Brevet FR2879237A1 — publié le 20060616

1!8 Dérivation sur ligne d'échappement pour régénération d'un filtre à particules La présente invention se rapporte à un dispositif de régénération d'un filtre à particules 5 placé en aval d'un dispositif de traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile. La régénération, qui a pour but de détruire les déchets de combustion éventuellement accumulés dans le filtre à particules, est réalisée cycliquement lors du fonctionnement du ro moteur à combustion interne: sa fréquence dépend des conditions de fonctionnement dudit moteur. L'opération consiste classiquement en une augmentation ponctuelle de la température des gaz d'échappement dans la zone dudit filtre à particule, provoquant la destruction thermique desdits déchets. Cette augmentation de température peut être obtenue par divers moyens: selon une méthode connue dans l'état de la technique, une injection de carburant dans les gaz d'échappement est réalisée entre le dispositif catalytique de traitement desdits gaz et ledit filtre à particules. L'implantation du système permettant ladite injection doit alors répondre à plusieurs critères, notamment d'accessibilité (pour les opérations de montage, démontage, maintenance) et de protection (protection thermique, protection envers les vibrations et envers ta nature et la réactivité chimique des gaz ambiants...). Ledit système d'injection doit, en outre, pouvoir être raccordé simplement au circuit principal d'injection cle carburant du véhicule, et, pour des raisons de sécurité, se trouver à une distance minimale dudit filtre à particules, distance minimale définie par le constructeur dudit injecteur en fonction des caractéristiques dudit système d'injection. L'injection doit, enfin, être réalisée dans le sens du flux des gaz d'échappement. De l'ensemble de ces contraintes résulte, notamment, une réduction des possibilités d'implantation dudit système d'injection et dudit filtre à particules. De plus, la distance minimale à respecter entre ledit filtre à particules et ledit dispositif catalytique de traitement desdits gaz induit la nécessité d'un apport calorique plus important, et donc, d'une consommation plus importante de carburant, pour l'opération de régénération (pertes de calories entre ledit filtre à particules et ledit dispositif catalytique de traitement desdits gaz). Les méthodes proposées pour diminuer cet apport calorique et cette consommation inutile 35 de carburant consistent principalement en la mise en place d'un système de pilotage approprié n'autorisant la réalisation d'une opération de régénération que pour certaines 2/8 conditions particulières de fonctionnement du moteur. Ainsi, et de manière non exhaustive, le document JP2004132223 propose un dispositif de régénération d'un filtre à particules dans lequel le déclenchement d'une opération de régénération dudit filtre à particules est asservi à l'indication d'un capteur de vitesse du véhicule, limitant de cette manière l'apport en carburant nécessaire pour élever la température des gaz d'échappement en vue de l'opération de régénération. D'autres méthodes, par exemple proposées par le document US20030033800, consistent à faire varier t'injection dans le moteur pour certaines conditions particulières de fonctionnement dans lesquelles la régénération du filtre à particules est déclenchée. 0o Ces méthodes alourdissent toutefois ta charge de calcul du dispositif de gestion du fonctionnement du moteur, et nécessitent, de plus, l'implantation de capteurs spécifiques sur ledit moteur, ce qui augmente à ta fois tes coûts et tes risques de dysfonctionnement. La présente invention a pour but de proposer un dispositif permettant à la fois d'augmenter les possibilités d'implantation du filtre à particules et de son système d'injection de carburant, tout en réduisant les pertes caloriques entre ledit filtre à particules et le dispositif catalytique de traitement des gaz d'échappement en aval duquel il est placé, de manière à optimiser la consommation de carburant induite par les opérations de régénération dudit filtre à particules. L'invention atteint son but grâce à un agencement d'un dispositif catalytique de traitement des gaz issus de la combustion interne du moteur d'un véhicule automobile et d'un filtre à particules placé en aval dudit dispositif catalytique, dans lequel ledit filtre à particules et ledit dispositif catalytique sont reliés par un conduit approprié, dans lequel une injection ponctuelle de carburant est réalisée, au moyen d'un injecteur approprié, dans au moins une partie desdits gaz, afin de permettre une élévation ponctuelle de température desdits gaz aux fins de régénération dudit filtre à particules par destruction thermique des déchets de combustion qui y ont été piégés, caractérisé en ce que ledit conduit approprié placé entre ledit dispositif catalytique de traitement et ledit filtre à particules comporte une dérivation. Avantageusement, ladite injection de carburant aux fins de régénération dudit filtre à particules est réalisée sur cette dérivation. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ladite dérivation est en contact avec le 35 corps dudit dispositif catalytique de traitement desdits gaz. 3/8 Avantageusement, l'invention peut, en outre, présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: lesdits gaz sont collectés à la sortie dudit dispositif catalytique de traitement, - l'entrée de ladite dérivation forme sensiblement un biseau, s - l'entrée de ladite dérivation est sensiblement évasée, la sortie de ladite dérivation se fait dans le flux de sortie dudit dispositif catalytique de traitement, - la sortie de ladite dérivation a une forme appropriée pour créer un effet venturi. w D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique du circuit d'échappement du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comportant, notamment, un dispositif catalytique de traitement des gaz issus de ladite combustion, et un filtre à particules placé en aval dudit dispositif catalytique de traitement, tel que connu dans l'état de la technique, la figure 2 est une représentation schématique de l'échappement du moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, comportant, notamment, un dispositif catalytique de traitement des gaz issus de ladite combustion, et un filtre à particules placé en aval dudit dispositif catalytique de traitement, selon l'invention, la figure 3 est une représentation schématique de l'arrangement selon l'invention. Pour l'ensemble des figures, un même élément est désigné par la même notation. zs Selon un circuit connu dans l'état de la technique, et ainsi que le présente les figures 1 et 2, les gaz issus de la combustion interne d'un moteur 1 équipé, entre autres, d'un turbocompresseur 2, sont acheminés, via un conduit approprié 3, jusqu'à au moins un dispositif catalytique de traitement 4, puis, par t'intermédiaire d'un conduit approprié 5, jusqu'à un filtre à particules 6, et sont enfin dirigés vers l'échappement 7 dudit véhicule. Le flux desdits gaz d'échappement dans ce circuit est représenté par les flèches p. Le filtre à particules 6 a ici pour rôle de piéger les diverses suies issues de ladite combustion. Afin d'éviter tout colmatage et d'augmenter la durée de vie d'un tel filtre, des opérations de régénération dudit filtre à particules 6 sont cycliquement accomplies pendant le fonctionnement du moteur: ces opérations consistent, ainsi qu'il a été mentionné précédemment, en une élévation ponctuelle de la température desdits gaz d'échappement, conduisant à la destruction thermique desdites suies. Dans ce but, une 4/8 injection ponctuelle de carburant est réalisée au moyen d'un injecteur approprié 8, sur ledit conduit 5, entre ledit dispositif catalytique de traitement 4 et ledit filtre à particules 6. Cette injection, réalisée dans des conditions de fonctionnement et dans une zone où tes gaz sont chauds, suffit à induire la destruction thermique recherchée. Ainsi qu'il a été précédemment évoqué, pour des raisons principalement de protection thermique, protection contre les vibrations, protection envers la nature et la réactivité chimique des gaz en présence, ledit injecteur 8 e:st, classiquement, placé en aval du dispositif catalytique de traitement 4, à une distance minimale L de l'entrée du filtre à particules 6. Ladite distance L est une constante, fixe, définie par le fabricant dudit ro injecteur 8. Dans un agencement classique, et comme le présente ta figure 1, te respect de cette distance minimale L conduit à un éloignement dudit filtre à particules 6 dudit dispositif catalytique de traitement 4. Ceci a, notamment, pour conséquence, outre un encombrement accru et de moindres possibilités d'implantation de l'ensemble, une perte calorique te Long dudit conduit 5 situé entre ledit dispositif catalytique 4 et ledit filtre à particules 6. Il résulte, en particulier, de cette perte, une plus grande quantité de carburant à injecter par ledit injecteur 8 afin d'atteindre la destruction thermique recherchée pour ta régénération dudit filtre à particules 6. Dans t'agencement selon l'invention, et ainsi que te présente ta figure 2, une dérivation 9, sensiblement tubulaire, d'une partie du flux. p des gaz d'échappement, est réalisée à ta sortie du dispositif catalytique de traitement 4. Ladite dérivation 9 a une forme appropriée à son implantation au contact dudit dispositif catalytique 4, et Ledit injecteur 8 est placé sur ladite dérivation 9. La figure 3 présente de manière plus détaillée l'agencement selon l'invention. Après passage au contact d'un catalyseur approprié 4' placé dans te dispositif catalytique de traitement 4, une partie des gaz issus de la combustion du moteur est collectée par la dérivation 9. L'entrée 10 de ladite dérivation 9, sensiblement placée à la sortie dudit dispositif catalytique 4, a une forme appropriée pour faciliter cette collecte: 3o avantageusement, ladite entrée 10 a une forme évasée, ou est en forme de biseau. La partie desdits gaz ainsi collectée est ensuite acheminée, via ladite dérivation 9, selon une direction matérialisée par la flèche E sur la figure 3, jusqu'à un élément 11 placé sur Ladite dérivation 9. Ledit élément 11 est configuré de manière à permettre la fixation dudit injecteur 8 sur ladite dérivation 9, ainsi que ta réalisation du