FR3068388A1 - SYSTEM FOR REGENERATING A PARTICLE FILTER WITH ELECTRIC AIR PUMP - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un ensemble (1) moteur comprenant au moins - un conduit d'admission (4) s'étendant entre une entrée (11) d'air et un moteur thermique (2), - un conduit d'échappement (10) s'étendant entre un moteur thermique (2) une sortie (12) d'air, un moteur thermique (2), - un filtre (122) à particules disposé sur le conduit d'échappement, un système (200) de régénération disposé sur le conduit (4) d'admission, et comportant au moins une pompe à air. caractérisé en ce que le système (200) de régénération comporte une vanne (202) de régénération associée à la pompe (201) à air.The present invention relates to an assembly (1) engine comprising at least - an intake duct (4) extending between an inlet (11) of air and a heat engine (2), - an exhaust duct (10) ) extending between a heat engine (2) an air outlet (12), a heat engine (2), - a particulate filter (122) disposed on the exhaust duct, a regeneration system (200) disposed on the intake duct (4), and comprising at least one air pump. characterized in that the regeneration system (200) comprises a regeneration valve (202) associated with the air pump (201).
Description
SYSTEME DE REGENERATION D'UN FILTRE A PARTICULES AVEC POMPE A AIR ELECTRIQUEREGENERATION SYSTEM FOR A PARTICLE FILTER WITH AN ELECTRIC AIR PUMP
La présente invention concerne le domaine des pompes à air électrique, et plus particulièrement un système de régénération de filtre à particules avec une pompe à air régénérative et le procédé de contrôle associé.The present invention relates to the field of electric air pumps, and more particularly to a particulate filter regeneration system with a regenerative air pump and the associated control method.
Les normes de dépollution deviennent de plus en plus contraignantes pour les véhicules à moteur thermique. Un moteur thermique émet des émissions polluantes, dites brutes, qui sont ensuite traitées par le système de dépollution qui est inclus au système d'échappement. Le filtre à particules est un système de dépollution qui traite les émissions de particules. Il se remplit de particules et lorsqu'il atteint un certain seuil en quantité de particules, il se régénère en brûlant les particules qu'il contient. La température doit être alors suffisamment élevée et de l'oxygène doit être présent pour que la réaction ait lieu. Or, lors des phases de fonctionnement d'un moteur à allumage commandé actuel, il y a très peu d'oxygène dans le système d'échappement ou la localisation du filtre à particules dans le système d'échappement ne permet pas d'avoir des températures suffisamment élevées. Ce type de moteur thermique justifie alors l'utilisation d'un système pour régénérer le filtre à particules.Pollution control standards are becoming more and more restrictive for vehicles with internal combustion engines. A heat engine emits pollutant emissions, called gross, which are then treated by the pollution control system which is included in the exhaust system. The particulate filter is a pollution control system that treats particulate emissions. It fills with particles and when it reaches a certain threshold in quantity of particles, it regenerates by burning the particles it contains. The temperature must then be high enough and oxygen must be present for the reaction to take place. However, during the operating phases of a current spark ignition engine, there is very little oxygen in the exhaust system or the location of the particulate filter in the exhaust system does not allow to have sufficiently high temperatures. This type of heat engine then justifies the use of a system to regenerate the particulate filter.
Une des problématiques actuelles est de trouver un système qui permet de contrôler précisément la quantité d'air injectée dans le système de dépollution. En effet, le bon fonctionnement de la régénération du filtre à particules est étroitement lié à la quantité d'air qui est injectée.One of the current problems is to find a system which makes it possible to precisely control the quantity of air injected into the depollution system. Indeed, the proper functioning of the regeneration of the particulate filter is closely linked to the amount of air that is injected.
Les technologies actuelles des pompes à air sont celles d'un compresseur centrifuge qui voient leurs caractéristiques de débit énormément évoluer pour une même vitesse de rotation en fonction du rapport de pression aux bornes du compresseur. Or, lors d'une régénération, le filtre à particules voit ses pertes de charge diminuer du fait qu'il se vide de ses particules. Ainsi, le rapport de pression aux bornes de la pompe à air n'est pas fixe, ce qui entraîne un contrôle complexe de la quantité d'air injectée car elle n'est pas directement liée au régime de rotation du compresseur, ainsi que la nécessité de disposer de capteurs supplémentaires (par exemple capteurs de pression, ou de delta de pression ou encore de débit d'air) pour assurer un contrôle précis de la pompe à air.The current technologies of air pumps are those of a centrifugal compressor which see their flow characteristics enormously evolving for the same rotation speed according to the pressure ratio at the terminals of the compressor. However, during regeneration, the particle filter sees its pressure drops decrease because it empties of its particles. Thus, the pressure ratio at the terminals of the air pump is not fixed, which leads to complex control of the quantity of air injected since it is not directly linked to the speed of rotation of the compressor, as well as the need to have additional sensors (eg pressure sensors, or pressure delta or air flow sensors) to ensure precise control of the air pump.
