WO2006005865A1 - Systeme d'aide a la regeneration de moyens de depollution integres dans une ligne d'echappement d'un moteur - Google Patents

Systeme d'aide a la regeneration de moyens de depollution integres dans une ligne d'echappement d'un moteur Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a system for assisting the regeneration of depollution means associated with oxidation catalyst means implementing an OSC function constituting a reserve of oxygen, integrated into an exhaust line of a motor vehicle diesel engine.
  • the invention relates to such a system in which the engine is associated with means for common cylinder fuel supply thereof.
  • depollution means such as a particulate filter
  • the soot trapped in it is burned thanks to the thermal provided by the engine and the exotherm achieved by the conversion of HC and CO on the means.
  • This combustion can be assisted by a catalyst element melan ⁇ with soot, resulting for example from a regeneration aid additive, mixed with the engine feed fuel or by a catalyst deposited directly on the walls of the filter to particles (catalyzed particle filter).
  • the subject of the invention is a system for assisting the regeneration of depollution means associated with oxidation catalyst means implementing an OSC function, constituting an oxygen reserve and integrated into a exhaust line of a diesel engine of a motor vehicle, in which the engine is associated with common rail means for supplying the cylinders with fuel, characterized in that it comprises means for analyzing the state of charge of the depollution and control means.
  • the depollution means comprise a particulate filter
  • the particulate filter is catalyzed
  • the depollution means comprise a NOx trap
  • the fuel comprises an additive intended to be deposited with the particles to which it is mixed, on the depollution means to facilitate their regeneration;
  • the fuel comprises an additive forming a NOx trap
  • the depollution means are impregnated with an SCR formulation, ensuring a CO / HC oxidation function; the engine is associated with a turbocharger;
  • FIG. 1 represents a block diagram illustrating the structure of a help system according to the invention.
  • - Fig.2 illustrates the operation thereof.
  • FIG. 1 has in fact illustrated a system for assisting the regeneration of depollution means designated by the general reference 1, associated with oxidation catalyst means, implementing an OSC function. constituting a supply of oxygen, designated by the general reference 2, and pla ⁇ ces in an exhaust line 3 of a motor vehicle engine.
  • This engine is designated by the general reference 4 and may be associated for example with a turbocharger whose turbine portion 5 is associated with the exhaust line and the compressor portion 6 is placed upstream of the engine.
  • Such oxidation catalyst means implementing an OSC function are already known in the state of the art.
  • the engine is associated with common rail fuel supply means cylinders thereof designated by the general reference 7, the operation of which is controlled by a supervisor 8.
  • this system also comprises means for analyzing the state of charge of the depollution means and com ⁇ paraison means thereof to predetermined threshold values to control the operation of the engine.
  • the analysis means formed for example by the supervisor 8, are then connected to means for determining these states of charge, designated by the general reference 9, delivering it to the supervisor 8, so as permet ⁇ to be that these are compared with threshold values as delivered by generation means 10 including any appropriate means for establishing these threshold values.
  • the determination of the state of charge of the depollution means is indeed important.
  • This determination makes it possible to determine, for example, whether the depollution means are overloaded with soot or clogged.
  • the state of charge of the depollution means is determined in order to adapt the regeneration strategy.
  • this state of charge can be determined from the pressure drop measured at the terminals of the pollution control means and in particular of the particle filter, in a conventional manner.
  • This state of charge can be determined in various ways already known in the state of the art, for example by using a differential pressure sensor at the terminals of the pollution control means, an absolute pressure sensor, at the inlet of the depollution means. (backpressure), etc.
  • the supervisor and the common fuel rail means are adapted to control the engine in a first lean-burn regeneration operating mode for the load states lower than the threshold values, or in a second regeneration operating mode implementing operating sequences of the engine alternating operating phases with rich mixture and lean mixture, for the states of charge higher than the threshold values.
