FR2920823A1 - Procede de decrassage d'un echangeur thermique d'un circuit de recirculation de gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne - Google Patents

Procede de decrassage d'un echangeur thermique d'un circuit de recirculation de gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne Download PDF

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Abstract

Dans un groupe de motorisation comportant un circuit de recirculation (7) des gaz d'échappement vers l'admission, le circuit de recirculation étant pourvu d'un échangeur thermique(72), et une ligne d'échappement (5) comportant un filtre à particules (52), on procède à un décrassage de l'échangeur par une augmentation de température momentanée, obtenue lors des périodes de régénération du filtre à particules en faisant fonctionner le moteur selon un mode de fonctionnement à rendement dégradé ne conduisant pas à une présence sensible de carburant dans les gaz d'échappement en sortie moteur et on injecte du carburant nécessaire à la régénération en amont du filtre à particules et en aval du raccordement du dit circuit de recirculation sur la ligne d'échappement. L'augmentation de température requise pour le décrassage de l'échangeur est obtenue lors d'au moins certaines des périodes de régénération du filtre à particules par l'augmentation de température des gaz d'échappements recirculés qui résulte du dit mode de fonctionnement dégradé.

Description

1 Procédé de décrassage d'un échangeur thermique d'un circuit de recirculation de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne.
La présente invention concerne les moteurs à combustion interne, essence ou Diesel, à injection directe ou indirecte de carburant. Dans le but de répondre à des normes antipollution de plus en plus sévères, il est notamment déjà connu, pour réduire les émissions d'oxydes d'azote, de réaliser une recirculation partielle des gaz brûlés de l'échappement vers l'admission, ce procédé étant habituellement appelé EGR, initiales de l'expression anglaise exhaust gaz recirculation . Pour améliorer l'efficacité de cette recirculation et ne pas réintroduire au niveau de l'admission des gaz occupant un volume important au détriment d'une masse d'air frais faible et donc de la richesse, il est aussi connu de refroidir ces gaz recirculés à l'aides d'échangeurs thermiques, pour notamment en accroître la densité. Avec l'accroissement souhaité du débit massique de gaz recirculés, il est devenu nécessaire d'améliorer l'efficacité de ces échangeurs. Il en est résulté une tendance accrue à l'encrassement des échangeurs, du fait que les particules de carbone issues de la combustion et les hydrocarbures imbrulés contenus dans les gaz recirculés se déposent d'autant plus facilement sur les parois de l'échangeur que celles-ci sont plus froides.
Cet encrassement peut avoir une très forte influence sur l'efficacité et la perméabilité de l'échangeur, et donc sur sa capacité à densifier les gaz recirculés, et finalement limite le potentiel de réduction des oxydes d'azotes polluants.
Pour tenter de résoudre ce problème d'encrassement, il a déjà été proposé plusieurs méthodes :
2 - injection commandée d'un liquide décrassant dans le circuit EGR (voir document FR2869648), - arrêt momentané de circulation de fluide réfrigérant combiné avec une recirculation des gaz chauds vers l'échappement, pour provoquer un fort échauffement de l'échangeur (JP2005133580), - utilisation de procédés catalytiques pour empêcher l'adhésion de dépôts sur les parois de l'échangeur (JP2004340048, JP200257512, JP200249003, JP200045881, JP2000038962).
On connaît aussi par EP-1138891 un moteur comportant d'une part un circuit EGR et d'autre part un injecteur de carburant situé au niveau du collecteur d'échappement pour apporter du carburant supplémentaire dans les gaz d'échappement, nécessaire au fonctionnement du catalyseur d'oxydation situé sur la ligne d'échappement. Pour éviter que du carburant ainsi injecté ne soit renvoyé vers l'admission via le circuit EGR, avec les effets néfastes que cela peut avoir, il est indiqué dans ce document de disposer le piquage du circuit EGR à une extrémité du collecteur d'échappement opposée à l'extrémité vers laquelle est implanté l'injecteur. On connaît aussi par FR-2880069 un procédé de gestion d'un moteur comportant un circuit EGR, pour nettoyer ce circuit et notamment l'échangeur dont il est pourvu. Ce procédé consiste à détecter l'apparition d'un degré d'encrassement du circuit EGR nécessitant son nettoyage, et provoquer alors dans ce circuit EGR une circulation de gaz d'échappement à température suffisamment élevée pour provoquer la combustion et la destruction des dépôts obstruant le circuit. Le nettoyage est ainsi effectué en faisant fonctionner le moteur, lorsque nécessaire, dans des conditions favorable à un tel échauffement des gaz d'échappement, par exemple en retardant l'injection de carburant dans le moteur, ou en
3 injectant du carburant après l'injection principale, de manière à globalement dégrader le rendement de la combustion, et ainsi provoquer l'échauffement requis des gaz d'échappement. Mais un tel procédé conduit à un apport du carburant alors en excès dans les gaz d'échappement, dans le répartiteur d'admission, ce qui perturbe le fonctionnement normal du moteur. D'autre part, on sait aussi que la régénération des filtres à particules est obtenue par un fonctionnement temporaire du moteur dans des conditions propres à provoquer un échauffement des gaz d'échappement, et un apport de carburant dans les gaz d'échappement, adaptés à cette régénération. Pratiquement, lorsque du carburant est ainsi injecté en excès dans les cylindres ou en sortie moteur lors des périodes de régénération du filtre à particules, le circuit EGR est alors momentanément fermé pour éviter l'apport excessif de carburant dans l'admission, évoqué ci-dessus.
