Brevet FR2897645A3 — publié le 20070824

FR 2897645 A3 20070824 FR 0601460 A 20060220 Procédé et dispositif de régénération du filtre à particules d'un moteur à combustion interne avec mélange des gaz d'échappement La présente invention concerne un procédé et un dispositif de régénération du filtre à particules placé sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne du type diesel. En raison des normes de dépollution de plus en plus exigeantes, les filtres à particules se généralisent sur les véhicules automobiles. Ces filtres à particules permettent de filtrer les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne et retiennent les particules nocives. Il est nécessaire de régénérer ces filtres à particules à intervalle régulier afin d'éviter qu'ils se colmatent et empêchent un fonctionnement correct du moteur. io Une solution connue pour effectuer la régénération décrite notamment dans l'US 2004/204818 Al consiste à disposer un injecteur de gasole directement sur la ligne d'échappement. Lors de la régénération cet injecteur injecte du gasole dans la ligne d'échappement. Le gasole réagit dans un catalyseur d'oxydation et produit de la chaleur. Cette chaleur permet de chauffer le filtre à particules à une is température de l'ordre de 650 C permettant la combustion des particules retenues dans le filtre. Dans le dispositif décrit dans ce document le catalyseur d'oxydation est disposé en amont du filtre à particules et l'injecteur de gasole est placé en amont du catalyseur d'oxydation. 20 Le processus de régénération du filtre à particules, c'est-à-dire l'injection de gasole dans la ligne d'échappement, est déclenché lorsque la perte de charge provoquée par la présence des particules dans le filtre atteint un certain seuil. Cette perte de charge est mesurée au moyen de capteurs de pression placés en amont et en aval du filtre à particules. 25 Dans la réalisation décrite dans la demande de brevet FR0453187 du 23 décembre 2004, le dispositif de dépollution comprend deux catalyseurs d'oxydation, le premier étant situé près du moteur à combustion interne et le second près du filtre à particules. Cependant, les solutions décrites ci-dessus présentent un risque important pour la tenue mécanique du catalyseur d'oxydation situé près du filtre à particules. En effet, lors de l'injection de carburant dans le tube d'échappement, le carburant se vaporise et est entraîné par les gaz d'échappement vers le catalyseur d'oxydation. Or, les vapeurs de carburant ne se mélangent pas d'une manière homogène avec les gaz d'échappement. Autrement dit, la richesse en carburant du mélange gaz d'échappement et carburant n'est pas homogène. La réaction exothermique produite dans le catalyseur d'oxydation dépend de io la richesse moyenne du mélange précité à l'entrée du catalyseur. Etant donné que cette richesse n'est pas homogène, il existe dans le catalyseur des zones dans lesquelles la richesse est plus élevée. La réaction exothermique y engendre des zones de température plus élevées pouvant entraîner la fatigue prématurée du catalyseur d'oxydation. is Les essais ont montré qu'il pouvait exister un facteur 3 entre la richesse dans les zones de faible richesse et celle des zones de forte richesse. Cet écart entre les richesses engendre un écart du même ordre entre les températures produites par la réaction exothermique. Une solution connue pour augmenter la durée de vie d'un catalyseur 20 d'oxydation est d'augmenter sa quantité de métaux précieux (platine ou palladium). Cependant cette solution est extrêmement coûteuse en raison du prix élevé de ces métaux précieux. Le but de la présente invention est de proposer une solution économique 25 pour prolonger la durée de vie du catalyseur d'oxydation à l'égard des sollicitations qu'il subit lors des phases de régénération du filtre à particules. On atteint ce but au moyen d'un procédé de régénération du filtre à particules placé sur la ligne d'échappement d'un moteur à combustion interne, dans lequel, pendant la régénération du filtre à particules, du carburant est injecté 30 dans le tube d'échappement en amont d'un catalyseur d'oxydation disposé en amont du filtre à particules. Selon l'invention le procédé est caractérisé en ce qu'à l'intérieur du tube d'échappement, dans une zone située près du point d'injection du carburant, le gaz d'échappement est mis en mouvement pour uniformiser la richesse du mélange carburant et gaz d'échappement, avant son entrée dans le catalyseur d'oxydation. Grâce à cette mise en mouvement du gaz d'échappement, on évite la 5 création de zones ayant une richesse en carburant sensiblement plus élevée que dans d'autres zones. On évite ainsi que les réactions exothermiques produites par les zones de forte richesse