Brevet FR2815379A1 — publié le 20020419

La présente invention est relative à un procédé de régénération d'un filtre à particules placé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne propulsant un véhicule automobile. Plus particulièrement, la présente invention est relative à un tel procédé suivant lequel on détecte l'imminence d'un colmatage du filtre et on prévient ce colmatage en balayant le filtre avec un courant de gaz d'échappement à une température au moins égale à la température d'auto-inflammation des particules. On a représenté schématiquement à la figure 1 du dessin annexé la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne 1, plus particulièrement du type Diesel. Celle-ci comprend classiquement un pot catalytique 2 d'oxydation des espèces chimiques imbrûlées sortant du moteur un filtre 3 conçu pour retenir, notamment, des particules de suie et d'autres résidus (huile, additifs de carburant,...) portées par les gaz d'échappement du moteur. Ce filtre s'encrassant progressivement sous l'effet de l'accumulation de ces particules, il est nécessaire de prévoir des moyens de décolmatage du filtre, mis en oeuvre périodiquement. Ces moyens comprennent couramment un capteur de pression différentielle 4 placé aux bornes du filtre à particules 3 pour délivrer, à des moyens de commande constitués par un calculateur 5 de gestion du moteur 1, un signal représentatif de la pression différentielle mesurée, correspondant à la perte de charge des gaz d'échappement pendant la traversée du filtre, cette perte de charge étant d'autant plus forte que l'encrassement du filtre est plus avancé. Au franchissement d'un seuil par cette perte de charge, le calculateur 5 déclenche une régénération du filtre par combustion des particules retenues dans le filtre. Pour ce faire il faut faire passer la température des gaz d'échappement passant dans le filtre, au-dessus de la température d'auto-inflammation de ces particules, de l'ordre de 600 C environ. Ce résultat peut être obtenu à l'aide d'un brûleur. On peut aussi provoquer l'accroissement nécessaire de la température des gaz d'échappement en dégradant momentanément le rendement du moteur par une commande appropriée du point de fonctionnement de celui-ci (réduction de l'angle d'avance à l'allumage, retardement de l'ouverture des injecteurs de carburant) ou par une commande convenable d'organes périphériques (papillon de réglage du débit d'air entrant dans le moteur, vanne de commande de recirculation des gaz d'échappement dans ce moteur, etc...). L'utilisation de brûleurs ou de bougies de chauffage électrique pour atteindre la température d'auto- inflammation des particules, présente l'inconvénient d'être coûteuse. Quant au procédé de relèvement de la température des gaz d'échappement par dégradation du rendement du moteur, s'il s'avère satisfaisant dans des conditions de roulage normal du véhicule, il n'en est pas de même quand le moteur du véhicule tourne à un régime de ralenti. Quand le véhicule est pris dans un embouteillage et que son moteur tourne alors au ralenti pendant une longue période de temps, il peut même devenir impossible de régénérer le filtre à particules par ce moyen. Cela est particulièrement dommageable quant au bon fonctionnement du moteur du fait que les embouteillages constituent une part importante de la circulation automobile en zone urbaine. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé de régénération d'un filtre à particules placé dans la ligne d'échappement d'un véhicule automobile, conçu pour assurer une régénération efficace du filtre, y compris quand le moteur propulsant le véhicule fonctionne en régime de ralenti. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de régénération du type décrit en préambule de la présente description, ce procédé étant remarquable en ce que, à la détection d'un colmatage imminent du filtre lors d'un fonctionnement du moteur en régime de ralenti, on commande l'activation d'au moins un consommateur d'énergie tirée du fonctionnement du moteur, ce consommateur équipant le véhicule propulsé par ce moteur, cette activation contribuant à faire croître la température desdits gaz d'échappement jusqu'à la température d'auto-inflammation des particules. Comme on le verra plus loin, l'accroissement de la température des gaz d'échappement ainsi obtenu, éventuellement combiné à celui qui résulte d'une dégradation provoquée du rendement du moteur et éventuellement encore, d'un accroissement du régime de ralenti, permet de porter les gaz d'échappement à une température voisine de 600 C convenant au décolmatage du filtre par pyrolyse des particules de suie ou d'autres résidus qu'il contient. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un schéma d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de régénération suivant la présente invention, schéma déjà partiellement décrit en préambule de la présente description, et - la figure 2 est une cartographie de la température des gaz d'échappement en fonction du régime du moteur et du couple délivré par celui- ci, cette cartographie illustrant l'efficacité du procédé de régénération de filtre à particules suivant la présente invention. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé o il apparaît que le dispositif suivant l'invention comprend, outre les appareils ou organes déjà décrits en préambule de la présente description, des "consommateurs" C1, Cz, C3,... ces consommateurs étant constitués par divers équipements d'un véhicule automobile alimentés en énergie électrique par un réseau de distribution 6 de cette énergie, ce réseau étant alimenté par un alternateur 7 couplé mécaniquement à l'arbre de sortie du moteur 1. L'alternateur 7 fonctionne alors en transducteur, convertissant de l'énergie mécanique reçue du moteur en énergie électrique propre à alimenter les consommateurs Ci, C2, C3.... A titre d'exemple de consommateurs ainsi alimentés équipant classiquement un véhicule automobile, on peut citer: les bougies de préchauffage électrique du mélange air/carburant d'un moteur Diesel, un groupe moto- ventilateur de circulation d'air dans l'habitacle d'un véhicule automobile, un compresseur de groupe de climatisation de cet habitacle (ou "climatiseur"), des résistances électriques de chauffage de l'eau d'un circuit de chauffage d'air, ou de chauffage des sièges du véhicule, etc, etc.... Les consommateurs d'énergie précités sont classiquement activés soit par le conducteur du véhicule, soit par une commande émise par le calculateur 5, alors dûment programmé pour émettre une telle commande. Suivant la présente invention, on prévoit qu'une pluralité CI, C2, C3... de tels consommateurs sont activables sous la commande du calculateur 5. Le procédé de régénération du filtre à particules 3 selon la présente invention, mis en oeuvre à l'aide du dispositif de la figure 1, s'établit alors comme suit. Quand le capteur de pression différentielle 4 délivre au calculateur 5 un signal représentatif de l'imminence d'un colmatage du filtre 3, le calculateur compare le régime actuel du moteur, connu par des moyens de mesure classiques, non représentés, à une valeur de seuil (par exemple 1OOOt/mn) en-dessous de laquelle on considère que le moteur fonctionne en régime de ralenti et délivre alors des gaz d'échappement à une température relativement basse, par exemple 200 C, très insuffisante pour permettre une destruction par pyrolyse des particules de suie et autres résidus qui menacent de colmater le filtre à particules. Suivant la présente invention, le calculateur est dûment programmé pour que, si le régime du moteur est alors inférieur à cette valeur de seuil, le calculateur active automatiquement un ou plusieurs des consommateurs C1, C2, C3... de manière à faire croître la puissance électrique délivrée par l'alternateur 7, et donc la puissance mécanique que le moteur 6 doit fournir à cet alternateur, pour que ce dernier puisse alimenter les consommateurs activés. Pour que le moteur 6 puisse fournir cette puissance mécanique supplémentaire, le calculateur 5 doit faire croître le débit de carburant admis dans les cylindres du moteur. La conséquence de cet accroissement est un accroissement de la température des gaz d'échappement sortant du moteur. On a pu chiffrer à plus de 100 C l'accroissement de température que l'on peut ainsi obtenir par l'activation de consommateurs d'énergie électrique. En combinant, éventuellement, l'accroissement de température des gaz ainsi obtenus à celui que l'on tire d'un accroissement du régime de ralenti du moteur (de 800 à 1000 t/mn par exemple), et à celui qu'on tire d'une dégradation de la combustion du mélange air/carburant d'alimentation du moteur, et donc du rendement du moteur, on parvient, suivant l'invention, à réchauffer les gaz d'échappement au-dessus de la température, de 600 C environ, qui rend possible l'auto-inflammation des particules contenues dans le filtre 3, et donc le nettoyage par pyrolyse de ce filtre. Cette dégradation et cet accroissement du régime de ralenti peuvent être tous deux commandés par le calculateur 5. La cartographie représentée à la figure 2 illustre l'efficacité du processus de réchauffement des gaz d'échappement explicité ci-dessus. Cette cartographie représente la température des gaz d'échappement, en amont du filtre à particules 3, en fonction du régime R du moteur (en tr/mn) et du couple C délivré par ce moteur (en N.m). Lors d'un fonctionnement normal en régime de ralenti, au point de fonctionnement P1, on observe que les valeurs de régime (environ 800 tr/mn) et de couple (15 N.m) typiques d'un tel fonctionnement conduisent à la production de gaz d'échappement à une température inférieure à 200 C. En combinant l'activation, suivant la présente invention, de consommateurs alors hors service, avec une remontée du régime de ralenti de 800 à 1000 tr/mn et une dégradation du rendement du moteur, on peut faire monter la température des gaz d'échappement à plus de 600 C (point de fonctionnement P2), température qui convient pour assurer le nettoyage par pyrolyse du filtre à particules 3. On remarquera que l'activation des consommateurs a provoqué, à cet