La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes et vise ainsi à proposer un moteur comportant un circuit de recirculation des gaz d'échappement et un filtre à particule, et aussi un procédé de gestion de ce moteur, apte à permettre un décrassage efficace du circuit EGR et notamment de son échangeur, tout en conservant une gestion optimale du fonctionnement du filtre à particules et de sa régénération. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de gestion d'un groupe de motorisation comportant un moteur à combustion interne, un circuit de recirculation reliant le collecteur d'échappement au répartiteur d'admission pour recirculer une partie des gaz d'échappement vers l'admission, le circuit de recirculation étant pourvu d'un échangeur thermique, et une ligne d'échappement comportant un filtre à particule, procédé selon, lequel on procède à intervalles de temps
4 successifs à un décrassage de l'échangeur par une augmentation de température momentanée du dit échangeur.
Selon l'invention, le procédé est caractérisé en ce que, pour la régénération du filtre à particule, on fait fonctionner le moteur selon un mode de fonctionnement à rendement dégradé ne conduisant pas à une présence sensible de carburant dans les gaz d'échappement en sortie moteur et on injecte du carburant nécessaire à la dite régénération dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particules et en aval du raccordement du dit circuit de recirculation sur la ligne d'échappement, et la dite augmentation de température requise pour le décrassage de l'échangeur du circuit de recirculation est obtenue lors d'au moins certaines des périodes de régénération du filtre à particules par l'augmentation de température des gaz d'échappements recirculés qui résulte du dit mode de fonctionnement dégradé. Le procédé selon l'invention consiste donc à profiter d'au moins certaines des périodes de régénération du filtre à particules pour également procéder à un décrassage de l'échangeur thermique du circuit de recirculation des gaz d'échappement ; et pour éviter par ailleurs que du carburant ne parvienne en excès non contrôlé à l'admission, l'injection de carburant complémentaire nécessaire à la régénération du filtre à particules n'est pas effectuée directement en sortie moteur ou même très tardivement après le point mort haut dans le cylindre, mais en aval du raccordement du circuit de recirculation sur la ligne d'échappement. Ainsi, on profite d'une forte élévation de température des gaz d'échappement, due au fonctionnement du moteur selon un mode dégradé prévu lors des périodes de régénération du filtre à particule, pour porter temporairement l'échangeur du circuit EGR à une température suffisante propre à détruire les dépôts carbonés qui ont pu s'y accumuler précédemment. Mais on évite d'amener avec ces gaz à haute température un surplus de carburant qui perturberait le fonctionnement du moteur. 5 Autrement dit encore, la régénération du filtre à particules est effectuée en commandant l'injection de carburant dans le cylindre selon un schéma d'injection dans lequel, typiquement, on retarde l'injection normale dans le cycle de fonctionnement du moteur et on ajoute une injection supplémentaire phasée tardivement par rapport au point mort haut, ou PMH, par exemple de 50 à 60 ° d'angle de vilebrequin, ceci ayant pour effet de déplacer la combustion dans la phase de détente, de dégrader le rendement du moteur et donc d'augmenter la température des gaz d'échappement. Mais on sait qu'un tel schéma d'injection ne suffit pas pour amener les gaz à une température suffisante pour la régénération du filtre à particules. Pour compenser cela et assurer une régénération correcte du filtre à particule, on injecte du carburant dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particule, typiquement en amont d'un catalyseur d'oxydation placé lui-même en amont du filtre à particules sur la ligne d'échappement, cet apport de carburant directement dans la ligne d'échappement lorsque le filtre à particules doit être régénéré, apporte aux gaz, en brulant dans le catalyseur, une énergie complémentaire exploitée pour en élever la température et assurer la dite régénération. Par contre, comme cet apport complémentaire de carburant est effectué en aval du raccordement du circuit EGR, il n'y a pas de carburant en excès dans la partie des gaz d'échappement passant par le circuit de recirculation, et donc pas de carburant risquant de se retrouver en excès à l'admission. On obtient bien ainsi, pendant les périodes de régénération du filtre à particules, ou au moins pendant certaines de
6 ces périodes, une augmentation de température des gaz recirculés, propre au décrassage de l'échangeur, sans l'excès de carburant requis pour la régénération du filtre à particules.
