Brevet FR2891307A1 — publié le 20070330

La présente invention concerne un procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion Diesel avec un filtre à particules Diesel à revêtement catalytique. Dans le fonctionnement de filtres à particules Diesel, la régénération fiable, sûre et favorable du point de vue de la consommation était problématique jusqu'à présent. En particulier, l'identification de la charge et sa transformation dans une régénération proche n'ont pas trouvé de solution satisfaisante jusqu'à présent. Dans le cas d'une génération non spontanée (génération active, c'est-à-dire introduite par la commande du moteur), un mauvais réglage du moteur entraîne un chauffage plus durable du filtre à particules Diesel pour introduire une régénération complète. Il peut arriver que le moteur à combustion Diesel soit arrêté par le conducteur pendant cette régénération active. Ceci entraîne une régénération partielle indésirable du filtre à particules Diesel. De même, dans le cas de la combustion discontinue décrite pendant une régénération active, il peut se produire une combustion plus importante des quantités de particules accumulées dans le filtre à particules Diesel. Ceci entraîne un risque "d'emballement" de la réaction, c'est-à-dire qu'il s'ensuit un chauffage trop important du filtre à particules Diesel. Le filtre à particules Diesel peut ainsi être irrémédiablement détérioré, par exemple par un frittage des métaux précieux du revêtement, une réduction de la surface active du revêtement jusqu'à une détérioration thermique du substrat telle qu'une fusion. Le document DE 102 618 77 Al indique que l'on peut obtenir par un fonctionnement avec des cycles riches-pauvres, comme c'est le cas avec un catalyseur d'accumulation d'oxydes d'azote, un chauffage suffisant également dans le cas des filtres à particules Diesel, de sorte que des grandes quantités de particules ne puissent pas être stockées dans le filtre à particules Diesel. L'inconvénient est que pour le fonctionnement riche-pauvre 2891307 2 d'un moteur à combustion Diesel, des modifications considérables du moteur sont nécessaires car ces moteurs sont commandés constamment avec un excès d'air. De même, les modifications nécessaires pour l'application de ces moteurs diesel commandés de cette façon sont considérables. Un exemple de celles-ci est présenté dans le document DE 197 537 18 Cl. L'objet de l'invention consiste à élaborer une stratégie de régénération de filtres à particules Diesel dans laquelle il n'est pas nécessaire d'une part de modifier considérablement le moteur par rapport à un moteur à combustion Diesel classique et d'autre part, dans laquelle une régénération sûre du filtre à particules Diesel est obtenue avec une faible utilisation de carburant, en particulier des pointes de températures trop élevées pendant la combustion doivent être évitées. Cet objet est résolu par un procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion, qui est caractérisé en ce que le moteur à combustion est mis en fonctionnement, avec une charge faible à une température de gaz d'échappement qui ne suffit pas pour une combustion spontanée des particules, pendant une courte durée avec un rapport carburant - air qui est inférieur à celui habituel mais se situe toutefois encore au-dessus du rapport carburant - air stoechiométrique de 1,0 et/ou pendant une courte durée avec une concentration de l'agent de réduction dans les gaz d'échappement accrue, le rapport carburant -- air du moteur à combustion se situant encore au dessus du rapport carburant - air stoechiométrique de 1,0. Suivant des dispositions préférées, éventuellement combinées: - la courte durée est Selon l'invention, la régénération du filtre à particules Diesel ne s'effectue pas par un enrichissement mais déjà par une réduction du fonctionnement pauvre du moteur à combustion Diesel. Cela signifie que pour la régénération du filtre à particules Diesel, la proportion d'agents de réduction dans les gaz d'échappement est augmentée ou que le rapport carburant - air exprimé par X du moteur à combustion est ajusté à une valeur X > 1 mais inférieure à la valeur lambda habituelle dans les présentes conditions de fonctionnement. De préférence, ceci est obtenu par un clapet de réglage dans la région d'admission du moteur à combustion Diesel, qui réduit l'apport d'air du moteur à combustion Diesel par un réglage dans la direction de fermeture. Pour éviter une rupture de couple, on adapte de manière avantageuse la quantité injectée de carburant diesel, en particulier, elle est légèrement augmentée. Avantageusement, cette mesure