FR2996144A1 - Procede de controle de l'emballement thermique d'un filtre a particules et ensemble d'echappement mettant en œuvre un tel procede - Google Patents

Procede de controle de l'emballement thermique d'un filtre a particules et ensemble d'echappement mettant en œuvre un tel procede Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de contrôle de l'emballement thermique d'un filtre (4b) à particules disposé dans une ligne (2) d'échappement de gaz produits par un moteur (1), ladite ligne comprenant un catalyseur (4a) SCR formant avec le filtre (4b) à particules un ensemble de dépollution (4) compact, un injecteur (6) de réducteur liquide disposé en amont de l'ensemble (4) de dépollution, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - Détection d'une phase de régénération, - Détection d'un emballement thermique du filtre (4b) à particules lors d'une phase de régénération, - Détermination des paramètres d'injection de réducteur liquide appropriés pour mettre fin à l'emballement thermique, - Activation de l'injection de réducteur selon les paramètres d'injection déterminés, - Interruption de l'injection en cas de détection de la fin de l'emballement thermique. L'invention porte aussi sur un système de commande et un ensemble d'échappement mettant en œuvre un tel procédé.

Description

PROCEDE DE CONTROLE DE L'EMBALLEMENT THERMIQUE D'UN FILTRE A PARTICULES ET ENSEMBLE D'ECHAPPEMENT METTANT EN OEUVRE UN TEL PROCEDE Domaine technique de l'invention L'invention se situe dans le domaine technique de la gestion thermique des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, et plus particulièrement de la gestion thermique des réactions de combustion des suies lors de la régénération des filtres à particules.
Arrière-plan technologique Les filtres à particules sont désormais couramment utilisés afin de limiter les émissions polluantes des véhicules automobiles. Les particules présentes dans ces émissions polluantes sont notamment emmagasinées dans le filtre à particules. Des opérations périodiques dites de régénération, visant à réduire la quantité de particules emmagasinées dans le filtre par combustion sont requises. La combustion de ces particules pendant la phase de régénération étant exothermique, il est possible qu'elle ne puisse plus être contrôlée, notamment lors d'un retour au ralenti (augmentation du taux d'oxygène, diminution du débit d'échappement). Elle peut alors devenir autoentretenue et/ou voir l'énergie thermique dégagée augmenter de façon incontrôlée. On dit alors que la réaction s'emballe. Ces phénomènes d'inflammation interne du filtre à particules sont très redoutés par les constructeurs, car ils peuvent mettre le feu au véhicule et par là même mettre en danger la vie des occupants du véhicule Plusieurs documents décrivent des moyens pour limiter l'emballement des réactions exothermiques dans le filtre à particules.
On connait du document FR2950929B1 un système et procédé d'injection d'eau dans un filtre à particules. Cependant le contrôle de l'emballement est dans ce cas réalisé à l'aide d'organes tel qu'un injecteur associé à un réservoir d'eau ajoutés uniquement à cet effet, or ces organes supplémentaires pénalisent le prix de revient du véhicule.
On connait encore du document US8020372B2 un dispositif de contrôle de l'emballement des réactions exothermiques d'un filtre à particules disposé dans une ligne d'échappement comprenant de plus un catalyseur d'oxydation et un catalyseur de réduction catalytique sélective des oxydes d'azote désigné aussi catalyseur SCR (correspondant à l'acronyme anglais « Selective Catalytic Reduction »). Dans ce cas, le contrôle de la température du filtre à particules s'opère par l'intermédiaire du contrôle de la température du catalyseur d'oxydation avec l'aide d'un algorithme complexe d'optimisation de température et d'un injecteur de carburant supplémentaire dédié à cet effet. Il existe donc un besoin pour trouver une solution technique simple et économique qui permet de contrôler l'emballement des réactions exothermiques d'un filtre à particules en phase de régénération. L'invention porte ainsi sur un procédé de contrôle de l'emballement thermique d'un filtre à particules disposé dans une ligne d'échappement de gaz produits par un moteur thermique, ladite ligne comprenant un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote formant avec le filtre à particules un ensemble de dépollution compact, un injecteur de réducteur liquide disposé en amont de l'ensemble de dépollution, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - Détection d'une phase de régénération, - Détection d'un emballement thermique du filtre à particules lors d'une phase de régénération, - Détermination des paramètres d'injection de réducteur liquide appropriés pour mettre fin à l'emballement thermique, - Activation de l'injection de réducteur selon les paramètres d'injection déterminés, - Interruption de l'injection en cas de détection de la fin de l'emballement thermique. 