Brevet FR2802572A1 — publié le 20010622

La présente invention concerne un dispositif de régénération d'un fil tre à particules d'une ligne d'échappement d'un moteur Diesel, du type com portant : moyens d'injection d'un additif adapté pour abaisser la tempé rature combustion des suies ; et moyens d'élévation de la température des gaz d'échappement en amont filtre à particules. Afin préserver l'environnement, il est souhaité de nos jours que véhicules automobiles équipés d'un moteur Diesel disposent de moyens dépollution gaz d'échappement. A cet effet, un filtre à particules est ins tallé sur la ligne d'échappement afin de retenir sur sa face amont les parti cules de sui produites par le moteur. Il convient, lors du fonctionnement du véhicule, de procéder à régénération périodique du filtre à particules afin d'éviter un colmatage une obturation du filtre à particules qui, s'il n'est pas régénéré, crée baisse importante des performances du moteur. Pour procéder à une telle régénération, il est connu de prévoir en amont filtre à particules une source de chaleur constituée, par exemple, d'une resistance électrique permettant, par un apport local de chaleur sur la face amont du filtre de provoquer une auto-inflammation des suies au voisi nage immediat des points chauds, puis une propagation de la combustion par auto-inflammation sur toute la surface amont du filtre à particules. Afin faciliter la régénération du filtre, il convient d'ajouter au carbu rant alimentant le moteur un additif permettant d'abaisser la température de combustion suies. En particulier, cet additif permet de réduire la tempé rature combustion d'environ 150'C, amenant celle-ci à une température proche 50011C. Toutefois, un agencement tel que décrit ci-dessus nécessite, pour qu'il y ait une auto-inflammation des suies, une couche de suies d'une épaisseur suffisante, cette épaisseur étant de plus variable en fonction de température des gaz d'échappement. Ainsi, on constate que, lors de la re- génération à une température moyenne, de l'ordre de 250'C, l'efficacité du dispositif de 70 à 90 %. De plus, l'efficacité de la régénération est très médiocre et notamment inférieure à 50 %, lorsque la température des d'échappement est inférieure à 1500C, température constatée lors d'une lisation urbaine du véhicule. Il a par ailleurs été envisagé un autre dispositif de régénération filtre à particules. Celui-ci comporte également des moyens d'ajout d'un ditif permettant d'abaisser la température de combustion des suies dans le carburant alimentant le moteur. Ce dispositif comporte en outre des moyens d'injection de carburant dans le moteur en phase de détente. Pour permettre une auto-inflammation des suies, lorsque le filtre à particules est recouvert d'une épaisseur suffisante de suies, le dispositif comporte en outre un catalyseur d'oxydation installé en sortie du moteur en amont du filtre à particules. Ce catalyseur d'oxydation crée une post- combution supplémentaire traitant les hydrocarbures imbrûlés issus de la post-injection. Ainsi, la post-injection, combinée à l'action du catalyseur d'oxydation, crée une élévation de la température des gaz d'échappement comprise entre 200'C et 250'C, Toutefois, pour obtenir une telle augmenta tion de température, la charge en métaux précieux du catalyseur d'oxydation doit être très importante. En particulier, celle-ci doit être supérieure à 3,53 (100 g/pied 3). De plus, on constate que, dans le cas d'une utilisation exclusivement urbaine du véhicule, ou encore lors d'un fonctionnement particulier de celui ci lorsque la température des gaz d'échappement n'excède pas 150'C il n'est pas possible de procéder à une régénération du filtre à particules, la température des gaz y circulant n'étant pas suffisante. Ainsi, le filtre se charge progressivement en suies, ce qui engendre une contre-pression importante à l'échappement, occasionnant une baisse importante performances du moteur et une augmentation de la - sommation specifique du moteur. Ainsi, premier dispositif décrit ci-dessus n'est pas véritablement satisfaisant le second dispositif envisagé ne fonctionne pas dans certai nes conditions, notamment lorsque les gaz d'échappement en sortie du moteur sont à de basses températures, ce qui interdit son utilisation. L'invention a pour but de proposer un dispositif de régéneration d'un filtre à particules assurant une régénération efficace du filtre a particules quelles soient les conditions d'utilisation du moteur. A effet, l'invention a pour objet un dispositif de régéneration d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement d'un moteur Diesel, du type précité, caractérisé en ce que lesdits moyens d'élévation de la température des gaz d'échappement comportent : moyens activables de post-injection de carburant dans le mo teur en phase de détente pour provoquer une post-combustion dans les cy lindres - - moins une source de chaleur disposée immédiatement en amont du filtre à particules ; et - des moyens d'activation simultanée des moyens de post injection et de la source de chaleur. Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif de régéné ration comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : il comporte un catalyseur d'oxydation placé sur la ligne d'échappe ment sortie du moteur et en amont du filtre à particules -, - la charge en métaux précieux du catalyseur d'oxydation est com prise entre 0,35 et 1,77 g/l (10 et 50 g/pied) ; - lesdits moyens de post-injection sont adaptés pour injecter une quantité de carburant suffisante pour obtenir une augmentation la tempé rature gaz d'échappement comprise entre 200'C et 300'C ; - ou chaque source de chaleur est adaptée pour obtenir une aug mentation de la température des gaz d'échappement dans la région de la face amont du filtre à particules située en regard de chaque source jusqu'à une valeur supérieure à 500'C. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se réferant à la fi- gure unique qui est une vue schématique d'un moteur Diesel d'une ligne d'échappement équipée d'un dispositif selon l'invention. Sur la figure 1 est représenté un moteur Diesel 10 formé par exemple par un moteur de propulsion d'un véhicule automobile. Ce moteur est ali- menté depuis un réservoir de carburant 12. Le réservoir est équipé moyens 14 d'injection dans le carburant d'un additif permettant d'abaisser température de combustion des suies. Les moyens 14 assurent le maintien d'une concentration adaptée de l'additif dans le carburant. L'additif est exemple du cérium. Immédiatement en sortie du moteur 10, c'est-à-dire en sortie de culasse de celui-ci est installé un catalyseur d'oxydation 16 contenant métaux précieux tels que le platine. Le catalyseur d'oxydation est faiblement 3 chargé en métaux précieux, sa charge étant comprise entre 10 et 80 g/pied . la ligne d'échappement notée 18 prolongeant le catalyseur d'oxy dation est disposé un volume d'échappement 20 à l'intérieur duquel prévu filtre à particules 22. Au moins une source de chaleur 24 est tallée à l'intérieur du volume d'échappement 20 en regard de la face amont du filtre à particules est. La ou chaque source de chaleur 24 est formée exemple une résistance électrique. Chacune des sources de chaleur commandee par une unité centrale de pilotage 26. En outre, des moyens 28 de post-injection de carburant dans le teur en phase de détente sont installés sur le moteur 10. Ces moyens d'in jection 28 sont reliés à l'unité centrale de pilotage 26. Dans la pratique, ces moyens d'injection sont formés par les injec teurs du moteur associés à une logique de commande adaptée pour - mettre une injection supplémentaire de carburant à des instants détermines du fonctionnement du moteur. Ces instants déterminés se trouvent pendant la phase de détente du moteur. L'unité centrale de pilotage 26 est adaptée pour activer simultané ment moyens d'injection 28 et la source de chaleur 24 lors des phases de régenération du filtre à particules. Le dispositif décrit ici fonctionne de la manière suivante. Lors d'une phase de régénération du filtre à particules, alors que le moteur 10 est en fonctionnement, les moyens 28 procèdent à une post injection de carburant dans les cylindres du moteur, lors des phases de tente de celui-ci. Cette post-injection provoque une augmentation de la pérature des gaz en sortie du moteur. Simultanément, les sources de cha- leur 24 sont mises en action, augmentant également la température des immédiatement en amont du filtre à particules. La température des d'échappement est alors suffisante pour créer une auto-inflammation suies sur sa surface amont, cette auto-inflammation se propageant sur semble la surface du filtre à particules. exemple, lorsque le moteur 10 fonctionne en dehors des phases de régenération du filtre à particules avec des températures de gaz d'échap pement inférieures à 1500C, le dispositif permet, par la post-injection asso ciée à l'action du catalyseur d'oxydation, d'augmenter la température gaz de 250'C dans la ligne d'échappement 18. Ces gaz sont alors à 400'C. Les sources