Il est donc intéressant de proposer une solution où la quantité d'air injectée ne dépend pas ou peu du rapport de pression aux bornes de la pompe à air pour un même régime de rotation de celle-ci.It is therefore interesting to propose a solution where the quantity of air injected does not depend, or only slightly, on the pressure ratio at the terminals of the air pump for the same rotation speed of the latter.
Pour cela la présente invention propose, un ensemble moteur comprenant au moins un conduit d'admission s'étendant entre une entrée d'air et un moteur thermique, un conduit d'échappement s'étendant entre un moteur thermique et une sortie d'air, un moteur thermique, un filtre à particules disposé sur le conduit d'échappement, un système de régénération, et comportant au moins une pompe à air.For this, the present invention provides, an engine assembly comprising at least one intake duct extending between an air inlet and a heat engine, an exhaust duct extending between a heat engine and an air outlet , a heat engine, a particle filter disposed on the exhaust pipe, a regeneration system, and comprising at least one air pump.
la pompe à air étant une pompe à air volumétrique.the air pump being a volumetric air pump.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de régénération comporte une vanne de régénération associée à la pompe à airAccording to one embodiment of the invention, the regeneration system includes a regeneration valve associated with the air pump
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système de régénération est disposé sur le conduit d'admission.According to one embodiment of the invention, the regeneration system is arranged on the intake duct.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la pompe à air comporte un filtre à air.According to one embodiment of the invention, the air pump comprises an air filter.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne est une vanne tout ou rien.According to one embodiment of the invention, the valve is an all-or-nothing valve.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne est une vanne passive ou active.According to one embodiment of the invention, the valve is a passive or active valve.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne comporte un système de non retour.According to one embodiment of the invention, the valve comprises a non-return system.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne est intégrée à la pompe à air.According to one embodiment of the invention, the valve is integrated into the air pump.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble comporte un conduit de régénération débouchant en amont du filtre à particules.According to one embodiment of the invention, the assembly includes a regeneration conduit opening upstream of the particle filter.
L'invention concerne également, l'utilisation de l'ensemble selon l'invention, dans un moteur à combustion interne pour véhicule automobile.The invention also relates to the use of the assembly according to the invention, in an internal combustion engine for a motor vehicle.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant à la figure annexée, donnée à titre d'exemple et qui est une représentation graphique d'un ensemble moteur selon l'invention.Other objects, characteristics and advantages of the invention will be better understood and will appear more clearly on reading the description made below, with reference to the appended figure, given by way of example and which is a representation graph of an engine assembly according to the invention.
La présente invention concerne un système comportant une pompe à air régénérative associée à une vanne régénérative.The present invention relates to a system comprising a regenerative air pump associated with a regenerative valve.
Dans le cadre de l'invention, une pompe à air électrique est une pompe alimentée électriquement dans le but d'introduire une quantité d'air dans le système d'échappement d'un moteur thermique à allumage commandé, quel que soit le carburant utilisé, essence, gaz, éthanol... Cette quantité d'air est introduite en amont du filtre à particules.In the context of the invention, an electric air pump is an electrically powered pump for the purpose of introducing a quantity of air into the exhaust system of a spark-ignition engine, whatever the fuel used. , petrol, gas, ethanol ... This quantity of air is introduced upstream of the particulate filter.
Selon un mode de réalisation, la pompe 201 à air est une pompe volumétrique. L'avantage d'une pompe volumétrique est que la quantité d'air la traversant varie peu en fonction de son rapport de pression pour une même vitesse de rotation de celle-ci.According to one embodiment, the air pump 201 is a positive displacement pump. The advantage of a positive displacement pump is that the quantity of air passing through it varies little as a function of its pressure ratio for the same speed of rotation thereof.
Dans le cadre de l'invention, cette pompe à air est associée à une vanne.In the context of the invention, this air pump is associated with a valve.
Selon une variante de l'invention, la vanne 202 n'est pas intégrée à la pompe 201 à air. Plus précisément, la pompe 201 et la vanne 202 sont deux éléments distincts.According to a variant of the invention, the valve 202 is not integrated into the air pump 201. More specifically, the pump 201 and the valve 202 are two separate elements.