  • These phases of operation with rich or lean mixture are established in a conventional manner by modifying parameters for controlling the operation of the engine.
  • FIG. 2 This is illustrated in FIG. 2, on which the exotherms linked to the passage into the rich operating mode of the engine are clearly visible.
  • the diesel engine In rich mode, the diesel engine emits a large amount of CO and unburned hydrocarbons into the exhaust. In addition, the amount of oxygen present in the gases is greatly reduced (less than 2-3% and sometimes less than 1%).
  • the passage of these gases in the oxidation catalyst means allows the combustion of CO and HC by the oxygen present in the gases. In order to be able to convert a larger amount of CO and HC, it is desirable to provide a greater amount of oxygen.
  • the presence of the OSC component constituting an Oxygen Storage Capacity, such as, for example, cerium which stores oxygen in the form of cerium - CeO 2 - or a mixed oxide of cerium and zirconium in the oxidation catalyst means, allows to release oxygen during passages of the engine in rich mode.
  • the combustion of CO and HC is an exothermic reaction and increases the thermal levels at the outlet of the oxidation catalyst means, i.e., at the inlet of the particulate filter.
  • transition to a rich operating mode therefore makes it possible to heat the exhaust gases further, which accelerates the regeneration speed of the particulate filter.
  • the increase in the thermal levels makes it possible to reduce the additive dosage and thus to increase the distance traveled by the vehicle before cleaning. of the filter.
  • this additive is indeed present in the particles after combustion of the fuel additive in the engine.
  • different embodiments can be envisaged.
  • the depollution means may comprise a particulate filter, catalyzed or not, a NOx trap, etc. These depollution means may also be impregnated with a SCR formulation providing a CO / HC oxidation function in a conventional manner.
  • the depollution means and the oxidation catalyst means may be integrated into one and the same element, in particular on the same substrate.
  • a particulate filter incorporating the oxidation function can be envisaged.
  • NOx trap incorporating such an oxidation function can also be envisaged, whether or not it is additive.
  • This oxidation function and / or NOx trap can be filled for example by an additive mixed with the fuel.

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Abstract

Ce système d'aide à la régénération de moyens de dépollution (1), associés à des moyens formant catalyseur d'oxydation (2) mettant en oeuvre une fonction OSC, et intégrés dans une ligne d'échappement (3) d'un moteur Diesel (4) de véhicule automobile, dans lequel le moteur est associé à des moyens (7) à rampe commune d'alimentation en carburant des cylindres de celui-ci, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (8) d'analyse de l'état de charge des moyens de dépollution et de comparaison de celui-ci à des valeurs de seuil prédéterminées (10), pour piloter le moteur (4) dans un premier mode de fonctionnement de régénération à mélange pauvre (11) pour les états inférieurs aux valeurs de seuil ou dans un second mode de fonctionnement de régénération mettant en oeuvre des séquences de fonctionnement du moteur alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre (12) pour les états supérieurs aux valeurs de seuil.

Description

Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur La présente invention concerne un système d'aide à la régénération de moyens de dépollution associés à des moyens formant catalyseur d'oxydation mettant en œuvre une fonction OSC constituant une réserve d'oxygène, intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile.
Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel système dans le¬ quel le moteur est associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant de cylindres de celui-ci. Pour assurer la régénération de moyens de dépollution tels qu'un filtre à particules, les suies piégées dans celui-ci sont brûlées grâce à la thermique fournie par le moteur et à l'exotherme réalisé par la conversion des HC et du CO sur les moyens formant catalyseur d'oxydation placés en amont du filtre à parti¬ cules. Cette combustion peut être assistée par un élément catalyseur mélan¬ gé aux suies, issu par exemple d'un additif d'aide à la régénération, mélangé au carburant d'alimentation du moteur ou bien par un catalyseur déposé directement sur les parois du filtre à particules (filtre à particules catalysé).