de chaleur 24 apportent localement l'énergie calorifique quante pour provoquer l'auto-inflammation des suies sur la face amont filtre à particules, cette dernière étant obtenue à environ 500"C du fait l'alimentation du moteur avec un carburant auquel est ajouté l'additif abais sant la température de combustion des suies. Plus généralement, les moyens de post-injection sont adaptés pour injecter une quantité de carburant suffisante pour obtenir une augmentation de la température des gaz d'échappement comprise entre 200'C et 300'C. même, la ou chaque source de chaleur est adaptée pour fournir localement une énergie calorifique d'environ 1,5 kVV, ce qui permet d'obtenir une augmentation de la température des gaz d'échappement dans la région de la face amont du filtre à particules située en regard de chaque source, jusqu Le une dispositif valeur supérieure décrit ici présente à 500 - avantages suivants, La combustion des suies s'effectue avec une efficacité améliorée par rapport aux deux dispositifs de l'état de la technique pris séparément. En effet, alors que l'un marche de manière non satisfaisante et l'autre ne fonctionne pas pour de faibles températures des gaz en sortie moteur, le dispositif selon l'invention fonctionne de manière satisfaisante la totalité la plage de températures de fonctionnement du moteur. diminution de la contre-pression dans la ligne d'échappement est constatee. Celle-ci permet un gain de consommation. Une diminution de la masse de suie nécessaire à la régénération du filtre à particules est possible par mise en #uvre de l'invention, ce qui per- d'augmenter la durée de vie du filtre. En particulier, on constate que, avec une source de chaleur disposée amont du filtre mais sans post-injection de carburant lors de l'initiation de la régénération du filtre à particules, il convient, pour que le taux de régéné ration soit bon, que la masse de suie retenue sur le filtre à particules soit très importante. Par exemple, une masse de 45 g de suie dans un filtre à particules de taille standard permet d'obtenir sans post-injection, uniquement par activa tion de la source de chaleur amont, un taux de régéneration supérieur à même si la température des gaz d'échappement n' que de l'ordre de 200'C en entrée. En revanche, pour une masse de suie de 30g dans un filtre identique précédent, et même avec des gaz d'échappement à température de l'ordre de 280'C, le taux de régénération n'est que d'environ 30%. Par mise en #uvre de l'invention, c'est-à-dire par activation conjointe d'une source de chaleur et d'une post-injection de carburant lors de la phase de régénération, un taux de régénération supérieur à 90 % pour un filtre à particules de taille standard est obtenu même avec des températures initia les de l'ordre de 200"C et une quantité de suie de 30 g. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de régénération d'un filtre à particules d'une ligne d'échappement (18) d'un moteur Diesel (Il 0) du type comportant -. - des moyens (14) d'injection d'un additif adapté pour abaisser la température de combustion des suies ; et moyens d'élévation de la température des gaz d'échappement en amont filtre à particules (22), caractérise en ce que lesdits moyens d'élévation de la température des d'échappement comportent: - des moyens activables (28) de post-injection de carburant dans moteur 0) en phase de détente pour provoquer une post-combustion dans les cylindres -, - moins une source de chaleur (24) disposée immédiatement amont filtre à particules (22) ; et moyens (26) d'activation simultanée des moyens de post- injection (28) et de la source de chaleur (24). 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un catalyseur d'oxydation (16) placé sur la ligne d'échappement (18) en sor tie du moteur (10) et en amont du filtre à particules (22). 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la charge en métaux précieux du catalyseur d'oxydation est comprise entre 0,35 et 1,77 g/l (10 et 50 g/pied 3) 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens de post-injection (28) sont adaptés pour injecter une quantité de carburant suffisante pour obtenir une aug mentation la température des gaz d'échappement comprise entre 200'C et 300'C. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé ce que la ou chaque source de chaleur (24) est adaptée pour obtenir une augmentation de la température des gaz d'échappement dans la région de la face amont du filtre à particules située en regard de chaque source jusqu'à une valeur supérieure à 500"C.