n'est pas seulement appliquée lorsque le filtre à particules est 2891307 4 considérablement encrassé mais également dès qu'il présente un faible degré de dépôt. Il n'est pas nécessaire de déterminer le degré de dépôt, la mesure selon l'invention pouvant être utilisée de temps en temps ou régulièrement à une température de gaz d'échappement faible (c'est-à-dire également à une température de filtre à particules faible). De préférence, l'utilisation s'effectue en cas de besoin, c'est-à-dire avec un faible dépôt déterminé du filtre à particules de moins de 50 %, notamment avec un dépôt de l'ordre de 5 a 40. La limitation selon l'invention du faible rapport d'air à une valeur de > 1 permet également des augmentations de température périodiques du filtre à particules Diesel, entraînant une combustion pratiquement continue du filtre à particules Diesel. Il est avantageux de monter le filtre à particules Diesel proche du moteur pour obtenir un niveau généralement supérieur de température dans le filtre à particules. L'avantage de la présente invention se situe donc dans une régénération favorable d'un point de vue de la consommation, sans dépenses d'application, moyennant quoi une application fondamentalement régulière de la mesure selon l'invention permet d'éviter des dépôts supérieurs dans le filtre à particules à une basse température de gaz d'échappement. L'invention est décrite de manière plus détaillée en référence à deux exemples de réalisation, où l'on peut voir que: la figure 1 présente l'évolution de la température dans un filtre à particules Diesel à revêtement catalytique éloigné du moteur, présentant une capacité de stockage d'oxygène par rapport à un filtre à particules Diesel à revêtement catalytique sans capacité de stockage d'oxygène; et 2891307 5 la figure 2 présente l'évolution de la température dans un filtre à particules proche du moteur par rapport à un filtre à particules non à revêtement catalytique. Sur la figure 1, deux filtres à particules Diesel à revêtement catalytique différents sont comparés. Dans les deux cas, le support est la cordiérite (porosité 65 %) taille 5, 66" x 6" (environ 14,4 cm x 15,2 cm). Propriétés Catalyseur à cDPF accumulation de Nox (CDPF NSK) Métal précieux Pt/Rh Pt accumulateur 100/20 100 avec accumulateur sans de NOx non Chargement g/ft3 (g/ft3; 1 g/m3) environ 35 Washcoat OSC de NOx (oxyde de baryum) oui Comme on le voit à partir des familles de courbes ci-dessus, on obtient dans un rapport carburant - air de X = 1,05 une nette augmentation de la température dans cDPF_NSK du fait de la capacité supérieure d'accumulation de 02 du cDPF-NSK. Associée à cet effet, on observe une nette augmentation du taux de particules. Les pointes de températures vont jusqu'à 600 C après la fin de la phase riche. La température est mesurée au début (1, la), au milieu (2, 2a) et à la fin (3, 3a) du filtre à particules Diesel à revêtement catalytique respectif. Le moteur à combustion Diesel utilisé fonctionnait à 1500 t. min-1 et Pme = 5 bar (5.105 Pa). Comme durée de cycle, on a choisi un fonctionnement normal de 120 s avec A = 1,52 et pendant s, un fonctionnement légèrement pauvre à A = 1,05. L'essai complet a été réalisé sur 120 min, durée qui n'a 2891307 6 pas mis en évidence de différences significatives. On reconnaît nettement que le catalyseur équipé de l'OSC (oxygen storage capacity pour "capacité de stockage d'oxygène") atteint sans problème, déjà à une position de montage de 1,90 m à l'arrière du turbocompresseur à gaz d'échappement du moteur à combustion, la température nécessaire d'environ 500 C pour la régénération de ce filtre à particules Diesel. Le deuxième filtre à particules Diesel équipé seulement avec une faible capacité de stockage d'oxygène n'atteint encore pas les températures qui entraînent une combustion des suies pour la régénération du filtre à particules Diesel. Le déplacement du cDPF vers l'avant permet d'obtenir, également avec le cDPF sans capacité de stockage d'oxygène, une transformation nette des particules. Ceci est représenté sur la figure 2. Les phases riches sont représentées ici uniquement par des lignes. Les courbes lb et 3b (mesurées à l'admission et a la sortie du filtre à particules Diesel) présentent des températures suffisamment élevées à un intervalle de 0,9 m à l'arrière du turbocompresseur du moteur à combustion, pour une régénération. A titre comparatif, 4 représente la température d'un filtre à particules Diesel non à revêtement catalytique. Cette température se situe de manière largement constante à 360 C de sorte qu'il ne se produit pas de régénération de la suie