Brevet FR2872205A1 — publié le 20051230

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 oeuvre une fonction OSC constituant une réserve d'oxygène, et intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un tel système dans lequel 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 particules. Cette combustion peut être assistée par un élément catalyseur mélangé 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. De tels moteurs fonctionnant selon des séquences alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre ont déjà été proposés dans l'état de la technique. En effet, 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 ces gaz est fortement réduite (2 à 3% voire 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 de HC, il est nécessaire de mettre à disposition une plus grande quantité d'oxygène. A cet effet, la présence d'un composant de type OSC (Oxygène Storage Capacity) tel que le cérium (qui stocke l'oxygène sous forme de cérine CeO2) 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 du catalyseur d'oxydation, c'est-à-dire en entrée du filtre à particules ou au sein du filtre à particules selon la configuration de la ligne d'échappement. Par rapport au mode pauvre de régénération du filtre à particules, le mode riche produit une plus grande quantité de réducteurs et surtout du CO. C'est ainsi que, malgré une teneur en oxygène moins élevée, compensée en partie par l'OSC, l'exotherme produit par le catalyseur d'oxydation est plus important en mode riche qu'en mode pauvre de régénération du FAP. Le passage en mode riche permet donc de chauffer davantage les gaz d'échappement. Ceci accélère la vitesse de régénération du filtre à particules. Dans le cas d'un filtre à particules utilisant un additif d'aide à la régénération, l'augmentation des niveaux thermiques permet de réduire le dosage en additif et ainsi d'augmenter la distance parcourue avant le nettoyage du filtre. Les différentes stratégies utilisées actuellement mettent en oeuvre le même jeu de paramètres (injection et boucle d'air), quelles que soient les règles d'enclenchement utilisées, c'est-à-dire que l'on cherche à minimiser la surconsommation en carburant due à la régénération, à maximiser les chances de réussite de la régénération ou à protéger le moteur et/ou le filtre à particules. Le but de l'invention est de proposer un pilotage du moteur qui permette d'optimiser les chances de succès des tentatives de régénérations notamment en conditions critiques. 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 oeuvre une fonction OSC et intégrés 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 de cylindres de celui- ci, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de surveillance des moyens de dépollution pour commander des moyens de pilotage du moteur selon des séquences de fonctionnement alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre selon une première stratégie de séquences successives de ce type ou une seconde stratégie de séquences de ce type séparées par une phase de fonctionnement à mélange pauvre. Selon d'autres caractéristiques: - le nombre de séquences et la durée de chaque phase pendant une séquence sont calibrables; - les moyens de surveillance comprennent des moyens de surveillance de l'état de charge des moyens de dépollution pour enclencher la première stratégie en cas de dépassement de valeurs de seuil prédéterminées d'états de charge surchargé et colmaté des moyens de dépollution; - les moyens de surveillance comprennent des moyens de surveillance du nombre de régénérations incomplètes successives des moyens de dépollution pour enclencher la première stratégie en cas de dépassement d'un nombre prédéterminé ; - les moyens de surveillance comprennent des moyens de surveillance de la fréquence des dernières régénérations des moyens de dépollution pour, dans le cas où cette fréquence franchit un seuil prédéterminé, enclencher la première stratégie; - la fréquence des dernières régénérations est calculée sur les cinq dernières régénérations du filtre; - les moyens de surveillance comprennent des moyens de mesure de la température des gaz en amont des moyens de dépollution et de comparaison de celle-ci à un seuil de température pour enclencher la seconde stratégie en cas de dépassement et permettre ainsi de maintenir la température des gaz dans une fenêtre optimale de régénération; - 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 particules auxquelles il est mélangé, sur les moyens de dépollution, pour faciliter leur régénération; - les moyens de dépollution sont imprégnés avec une formulation SCR assurant une fonction d'oxydation CO/HC; - le carburant comporte un additif formant piège à NOx; et - le moteur est associé à un turbocompresseur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma synoptique illustrant la structure et le fonctionnement de moyens de dépollution intégrés dans une ligne d'échappement d'un moteur Diesel de véhicule automobile; - les figures 2 et 3 illustrent respectivement des première et seconde stratégies mises en oeuvre dans un système d'aide à la régénération selon l'invention; et - la figure 4 illustre le fonctionnement de celui-ci. On a représenté sur la figure 1, des moyens de dépollution associés à des moyens formant catalyseur d'oxydation mettant en oeuvre une fonction OSC, désignés de façon générale par la référence générale 1 et intégrés dans une ligne d'échappement 2 d'un moteur Diesel 3 de véhicule automobile. Les moyens formant catalyseur d'oxydation mettent en oeuvre par exemple une fonction OSC constituant une réserve d'oxygène et les moyens de dépollution comprennent par exemple un filtre à particules. De tels moyens formant catalyseur d'oxydation mettant en oeuvre 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 4, dont le fonctionnement est contrôlé par un calculateur désigné par la référence générale 5, associé à des moyens 6 de stockage de stratégies de pilotage permettant d'assurer la régénération des moyens de dépollution. Dans le système d'aide selon l'invention, il est prévu des moyens de surveillance des moyens de dépollution pour commander les moyens de pilotage du moteur selon des séquences de fonctionnement alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre selon une première stratégie de séquences successives de ce type ou une seconde stratégie de séquences de ce type séparées par une phase de fonctionnement à mélange pauvre. Ces différents moyens sont mis en oeuvre par le calculateur 5, et comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, la première stratégie de pilotage de celui-ci comporte des séquences successives alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre du moteur, par exemple en aide à la régénération de niveau 2, et ce en boucle jusqu'à l'arrêt de la demande d'aide à la régénération. On a en effet illustré sur la figure 2, une première stratégie de ce type 5 qui comporte des séquences successives de fonctionnement du moteur à mélange riche et à mélange pauvre en alternance. Par contre sur la figure 3, on a illustré une seconde stratégie de pilotage qui comporte des séquences alternées de fonctionnement en mélange riche et en mélange pauvre par exemple de niveau 2, séparées par une phase de fonctionnement à mélange pauvre par exemple également de niveau 2. Ceci permet alors comme on peut le voir sur la figure 4, de piloter le moteur pour obtenir des niveaux thermiques plus ou moins élevés permettant d'optimiser la régénération des moyens de dépollution du filtre. Le nombre de séquences riche/pauvre est calibrable et la durée dans chaque phase ou mode (pauvre niveau 2 et riche) est également calibrable. Deux exemples sont donnés ci-dessous. 1) déclenchement d'une série de X pulses (X est calibrable) RIP a) au bout des X pulses, si la température T en amont des moyens de dépollution est supérieure à un seuil haut TH calibrable (avec un temps de confirmation t1), alors le moteur bascule en mode pauvre de niveau 2 seul, b) dès que T re-descend en-dessous d'un seuil bas TB calibrable (avec un temps de confirmation t2) alors on refait une séquence de X pulses RIP, c) rebouclage de la stratégie jusqu'à la fin de la demande d'aide à 25 la RG, 2) déclenchement d'une série de X pulses (X est calibrable) R/P a) au bout des X pulses, si la température T en amont des moyens de dépollution est supérieure à un seuil haut TH calibrable (avec un temps de confirmation t1), alors le moteur bascule en mode pauvre de niveau 2 seul, b) nouvelle séquence de X pulses au bout de Y secondes (calibrable) passées en mode pauvre de niveau 2. Différents moyens de surveillance des moyens de dépollution peuvent être utilisés. C'est ainsi par exemple que ces moyens de surveillance peuvent comprendre des moyens de surveillance de l'état de charge des moyens de dépollution pour enclencher la première stratégie en cas de dépassement de valeurs de seuils prédéterminées d'états de charge surchargé et colmaté des moyens de dépollution. De même, les moyens de surveillance peuvent également comporter des moyens de surveillance du nombre de régénérations incomplètes successives des moyens de dépollution pour enclencher la première stratégie en cas de dépassement d'un nombre prédéterminé. Les moyens de surveillance peuvent également comporter des moyens de surveillance de la fréquence des dernières régénérations des moyens de dépollution pour, dans le cas où cette fréquence franchit un seuil prédéterminé, enclencher la première stratégie. Ainsi par exemple, la fréquence des dernières régénérations peut être calculée sur les cinq