L'invention a aussi pour objet un groupe de motorisation comportant un moteur à combustion interne, un circuit de recirculation des gaz d'échappement vers l'admission, pourvu d'un échangeur thermique, et une ligne d'échappement comportant un filtre à particule, et des moyens de commande pour notamment commander une ou des injections de carburant complémentaire requises pour régénérer le filtre à particule, caractérisé en ce que, pour réaliser les dites injections complémentaires, un injecteur de carburant complémentaire est monté dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particules et en aval du raccordement du circuit de recirculation sur la dite ligne d'échappement, et les moyens de commande sont aussi agencés pour assurer la recirculation des gaz d'échappement dans le circuit de recirculation lors de au moins certaines des périodes de régénération du filtre à particules. Typiquement, l'injecteur de carburant supplémentaire est monté sur la ligne d'échappement en aval de la turbine du turbocompresseur dont le groupe de motorisation est équipé et en amont du catalyseur d'oxydation qui est lui même en amont du filtre à particules. Selon une disposition préférentielle, le circuit de recirculation comporte aussi une vanne, qui peut aussi être pilotée par les moyens de commande de manière à fermer la vanne lors de certaines des périodes de régénération du filtre à particules.
Selon d'autres dispositions complémentaires, on 35 peut prévoir que le décrassage de l'échangeur sera activé seulement sous certaines conditions, par exemple en
7
fonction de la différence de températures relevées en amont et en aval l'échangeur, révélatrices d'un état d'encrassement de l'échangeur.
Le schéma de la figure unique annexée représente un groupe de motorisation conforme à l'invention. Il comporte un moteur 1 portant un répartiteur d'admission 2 sur lequel est raccordée une ligne d'admission d'air 3 et un collecteur d'échappement 4 sur lequel est directement raccordée la ligne d'échappement 5. Le moteur est équipé d'un turbocompresseur 6 dont la turbine 61 située sur la ligne d'échappement est accouplée mécaniquement avec le compresseur 62 situé sur la ligne d'admission 3. En aval de la turbine 61, la ligne d'échappement comporte successivement un catalyseur d'oxydation 51, un filtre à particules 52 et un pot de détente 53. Le groupe de motorisation comporte un circuit de recirculation 7 pourvu d'une d'un échangeur thermique 72. 7 est raccordé d'une part entre le collecteur 4 et la sur la ligne d'admission entre le compresseur 62 et le répartiteur 2. Un injecteur 8 de monté sur la ligne turbocompresseur et en amont du catalyseur d'oxydation 51. Des moyens de commande 9 pouvant notamment comporter un calculateur de gestion moteur sont raccordés au moteur, ainsi qu'à la vanne 71 et à l'injecteur 8, pour en commander l'activation. Ils sont aussi raccordés à divers capteurs, non représentés, comportant les capteurs usuellement utilisés pour gérer le fonctionnement du moteur et du filtre à particule, et des capteurs de température disposés par exemple en amont et en aval de l'échangeur sur le circuit de recirculation 7, vanne de recirculation 71 et Le circuit de recirculation sur la ligne d'échappement turbine 61, et d'autre part carburant complémentaire est d'échappement en aval du et aussi sur le circuit de fluide de refroidissement, non représenté, relié à cet échangeur. En fonctionnement courant, le calculateur gère de manière connue en soi le fonctionnement du moteur et notamment les périodes de régénération du filtre à particules. Lors de ces périodes de régénération, les injections d.e carburants dans les cylindres sont effectuées avec un retard prédéfini pour provoquer un fonctionnement du moteur selon un mode dégradé propre à augmenter la température des gaz d'échappement sortant du collecteur 4. Egalement, l'injecteur 5 est commandé de manière à injecter du carburant supplémentaire dans les gaz d'échappement en amont du catalyseur d'oxydation de manière à bruler dans le dit catalyseur et de porter les gaz entrant dans le filtre à particules à une température suffisamment élevée pour provoquer la régénération du filtre à particule, de manière bien cornue par l'homme du métier. Au cours d'au moins certaines de ces périodes de régénération, la vanne 71 est maintenue en position ouverte pour permettre une recirculation d'une partie des gaz d'échappement provenant du collecteur 4 vers le répartiteur d'admission. Cette partie des gaz d'échappement, surchauffés du fait du mode de fonctionnement dégradé du moteur, passe dans l'échangeur 72 et l'élévation de température de celui-ci assure le décrassage de l'échangeur par destruction des dépôts carbonés ou autres qui se sont accumulés dans l'échangeur lors des périodes de fonctionnement normales du moteur.