Plus les niveaux thermiques dans la ligne d'échappement en entrée du filtre à particules sont élevés, plus la durée de régénération du filtre est courte.
Or, en conditions de roulage critiques, comme par exemple en ville ou dans des embouteillages, les niveaux thermiques atteints à travers les stratégies d'aide à la régénération classiques du filtre à particules, peuvent se révéler insuf¬ fisantes pour assurer la régénération correcte du filtre, ce qui peut se traduire par des régénérations très longues et donc très consommatrices de carburant voire incomplètes.
Toute stratégie d'élévation des niveaux thermiques lors de ces roula¬ ges critiques, permet alors d'assurer des régénérations complètes, de réduire la surconsommation due à cette régénération du filtre à particules et surtout d'aug- menter la marge de sécurité par rapport à la fissuration ou à la casse de ce filtre. Le but de l'invention est de proposer une telle stratégie. A cet effet, l'invention a pour objet un système d'aide à la régénération de moyens de dépollution associés à des moyens formant catalyseur d'oxydation mettant en œuvre une fonction OSC, constituant une réserve d'oxygène et inté- grés dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile, dans lequel le moteur est associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant des cylindres de celui-ci, caractérisé en ce qu'il com¬ porte des moyens d'analyse de l'état de charge des moyens de dépollution et de comparaison de celui-ci à des valeurs de seuil prédéterminées, pour piloter le moteur dans un premier mode de fonctionnement de régénération à mélange pauvre pour les état inférieurs aux valeurs de seuil ou dans un second mode de fonctionnement de régénération mettant en œuvre des séquences de fonction¬ nement du moteur alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre pour les états supérieurs aux valeurs de seuil. Suivant d'autres caractéristiques :
- les moyens de dépollution comprennent un filtre à particules ;
- le filtre à particules est catalysé ;
- les moyens de dépollution comprennent un piège à NOx ;
- le carburant comporte un additif destiné à se déposer avec les parti- cules auxquelles il est mélangé, sur les moyens de dépollution pour faciliter leur régénération ;
- le carburant comporte un additif formant piège à NOx,
- les moyens de dépollution sont imprégnés avec une formulation SCR, assurant une fonction d'oxydation CO/HC ; - le moteur est associé à un turbocompresseur ;
- les états de charge sont déterminés à partir de la perte de charge aux bornes des moyens de dépollution ; et
- les états de charge sont déterminés à partir de la contre-pression en entrée des moyens de dépollution. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Fig.1 représente un schéma synoptique illustrant la structure d'un système d'aide selon l'invention ; et - la Fig.2 illustre le fonctionnement de celui-ci.
On a en effet illustré sur la figure 1 , un système d'aide à la régénéra¬ tion de moyens de dépollution désignés par la référence générale 1 , associés à des moyens formant catalyseur d'oxydation, mettant en œuvre une fonction OSC constituant une réserve d'oxygène, désignés par la référence générale 2, et pla¬ cés dans une ligne d'échappement 3 d'un moteur de véhicule automobile.
Ce moteur est désigné par la référence générale 4 et peut être associé par exemple à un turbocompresseur dont la portion de turbine 5 est associée à la ligne d'échappement et dont la portion de compresseur 6 est placée en amont du moteur.
De tels moyens formant catalyseur d'oxydation mettant en œuvre une fonction OSC sont déjà connus dans l'état de la technique.
Le moteur est associé à des moyens à rampe commune d'alimentation en carburant des cylindres de celui-ci désignés par la référence générale 7, dont le fonctionnement est contrôlé par un superviseur 8.
Selon l'invention, ce système comporte également des moyens d'analyse de l'état de charge des moyens de dépollution et des moyens de com¬ paraison de celui-ci à des valeurs de seuil prédéterminées pour contrôler le fonc- tionnement du moteur.