accumulée. Ceci montre également que la modification de la valeur lambda n'entraîne pratiquement aucun échauffement du moteur mais un échauffement chimique du filtre à particule à revêtement catalytique. On y parvient en augmentant la concentration d'agent de réduction dans les gaz d'échappement, de préférence à au moins 1000 ppm. Les agents de réduction sont en particulier le CO mais également HC et H2. De manière avantageuse, la concentration (volume) se situe à au moins 2000 et en particulier à au moins 3500 ppm. Dans le présent exemple, une concentration de 8000 ppm a été atteinte. L'augmentation de la concentration de l'agent de réduction est avantageusement au moins de facteur 3 et en particulier au moins de facteur 6. La concentration en agent de réduction normale (avec 2\ = 1,52) est dans le présent exemple de 500 ppm. L'invention permet ainsi une régénération légère d'un filtre à particules Diesel à revêtement catalytique, un équipement à accumulation d'oxygène (par exemple au moyen de céroxyde CeO2) dans le washcoat du filtre à particules Diesel étant avantageux. Sans utilisation de ce composant de stockage d'oxygène, le filtre à particules Diesel à revêtement catalytique doit être monté suffisamment près de la sortie du moteur à combustion Diesel. L'invention montre que par rapport aux filtres à particules Diesel normaux ou à un fonctionnement normal (c'est-à-dire nettement pauvre) du moteur à combustion Diesel, on atteint une augmentation de température de plus de 200 K de sorte qu'une régénération du filtre à particules Diesel s'ensuit. En fonction du dépôt de suies dans les filtres à particules Diesel, le fonctionnement légèrement pauvre peut être répété en continu à intervalles de 1 à 10 min, en particulier de 2 à 5 min. Le fonctionnement légèrement pauvre peut être ainsi commandé en fonction du temps (par des conditions de commande qui nécessitent une régénération) ou également, il peut être commandé par exemple en fonction d'un modèle. L'expression "commandé en fonction d'un modèle" signifie que sur la base du fonctionnement du moteur à combustion, un chargement de suies est supposé ou mesuré et qu'avec un chargement de suies déterminé, la mesure selon l'invention est mise en place. En cas de contraintes élevées du moteur à combustion, la température des gaz d'échappement est également supérieure de sorte que dans ce cas, l'utilisation de la mesure selon l'invention n'est pas nécessaire. REVENDICATIONS 1. Procédé de fonctionnement d'un moteur à combustion avec un filtre à particules Diesel à revêtement catalytique, caractérisé en ce que le moteur à combustion est mis en fonctionnement, avec une charge faible à une température de gaz d'échappement qui ne suffit pas pour une combustion spontanée des particules, - pendant une courte durée avec un rapport carburant - air qui est inférieur à celui habituel mais se situe toutefois encore au-dessus du rapport carburant - air stoechiométrique de 1,0 et/ou - pendant une courte durée avec une concentration de l'agent de réduction dans les gaz d'échappement accrue, le rapport carburant - air du moteur à combustion se situant encore au dessus du rapport carburant - air stoechiométrique de 1,0. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la courte durée est 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la courte durée est d'au moins 0,2 s, de manière avantageuse d'au moins 0,5 s et en particulier d'au moins 1 s. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport inférieur carburant - air est de 1,01 à 1,15, en particulier de 1,05 +/- 0,025. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la concentration en agent de réduction dans les gaz d'échappement est au moins de facteur 1,5, de manière avantageuse au moins de facteur 3, et en particulier au moins de facteur 6 de celui de la concentration habituelle. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 35 précédentes, caractérisé en ce que la concentration en agent de réduction dans les gaz d'échappement pendant la 2891307 9 courte durée est d'au moins 1000, en particulier d'au moins 2000 et de manière avantageuse d'au moins 3500 ppm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pendant la courte durée, dans le catalyseur de gaz d'échappement, une température d'au moins 4200 C, en particulier d'au moins 460 C et de préférence d'au moins 520 C, est obtenue. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le filtre à particules Diesel est placé au plus à 1, 5 m, en particulier au plus à 1,2 m à l'arrière de la sortie du moteur à combustion ou à l'arrière du turbocompresseur de gaz d'échappement.