La détermination des périodes de décrassage peut être faite notamment en fonction d'un état estimé d'encrassement déterminé à partir des écarts de températures en entrée et sortie d'échangeur, comme expliqué précédemment, et/ou aussi en fonction de données du calculateur de gestion moteur relatives au fonctionnement du moteur proprement dit ou de la ligne d'échappement, lequel peut être révélateur du fonctionnement correct ou non de la recirculation des gaz d'échappement.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Procédé de gestion d'un groupe de motorisation comportant un moteur à combustion interne(l), un circuit de recirculation (7) reliant le collecteur d'échappement (4) au répartiteur d'admission (2) pour recirculer une partie des gaz d'échappement vers l'admission, le circuit de recirculation étant pourvu d'un échangeur thermique(72), et une ligne d'échappement (5) comportant un filtre à particules (52), procédé selon lequel on procède à intervalles de temps successifs à un décrassage de l'échangeur par une augmentation de température momentanée du dit échangeur, et caractérisé en ce que, pour la régénération du filtre à particule, on fait fonctionner le moteur selon un mode de fonctionnement à rendement dégradé ne conduisant pas à une présence sensible de carburant dans les gaz d'échappement en sortie moteur et on injecte du carburant nécessaire à la dite régénération dans la ligne d'échappement en amont du filtre à particules et en aval du raccordement du dit circuit de recirculation sur la ligne d'échappement, et la dite augmentation de température requise pour le décrassage de l'échangeur du circuit de recirculation est obtenue lors d'au moins certaines des périodes de régénération du filtre à particules par l'augmentation de température des gaz d'échappements recirculés qui résulte du dit mode de fonctionnement dégradé.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour obtenir le mode de fonctionnement à rendement dégradé, on retarde l'injection normale dans le cycle de fonctionnement du moteur et on ajoute une injection supplémentaire phasée tardivement par rapport au point mort haut de 50 à 60 ° d'angle de vilebrequin. 11
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carburant supplémentaire nécessaire pour la régénération du filtre à particules est injecté dans la ligne d'échappement en aval de la turbine (61) d'un turbocompresseur (6) équipant le moteur, et amont d'un catalyseur d'oxydation (51) placé lui-même en amont du filtre à particules (53).
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on procède au décrassage de l'échangeur en fonction de la différence de températures relevées en amont et en aval l'échangeur, révélatrices d'un état d'encrassement de l'échangeur.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que on procède au décrassage de l'échangeur pendant seulement certaines périodes de régénération du filtre à particules, en fermant le circuit (7) de recirculation des gaz d'échappement pendant les autres périodes.
6. Groupe de motorisation comportant un moteur à combustion interne (1), un circuit de recirculation (7) reliant le collecteur d'échappement (4) au répartiteur d'admission (2) pour recirculer une partie des gaz d'échappement vers l'admission, le circuit de recirculation étant pourvu d'un échangeur thermique (72), une ligne d'échappement (5) comportant un filtre à particules (53), un injecteur (8) de carburant complémentaire et des moyens de commande (9) pour notamment commander le dit injecteur de carburant complémentaire pour réaliser une ou des injections de carburant complémentaire requises pendant des périodes de régénération du filtre à particule, caractérisé en ce que l'injecteur (8) de carburant complémentaire est monté dans la ligne d'échappement (5) en amont du filtre à particules (52; et en aval du raccordement du circuit de recirculation (7) sur la dite ligne d'échappement, et les moyens de commande (9) sont aussi agencés pour assurer la recirculation des gaz d'échappement dans le circuit de recirculation lors de au moins certaines des périodes de régénération du filtre à particules.
7. Groupe de motorisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'injecteur (8) de carburant supplémentaire est monté sur la ligne d'échappement (5) en aval d'une turbine (61) de turbocompresseur (6) équipant le groupe de motorisation et en amont d'un catalyseur d'oxydation (51) qui est lui même en amont du filtre à particules (52).
8. Groupe de motorisation selon la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de recirculation (7) comporte aussi une vanne (71) pilotée par les moyens de commande (9) de manière à fermer la vanne lors de certaines des périodes de régénération du filtre à particules.
9. Groupe de motorisation selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des capteurs de températures placés respectivement en entrée et en sortie du circuit de recirculation (7) pour déterminer une différence de températures relevées en amont et en aval de l'échangeur (72).
10. Groupe de motorisation selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des capteurs de températures placés respectivement en entrée et en sortie des conduits de fluide réfrigérant de l'échangeur (72).
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