds, orientée vers l'intérieur du conduit d'échappement 10, permettant d'augmenter la température de sa paroi. Ce dispositif permet ainsi plusieurs améliorations de is l'homogénéisation du mélange. Le jet de carburant 3 vient se vaporiser sur la paroi 7 chaude du conduit 10 puis se mélange avec les gaz 4 chauds entrant dans la pré-chambre 1. De cette façon les fractions liquides ne sont pas directement injectées dans le conduit 10 d'échappement évitant ainsi de fortes 20 concentrations d'hydrocarbures en entrée catalyseur 13. Dans un second temps, le mélange gaz d'échappement-carburant 6 ainsi formé se réparti radialement via la couronne 2 de mélange par des ouvertures 15, 16 calibrées pour permettre d'introduire de façon homogène le mélange sur toute la périphérie du conduit 10. Les ouvertures 15 situées 25 proche de l'injecteur supplémentaire ayant une section sensiblement inférieure à celle des ouvertures 16 disposées à l'opposé de l'injecteur supplémentaire 5. Ce mélange 6 gaz d'échappement-carburant homogène assure une combustion correctement répartie sur l'ensemble de la section du catalyseur 30 13 d'oxydation. Cela permet d'éviter la propagation d'une zone de forte richesse en réducteurs le long de la paroi, ce qui réduit d'une façon importante le risque de fatigue prématurée ou de détérioration du revêtement catalytique dû à une combustion des réducteurs trop forte au niveau des zones de forte richesse. Par ailleurs, on régénère plus efficacement le filtre 12 à particules qui est arrosé de façon homogène thermiquement : il n'y a plus de zone trop froide qui ne permettrait pas la régénération, ni de zone trop chaude qui conduirait à un emballement de la combustion des suies. Un tel dispositif de post-traitement des gaz d'échappement permet de réduire le risque de fatigue prématuré ou de détérioration du revêtement catalytique du catalyseur d'oxydation. Le mélange gaz d'échappement- Io carburant est homogène en entrée du catalyseur d'oxydation, ce qui augmente les températures en entrée filtre à particules. The annular ring 2 comprises calibrated openings 15, 16 allowing the injection 6 of the exhaust-fuel mixture to be injected into the exhaust pipe. The openings 15 of this annular ring 2 located near the additional injector 5 have a section substantially smaller than that of the openings 16 disposed opposite the additional injector 5. In a first variant illustrated in Figures 2 and 3, the face of the impact plate 7 has an inward facing face of the exhaust duct 10, facing the hot gas 4, which is smooth. In another variant, the impact plate 7 has fins 71 on its face in contact with the hot exhaust gas 4, oriented towards the inside of the exhaust duct 10, making it possible to increase the temperature of its wall. . This device thus makes several improvements in the homogenization of the mixture. The fuel jet 3 is vaporized on the hot wall 7 of the duct 10 and then mixes with the hot gases 4 entering the pre-chamber 1. In this way the liquid fractions are not directly injected into the exhaust duct 10 thus avoiding high hydrocarbon concentrations at the catalyst inlet 13. In a second step, the exhaust-fuel mixture 6 thus formed is distributed radially via the mixing crown 2 through openings 15, 16 calibrated to allow homogeneously introduce the mixture over the entire periphery of the conduit 10. The openings 15 located near the additional injector having a section substantially smaller than that of the openings 16 disposed opposite the additional injector 5. This mixture 6 Homogeneous fuel-exhaust gas ensures a properly distributed combustion over the entire section of the oxidation catalyst 13. This makes it possible to avoid the propagation of an area of high reductant richness along the wall, which significantly reduces the risk of premature fatigue or deterioration of the catalytic coating due to a too strong combustion of the reducers. level of areas of high wealth. Moreover, the particulate filter 12 is regenerated more efficiently and is watered in a thermally homogeneous manner: there is no longer too cold a zone that would not allow regeneration, nor an area that is too hot that would lead to a runaway of combustion. soot. Such an aftertreatment device of the exhaust gas makes it possible to reduce the risk of premature fatigue or deterioration of the catalytic coating of the oxidation catalyst. The exhaust gas-fuel mixture is homogeneous at the inlet of the oxidation catalyst, which increases the particulate filter inlet temperatures.