Les moyens d'analyse formés par exemple par le superviseur 8, sont alors reliés à des moyens de détermination de ces états de charge, désignés par la référence générale 9, délivrant celui-ci au superviseur 8, de manière à permet¬ tre à celui-ci de les comparer à des valeurs de seuil telles que délivrées par des moyens de génération 10 comprenant tous moyens appropriés permettant d'établir ces valeurs de seuil.
La détermination de l'état de charge des moyens de dépollution est en effet importante.
Cette détermination permet de déterminer par exemple si les moyens de dépollution sont surchargés en suies ou colmatés.
Dans le cas où les moyens de dépollution sont surchargés en suies, il y a en effet un risque de fissuration des moyens de dépollution et en particulier du filtre à particules lors de la prochaine régénération. Il faut donc régénérer ce filtre à particules sans l'endommager et avoir des températures les plus élevées possible, pour minimiser le risque de fissuration du substrat de ces moyens.
Lorsque le filtre est colmaté, non seulement il y a un risque d'endommagement de ce filtre lors de la prochaine tentative de régénération, mais il y a également un risque pour la tenue du moteur. II convient donc de tenir compte de ces différents problèmes pour op¬ timiser la prochaine régénération du filtre.
Dans le système selon l'invention, on détermine l'état de charge des moyens de dépollution pour adapter la stratégie de régénération. Ainsi, cet état de charge peut être déterminé à partir de la perte de charge mesurée aux bornes des moyens de dépollution et en particulier du filtre à particules, de façon classique.
Cet état de charge peut être déterminé selon différentes façons déjà connues dans l'état de la technique, par exemple en utilisant un capteur de pres- sion différentielle aux bornes des moyens de dépollution, un capteur de pression absolue, en entrée des moyens de dépollution (contre-pression), etc.
Ces états de charge ainsi déterminés sont ensuite comparés à des va¬ leurs de seuil pour déterminer la stratégie optimale à appliquer.
En fonction du résultat de cette comparaison, le superviseur et les moyens à rampe commune d'alimentation en carburant sont adaptés pour piloter le moteur dans un premier mode de fonctionnement de régénération à mélange pauvre pour les états de charge inférieurs aux valeurs de seuil, ou dans un se¬ cond mode de fonctionnement de régénération mettant en œuvre des séquences de fonctionnement du moteur alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre, pour les états de charge supérieurs aux valeurs de seuil. Ces phases de fonctionnement à mélange riche ou pauvre sont établies de façon classique en modifiant des paramètres de contrôle du fonctionnement du moteur.
Ces stratégies sont désignées respectivement par les références gé- nérales 11 et 12 sur cette figure.
Ceci est illustré sur la figure 2, sur laquelle on voit clairement apparaî¬ tre les exothermes liés au passage en mode de fonctionnement riche du moteur.
En mode riche, le moteur Diesel émet une grande quantité de CO et d'hydrocarbures imbrûlés dans les gaz d'échappement. Par ailleurs, la quantité d'oxygène présente dans les gaz est fortement réduite (inférieure à 2-3% et parfois à moins de 1%). Le passage de ces gaz dans les moyens formant catalyseur d'oxydation permet la combustion du CO et des HC par l'oxygène présent dans les gaz. Afin de pouvoir convertir une plus grosse quantité de CO et des HC, il est souhaitable de mettre à disposition une plus grande quantité d'oxygène.
A cet effet, la présence du composant de type OSC constituant une réserve d'oxygène (Oxygen Storage Capacity), tel que par exemple du cérium qui stocke l'oxygène sous forme de cérine - CeÛ2 - ou un oxyde mixte de cérium et de zirconium dans les moyens formant catalyseur d'oxydation, permet de libérer de l'oxygène lors des passages du moteur en mode riche.
La combustion du CO et des HC est une réaction exothermique et permet d'augmenter les niveaux thermiques en sortie des moyens formant cata- lyseur d'oxydation, c'est-à-dire en fait en entrée du filtre à particules.