mélange desdits gaz collectés avec le carburant injecté, par ledit injecteur 8, dans le sens du flux desdits gaz collectés et matérialisé par la flèche E sur la figure 3: ledit élément 11 intègre notamment, dans ce 5/8 but, un dispositif de protection dudit injecteur 8 (écran thermique, par exemple, protection contre d'éventuelles projections, ...). Ledit élément 11 est, de plus, approprié pour permettre la liaison de ladite dérivation 9 au corps dudit dispositif catalytique 4. Une fois le mélange réalisé, les gaz collectés et le carburant injectés sont acheminés, selon une direction matérialisée par la flèche 5 sur la figure 3, jusqu'à la sortie 12 de ladite dérivation 9, sensiblement placée au voisinage de ta sortie dudit dispositif catalytique 4. Avantageusement, la forme de ladite sortie 12 de ladite dérivation 9, ainsi que la forme de ladite sortie dudit dispositif catalytique 4, sont appropriées pour générer, par un effet de type venturi, une légère dépression entre ladite entrée 10 et ladite sortie w 12 de ladite dérivation 9, afin de garantir la circulation desdits gaz collectés dans ladite dérivation 9. Il est à noter qu'un tel agencement permet d'augmenter la compacité de l'ensemble constitué par le dispositif catalytique 4 et le filtre à particules 6, tout en préservant, ainsi que le montre la figure 2, par une conformation appropriée de la dérivation 9, ta distance minimale L requise entre ces deux éléments. Il permet, par ailleurs, une implantation plus aisée du filtre à particules 6 au voisinage du dispositif catalytique 4, et offre, en outre, des possibilités plus étendues pour l'implantation des divers éléments présents dans cette zone du véhicule. Enfin, ladite dérivation 9 étant placée au contact dudit dispositif catalytique 4, les pertes caloriques rencontrées dans un agencement classique sont fortement diminuées, ce qui se traduit par la nécessité d'injection d'une quantité moindre de carburant pour les opérations de régénération dudit filtre à particules 6. Revendications 1. Agencement d'un dispositif catalytique (4) de traitement des gaz issus de la combustion interne du moteur (1) d'un véhicule automobile et d'un filtre à particules (6) placé en aval dudit dispositif catalytique (4), dans lequel ledit filtre à particules (6) et ledit dispositif catalytique (4) sont reliés par un conduit approprié (5), dans lequel une injection ponctuelle de carburant est réalisée, au moyen d'un injecteur approprié (8), dans au moins une partie desdits gaz, afin de permettre une élévation ponctuelle de température desdits ro gaz aux fins de régénération dudit filtre à particules (6) par destruction thermique des déchets de combustion qui y ont été piégés, caractérisé en ce que ledit conduit approprié (5) placé entre ledit dispositif catalytique (4) de traitement et ledit filtre à particules (6) comporte une dérivation (9) . 2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit injecteur (8) est placé sur ladite dérivation (9). 3. Agencement selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'entrée (10) de ladite dérivation (9) est située au voisinage de la sortie dudit dispositif 20 catalytique (4). 4. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la sortie (12) de ladite dérivation (9) est située au voisinage de la sortie dudit dispositif catalytique (4). 5. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite dérivation (9) est fixée, au moyen d'un élément (11) approprié, au corps dudit dispositif catalytique (4). 6. Agencement selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément (11) est approprié à la fixation dudit injecteur (8) sur ladite dérivation (9) et au mélange de la partie des gaz d'échappement collectés dans ladite dérivation (9) avec le carburant injecté par ledit injecteur (8). 7 2879237 7. Agencement selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit élément (11) comporte un dispositif de protection thermique et contre d'éventuelles projection dudit injecteur (8). 8. Agencement selon la revendications 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que la longueur et la conformation de ladite dérivation (9) à la sortie dudit élément (11) sont telles que la distance entre ledit injecteur (8) et ledit filtre à particules (6) est supérieure ou égale à la distance minimale (L) préconisée. 9. Agencement selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite entrée (10) de ladite dérivation (9) a sensiblement une forme évasée. 10. Agencement selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite entrée (10) de ladite dérivation (9) a sensiblement une forme biseautée. 11. Agencement selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la sortie (12) de ladite dérivation (9) a une forme appropriée à la création d'un effet venturi induisant une dépression permettant la circulation des gaz collectés dans ladite dérivation (9). 12. Véhicule automobile équipé d'un filtre à particules (6) placé en aval d'un dispositif catalytique (4) de traitement des gaz d'échappement, caractérisé en ce que ledit filtre à particules (6) et ledit dispositif catalytique (4) sont agencés selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.