Selon une autre variante de l'invention, la vanne 202 est intégrée à la pompe 201 à air. Plus précisément, la pompe 201 et la vanne 202 sont disposées dans un même logement, non illustré.According to another variant of the invention, the valve 202 is integrated into the air pump 201. More specifically, the pump 201 and the valve 202 are arranged in the same housing, not shown.
Le système selon l'invention est intégré dans une architecture moteur illustrée figure 1.The system according to the invention is integrated into an engine architecture illustrated in FIG. 1.
Sur cette figure 1 est illustré un ensemble 1 moteur avec un conduit d'admission 4 du circuit d'admission, un moteur 2 thermique à combustion interne de véhicule automobile et un système de régénération.In this FIG. 1 is illustrated an engine assembly 1 with an intake duct 4 of the intake circuit, an internal combustion engine 2 of an automotive vehicle and a regeneration system.
Ce moteur 2 comporte, selon un mode de réalisation de l'invention, une chambre de combustion 3 comportant une pluralité de cylindres, au nombre par exemple de quatre sur les figures, destinée à recevoir un mélange de comburant et de carburant, et par exemple l'essence comme carburant et de l'air pur ou un mélange air/gaz de recirculation comme comburant.This engine 2 comprises, according to one embodiment of the invention, a combustion chamber 3 comprising a plurality of cylinders, for example four in number in the figures, intended to receive a mixture of oxidant and fuel, and for example petrol as fuel and clean air or an air / recirculating gas mixture as oxidizer.
La combustion dans les cylindres génère le travail du moteur 2. Le fonctionnement du moteur 2 est classique : les gaz sont admis dans la chambre de combustion 3, y sont comprimés, brûlés puis expulsés sous forme de gaz d'échappement.The combustion in the cylinders generates the work of the engine 2. The operation of the engine 2 is conventional: the gases are admitted into the combustion chamber 3, are compressed there, burned and then expelled in the form of exhaust gas.
Ce moteur 2 a une entrée 11 reliée au conduit d'admission 4 et une sortie 12 reliée à un circuit d'échappement de gaz 10.This engine 2 has an inlet 11 connected to the intake duct 4 and an outlet 12 connected to a gas exhaust circuit 10.
L'entrée 11 du conduit d'admission 4 définit l'entrée par laquelle l'air frais pénètre dans l'ensemble 1 tandis que la sortie 12 du circuit d'échappement 10 définit la sortie par laquelle les gaz d'échappement sont évacués de l'ensemble 1.The inlet 11 of the intake duct 4 defines the inlet through which the fresh air enters the assembly 1 while the outlet 12 of the exhaust circuit 10 defines the outlet through which the exhaust gases are discharged from the set 1.
Le conduit d'admission 4 débouche dans un collecteur d'admission 7 qui forme ainsi une boîte d'entrée des gaz dans la chambre de combustion 3 du moteur 2.The intake duct 4 opens into an intake manifold 7 which thus forms a gas inlet box in the combustion chamber 3 of the engine 2.
On entend par conduit d'admission 4 la canalisation d'admission pour les gaz d'admission, cette canalisation étant située entre l'entrée 11 d'air et le moteur 2.By inlet duct 4 is meant the inlet pipe for the inlet gases, this pipe being located between the air inlet 11 and the engine 2.
Selon un mode de réalisation de l'invention le conduit d'admission 4 comporte un compresseur mécanique 111 des gaz d'admission, qui est par exemple un turbocompresseur.According to one embodiment of the invention, the intake duct 4 comprises a mechanical compressor 111 for the intake gases, which is for example a turbocharger.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le conduit d'admission 4 comporte un échangeur de chaleur 6, permettant le refroidissement des gaz d'admission, et par exemple les gaz issus du compresseur mécanique 111.According to one embodiment of the invention, the intake duct 4 comprises a heat exchanger 6, allowing the cooling of the intake gases, and for example the gases coming from the mechanical compressor 111.
Selon un mode de réalisation de l'invention, en amont du collecteur d'admission 7 des gaz dans le moteur 2, le conduit d'admission 4 comporte une vanne 8 comportant un obturateur de type papillon dont la fonction est par exemple de régler le débit de gaz pour la régulation du régime moteur. Cette vanne 8 est commandée par une unité de commande moteur (également appelé ECU qui signifie Engine Control Unit selon la terminologie anglaise), bien connue de l'homme du métier, et permet de réguler la quantité d'air introduite dans le moteur.According to one embodiment of the invention, upstream of the gas intake manifold 7 in the engine 2, the intake duct 4 comprises a valve 8 comprising a butterfly-type shutter whose function is for example to adjust the gas flow for engine speed regulation. This valve 8 is controlled by an engine control unit (also called ECU which means Engine Control Unit according to English terminology), well known to those skilled in the art, and makes it possible to regulate the amount of air introduced into the engine.