25 De préférence on détecte qu'un emballement thermique du filtre à particules a lieu si la température en aval du filtre à particules est supérieure à un seuil. L'invention porte aussi sur un système de commande d'un injecteur de réducteur liquide 30 pour un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote destiné à être disposé en amont d'un filtre à particules, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection d'une phase de régénération du filtre à particules, des moyens de détection d'un emballement thermique du filtre à particules, des moyens de commande de l'injecteur de réducteur tenant compte de l'emballement thermique. 35 L'invention porte encore sur un ensemble d'échappement de gaz de combustion comprenant une ligne d'échappement équipée d'un filtre à particules, un catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote formant avec le filtre à particules un ensemble de dépollution compact, un injecteur de réducteur liquide disposé en amont de l'ensemble de dépollution, caractérisé en ce qu'il comprend un système de commande tel que décrit précédemment pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
Dans une variante, le catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote et le filtre à particules sont accolés. Dans une autre variante, le catalyseur de réduction sélective des oxydes d'azote et le filtre à particules sont combinés sur un support commun. De préférence, l'ensemble de dépollution compact comprend encore un catalyseur d'oxydation.
De préférence encore, le réducteur liquide est une solution aqueuse d'urée. Brève description des dessins D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode particulier de réalisation, non limitatif de l'invention, faite en référence à l'unique figure 1 représentant un ensemble d'échappement relié à un moteur thermique comprenant un système de commande adapté à mettre en oeuvre le procédé de l'invention.
Description détaillée La figure 1 présente un moteur à combustion interne 1 relié à une ligne 2 d'échappement des gaz produits par le moteur 1. La ligne 2 d'échappement peut éventuellement être équipée d'une turbine 3 de turbocompresseur.
La ligne d'échappement comprend encore un ensemble de dépollution 4 compact comprenant un catalyseur 4a de réduction sélective des oxydes d'azote ou SCR et un filtre 4b à particules. Le catalyseur 4a de réduction sélective des oxydes d'azote est placé en amont du filtre 4b à particules. L'amont et l'aval sont ici définis conventionnellement par rapport au sens de l'écoulement des gaz d'échappement en provenance du moteur 1 thermique. Par ensemble 4 de dépollution compact, on entend ici un ensemble pour lequel le catalyseur 4a SCR est accolé au filtre 4b à particules ou encore pour lequel le catalyseur 4a SCR et le filtre 4b à particules sont combinés sur un support commun tel que par exemple un support céramique. Dans une variante, l'ensemble 4 de dépollution compact peut comprendre un catalyseur d'oxydation, non représenté. En amont du catalyseur 4a de réduction sélective sur la ligne d'échappement se situe un injecteur 6 de réducteur liquide. L'injecteur 6 de réducteur est relié par une conduite 12 à une pompe 11 destinée à puiser du réducteur dans un réservoir 11 de stockage du réducteur. De préférence, le réducteur liquide est une solution aqueuse d'urée. Un tel réducteur liquide contient en effet une forte teneur en eau, par exemple 62%.
Entre l'injecteur 6 de réducteur et le catalyseur 4a de réduction sélective se situe une première sonde 7 de température des gaz d'échappement. En sortie du filtre 4b à particules se situe une deuxième sonde 8 de température des gaz d'échappement. Un système de commande 10, tel qu'une unité de commande électronique, est relié au moteur 1 à combustion interne par la connexion 10a, à la pompe 11, par la connexion 10b à l'injecteur 6 de réducteur, par la connexion 10c à la première sonde 7 de température des gaz d'échappement, par la connexion 10d à une sonde 9 de mesure du différentiel de pression des gaz d'échappement entre l'entrée du catalyseur SCR 4a et la sortie du filtre 4b à particules, par la connexion 10e à la deuxième sonde 8 de température des gaz d'échappement. Le système de commande comprend des moyens 13 de détection d'une phase de régénération du filtre à particules, des moyens 14 de détection d'un emballement thermique du filtre 4b à particules ainsi que des moyens 15 de commandes de l'injecteur 6 de réducteur agencés pour tenir compte de l'emballement thermique, autrement dit pour faire fonctionner l'injecteur 6 selon les paramètre d'injection déterminés en vue d'étouffer un emballement thermique. Le procédé de contrôle de l'emballement thermique de l'invention comprend alors une étape de détection d'une phase de régénération du filtre 4b à particules, réalisée par les moyens 13 de détection d'une régénération.
