Brevet FR2882571A1 — publié le 20060901

La présente invention concerne un dispositif de filtrage de particules pour moteur diesel avec recyclage de gaz d'échappement, par lequel on dérive une partie des gaz d'échappement et on la ramène dans la zone d'admission. La partie des gaz d'échappement amenée une nouvelle fois à la chambre de combustion par un recyclage de gaz d'échappement sert à réduire la température maxirlale de combustion. Puisque la formation de NOx croît de manière plus que proportionnelle avec la température de combustion, le recyclage de gaz d'échappement en tant que moyen d'abaisser la température constitue une façon très efficace pour réduire les NOx. Le développement de nouveaux procédés de combustion (par exemple le procédé de combustion partiellement homogène) nécessite des systèmes de recyclage de gaz d'échappement remaniés pour atteindre les hauts taux de recyclage des gaz d'échappement recherchés. Dans les moteurs diesel dotés d'un dispositif de filtrage de particules diesel disposé dans la ligne d'échappement, il a déjà été proposé de prélever Les gaz d'échappement après le filtre antiparticules (recyclage à basse pression de gaz d'échappement). Un avantage parmi d'autres par rapport à un recyclage à haute pression de gaz d'échappement dérivé après le moteur consiste entre autres en ce que les gaz d'échappement sont plus refroidis, plus propres et presque exempts de pulsations. On estime également qu'un autre avantage de ce recyclage basse pression de gaz d'échappement réside en ce que des taux élevés de recyclage des gaz d'échappement peuvent également être réalisés dans les domaines de charge supérieurs, jusque et y compris la pleine charge, notamment dans le cas d'un procédé de combustion partiellement homogène. Un problème en cas de recyclage à basse pression de gaz d'échappement, c'est-à-dire lorsque l'on dérive la partie des gaz d'échappement à recycler après le filtre antiparticules, est que ce filtre antiparticules est 2882571 2 alimenté avec la totalité du débit massique de gaz d'échappement. Etant donné que les filtres antiparticules diesel modernes sont, en général, également pourvus d'un revêtement intégré destiné à la conversion du CO et des HC et, le cas échéant, également d'un revêtement de stockage de NOx supplémentaire pour les concepts d'émissions extrêmement basses, tout le débit massique ce gaz d'échappement est par conséquent dirigé sur ces revêtements aussi. Cela entraîne des vitesses spatiales élevées dans cet élément de construction constitué du filtre antiparticules et des revêtements mentionnés et, par suite d'un remplissage de la surface de revêtement -- notamment en ce qui concerne le revêtement de stockage de NOx, mais aussi pour ce qui est du revêtement HC et du revêtement CO - un degré de conversion plus mauvais de la partie des gaz d'échappement à recycler au cours du fonctionnement avec recyclage de gaz d'échappement. L'objectif de la présente invention est de créer un dispositif de filtrage de particules pour moteur diesel doté d'un système de recyclage de gaz d'échappement, dans lequel une partie des gaz d'échappement soit dérivée de la ligne d'échappement et soit ramenée dans la zone d'admission, et dans lequel on évite les inconvénients (décrits ci-dessus) résultant de la combinaison d'un filtre antiparticules diesel avec un recyclage à basse pression de gaz d'échappement. Cet objectif est atteint selon l'invention grâce à un filtre antiparticules comportant deux niveaux, un premier élément de filtrage DPF 1 et un second élément de filtrage DPF 2 disposé en aval, et où la partie des gaz d'échappement à recycler est dérivée après le premier élément de filtrage et avant le second élément de filtrage. L'idée qui sous-tend l'invention est que, en subdivisant l'ensemble du dispositif de filtrage de particules en deux éléments de filtrage, on peut assurer une meilleure adaptation au retraitement nécessaire pour la 2882571 3 partie des gaz d'échappement à recycler d'une part et pour la partie des gaz d'échappement a évacuer dans l'environnement d'autre part et que, ainsi, on peut réaliser une certaine optimisation de la totalité du dispositif de filtrage de