La sortie du moteur 2 est formée par un collecteur 9 des gaz d'échappement. Ce dernier est relié à une voie ou canalisation d'échappement des gaz faisant partie du circuit d'échappement de gaz.The output of the engine 2 is formed by a manifold 9 for the exhaust gases. The latter is connected to a gas exhaust path or pipe forming part of the gas exhaust circuit.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'échappement 10 comporte une turbine 121, solidaire en rotation du compresseur mécanique 111 des gaz d'admission et formant avec lui un turbocompresseur.According to one embodiment of the invention, the exhaust circuit 10 comprises a turbine 121, integral in rotation with the mechanical compressor 111 of the intake gases and forming with it a turbocharger.
Dans le cadre de l'invention, les gaz d'échappement traversent un filtre 122 à particules.In the context of the invention, the exhaust gases pass through a particle filter 122.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'échappement comporte un convertisseur 123 catalytique disposé en amont du filtre 122 à particules.According to one embodiment of the invention, the exhaust circuit comprises a catalytic converter 123 disposed upstream of the particle filter 122.
Comme illustré sur la figure 1, l'ensemble 1 moteur comporte un système 200 de régénération.As illustrated in FIG. 1, the engine assembly 1 includes a regeneration system 200.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système 200 de régénération est disposé sur le conduit 4 d'admission.According to one embodiment of the invention, the regeneration system 200 is arranged on the intake duct 4.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système 200 de régénération est disposé sur un conduit qui n'est pas le conduit d'admission.According to one embodiment of the invention, the regeneration system 200 is arranged on a duct which is not the intake duct.
Le système 200 de régénération selon l'invention est formé par une pompe 201 à air et une vanne 202 de régénération. Le système 200 de régénération comprend ainsi au moins deux éléments disposés dans un ordre particulier.The regeneration system 200 according to the invention is formed by an air pump 201 and a regeneration valve 202. The regeneration system 200 thus comprises at least two elements arranged in a particular order.
Plus précisément, la vanne 202 de régénération est disposée en aval de la pompe 201 à air. Une partie de l'air d'admission circule à travers ce système 200 et est envoyé dans le filtre à particules. Plus précisément, l'air est envoyé via un conduit 203 de régénération débouchant en amont du filtre 122 à particules.More specifically, the regeneration valve 202 is arranged downstream of the air pump 201. Part of the intake air circulates through this system 200 and is sent to the particle filter. More specifically, the air is sent via a regeneration conduit 203 opening upstream of the particle filter 122.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 202 est intégrée à la pompe 201 à air. Plus précisément, la vanne 202 n'est pas un élément indépendant de la pompe 201à air.According to one embodiment of the invention, the valve 202 is integrated into the air pump 201. More specifically, the valve 202 is not an independent element of the air pump 201.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le système peut disposer ou non de son propre filtre 300 à air.According to one embodiment of the invention, the system may or may not have its own air filter 300.
Selon une variante de l'invention, la vanne 202 de régénération est passive, dans ce cas elle n'est pas pilotée et va s'actionner d'elle-même par exemple sous l'action d'une surpression ou une dépression calibrée à ses bornes.According to a variant of the invention, the regeneration valve 202 is passive, in this case it is not controlled and will actuate itself for example under the action of an overpressure or a vacuum calibrated at its bounds.
Selon une autre variante de l'invention, la vanne 202 de régénération est active, dans ce cas elle est pilotée par le calculateur de contrôle moteur ou par la pompe ellemême.According to another variant of the invention, the regeneration valve 202 is active, in this case it is controlled by the engine control computer or by the pump itself.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne comporte un système de non retour pour éviter les phénomènes de « backflow ».According to one embodiment of the invention, the valve includes a non-return system to avoid the "backflow" phenomena.
Le fait que la pompe soit volumétrique, permet que le contrôle de la quantité d'air injectée soit directement régulé par la vitesse de la pompe, sans se soucier des pertes de charge générées par le filtre 122 à particules et le système 200 de régénération. Il est ainsi possible d'utiliser une vanne de type tout ou rien.The fact that the pump is volumetric, allows the control of the quantity of air injected to be directly regulated by the speed of the pump, without worrying about the pressure drops generated by the particle filter 122 and the regeneration system 200. It is thus possible to use an all-or-nothing valve.