Si une phase de régénération a lieu, le procédé se poursuit avec une étape de détection d'un emballement thermique du filtre 4b à particules lors de la phase de régénération, réalisée par les moyens 14 de détection d'emballement thermique.
Avantageusement, on détecte qu'un emballement thermique du filtre 4b à particules a lieu si la température vue par la deuxième sonde 8 de température des gaz d'échappement en aval du filtre à particules, est supérieure à un seuil. Si un emballement thermique du filtre 4b à particules est détecté, le procédé se poursuit avec une étape de détermination des paramètres d'injection de réducteur liquide appropriés pour mettre fin à l'emballement thermique, une étape d'activation de l'injection de réducteur selon les paramètres d'injection déterminés. Les paramètres d'injection déterminés comprend le débit de réducteur et peut aussi encore comprendre une séquence d'injection. L'injection se poursuit tant que la fin de l'emballement thermique n'est pas détectée. Si la fin de l'emballement thermique est détectée, l'injection de réducteur est interrompue. Cette injection de réducteur liquide en grande quantité, va étouffer l'emballement de la réaction dans le filtre 4b à particules. Par grande quantité, on entend un débit supérieur à celui normalement mis en oeuvre pour la fonction dépollution. Ici le débit mis en oeuvre en vue d'étouffer l'emballement de la réaction est par exemple de l'ordre d'un kg /heure. Par rapport aux solutions de l'art antérieur, cette invention simple à mettre en place et efficace peut permettre d'éviter des départs de feux sur le véhicule qui peuvent causer de graves accidents corporels et matériels. Cette invention est particulièrement efficace dans le cas d'un ensemble 4 de dépollution compact car la distance entre le point d'injection de réducteur liquide et le filtre à particules est suffisamment faible pour que du réducteur sous forme liquide atteigne le filtre à particules en cas de débit élevé de réducteur.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de contrôle de l'emballement thermique d'un filtre (4b) à particules disposé dans une ligne (2) d'échappement de gaz produits par un moteur (1) thermique, ladite ligne comprenant un catalyseur (4a) de réduction sélective des oxydes d'azote formant avec le filtre (4b) à particules un ensemble de dépollution (4) compact, un injecteur (6) de réducteur liquide disposé en amont de l'ensemble (4) de dépollution, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - Détection d'une phase de régénération, - Détection d'un emballement thermique du filtre (4b) à particules lors d'une phase de régénération, - Détermination des paramètres d'injection de réducteur liquide appropriés pour mettre fin à l'emballement thermique, - Activation de l'injection de réducteur selon les paramètres d'injection déterminés, - Interruption de l'injection en cas de détection de la fin de l'emballement thermique.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détecte qu'un emballement thermique du filtre à particules a lieu si la température en aval du filtre à particules est supérieure à un seuil.
  3. 3. Système (10) de commande d'un injecteur (6) de réducteur liquide pour un catalyseur (4a) de réduction sélective des oxydes d'azote destiné à être disposé en amont d'un filtre (4b) à particules, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (13) de détection d'une phase de régénération du filtre (4b) à particules, des moyens (14) de détection d'un emballement thermique du filtre (4b) à particules, des moyens (15) de commande de l'injecteur (6) de réducteur tenant compte de l'emballement thermique.
  4. 4. Ensemble d'échappement de gaz de combustion comprenant une ligne (2) d'échappement équipée d'un filtre (4b) à particules, un catalyseur (4a) de réduction sélective des oxydes d'azote formant avec le filtre (4b) à particules un ensemble de dépollution (4) compact, un injecteur (6) de réducteur liquide disposé en amont de l'ensemble (4) de dépollution, caractérisé en ce qu'il comprend un système de commande selon la revendication 3 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2.
  5. 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que le catalyseur (4a) de réduction sélective des oxydes d'azote et le filtre (4b) à particules sont accolés.
  6. 6. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que le catalyseur (4a) de réduction sélective des oxydes d'azote et le filtre (4b) à particules sont combinés sur un support commun.
  7. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'ensemble de dépollution compact comprend encore un catalyseur d'oxydation.
  8. 8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le réducteur liquide est une solution aqueuse d'urée.
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