Brevet FR2859503A1 — publié le 20050311

La présente invention concerne un procédé pour retraiter le gaz d'échappement d'un moteur Diesel pourvu d'un système de recirculation du gaz d'échappement et dont le dispositif de retraitement du gaz d'échappement comporte un filtre à particules, ainsi qu'un moteur Diesel correspondant. Pour améliorer la qualité du gaz d'échappement et pour éviter et/ou réduire le rejet de particules d'un moteur Diesel à combustion interne, les dispositifs d'épuration du gaz d'échappement de tels moteurs Diesel à combustion interne ont été équipés ces derniers temps d'un filtre à particules qui filtre les particules se trouvant dans le gaz d'échappement. Toutefois, les particules filtrées s'accumulent dans le filtre à particules et conduisent après un certain temps d'accumulation à une contre-pression de gaz d'échappement, de sorte que le filtre à particules doit être soumis de temps en temps à une régénération. Une pareille régénération est généralement obtenue par une combustion volontairement provoquée des particules de suie présentes dans le filtre. Pour pouvoir réaliser une combustion des particules de suie, la température d'ignition de suie doit être atteinte dans le filtre à particules. On connaît différentes méthodes pour augmenter la température du filtre à particules, comme par exemple un chauffage électrique du filtre à particules ou une introduction de charge. En outre, les moteurs Diesel modernes à combustion interne sont équipés d'un dispositif de recirculation du gaz d'échappement, au moyen duquel un flux massique partiel du gaz d'échappement est réintroduit à partir du collecteur de gaz d'échappement dans la tubulure d'admission du moteur à combustion interne pour mettre en oeuvre différentes mesures relatives au moteur et à la technique du gaz d'échappement. Un tel dispositif de recirculation du gaz d'échappement est décrit dans le document DE 199 30 416 Al, dispositif dans lequel le gaz d'échappement recyclé non refroidi et/ou refroidi par un refroidisseur-EGR (EGR = Exhaust Gaz Recirculation: recyclage de gaz d'échappement) est réintroduit côté admission, de sorte qu'une température prédéterminée du gaz d'échappement recyclé peut être réglée par le biais du mélange de gaz d'échappement refroidi et non refroidi. L'invention a pour but de créer un procédé amélioré pour le traitement du gaz d'échappement d'un moteur Diesel ainsi qu'un moteur Diesel de ce type avec recirculation du gaz d'échappement et filtre à particules. Dans le cas du procédé selon l'invention pour le traitement du gaz d'échappement d'un moteur Diesel pourvu d'un dispositif de recirculation du gaz d'échappement et d'un filtre à particules, la température du gaz d'échappement recyclé est régulée par un refroidisseur disposé dans la recirculation du gaz d'échappement comme fonction de l'état de service du moteur. En vue d'une régénération du filtre à particules, le gaz d'échappement recyclé non refroidi est de préférence amené à la chambre de combustion pour atteindre une température de gaz d'échappement la plus élevée possible, de manière à réduire l'énergie encore nécessaire à l'échauffement ultérieur du filtre à particules jusqu'au point d'ignition des particules. Pour continuer à augmenter la température du gaz d'échappement dans le filtre à particules, une injection complémentaire peut être effectuée dans la chambre de combustion. En outre, la proportion de recirculation du gaz d'échappement peut être augmentée jusqu'à la limite de la suie. Par ailleurs, un étranglement peut être entrepris côté air. La recirculation du gaz d'échappement est de préférence interrompue pour un fonctionnement en charge élevée dans le cas où du gaz d'échappement suffisamment chaud arrive dans le filtre à particules Diesel par fonctionnement en charge élevée. Du gaz d'échappement non refroidi est de préférence amené au moteur dans la zone inférieure du diagramme caractéristique du moteur, et du gaz d'échappement refroidi est introduit dans le moteur dans la zone moyenne et supérieure du diagramme caractéristique. La recirculation du gaz d'échappement régulée en température peut être réglée via un diagramme caractéristique correspondant. Une régulation de la température du gaz d'échappement recyclé peut se faire également via la température du gaz d'échappement. Un moteur Diesel à combustion interne selon l'invention comporte un filtre à particules disposé dans un dispositif de post-traitement du gaz d'échappement, et un dispositif de recirculation du gaz d'échappement, sachant que le dispositif de recirculation du gaz d'échappement comprend une unité de refroidissement et une dérivation contournant l'unité de refroidissement, et qu'un dispositif à soupape(s) est prévu dans le dispositif de recirculation du gaz d'échappement pour régler, par mélange de gaz d'échappement recyclé refroidi et non refroidi, une température prédéterminée du gaz d'échappement recyclé en tant que fonction de l'état de service du moteur. Un catalyseur est de préférence disposé devant le filtre à particules. L'invention a les avantages suivants: Par une régulation correspondante dans la zone inférieure du diagramme caractéristique du moteur, du gaz d'échappement non refroidi est amené au moteur. Ce faisant, la température du gaz d'échappement est supérieure à celle des systèmes refroidis et le filtre à particules du moteur Diesel à combustion interne démarre mieux. De plus, une amélioration de la conversion des catalyseurs à oxydation utilisés généralement est également obtenue. De ce fait, il se produit moins d'hydrocarbures (HC) et de monoxyde de carbone (CO). La consommation de carburant diminue du fait de l'amélioration du processus de combustion. En outre, l'excédent de consommation dans le cas d'une introduction active de la régénération du filtre à particules est réduit par l'échauffement du gaz d'échappement. Ainsi, la température d'ignition des particules est située à environ 550 C et celle- ci peut être réduite à environ 450 C par utilisation d'un additif. Par contre, le gaz d'échappement Diesel a une température comprise entre 250 C et 350 C. Un gain de température d'environ 50 C peut être obtenu par recirculation du gaz d'échappement Diesel