Plus précisément, la vanne 202 de régénération est une vanne qui autorise ou non le passage des gaz entre la pompe 201 à air et l'amont du filtre 122 à particules.More specifically, the regeneration valve 202 is a valve which authorizes or not the passage of gases between the air pump 201 and the upstream of the particle filter 122.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne 202 est située en aval de la pompe 201 à air. Si la vanne 202 est ouverte et que la pompe 201 génère une pression plus importante que celle présente en amont du filtre 122 à particules, alors un débit d'air se créé depuis le milieu ambiant vers le système d'échappement. Si la vanne est ouverte avec une pompe 201 à air arrêtée ou qui génère une pression inférieure à celle en amont du filtre 122 à particules, un débit de gaz (brûlés, air, ou un mélange des deux) se créé depuis le système d'échappement vers le milieu ambiant. Selon un mode de réalisation de l'invention, la vanne est équipée d'un système de non retour qui supprime ce dernier phénomène néfaste pour la pompe, la vanne et les systèmes environnants.According to one embodiment of the invention, the valve 202 is located downstream from the air pump 201. If the valve 202 is open and the pump 201 generates a higher pressure than that present upstream of the particle filter 122, then an air flow is created from the ambient medium to the exhaust system. If the valve is opened with an air pump 201 stopped or which generates a pressure lower than that upstream of the particle filter 122, a gas flow (burnt, air, or a mixture of both) is created from the system. exhaust to the environment. According to one embodiment of the invention, the valve is equipped with a non-return system which eliminates this latter harmful phenomenon for the pump, the valve and the surrounding systems.
La pompe 201 et la vanne 202, lorsqu'elle est de type active, sont pilotées par le calculateur de contrôle moteur ou pilotées par la pompe elle-même, qui lorsqu'un besoin de régénérer le filtre 122 à particules est détecté et que les conditions moteurs l'autorisent, pilote la pompe 201 et commande l'ouverture de la vanne 202. Ainsi le système 200 de régénération injecte de l'air dans le système d'échappement, en amont du filtre 122 à particules. Cela permet de régénérer le filtre 122 à particules, c'est-à-dire de le vider de ses particules en les brûlants à l'aide de l'oxygène présent dans l'air. Lorsque que le calculateur de contrôle moteur détecte que la régénération est terminée, il désactive la pompe 201 et commande la fermeture la vanne. Le système de dépollution, et plus particulièrement le filtre 122 à particules revient alors dans un mode de fonctionnement où il se remplit de particules au fur et à mesure que le moteur thermique en produit.The pump 201 and the valve 202, when it is of the active type, are controlled by the engine control computer or controlled by the pump itself, which when a need to regenerate the particle filter 122 is detected and that the engine conditions allow it, controls the pump 201 and controls the opening of the valve 202. Thus the regeneration system 200 injects air into the exhaust system, upstream of the particle filter 122. This makes it possible to regenerate the particle filter 122, that is to say to empty it of its particles by burning them with the aid of the oxygen present in the air. When the engine control computer detects that the regeneration is complete, it deactivates the pump 201 and commands the valve to close. The pollution control system, and more particularly the particle filter 122 then returns to an operating mode where it becomes filled with particles as the internal combustion engine produces it.
Dans le cadre de l'invention, plusieurs architectures moteur sont possibles, et par exemple, l'admission de l'air du système 200 de régénération peut se faire en amont ou en aval du filtre 300 à air principal du moteur 2, voire ne pas être relié au circuit 4 d'admission. Le dispositif peut partager son circuit avec celui d'une éventuelle boucle d'injection d'air à l'échappement pour accélérer la chauffe du catalyseur. La pompe à air peut avoir en addition de sa fonction d'origine celle d'alimenter le circuit d'injection d'air à l'échappement pour accélérer de la chauffe du catalyseur.In the context of the invention, several engine architectures are possible, and for example, the air intake of the regeneration system 200 can be done upstream or downstream of the main air filter 300 of the engine 2, or even not not be connected to the intake circuit 4. The device can share its circuit with that of a possible air injection loop to the exhaust to accelerate the heating of the catalyst. The air pump may have in addition to its original function that of supplying the air injection circuit to the exhaust to accelerate the heating of the catalyst.
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.The scope of the present invention is not limited to the details given above and allows embodiments in many other specific forms without departing from the scope of the invention. Therefore, the present embodiments should be considered by way of illustration, and may be modified without however departing from the scope defined by the claims.
Claims (9)
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