En mode de fonctionnement pauvre du moteur (mode RG FAP), on a beaucoup moins de réducteurs (CO, HC) qu'en mode de fonctionnement riche, mais malgré une teneur en oxygène moins élevée, compensée en partie par la présence du composant OSC, l'exotherme produit par les moyens formant cata- lyseur d'oxydation est plus important en mode riche qu'en mode de régénération pauvre du filtre à particules.
Le passage en mode de fonctionnement riche permet donc de chauffer davantage les gaz d'échappement, ce qui accélère la vitesse de régénération du filtre à particules. Dans le cas d'un filtre à particules utilisant un additif d'aide à la régé¬ nération, l'augmentation des niveaux thermiques permet de réduire le dosage en additif et ainsi d'augmenter la distance parcourue par le véhicule avant le net¬ toyage du filtre.
On sait en effet qu'un tel additif peut être mélangé au carburant d'alimentation du moteur pour se déposer sur le filtre à particules avec les parti¬ cules auxquelles il est mélangé, afin d'abaisser la température de combustion des suies piégées dans celui-ci.
De façon classique, cet additif est en effet présent dans les particules après combustion du carburant additivé dans le moteur. Bien entendu, différents modes de réalisation peuvent être envisagés.
C'est ainsi par exemple que les moyens de dépollution peuvent com¬ porter un filtre à particules, catalysé ou non, un piège à NOx, etc.. Ces moyens de dépollution peuvent également être imprégnés avec une formulation SCR assurant une fonction d'oxydation CO/HC de façon classi¬ que.
Par ailleurs, les moyens de dépollution et les moyens formant cataly- seur d'oxydation peuvent être intégrés dans un seul et même élément, notam¬ ment sur le même substrat.
A titre d'exemple, un filtre à particules intégrant la fonction d'oxydation peut être envisagé.
De même, un piège à NOx intégrant une telle fonction d'oxydation peut également être envisagé, que celui-ci soit additivé ou non.
Cette fonction d'oxydation et/ou de piège à NOx peut être remplie par exemple par un additif mélangé au carburant.
On conçoit alors comme cela est illustré sur la figure 2, que le pilotage du moteur permet d'augmenter les niveaux thermiques par rapport à un fonction- nement standard, notamment pour les états de charge critiques, ce qui permet ainsi une régénération plus rapide et complète du filtre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution (1) as¬ sociés à des moyens formant catalyseur d'oxydation (2) mettant en œuvre une fonction OSC, constituant une réserve d'oxygène et intégrés dans une ligne d'échappement (3) d'un moteur Diesel (4) de véhicule automobile, dans lequel le moteur est associé à des moyens (7) à rampe commune d'alimentation en carbu¬ rant des cylindres de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (8) d'analyse de l'état de charge des moyens de dépollution et de comparaison de celui-ci à des valeurs de seuil prédéterminées (10), pour piloter le moteur (4) dans un premier mode de fonctionnement de régénération à mélange pauvre (11 ) pour les états de charge inférieurs aux valeurs de seuil ou dans un second mode de fonctionnement de régénération mettant en œuvre des séquences de fonc¬ tionnement du moteur alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre (12) pour les états de charge supérieurs aux valeurs de seuil.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens de dépollution comprennent un filtre à particules (1 ).
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre à particules est catalysé.
4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de dépollution comprennent un piège à NOx.
5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carburant comporte un additif destiné à se déposer avec les particules auxquelles il est mélangé, sur les moyens de dépollution pour facili- ter leur régénération.
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le carburant comporte un additif formant piège à NOx.
7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de dépollution (1 ) sont imprégnés avec une formulation SCR, assurant une fonction d'oxydation CO/HC.
8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur (4) est associé à un turbocompresseur (5,6).
9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les états de charge sont déterminés à partir de la perte de charge aux bornes des moyens de dépollution.
10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caracté- ' risé en ce que les états de charge sont déterminés à partir de la contre-pression en entrée des moyens de dépollution.
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