détériorent le catalyseur d'oxydation. Selon un autre aspect, l'invention concerne un dispositif pour la mise en io oeuvre du procédé selon l'invention, comprenant un injecteur fixé à la paroi du tube d'échappement pour injecter du carburant à l'intérieur du tube dans une zone située en amont du catalyseur d'oxydation. Ce dispositif est caractérisé en ce que l'intérieur du tube d'échappement comprend, dans une zone située entre l'injecteur et l'entrée du catalyseur d'oxydation, des moyens permettant de mettre 15 le gaz d'échappement en mouvement pour uniformiser la richesse du mélange carburant et gaz d'échappement. De préférence, lesdits moyens sont adaptés pour imprimer au gaz d'échappement un mouvement de rotation. Cette mise en rotation du gaz d'échappement permet d'uniformiser 20 rapidement et efficacement la richesse du mélange gaz d'échappement et carburant. De préférence également lesdits moyens sont situés dans la zone où le jet de carburant injecté à l'intérieur du tube d'échappement atteint la surface intérieure de ce tube. 25 En effet, c'est dans cette zone que le carburant se vaporise en créant une zone très riche en carburant. Selon une première version de l'invention, lesdits moyens sont constitués par une déformation de la paroi du tube d'échappement créant une saillie à l'intérieur de ce tube. 30 Cette saillie imprime au gaz d'échappement un mouvement qui uniformise la richesse en carburant du mélange. Selon une autre version de l'invention, lesdits moyens sont constitués par une plaque conformée en déflecteur pour dévier le carburant vers le milieu du tube d'échappement. Selon une troisième version de l'invention, lesdits moyens sont constitués 5 par une plaque s'étendant à l'intérieur du tube d'échappement de façon sensiblement parallèle à l'axe de ce tube, transversalement au jet de carburant. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore tout au long de la description ci-après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples, non limitatifs : io la figure 1 est un schéma général d'un dispositif connu de régénération d'un filtre à particules, la figure 2 est un schéma général du système d'admission et d'échappement d'un moteur thermique diesel turbocompressé comportant le dispositif selon l'invention, 15 la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un tube d'échappement montrant l'injection de carburant dans ce tube, ce dernier n'étant pas équipé des moyens de l'invention, les figures 4, 5, 6 sont des vues analogues à la figure 3 montrant diverses solutions de l'invention. 20 La figure 1 illustre schématiquement un dispositif de dépollution des gaz d'échappement d'un moteur thermique de type diesel, tel que décrit dans la demande de brevet français FR0453187 du 23 décembre 2004. Ce dispositif comprend un filtre à particules 1 disposé sur la ligne d'échappement 2 du moteur thermique, sur laquelle sont également placés un 25 premier catalyseur d'oxydation 3, situé près du moteur, et un second catalyseur d'oxydation 4, situé juste en amont du filtre à particules 1. En amont du second catalyseur d'oxydation 4, est placé un injecteur de gasole 5 relié à une pompe 6 qui permet d'injecter du gasole dans la ligne d'échappement 2. La combustion de ce gasole permet d'élever la température du 30 catalyseur d'oxydation 4 pendant les phases de régénération du filtre à particules 1. En amont du catalyseur 4 et entre celui-ci et le filtre 1 sont disposés des capteurs de température 7, 8. La référence 9 désigne un capteur permettant de mesurer la pression différentielle entre l'entrée du catalyseur 4 et la sortie du filtre 1. La régénération du filtre 1 est déclenchée lorsque la pression différentielle mesurée par le capteur 9 atteint un certain seuil. Dans ce cas du gasole est injecté par l'injecteur 5 dans la ligne d'échappement. La combustion du gasole élève la température du catalyseur jusqu'à environ 650 C ce qui permet de brûler les particules de suie présentes dans le filtre 1. io La figure 2 représente un moteur diesel 10 comprenant un turbocompresseur 11 dont le compresseur 12 permet de comprimer l'air dans la tubulure d'admission 13 qui est reliée au collecteur d'admission 13a du moteur 10. En aval du turbocompresseur 11, la ligne d'échappement 2 comprend le dispositif représenté sur la figure 1, à savoir successivement un premier 15 catalyseur d'oxydation 3, un injecteur de gasole 5, un second catalyseur d'oxydation 4 et le filtre à particules 1. Un capteur de température 7 est disposé près de l'entrée du catalyseur d'oxydation 4. Ce capteur 7 coopère avec un calculateur 14 qui contrôle le fonctionnement du moteur 10. 