non refroidi dans le cas de la régénération du filtre à particules, gain de température qui n'a pas à être obtenu par d'autres méthodes. Dans la zone moyenne et supérieure du diagramme caractéristique du moteur Diesel à combustion interne, le gaz d'échappement est amené au moteur à l'état refroidi. De ce fait, l'émission de NOx du moteur diminue. Toutefois, l'invention permet aussi de provoquer une régénération du filtre à particules par une recirculation du gaz d'échappement à l'état non refroidi. En outre, la régulation de la recirculation du gaz d'échappement peut également se faire par un capteur de NOx situé après le filtre à particules. Par ailleurs, la régulation de la recirculation du gaz d'échappement peut se faire de telle sorte qu'une recirculation du gaz d'échappement régulée en température est réglée par le biais d'un diagramme caractéristique approprié. En outre, la régulation de la température du gaz d'échappement recyclé peut directement se faire via la température du gaz d'échappement. Un mode de réalisation préféré de l'invention est expliqué ci-après au moyen de la seule figure 1 qui, sous forme schématisée, montre un moteur Diesel à injection directe avec recirculation du gaz d'échappement et filtre à particules. Un moteur Diesel à combustion interne 1 à injection directe comporte côté admission une alimentation en air de suralimentation 2 et côté échappement une conduite de gaz d'échappement 3. Le gaz d'échappement dans la conduite de gaz d'échappement 3 entraîne un turbocompresseur à suralimentation 4, est purifié via un catalyseur 5 et un filtre à particules 6 puis rejeté dans l'environnement. Le turbocompresseur à suralimentation 4 comprime côté air de suralimentation l'air se trouvant dans une conduite 7 et amène l'air comprimé à un refroidisseur d'air de suralimentation 8. En outre, il est prévu un dispositif de recirculation du gaz d'échappement 9 qui prélève le gaz d'échappement à partir de la conduite de gaz d'échappement 3 et qui l'amène dans une première ligne 10 à un dispositif de refroidissement 11. Une seconde ligne 12 agissant comme dérivation contourne le dispositif de refroidissement 11. Deux soupapes 13 et 14 commandent la réunion du gaz d'échappement recyclé constitué d'une partie refroidie et d'une partie non refroidie de gaz d'échappement de manière à pouvoir régler la température souhaitée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation cidessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. LEGENDE 1 Moteur Diesel à combustion interne 2 Alimentation en air de suralimentation 3 Conduite de gaz d'échappement 4 Turbocompresseur à suralimentation Catalyseur 6 Filtre à particules 7 Conduite d'air 8 Refroidisseur d'air de suralimentation 9 Dispositif de recirculation du gaz d'échappement Ligne refroidie 11 Unité de refroidissement 12 Ligne non refroidie 13 Première soupape 14 Seconde soupape REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement du gaz d'échappement d'un moteur Diesel à combustion interne (1) pourvu d'un dispositif de recirculation du gaz d'échappement (9) et d'un filtre à particules (6), caractérisé en ce que la température du gaz d'échappement recyclé est régulée par un refroidisseur (11) disposé dans la recirculation du gaz d'échappement comme fonction de l'état de service du moteur Diesel à combustion interne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour régénérer le filtre à particules (6), le gaz d'échappement recyclé est conduit avec une puissance frigorifique réduite voire non refroidi jusqu'à la chambre de combustion. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une injection complémentaire est effectuée dans la chambre de combustion pour continuer à augmenter la température du filtre à particules (6). 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la recirculation du gaz d'échappement est augmentée dans un sens allant jusqu'à la limite de la suie pour continuer à augmenter la température du filtre à particules (6). 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'un étranglement est prévu côté air pour continuer à augmenter la température du filtre à particules (6). 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la recirculation du gaz d'échappement pour le fonctionnement en charge élevée est réduit voire 30 supprimée dans le cas où du gaz d'échappement suffisamment chaud arrive au filtre à particules Diesel (6) par le fonctionnement en cas de charge élevée. 7. Procédé selonla revendication 1, caractérisé en ce que le gaz d'échappement est recyclé à l'état non refroidi 35 dans la zone du diagramme caractéristique du moteur entre un régime de ralenti et un régime moyen de 2500/min et une charge entre 0 et 2,5 bars de pression moyenne effective jusqu'à au moins 50 de préférence à au moins 70 % ; sachant que dans toutes les autres zones de diagramme caractéristique du moteur, le gaz d'échappement est recyclé à l'état refroidi au-delà d'au moins 50 %, de préférence à au moins 70 du diagramme caractéristique. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la recirculation du gaz d'échappement et sa régulation de température sont réglées par diagramme caractéristique. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la régulation de la température du gaz d'échappement recyclé se fait par la température du gaz d'échappement. 10. Moteur Diesel à combustion interne (1) comportant un filtre à particules (6) disposé dans un dispositif de traitement du gaz d'échappement et un dispositif de recirculation du gaz d'échappement (9), caractérisé en ce que le dispositif de recirculation du gaz d'échappement (9) comporte une première ligne (10) avec une unité de refroidissement (11) et une seconde ligne (12) parallèle à la première ligne (9), sachant qu'un dispositif à soupape(s) (13, 14) est prévu dans le dispositif de recirculation du gaz d'échappement pour régler, par mélange du gaz d'échappement refroidi de la première ligne (10) et du gaz d'échappement non refroidi de la seconde ligne (12), une température prédéterminée du gaz d'échappement recyclé. 11. Moteur Diesel à combustion interne selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un catalyseur (5) est disposé devant le filtre à particules (6).