dernières régénérations du filtre. De même, ces moyens de surveillance peuvent comporter des moyens de mesure de la température des gaz en amont du filtre à particules et de comparaison de celle-ci à un seuil de température pour enclencher la seconde stratégie en cas de dépassement et permettre ainsi de maintenir la température des gaz dans une fenêtre optimale de régénération. Comme cela a été indiqué précédemment, 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 régénération, l'augmentation des niveaux thermiques permet de réduire le dosage en additif et ainsi d'augmenter la distance parcourue par le véhicule avant le nettoyage 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 particules 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 d'autres modes de réalisation peuvent être envisagés. C'est ainsi par exemple que les moyens de dépollution peuvent comporter 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 COIHC de façon classique. Par ailleurs, les moyens de dépollution et les moyens formant catalyseur d'oxydation peuvent être intégrés dans un seul et même élément, notamment 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 etlou de piège à NOx peut être remplie par exemple par un additif mélangé au carburant. Enfin on notera également que le moteur peut être associé ou non à un turbocompresseur. REVENDICATIONS 1. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution (1) associés à des moyens formant catalyseur d'oxydation mettant en oeuvre une fonction OSC et intégrés dans une ligne d'échappement (2) d'un moteur Diesel (3) de véhicule automobile, dans lequel le moteur (3) est associé à des moyens (4) à rampe commune d'alimentation en carburant de cylindres de celui-ci, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de surveillance (5) des moyens de dépollution (1) pour commander des moyens de pilotage (4, 5, 6) du moteur selon des séquences de fonctionnement alternant des phases de fonctionnement à mélange riche et à mélange pauvre selon une première stratégie (Fig. 2) de séquences successives de ce type ou une seconde stratégie (Fig. 3) de séquences de ce type séparées par une phase de fonctionnement à mélange pauvre. 2. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de séquences et la durée de chaque phase pendant une séquence sont calibrables. 3. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de surveillance (5) comprennent des moyens de surveillance de l'état de charge des moyens de dépollution (1) pour enclencher la première stratégie en cas de dépassement de valeurs de seuil prédéterminées d'états de charge surchargé et colmaté des moyens de dépollution. 4. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de surveillance (5) comprennent des moyens de surveillance du nombre de régénérations incomplètes successives des moyens de dépollution (1) pour enclencher la première stratégie en cas de dépassement d'un nombre prédéterminé. 5. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de surveillance (5) comprennent des moyens de surveillance de la fréquence des dernières régénérations des moyens de dépollution (1) pour, dans le cas où cette fréquence franchit un seuil prédéterminé, enclencher la première stratégie. 6. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution selon la revendication 5, caractérisé en ce que la fréquence des dernières régénérations est calculée sur les cinq dernières régénérations du filtre. 7. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de surveillance (5) comprennent des moyens de mesure de la température des gaz en amont des moyens de dépollution (1) et de comparaison de celle-ci à un seuil de température pour enclencher la seconde stratégie en cas de dépassement et permettre ainsi de maintenir la température des gaz dans une fenêtre optimale de régénération. 8. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution selon l'une quelconque des revendications précédente, caractérisé en ce que les moyens de dépollution (1) comprennent un filtre à particules. 9. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution selon la revendication 8, caractérisé en ce que le filtre à particules est catalysé. 10. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de dépollution (1) comprennent un piège à NOx. 11. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution 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 faciliter leur régénération. 12. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution 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. 13. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le carburant comporte un additif formant piège à NOx. 14. Système d'aide à la régénération de moyens de dépollution selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur est associé à un turbocompresseur.