particules. Dans un agencement préféré de l'invention, il est prévu que le premier élément de filtrage DPF 1 du dispositif de filtrage de particules soit un filtre primaire et que le second élément de filtrage DPF 2 soit un filtre couvrant tout le spectre des dimensions des particules. On parvient, de cette manière, à ce que la partie des gaz d'échappement destinée au recyclage soit débarrassée des particules les plus grosses et que, ainsi, elle parvienne préalablement nettoyée dans la zone d'admission. Il est alors, en particulier, avantageux que la partie des gaz d'échappement recyclée soit canduite avant le compresseur d'un turbocompresseur ce gaz d'échappement, dans la zone d'admission, parce que le compresseur n'est alors pas sali par des particules de suie. Le premier élément de filtrage peut être adapté de manière idéale à cet objectif particulier. Le second élément de filtrage n'est plus alimenté qu'avec la partie restante des gaz d'échappement destinée à être évacuée dans l'environnement extérieur, laquelle est, en outre, déjà nettoyée des particules les plus grosses. Cet élément de filtrage aussi peut être adapté et optimisé de manière idéale en fonction de cet objectif. Dans un autre agencement de l'invention, il est: prévu que le premier élément de filtrage DPF 1 et le second élément de filtrage DPF 2 soient disposés dans un boîtier commun, ce qui permet de réaliser le dispositif de filtrage de particules dans son ensemble sous forme compacte. En outre, un tel dispositif offre la possibilité de régénérer les deux éléments de filtrage au moyen d'un dispositif de régénération commun, par exemple, de manière thermique. Dans ce cas, on effectue alors une régénération thermique 2882571 4 par injection complémentaire de carburant au moyen des soupapes de moteur, ou par injection de carburant au moyen d'une soupape disposée dans la ligne d'échappement c'est-à-dire par injection complémentaire extérieure, ou encore par utilisation d'un élément chauffant. Dans un autre agencement de l'invention, il est prévu que le premier élément de filtrage DPF 1, au moins, soit pourvu d'un revêtement servant à convertir le CO et les HC de sorte que la partie des gaz d'échappement recyclée soit amenée préalablement nettoyée en conséquence au moteur diesel, ce qui permet de diminuer de manière connue la totalité des émissions nocives. De manière semblable, il est prévu que le second élément de filtrage DPF 2, au moins, soit pourvu d'un revêtement servant à convertir le CO, les HC et._es NOx grâce auquel la partie des gaz d'échappement évacuée dans l'environnement extérieur est nettoyée de manière conforme à la réglementation. En réunissant chacune des différentes fonctionnalités dans une unité modulaire, on peut également minimiser l'espace de montage nécessaire pour installer ces unités modulaires. Un autre avantage du dispositif conforme à l'invention réside en la possibilité d'utiliser la contre-pression des gaz d'échappement habituelle dans les filtres antiparticules du second élément de filtrage DPF 2 pour transporter de grandes quantités de gaz recyclés jusque dans la zone d'admission, notamment avant le compresseur d'un turbocompresseur de gaz d'échappement, et ce avec un gradient de pression suffisamment grand par rapport au côté admission. On pourrait, de cette manière, renoncer à un clapet de gaz d'échappement après le point de prélèvement des gaz recyclés. Un mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure cijointe et il est décrit en détail ci-35 après. L'unique figure représente schématiquement un moteur 2882571 5 diesel comportant un dispositif de filtrage de particules diesel selon l'invention, disposé dans la ligne d'échappement. Le moteur diesel 2 comporte une zone d'admission désignée globalement par le repère 4 ainsi qu'unE ligne d'échappement désignée globalement par le repère 6. _,e mode de réalisation représenté sur la figure possède un turbocompresseur de gaz d'échappement 8 comprenant une turbine 10 qui est entraînée par les gaz d'échappement s'écoulant dans la ligne d'échappement 6, ainsi qu'un compresseur 12 qui est en liaison d'entraînement Evec la turbine 10 et qui amène de l'air d'admission pré- comprimé