20 La figure 3 montre schématiquement un injecteur 5 fixé dans la paroi du tube d'échappement 2. L'injecteur 5 injecte, pendant les phases de régénération du filtre à particules, un jet de carburant 15, à savoir du gasole, à l'intérieur du tube 2. La flèche F montre la direction du gaz d'échappement vers le catalyseur d'oxydation (non représenté). 25 L'injection de gasole crée, à proximité de la paroi du tube 2 située à l'opposé de l'injecteur 5, une zone S1 dans laquelle le carburant se vaporise et qui, par conséquent, présente une richesse élevée. Cette zone S1, en se déplaçant vers le catalyseur sous l'effet du gaz d'échappement, risque de créer dans ce catalyseur une zone présentant une 30 richesse excessive engendrant une réaction exothermique très intense pouvant entraîner la fatigue prématurée du catalyseur. Les figures 4, 5 et 6 montrent des moyens simples pour remédier à cet inconvénient. Dans ces exemples, ces moyens sont situés dans la zone où le jet de carburant 15 injecté à l'intérieur du tube d'échappement 2 atteint la surface intérieure de ce tube. Dans le cas de la figure 4, ces moyens sont constitués par une déformation 16 de la paroi du tube d'échappement créant une saillie à l'intérieur de ce tube. Cette déformation est inclinée dans la direction F du gaz d'échappement, de sorte que sous l'effet du mouvement de celui-ci, la zone S1 très riche en carburant io vaporisé est déviée vers le milieu du tube d'échappement 2, en se mélangeant avec un gaz d'échappement pauvre en carburant. Dans le cas de la figure 5, le même effet est obtenu par une plaque 17 conformée en déflecteur pour dévier le gaz d'échappement enrichi en carburant de la zone S1 vers le milieu du tube 2. 15 Dans le cas de la figure 6, les moyens de l'invention sont constitués par une plaque 18 s'étendant à l'intérieur du tube d'échappement 2 de façon sensiblement parallèle à l'axe de ce tube, transversalement au jet de carburant 15. Dans cet exemple, le carburant injecté par l'injecteur 5 se vaporise au contact de la plaque 18. 20 Une zone S1 enrichie en carburant vaporisé se forme au niveau de cette plaque 18. Le fait que cette zone S1 soit située près du milieu du tube 2 favorise son mélange avec les gaz d'échappement circulant dans le sens de la flèche F vers le catalyseur d'oxydation. 25 Toutes les dispositions que l'on vient de décrire permettent d'uniformiser la richesse du mélange gaz d'échappement et carburant et d'éviter la formation dans le catalyseur d'oxydation de zones ayant une richesse trop élevée préjudiciable à la durée de vie du catalyseur. Bien entendu, les dispositions que l'on vient de décrire peuvent être 30 combinées entre elles dans la zone comprise entre l'injecteur 5 et l'entrée du catalyseur d'oxydation 4. REVENDICATIONS 1) Procédé de régénération du filtre à particules (1) placé sur la ligne d'échappement (2) d'un moteur à combustion interne (10), dans lequel, pendant la régénération du filtre à particules (1), du carburant est injecté dans le tube d'échappement (2) en amont d'un catalyseur d'oxydation (4) disposé en amont du filtre à particules (1), caractérisé en ce qu'à l'intérieur du tube d'échappement (2), dans une zone située près du point d'injection du carburant, le gaz d'échappement est mis en mouvement pour uniformiser la richesse du mélange carburant et gaz d'échappement, avant son entrée dans le catalyseur d'oxydation. to 2) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 comprenant un iinjecteur (5) fixé à la paroi du tube d'échappement (2) pour injecter du carburant à l'intérieur du tube (2) dans une zone située en amont du catalyseur d'oxydation (4), caractérisé en ce que l'intérieur du tube d'échappement (2) comprend, dans une zone située entre l'injecteur (5) et 15 l'entrée du catalyseur d'oxydation (4), des moyens permettant de mettre le gaz d'échappement en mouvement pour uniformiser la richesse du mélange carburant et gaz d'échappement. 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens sont adaptés pour imprimer au gaz d'échappement un mouvement de 20 rotation. 4) Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens sont situés dans la zone où le jet de carburant (15) injecté à l'intérieur du tube d'échappement (2) atteint la surface intérieure de ce tube. 5) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que 25 lesdits moyens sont constitués par une déformation (16) de la paroi du tube d'échappement (2) créant une saillie à l'intérieur de ce tube. 6) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par une plaque (17) conformée en déflecteur pour dévier le carburant vers le milieu du tube d'échappement (2). 7) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par une plaque (18) s'étendant à l'intérieur du tube d'échappement (2) de façon sensiblement parallèle à l'axe de ce tube, transversalement au jet de carburant (15).