effet, une remontée de 15 à 120 N.m du couple délivré par le moteur, du fait de l'accroissement de l'énergie absorbée par l'alternateur. On remarquera aussi que la spectaculaire remontée de la température des gaz d'échappement ainsi obtenue est une conséquence de la forte raideur de la surface représentée à la figure 2, entre les points de fonctionnement P1 et P2. Quand la régénération du filtre est terminée, le calculateur 5 désactive les consommateurs temporairement activés et ramène le point de fonctionnement du moteur à la position antérieure au déclenchement de la régénération. Pour arrêter la régénération du filtre, le calculateur peut procéder par observation de l'évolution de la perte de charge dans le filtre, vue par le capteur de pression différentielle 4, ou par détection, à l'aide d'un capteur de température placé en aval du filtre, du passage d'un pic de température, significatif de ce que la quantité de particules brûlée dans le filtre se réduit. On peut avantageusement procéder aussi par observation de la concentration des gaz d'échappement en monoxyde de carbone, à la sortie du filtre, comme décrit dans la demande de brevet français N 0009040 déposée le 11 juillet 2000 par la demanderesse. On remarquera que le procédé suivant l'invention, de réchauffage des gaz d'échappement par activation de consommateurs d'énergie montés dans un véhicule automobile permet, en participant au réchauffement des gaz utilisés pour brûler les particules retenues dans le filtre, de raccourcir la durée de la dégradation du rendement du moteur quand on utilise ce moyen pour assurer cette pyrolyse. Il permet aussi de réduire ou de supprimer les périodes de temps (embouteillages) pendant lesquelles toute régénération est impossible. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que le procédé suivant l'invention pourrait être utilisé en combinaison avec l'utilisation d'un additif chimique ajouté au carburant du moteur, pour abaisser la température d'auto-inflammation des particules retenues dans le filtre. C'est ainsi aussi que la régénération du filtre pourrait être déclenchée par détection du franchissement d'une distance parcourue par le véhicule (500 km par exemple) ou d'un volume de carburant consommé par le moteur, correspondant sensiblement à deux colmatages successifs du filtre. REVENDICATIONS 1. Procédé de régénération d'un filtre à particules (3) placé dans la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne (1) propulsant un véhicule automobile équipé d'une pluralité de consommateurs d'énergie (Cl, C2, C3...) tirée du fonctionnement dudit moteur (1), suivant lequel on détecte l'imminence d'un colmatage dudit filtre (3) et on prévient ce colmatage en balayant le filtre (3) avec un courant de gaz d'échappement à une température au moins égale à la température d'auto-inflammation desdites particules, procédé caractérisé en ce que, à la détection dudit colmatage imminent lors d'un fonctionnement du moteur (1) en régime de ralenti, on commande l'activation d'au moins un desdits consommateurs d'énergie (Ca, C2, C3...), ladite activation contribuant à faire croître la température desdits gaz d'échappement jusqu'à ladite température d'auto-inflammation. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que, simultanément à ladite activation, on commande une dégradation de la combustion du mélange air/carburant consommé par le moteur (1), pour assurer un réchauffage additionnel des gaz d'échappement. 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, simultanément à ladite activation on commande une accélération du régime de ralenti contribuant à l'élévation de la température des gaz d'échappement. 4. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ou les consommateurs d'énergie activés (Ci, C2, C3...) sont choisis dans le groupe formé par: des bougies de préchauffage du mélange air/carburant consommé par le moteur, un groupe moto-ventilateur, un compresseur de climatiseur, des moyens de chauffage électrique d'un dispositif de conditionnement d'air, des résistances électriques. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend a) des moyens (4) de détection de l'imminence du colmatage du filtre à particules (3) traversé par les gaz d'échappement du moteur (1), b) des moyens de mesure du régime du moteur (1) et c) des moyens (5) pour commander l'activation d'au moins un des consommateurs d'énergie (Ci, C2, C3) équipant le véhicule quand lesdits moyens de détection (4) signalent l'imminence d'un colmatage dudit filtre (3) alors que lesdits moyens de mesure signalent un fonctionnement du moteur (1) en régime de ralenti. 6. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (5) commandent une dégradation de la combustion du mélange air/carburant consommé par le moteur (1), simultanément à ladite activation d'au moins un desdits consommateurs d'énergies (C1, C2, C3). 7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de commande (5) commandent un accroissement du régime de ralenti, simultanément à ladite activation d'au moins un desdits consommateurs d'énergie (C1, C2, C3).