au moteur diesel 2. Un dispositif de filtrage de particules 14 est disposé dans la ligne d'échappement 6 après la turbine 10. Le dispositif de filtrage de particules 14 est constitué d'un premier élément de filtrage DPF 1 et d'un second élément de filtrage DPF 2 disposé en aval du précédent. Une partie des gaz d'échappement destinée à un recyclage est dérivée après le premier élément de filtrage DPF 1 et elle est ramenée avant le compresseur 12, dans la zone d'admission 4, par l'intermédiaire d'un conduit de dérivation 16 et d'un refroidisseur de gaz recyclés A. La partie restante des gaz d'échappement est Évacuée dans l'environnement extérieur en passant par le second élément de filtrage DPF 2 et par un silencieux, non représenté. Le premier élément de filtrage DPF 1 est réalisé sous forme de filtre primaire, lequel nettoie préalablement les gaz d'échappement de manière que le compresseur 12 rie soit sensiblement pas sali par des particules. Par ailleurs, le premier élément de filtrage DPF 1 peut être muni, au moins, d'un revêtement d'oxydation des HC et du CO de manière que les gaz d'échappement amenés au moteur diesel 2 soient moins chargés et que, par suite, les émissions globales soient réduites. 2882571 6 Le second élément de filtrage DPF 2 est réali3é sous forme de filtre couvrant tout le spectre des dimensions des particules et il peut être pourvu d'un revêtement servant à convertir le CO, les HC et les NOx. Le premier élément de filtrage DPF 1 et le second élément de filtrage DPF 2 sont disposés dans un boîtier commun 20. Un dispositif, non représenté, servant, par exemple, à la régénération thermique des deux éléments de filtrage est associé à l'unité modulaire formée du Premier élément de filtrage DPF 1 et du second élément de filtrage DPF 2, et ce de manière que les deux éléments de filtrage puissent être régénérés ensemble et en même temps. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être eff. actuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. Liste des repères 2 moteur diesel 4 zone d'admission 6 ligne d'échappement 8 turbocompresseur de gaz d'échappement turbine 12 compresseur 14 dispositif de filtrage de particules 16 conduit de dérivation 18 refroidisseur de gaz recyclés boîtier DPF 1 premier élément de filtrage DPF 2 second élément de filtrage 2882571 8 REVENDICATIONS 1. Dispositif de filtrage de particules destiné à un moteur à combustion interne de type diesel doté d'un système de recyclage de gaz d'échappement, dans lequel une partie des gaz d'échappement est dérivée de le ligne d'échappement et est ramenée dans la zone d'admission, caractérisé en ce que le dispositif de filtrage de particules comporte deux niveaux, un premier élément de filtrage (DPF 1) et un second élément de filtrage (DPF 2) disposé en aval, un dispositif servant à prélever la partie des gaz d'échappement à recycler étant disposé entre le premier élément de filtrage (DPF 1) et le second élément de filtrage (DPF 2). 2. Dispositif de filtrage de particules selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément de filtrage (DPF 1) du dispositif de filtrage de particules est un filtre primaire et en ce que le second élément de filtrage (DPF 2) est un filtre couvrant tout le spectre des dimensions de particules. 3. Dispositif de filtrage de particules selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier élément de filtrage (DPF 1) et le second élément de filtrage (DPF 2) sont disposés dans un boîtier commun (20). 4. Dispositif de filtrage de particules selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un dispositif commun servant à la régénération thermique est associé au Dremier élément de filtrage (DPF 1) et au second élément de filtrage (DPF 2) du dispositif de filtrage de particules. 5. Dispositif de filtrage de particules selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moins le premier élément de filtrage (DPF 1) est mun:_ d'un revêtement servant à la conversion du CO et des HC. 6. Dispositif de filtrage de particules selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins le second élément de filtrage (DPF 2) est muni d'un revêtement servant à la conversion du CO, des HC et des NOx.